JP2012221795A - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電池1は、正極板20と負極板30とセパレータ40とを備え、セパレータの表面41Aに形成され、負極板とセパレータとの間に介在し、絶縁性の水分吸着無機粒子51と結着材52を含む耐熱層50を備え、耐熱層の水分吸着無機粒子は、水分吸着無機粒子に含まれる水分量を、カールフィッシャ法で滴定した場合において、水分吸着無機粒子を120℃としたときに、これに含まれる第1水分量W1とし、水分吸着無機粒子を150℃としたときに、これに含まれる第2水分量W2としたとき、第1水分量W1と第2水分量W2との差ΔW(=W1−W2)が、ΔW=200〜600ppmとなる水分保持特性を有する。
【選択図】 図4
Description
この電池として、正極板と負極板との間に、無機酸化物フィラー(無機粒子)を含む一層の多孔質耐熱層(耐熱層)を備える電池がある(例えば、特許文献1)。この電池では、耐熱層自身及びセパレータを貫通して正極板と負極板との間で短絡が生じた場合、耐熱層がその短絡点の拡大を抑制する。
車両動力源に用いられる電池は高い入出力を要求されるので、通常、電池の体格が民生用電池よりも大きくなる。電池の体格が大きくなると、電池の放熱性が悪くなってしまう。これに対し、上述の車両は、120℃程度の温度からの温度上昇を抑制(緩和)できる電池を搭載しているので、放熱性の悪い電池において、電池の昇温を抑えた車両とすることができる。
上述した電池の製造方法のペースト塗布工程では、負極板及びセパレータの少なくともいずれかの表面にペーストを塗布する。このため、正極板にリチウム含有複合酸化物を用いていながらも、腐食等の不具合を生じ難くできる。
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
なお、本実施形態1にかかる電池1について、図1,2を参照しつつ説明する。
この電池1は、いずれも帯状の正極板20と、負極板30と、これら正極板20及び負極板30との間に介在するセパレータ40とを扁平形状に捲回した電極体10を備えるリチウムイオン二次電池である(図1参照)。また、この電池1は、電極体10において、セパレータ40の表面(後述する第1表面41A)に形成され、負極板30とセパレータ40との間に介在する耐熱層50を備える。
なお、電池1は、図1に示すように、電極体10を電池ケース80に収容してなる。
この電極体10を構成する、薄板形状の正極板20は、帯状のアルミニウム箔28と、このアルミニウム箔28の両主面上に、帯状に形成・配置された2つの正極活物質層21,21とを有している(図2参照)。
このうち正極活物質層21は、リチウム含有複合酸化物であるLiCoO2からなる正極活物質粒子22、アセチレンブラックからなる導電助剤23、及び、PVDFからなる結着材24を含む(図2参照)。
このうち負極活物質層31は、黒鉛からなる負極活物質粒子32、カルボキシメチルセルロース(CMC)からなる増粘剤33、及び、スチレンブタジエンゴム(SBR)からなる結着材34を含む(図3参照)。
また、この耐熱層50は、電池1(電極体10)において、負極板30とセパレータ40との間に介在している。従って、電池1(電極体10)において、この耐熱層50及びセパレータ40を貫通して、正極板20と負極板30との間で短絡が生じた場合、耐熱層50がその短絡点の拡大を抑制できる。
即ち、カールフィッシャ法で滴定した、水分吸着無機粒子51に含まれる水分量のうち、120℃のときの水分吸着無機粒子51の水分量を第1水分量W1とし、150℃のときの水分吸着無機粒子51の水分量を第2水分量W2とする。そして、これら第1水分量W1と第2水分量W2との差ΔW(=W1−W2)がΔW=200〜600ppmとなる水分保持特性を有する。
なお、JIS K 0068に規定のカールフィッシャ法で水分吸着無機粒子51の第1水分量W1及び第2水分量W2をそれぞれ測定した。
まず、粒子水分吸着工程では、水分を吸着していない吸着前無機粒子51Bを用意する。そして、この吸着前無機粒子51Bを、室温が25℃、湿度が50%にそれぞれ管理された恒温恒湿槽内に72時間置く。
このようにして、吸着前無機粒子51Bに水分を吸着させて、前述の水分保持特性を有する水分吸着無機粒子51を得る。
