JP-2026077427-A - 液系リチウムイオン電池

Abstract

【課題】軽量及び長寿命を兼ね備えた液系リチウムイオン電池の提供。 【解決手段】正極集電体と、上記正極集電体の両面に配置された正極活物質層とを含む正極と、負極集電体と、上記負極集電体の両面に配置された負極活物質層とを含む負極と、上記正極の上記正極活物質層と上記負極の上記負極活物質層との間に配置されたセパレータと、を備え、上記正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであり、かつ、上記正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ ３ ～２．５ｇ／ｃｍ ３ である、液系リチウムイオン電池。 【選択図】なし

Inventors

• 脇谷 聡一郎

Assignees

• ダイハツ工業株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (2)

1. 正極集電体と、前記正極集電体の両面に配置された正極活物質層とを含む正極と、 負極集電体と、前記負極集電体の両面に配置された負極活物質層とを含む負極と、 前記正極の前記正極活物質層と前記負極の前記負極活物質層との間に配置されたセパレータと、 を備え、 前記正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであり、かつ、前記正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ ３ ～２．５ｇ／ｃｍ ３ である、液系リチウムイオン電池。
2. 前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して交互に複数配置された積層体、又は、前記積層体が所定の軸回りに捲回された捲回体である、請求項１に記載の液系リチウムイオン電池。

