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公開番号2025047694
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023156334
出願日2023-09-21
発明の名称リチウムイオン二次電池及びその製造方法
出願人トヨタバッテリー株式会社
代理人個人
主分類H01M 10/0587 20100101AFI20250326BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン二次電池の正極板の劣化を抑制すること。
【解決手段】正極板と負極板とをセパレータ4を介して積層し捲回した電極体を備えたリチウムイオン二次電池において、セパレータ4の幅方向の中央部4aに捲回方向に沿って抵抗部41を形成し、電極体の正極板の正極合材層32の幅方向の端部32bと中央部32aの厚み方向の抵抗差をΔR_P[Ω]とし、負極板の負極合材層22の幅方向Wの端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔR_N[Ω]とし、セパレータ4の幅方向の端部4bと中央部4aの厚み方向の抵抗差をΔR_S[Ω]としたときに、(ΔR_N+ΔR_S-ΔR_P)の値を0[Ω]以上で、かつ負極板におけるLi析出を抑制する閾値以下になるように抵抗部41の抵抗差ΔR_S[Ω]を設定した。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して積層し捲回した電極体を備えたリチウムイオン二次電池において、前記セパレータの幅方向の中央部に捲回方向に沿って抵抗部を形成し、
前記電極体の前記正極板の正極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｐ
［Ω］とし、前記負極板の負極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｎ
［Ω］とし、前記セパレータの幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｓ
［Ω］としたときに、
（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記負極板におけるＬｉ析出を抑制する閾値以下になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記正極板における正極活物質の劣化を抑制する閾値以上になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を１３［Ω］以下になるように前記セパレータの抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を０［Ω］以上となるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記抵抗部は、絶縁体の粒子を含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記抵抗部を形成する前記絶縁体の粒子は、ベーマイト若しくはアルミナからなることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
正極板と負極板とをセパレータを介して積層し捲回した電極体を備えたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記セパレータの幅方向の中央部に捲回方向に沿って抵抗部を形成する工程を含み、
前記電極体の前記正極板の正極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｐ
［Ω］とし、前記負極板の負極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｎ
［Ω］とし、前記セパレータの幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｓ
［Ω］としたときに、
（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記負極板におけるＬｉ析出を抑制する閾値以下になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記正極板における正極活物質の劣化を抑制する閾値以上になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項７に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項９】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を１３［Ω］以下になるように前記セパレータの抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項７に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１０】
前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を０［Ω］以上になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする請求項８に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池及びその製造方法に係り、詳しくは、正極板の劣化が少ないリチウムイオン二次電池及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、軽量で高いエネルギー密度と、大電流の入出力が可能であることから、車両搭載用の高出力電源や定置用の蓄電設備等としても好ましく用いられている。
【０００３】
図１は、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０の外観構成の概略を示す斜視図である。図２は、捲回される電極体１２の構成を示す模式図である。このようなリチウムイオン二次電池１０の一例としては、正極板３と負極板２とがセパレータ４で絶縁されて積層され、楕円柱状に捲回された電極体１２が一つの電池ケース１１内に収容されている。このようなリチウムイオン二次電池１０では、充電時に正極板３の正極合材層３２の正極活物質よりリチウムイオンＬｉ
＋
が負極板２に移動する。負極板２の負極合材層２２は、リチウムイオンＬｉ
＋
を余裕をもって蓄積できるように、負極合材層２２の寸法が正極合材層３２の幅方向の寸法よりも広くなるように設計されている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池１０では、構造的に正極合材層３２の幅方向Ｗ中央部における抵抗［Ω］が大きくなることがある。
リチウムイオン二次電池１０の放電時には、負極合材層２２から正極合材層３２にリチウムイオンＬｉ
＋
が放出される。このとき、幅方向中央部における抵抗［Ω］が大きくなった正極合材層３２では、中央部ではリチウムイオンＬｉ
＋
の受け入れ性が悪くなる。そうするとこの中央部では、正極活物質の結晶構造が変わったり非水電解液の還元分解を生じたりするなどして、劣化が進んでしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１０－２０１３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、特許文献１に記載された発明では、添加剤に含まれるＮａの量を調整することで負極合材層２２の幅方向Ｗの抵抗分布を正極合材層３２の抵抗分布と合わせる。このことで、正極合材層３２のリチウムイオンＬｉ
＋
の受け入れ性に合わせるようなリチウムイオンＬｉ＋の移動を制御するような発明が提案された。このような発明であれば、正極合材層３２と負極合材層２２の抵抗差を小さくすることで、正極活物質の劣化を抑制することができた。
【０００７】
しかしながら、非水電解液の添加剤組成や電池セルへの注液量ばらつき、またコンディショニングやエージング条件でも負極の抵抗分布が変化する。このため、上記のＮａ量の調整だけでは負極合材層２２の抵抗分布を正極合材層３２の抵抗分布に合わせることは困難であった。
【０００８】
本発明のリチウムイオン二次電池及びその製造方法が解決しようとする課題は、リチウムイオン二次電池の電極体の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のリチウムイオン二次電池では、正極板と負極板とをセパレータを介して積層し捲回した電極体を備えたリチウムイオン二次電池において、前記セパレータの幅方向の中央部に捲回方向に沿って抵抗部を形成し、前記電極体の前記正極板の正極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｐ
［Ω］とし、前記負極板の負極合材層の幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｎ
［Ω］とし、前記セパレータの幅方向の端部と中央部の厚み方向の抵抗差をΔＲ
Ｓ
［Ω］としたときに、（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記負極板におけるＬｉ析出を抑制する閾値以下になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定したことを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記（ΔＲ
Ｎ
＋ΔＲ
Ｓ
－ΔＲ
Ｐ
）の値を前記正極板における正極活物質の劣化を抑制する閾値以上になるように前記抵抗部の抵抗差ΔＲ
Ｓ
［Ω］を設定することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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