このペースト調製工程は、上述の水分吸着無機粒子51を44重量部と、結着材52であるPVDFを2重量部と、溶媒53であるNMPを54重量部とを、ミキサ100の混合槽110内にそれぞれ投入し、混合(混練)する。かくして、耐熱層50用のペースト50Pを作製した。
このうち、ダイ160は、ペースト50Pを内部に貯留するペースト貯留部161と、このペースト貯留部161のペースト50Pをセパレータ40の表面(第1表面41A)上に向かって連続的に吐出する吐出口162とを有する。このうち吐出口162は、スリット状で、セパレータ40の幅方向(図5中、奥行き方向)に平行に開口している。
このペースト塗布工程では、塗工装置150の巻出し部151に予め捲回した帯状のセパレータ40を長手方向DAに移動させ、そのセパレータ40の第1表面41A上に、ダイ160によりペースト50Pを塗布する。これにより、セパレータ40の第1表面41A上に、塗膜50Sが形成される。
この乾燥工程の後、セパレータ40を巻取り部152に巻き取る。
次に、前述した実施形態1にかかる製造方法の変形形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、実施形態1では、水分吸着無機粒子を得た後、この水分吸着無機粒子を用いてペーストを調製し、80℃以下の温度環境下で塗膜を乾燥させた。これに対し、本変形形態にかかる電池の製造方法では、塗膜を乾燥させた後、無機粒子に水分を吸着させて水分吸着無機粒子とする点で、実施形態1の製造方法とは異なる。
そこで、実施形態1と異なる点を中心に説明し、実施形態1と同様の部分の説明は省略または簡略化する。なお、実施形態1と同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
まず、ペースト調製工程では、水分吸着無機粒子51に代えて吸着前無機粒子51Bを用いるほかは、実施形態1の粒子水分吸着工程と同様にして、結着材52であるPVDF、及び、溶媒53であるNMPをそれぞれ用いる。そして、前述したミキサ100を用いて、吸着前無機粒子51Bを44重量部と、結着材52を2重量部と、溶媒53を54重量部とを混合(混練)して、ペースト250Pを作製した。
但し、このヒータ270は、実施形態1で用いたヒータ170よりも高温の熱風で塗膜250Sを乾燥させる点で、実施形態1と異なる。このため、本変形形態では、実施形態1の乾燥工程に比べて、より早い乾燥時間で確実に塗膜250Sを乾燥させて、吸着前無機粒子51Bと結着材52とを含む吸着前耐熱層250Bを形成することができる。
この乾燥工程の後、吸着前耐熱層250Bと共にセパレータ40を巻取り部152に巻き取る。
なお、実施形態1と同様、セパレータ40は水分と反応(化学反応)しないPEからなるので、この層水分吸着工程の前後で、セパレータ40の特性が変化することはない。
この層水分吸着工程の後、実施形態1と同様にして電池1を完成させれば良いので、説明を省略する。
本実施形態2にかかる車両300は、前述した電池1を複数含むバッテリパック310を搭載したものである。具体的には、図6に示すように、車両300は、エンジン340、フロントモータ320及びリアモータ330を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両300は、車体390、エンジン340、これに取り付けられたフロントモータ320、リアモータ330、ケーブル350、インバータ360、及び、矩形箱形状のバッテリパック310を有している。
例えば、実施形態1及び変形形態では、セパレータ40の第1表面41Aに耐熱層50を形成した例を示したが、セパレータに代えて、正極板の表面上に耐熱層50を形成して、正極板とセパレータとの間に介在させても良い。また、セパレータに代えて、負極板の表面上に耐熱層50を形成して、負極板とセパレータとの間に介在させても良い。
但し、変形形態にかかる電池の製造方法で電池を製造する場合で、水分と反応して強アルカリ性を示すリチウム含有複合酸化物の正極活物質粒子を含む正極板を用いる場合には、セパレータ及び負極板の少なくともいずれかの表面に塗布するのが好ましい。
また、実施形態1等では、セパレータの片側の表面に耐熱層を形成した例を示したが、セパレータの両方の表面に耐熱層をそれぞれ形成しても良い。
また、PEからなるセパレータを示したが、例えば、PPからなるものや、PE及びPPを積層したものを用いることもできる。