Description

本開示は、液系リチウムイオン電池に関する。 従来、液系リチウムイオン電池が知られている。液系リチウムイオン電池では、リチウムイオンが液体の電解質を通って正極と負極との間を移動することで、電気の流れが生じる。一般に、液系リチウムイオン電池は、集電体と、上記集電体上に形成された活物質層とを有する電極を備えている。 例えば、特許文献１には、集電体と、上記集電体上に形成された、正極活物質を含む第１の正極活物質層とを有する電池用電極であって、上記正極活物質の平均粒子径が５μｍ以下であり、上記第１の正極活物質層の空隙率が３０％以上である電池用電極が開示されている。 国際公開第２００７／０３２３６５号 以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。但し、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の目的の範囲内において、適宜、変更を加えて実施することができる。 本開示において「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。 本開示において、組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の成分の合計量を意味する。 本開示において、「質量％」と「重量％」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。 本開示において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。 本開示において、好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。 本開示において「固形分」との語は、溶媒を除く成分を意味し、溶剤以外の低分子量成分等の液状の成分も本開示における「固形分」に含まれる。 本開示において、「溶媒」との語は、水、有機溶剤、及び水と有機溶剤との混合溶媒を包含する意味で用いられる。 ［液系リチウムイオン電池］ 本開示の液系リチウムイオン電池は、正極集電体と正極集電体の両面に配置された正極活物質層を含む正極と、負極集電体と負極集電体の両面に配置された負極活物質層を含む負極と、正極の正極活物質層と負極の負極活物質層との間に配置されたセパレータと、を備え、正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであり、かつ、正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ３～２．５ｇ／ｃｍ３である。 本開示の液系リチウムイオン電池は、正極活物質層の厚み、及び、正極活物質層の密度がそれぞれ特定の範囲であることによって、軽量、かつ、長寿命という効果が得られる。 一般に、正極活物質層の厚みと、正極活物質層の密度との組み合わせは、得られる性能に複雑に影響するため、軽量と長寿命との両立は困難であった。 一方、特許文献１には、正極活物質層の厚みと、正極活物質層の密度との組み合わせに関する記載はない。 以下、本開示の液系リチウムイオン電池における各構成について、詳細に説明する。 本開示において、「液系リチウムイオン二次電池」とは、正負極間のリチウムイオンの移動を媒介する電解質として電解液を含むリチウムイオン二次電池を示す。 ＜正極＞ 本開示の液系リチウムイオン電池は、正極を備える。 正極は、正極集電体と、正極集電体の両面に配置された正極活物質層と、を含む。 本開示の液系リチウムイオン電池に含まれる正極は１つのみであってもよく、２つ以上であってもよい。 なお、本開示の液系リチウムイオン電池は、正極活物質層の厚みが従来と比較して厚いため、従来と容量を同じにした場合、正極の数を減らすことができる。 （正極集電体） 正極集電体の材料は特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、及びカーボンが挙げられる。 正極集電体の形態は特に限定されず、例えば、箔状及びメッシュ状が挙げられる。 正極集電体の厚みは特に限定されず、例えば、１０μｍ～５０μｍである。 （正極活物質層） 正極活物質層は、正極集電体の両面に配置されている。正極活物質層と正極集電体とは直接接していてもよく、正極活物質層と正極集電体との間に他の層が配置されていてもよい。 正極活物質層は、正極活物質を含む層である。 正極活物質は、リチウムを電気化学的にドープ及び脱ドープするリチウム含有活物質が好ましい。 リチウム含有活物質としては、例えば、リチウム含有金属酸化物及びリチウム含有リン酸塩が挙げられる。 リチウム含有金属酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｏ１／２Ｎｉ１／２Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ０．９６ＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｏ１／３Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＣｏ０．２Ｎｉ０．６Ｍｎ０．２Ｏ２、ＬｉＣｏ０．１Ｎｉ０．８Ｍｎ０．１Ｏ２、ＬｉＣｏ０．２Ｎｉ０．４Ｍｎ０．４Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＡｌ１／４Ｎｉ３／４Ｏ２、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ８／７Ｔｉ２／７Ｖ４／７Ｏ２、Ｌｉ１．１Ｎｂ０．１Ｍｎ０．８Ｏ２、Ｌｉ２ＭｏＯ４等が挙げられる。 リチウム含有リン酸塩としては、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４等が挙げられる。 電池の安全性、コスト低下、及び長寿命化の観点から、正極活物質は、リチウム含有リン酸塩を含むことが好ましい。 正極活物質層に含まれる正極活物質は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。 正極活物質の形状は特に限定されず、粒子状であってもよい。 正極活物質が粒子状である場合、平均粒子径（Ｄ５０）は１μｍ～５０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径（Ｄ５０）とは、一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定した体積基準の粒度分布において、小さな粒子側からの累積５０体積％に相当する粒径（メジアン径）をいう。 正極活物質層中、正極活物質の含有量は特に限定されない。 正極活物質の含有量は、正極活物質層の全量に対して、例えば、８０質量％～９９．８質量％である。 正極活物質層は、樹脂を含んでいてもよい。樹脂は、バインダーとして機能する。 樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。 正極活物質層に含まれていてもよい樹脂は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。 正極活物質層が樹脂を含む場合、樹脂の含有量は、正極活物質層の全量に対して、例えば、０．１質量％～１０質量％である。 正極活物質層は、導電助剤を含んでいてもよい。 導電助剤としては、例えば、ケッチェンブラック（ＫＢ）、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンブラック、コークス、黒鉛等の炭素材料が挙げられる。 正極活物質層に含まれていてもよい導電助剤は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。 正極活物質層が導電助剤を含む場合、導電助剤の含有量は、正極活物質層の全量に対して、例えば、０．１質量％～１０質量％である。 正極活物質層の厚みは、０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであり、０．１１ｍｍ～０．２１ｍｍであることが好ましく、０．１３ｍｍ～０．２０ｍｍであることがより好ましい。 正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ以上であると、部品点数を削減することができ、軽量化しやすい。 正極活物質層の厚みが０．２２ｍｍ以下であると、長寿命化しやすい。 正極活物質層の厚みは、５箇所以上で測定された値の平均値とする。 正極活物質層の密度は、１．５ｇ／ｃｍ３～２．５ｇ／ｃｍ３であり、１．６ｇ／ｃｍ３～２．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、１．８ｇ／ｃｍ３～２．２ｇ／ｃｍ３であることがより好ましい。 正極活物質層の密度は、例えば、正極活物質層の粒子径及び粒子径分布、塗工後のプレス等によって調整することができる。 正極活物質層の密度は、正極活物質層の質量と体積とを測定することにより、算出される。 正極活物質層が正極集電箔の両面に配置されている場合、２つの正極活物質層の厚みがそれぞれ０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであって、かつ、当該正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ３～２．５ｇ／ｃｍ３である。 上記のとおり、本開示の液系リチウムイオン電池は、正極を２つ以上備えていてもよい。本開示の液系リチウムイオン電池が正極を２つ以上備える場合、一の正極に含まれる正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであって、かつ、当該正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ３～２．５ｇ／ｃｍ３であればよい。 本開示の液系リチウムイオン電池が正極を２つ以上備える場合、全ての正極に含まれる正極活物質層の厚みが０．１０ｍｍ～０．２２ｍｍであって、かつ、全ての正極に含まれる正極活物質層の密度が１．５ｇ／ｃｍ３～２．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。 ＜負極＞ 本開示の液系リチウムイオン電池は、負極を備える。 負極は、負極集電体と、負極集電体の両面に配置された負極活物質層と、を含む。 本開示の液系リチウムイオン電池に含まれる負極は１つのみであってもよく、２つ以上であってもよい。 なお、本開示液系リチウムイオン電池は、正極活物質層の厚みが従来と比較して厚いため、正極活物質層の厚みに応じ負極活物質層も厚くなり、従来と容量を同じにした場合、負極の数を減らすことができる。 （負極集電体） 負極集電体の材料は特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、銅、ニッケル、及びカーボンが挙げられる。 負極集電体の形態は特に限定されず、例えば、箔状及びメッシュ状が挙げられる。 負極集電体の厚みは特に限定されず、例えば、１０μｍ～５０μｍである。 （負極活物質層） 負極活物質層は、負極集電体の両面に配置されている。負極活物質層と負極集電集電体とは直接接していてもよく、負極活物質層と負極集電体との間に他の層が配置されていてもよい。 負極活物質層は、負極活物質を含む層である。 負極活物質は、リチウムを電気化学的に吸蔵し得る物質が好ましい。 負極活物質としては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料；リチウムと、ケイ素、ケイ素化合物等との合金；などが挙げられる 負極活物質層に含まれる負極活物質は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。 負極活物質層中、負極活物質の含有量は特に限定されない。 負極活物質の含有量は、負極活物質層の全量に対して、例えば、８０質量％～９９．８質量％である。 負極活物質層は、樹脂を含んでいてもよい。樹脂は、バインダーとして機能する。 樹脂としては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＡＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。 負極活物質層に含まれていてもよい樹脂は、１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。 負極活物質層が樹脂を含む場合、樹脂の含有量は、負極活物質層の全量に対して、例えば、０．１質量％～１０質量％である。 負極活物質層は、導電助剤を含んでいてもよい。 導電助剤としては、例えば、ケッチェ