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公開番号2025091361
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2024194394
出願日2024-11-06
発明の名称複合セル及びそれを含む電池
出願人湖北億緯動力有限公司
代理人個人
主分類H01M 4/13 20100101AFI20250611BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】異なる種類の正極活物質の相乗優位性を十分に発揮し、電池のエネルギ密度、レート特性、サイクル性能をさらに向上させる複合セルを提供する。
【解決手段】複合セルは、正極シートを含み、各正極シートは、いずれも、その単位面積容量と他のいずれか1つの正極シートの単位面積容量との比が0.9～1.1であることを満たし、正極シートは、第1の正極シートを含み、第1の正極シートに含まれる正極活物質は、第1の正極活物質と第2の正極活物質を含み、第1の正極活物質のエネルギ密度は、第2の正極活物質のエネルギ密度よりも大きく、第1の正極シートに含まれる第1の正極活物質の質量をm1とし、第1の正極シートに含まれる正極活物質の総質量をm0としたとき、
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であり、正極活性コーティングの平均片面面密度は、50～650g/m²であり、比面抵抗は、0.0001～0.1500Ω/mm²・gである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複合セルであって、
前記複合セルは、正極シートを含み、前記正極シートの数は、１よりも大きく、各前記正極シートは、いずれも、その単位面積容量と他のいずれか１つの前記正極シートの単位面積容量との比が０．９～１．１であることを満たし、
前記正極シートは、第１の正極シートを含み、前記第１の正極シートに含まれる正極活物質は、第１の正極活物質と第２の正極活物質を含み、ここで、前記第１の正極活物質のエネルギ密度は、前記第２の正極活物質のエネルギ密度よりも大きく、
各前記第１の正極シートに、前記第１の正極活物質の質量は、前記第２の正極活物質の質量よりも小さく、前記第１の正極シートに含まれる前記第１の正極活物質の質量をｍ１とし、該前記第１の正極シートに含まれる前記正極活物質の総質量をｍ０とし、
TIFF
2025091361000029.tif
11
170
であり、
各前記第１の正極シートに、設けられる正極活性コーティングの層数は、１よりも大きく、前記正極活性コーティングの平均片面面密度は、５０～６５０ｇ／ｍ
２
であり、比面抵抗は、０．０００１～０．１５００Ω／ｍｍ
２
・ｇであり、前記正極活性コーティングは、第１の正極コーティングと第２の正極活性コーティングを含み、前記第１の正極活性コーティングに含まれる正極活物質は、前記第１の正極活物質で構成され、前記第２の正極活性コーティングに含まれる正極活物質は、前記第２の正極活物質で構成される、ことを特徴とする複合セル。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記正極シートは、第２の正極シートをさらに含み、前記第２の正極シートに設けられる正極活性コーティングの平均片面面密度は、６５～７００ｇ／ｍ
２
であり、比面抵抗は、０．０００２～０．２０００Ω／ｍｍ
２
・ｇである、ことを特徴とする請求項１に記載の複合セル。
【請求項３】
TIFF
2025091361000030.tif
11
170
である、ことを特徴とする請求項２に記載の複合セル。
【請求項４】
前記第１の正極シートに設けられる正極活性コーティングの平均片面面密度は、１００～５００ｇ／ｍ
２
であり、比面抵抗は、０．０００１～０．１２００Ω／ｍｍ
２
・ｇである、ことを特徴とする請求項３に記載の複合セル。
【請求項５】
前記第２の正極シートに設けられる正極活性コーティングの平均片面面密度は、２００～６００ｇ／ｍ
２
であり、比面抵抗は、０．０００２～０．１６００Ω／ｍｍ
２
・ｇである、ことを特徴とする請求項４に記載の複合セル。
【請求項６】
前記複合セルにおいて、前記第１の正極活物質の総質量は、Ｍ１であり、前記正極活物質の総質量は、Ｍ０であり、
TIFF
2025091361000031.tif
11
170
である、ことを特徴とする請求項１に記載の複合セル。
【請求項７】
前記第１の正極活物質は、三元系正極材であり、前記第２の正極活物質は、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、マンガン酸リチウムのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の複合セル。
【請求項８】
前記第１の正極シートの集電体の同一側に、前記集電体表面から離れる方向に沿って、前記第１の活物質で形成された正極活性コーティングと前記第２の正極活物質で形成された正極活性コーティングは、順次設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の複合セル。
【請求項９】
前記第２の正極シートで採用される正極活物質は、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、マンガン酸リチウムのうちの１つを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の複合セル。
【請求項１０】