20 正極板
22 正極活物質粒子
30 負極板
32 負極活物質粒子
40 セパレータ
41A 第1表面(表面)
50 耐熱層
50P,250P ペースト
50S,250S 塗膜
51 水分吸着無機粒子
52 結着材
53 溶媒
250B 吸着前耐熱層
300 車両
W1 第1水分量
W2 第2水分量
ΔW 差
Claims (3)
- 正極板と、
負極板と、
上記正極板と上記負極板との間に介在するフィルム状のセパレータと、を備え、
上記正極板と上記セパレータとの間、及び、上記負極板と上記セパレータとの間の少なくともいずれかに介在し、絶縁性の水分吸着無機粒子と結着材を含む耐熱層を備える
電池であって、
上記耐熱層の上記水分吸着無機粒子は、
上記水分吸着無機粒子に含まれる水分量を、カールフィッシャ法で滴定した場合において、
上記水分吸着無機粒子を120℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第1水分量W1とし、
上記水分吸着無機粒子を150℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第2水分量W2としたとき、
上記第1水分量W1と上記第2水分量W2との差ΔW(=W1−W2)が、ΔW=200〜600ppmとなる水分保持特性を有する
電池。 - 正極板と、
負極板と、
上記正極板と上記負極板との間に介在するフィルム状のセパレータと、を備え、
上記正極板と上記セパレータとの間、及び、上記負極板と上記セパレータとの間の少なくともいずれかに介在し、絶縁性の水分吸着無機粒子と結着材を含む耐熱層を備え、
上記耐熱層の上記水分吸着無機粒子は、
上記水分吸着無機粒子に含まれる水分量を、カールフィッシャ法で滴定した場合において、
上記水分吸着無機粒子を120℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第1水分量W1とし、
上記水分吸着無機粒子を150℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第2水分量W2としたとき、
上記第1水分量W1と上記第2水分量W2との差ΔW(=W1−W2)が、ΔW=200〜600ppmとなる水分保持特性を有する
電池の製造方法であって、
水分を吸着させて、上記水分保持特性を有する上記水分吸着無機粒子を得る粒子水分吸着工程と、
上記粒子水分吸着工程の後、上記水分吸着無機粒子と上記結着材と溶媒とを混合してペーストを調製するペースト調製工程と、
上記正極板、上記負極板及び上記セパレータの少なくともいずれかの上記表面に、上記ペーストを塗布して塗膜を形成するペースト塗布工程と、
80℃以下の温度環境下で、上記塗膜を乾燥させて上記耐熱層を形成する乾燥工程と、を備える
電池の製造方法。 - 正極板と、
負極板と、
上記正極板と上記負極板との間に介在するフィルム状のセパレータと、を備え、
上記正極板と上記セパレータとの間、及び、上記負極板と上記セパレータとの間の少なくともいずれかに介在し、絶縁性の水分吸着無機粒子と結着材を含む耐熱層を備え、
上記耐熱層の上記水分吸着無機粒子は、
上記水分吸着無機粒子に含まれる水分量を、カールフィッシャ法で滴定した場合において、
上記水分吸着無機粒子を120℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第1水分量W1とし、
上記水分吸着無機粒子を150℃としたときに、この水分吸着無機粒子に含まれる第2水分量W2としたとき、
上記第1水分量W1と上記第2水分量W2との差ΔW(=W1−W2)が、ΔW=200〜600ppmとなる水分保持特性を有する
電池の製造方法であって、
無機粒子と上記結着材と溶媒とを混合してペーストを調製するペースト調製工程と、
上記正極板、上記負極板及び上記セパレータの少なくともいずれかの上記表面に、上記ペーストを塗布して塗膜を形成するペースト塗布工程と、
上記塗膜を乾燥させて、吸着前耐熱層を形成する乾燥工程と、
上記吸着前耐熱層の上記無機粒子に水分を吸着させて、上記無機粒子を上記水分吸着無機粒子を含む上記耐熱層を形成する層水分吸着工程と、を備える
電池の製造方法。
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