請求項１～９のいずれか一項に記載の複合セルを含む、ことを特徴とする電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池技術分野に属し、具体的には、複合セル及びそれを含む電池に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
主流のリチウムイオン電池用正極材料には、主に酸化物系正極活物質系とリン酸塩系正極活物質系が含まれる。酸化物系正極活物質は、エネルギ密度が高いが構造安定性が低く、リン酸塩系正極活物質は、エネルギ密度が低いがサイクル寿命が長く、且つコストと安全上の優位性が明らかである。異なる材料の相互補完的な優位性をどのように十分に発揮するかは、ずっと業界の難題である。現在の業界では、異なる種類の正極活物質を混合して形成された正極スラリを集電体の表面に直接塗布して正極シートを作製するブレンド方式が一般的であるが、異なる種類の正極活物質の粒径と表面エネルギの違いにより混合スラリが凝集し、多層塗布方式では上記問題をある程度避けることができるが、異なる種類の正極活物質の割合の差が大きい場合、比較的小さい材料の塗布面密度が小さすぎて塗布プロセスが実現できない。
【０００３】
これに基づいて、どのように同じセルに異なるタイプの正極シートを集積し、異なるタイプの正極活物質の相乗優位性を十分に発揮するかは、当業者が研究において早急に解決すべき技術的問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、複合セル及びそれを含む電池を提供することによって、異なる種類の正極活物質の相乗優位性を十分に発揮し、電池のエネルギ密度、レート特性、サイクル性能をさらに向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、複合セルが提供され、複合セルは、正極シートを含み、正極シートの数は、１よりも大きく、各正極シートは、いずれも、その単位面積容量と他のいずれか１つの正極シートの単位面積容量との比が０．９～１．１であることを満たし、正極シートは、第１の正極シートを含み、第１の正極シートに含まれる正極活物質は、第１の正極活物質と第２の正極活物質を含み、ここで、第１の正極活物質のエネルギ密度は、第２の正極活物質のエネルギ密度よりも大きく、各第１の正極シートに、第１の正極活物質の質量は、第２の正極活物質の質量よりも小さく、第１の正極シートに含まれる第１の正極活物質の質量をｍ１とし、該第１の正極シートに含まれる正極活物質の総質量をｍ０とし、
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2025091361000002.tif
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170
であり、各第１の正極シートに、設けられる正極活性コーティングの層数は、１よりも大きく、正極活性コーティングの平均片面面密度は、５０～６５０ｇ／ｍ
２
であり、比面抵抗は、０．０００１～０．１５００Ω／ｍｍ
２
・ｇであり、正極活性コーティングは、第１の正極コーティングと第２の正極活性コーティングを含み、第１の正極活性コーティングに含まれる正極活物質は、第１の正極活物質で構成され、第２の正極活性コーティングに含まれる正極活物質は、第２の正極活物質で構成される。
【０００６】
本発明による複合セルにおいて、第１の正極シートにおける正極活物質の比率及び第１の正極シートの面密度と比面抵抗を制御することによって、第１の正極シートの電位分布を均一にし、極シートの局所的電流密度の過大化によるリチウムの析出現象を緩和することに有利であり、また、極シートのエネルギ密度を向上させることに有利である。且つ複合セルにおける異なる正極シートの間は、容量バランスの状態にほぼ達し、さらに複合セルの電流密度の均一性を確保し、極シートのインピーダンスレベルを低減させる。これに基づいて、本発明による第１の正極シートは、構造が安定しており、異なる正極活物質の優位性を十分に発揮することができ、複合セルにおける異なる種類の正極活物質間に生じるインピーダンスや電流の不均等の問題を効果的に緩和することができ、該複合セルに優れたエネルギ密度、高低温性能及びサイクル性能を兼ね備えさせる。
【０００７】
第１の正極活物質の質量割合が少なすぎると、塗布プロセスの精度が制限され、加工問題が発生しやすく、且つ大倍率充放電過程において、リチウムイオンの濃度と電位の不均一分布が明らかであり、リチウム析出現象を引き起こしやすく、第１の正極活物質の質量割合が多すぎると、第１の正極シートの構造の安定性に不利であり、且つコストが高くなる。
【０００８】
第１の正極シートの面密度、比面抵抗が大きすぎると、電子伝送経路が長く、伝達速度が遅くなり、極シートの電子導電性が低下し、且つリチウム挿抜過程で体積効果の大きい活物質と集電体との間で剥離が発生しやすくなり、極シートの構造が不安定になり、第１の正極シートの面密度、比面抵抗が低すぎると、極シートの塗布精度が制限され、加工問題が発生しやすく、リチウムイオン挿抜過程の均一性に不利になり、セルのエネルギ密度が低下する。
【０００９】
具体的には、正極シートに設けられる正極活性コーティングの平均面密度は、Ｄｉであり、正極シートに含まれる正極活物質の平均グラム容量は、Ｃｉであり、正極活物質の平均初期効率は、Ｅｉであり、正極活物質の平均質量割合は、Ｗｉであり、その単位面積容量Ｑｉ＝Ｄｉ
＊
Ｃｉ
＊
Ｗｉ／Ｅｉである。
【００１０】
具体的には、正極活性コーティングの比面抵抗＝正極活性コーティングの面抵抗／正極活性コーティングの質量である。
（【００１１】以降は省略されています）

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