锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供安全性优异的锂离子电池。锂离子电池(20)在电池容器(5)内具备电极组(6)以及电解液，所述电极组(6)是将以锂‑镍‑锰‑钴复合氧化物为主要正极活性物质的正极、以非晶质碳为主要负极活性物质的负极隔着隔膜层叠而成的，所述锂离子电池(20)的放电容量大于或等于20Ah，其中，使电解液的体积Y相对于电池容器(5)内的总空隙体积X之比(Y/X的值)大于或等于0.65。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池是高能量密度的二次电池，利用其特性而被用于笔记本电脑、手机等便携设备的电源。锂离子电池的形状存在多种，但圆筒形锂离子电池采用的是正极、负极和隔膜的卷绕式结构。例如，在两片带状金属箔上分别涂覆正极材料和负极材料，在其中夹入隔膜而得到层叠体，将该层叠体卷绕成漩涡状，从而形成电极卷绕组。将该电极卷绕组收纳于成为电池容器的圆筒形电池罐内，注入电解液后进行封口，从而形成圆筒形锂离子电池。作为圆筒形锂离子电池，18650型锂离子电池作为民用锂离子电池而广泛普及。18650型锂离子电池的外径尺寸为直径18mm、高度65mm程度的小型。在18650型锂离子电池的正极活性物质中，主要使用以高容量、长寿命为特征的钴酸锂，电池容量为大致1.0Ah～2.0Ah(3.7Wh～7.4Wh)程度。近年来，对于锂离子电池，不限于便携设备用等民用用途，还期待向太阳能、风力发电这样的面向自然能源的大规模蓄电系统用途扩展。大规模蓄电系统中，每一个系统的电能需要数MWh的数量级。例如，下述专利文献1(国际公开第2013/128677号公报)中公开了一种圆筒形锂离子电池，其在圆筒形电池容器中具有将层叠有正极、隔膜和负极的层叠体卷绕而成的电极卷绕组。该电池的放电容量大于或等于30Ah，正极使用包含锂锰复合氧化物的正极活性物质合剂，负极使用包含非晶质碳的负极活性物质合剂。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2013/128677号公报专利文献2：日本特开2012-252807号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，在使用包含锂锰复合氧化物的正极活性物质的情况下，存在电池容量小，且在循环时锰溶出而导致容量下降这样的课题。因此，在专利文献2(日本特开2012-252807号公报)中使用层状结构的锂-镍-锰-钴复合氧化物(NMC)作为正极活性物质。通过使用该活性物质，可期待容量、寿命的提高。然而，层状结构的锂-镍-锰-钴复合氧化物(NMC)在过充电时的氧放出量多，发热量大，因此在安全性上存在课题。对于锂离子电池，在<1>因充电控制系统的不良状况而引起过充电时、<2>因预料之外的冲击等而引起电池挤压(crush)时、<3>异物刺穿时或<4>外部短路时等异常状态下，有时大电流充电状态或大电流放电状态会持续。在这样的情况下，有时会因电解液与正极中的正极活性物质的剧烈且持续的化学反应而产生气体，使得电池容器的内压升高。一般而言，圆筒形锂离子电池中，为了防止电池容器内的内压升高，具有在达到预定内压时将气体放出至容器外的安全阀、防爆阀等内压降低机构。然而，在发生了上述剧烈且持续的化学反应时，即使是具有内压降低机构的情况，也有可能发生电池容器的破损(包括龟裂、膨胀、起火)。特别是这样的内压升高主要是由于电解液发生反应而引起的，此时能够确认到急剧的温度升高。此外，除了通常的充电控制系统以外，还搭载有检测电压异常的系统，以便能够在发生了过充电时立刻停止系统。然而，在过充电时，温度急剧升高，因此，如果因温度升高所产生的热无法被高效地放出至电池外，则电池会热失控，即使检测电压异常的系统起作用而使电流停止，电池内部的反应也不会结束，从而有可能发生电池容器的破损(包括龟裂、膨胀、起火)。因此，为了进一步提高过充电时的安全性，重要的是在温度开始急剧升高之前检测电压异常并立刻断开电流。即，重要的是在温度升高小的阶段(例如几乎没有温度升高的状况、或温度升高缓慢的状况等)达到检测电压异常的电压。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，本专利技术的目的在于，提供一种安全性优异的锂离子电池。本专利技术的上述目的以及其他目的和新的特征，可由本说明书的描述和附图来明确。用于解决课题的方法本专利技术中作为改良对象的锂离子电池在电池容器内具备电极组以及电解液，所述电极组是将以锂-镍-锰-钴复合氧化物为主要正极活性物质的正极和以非晶质碳为主要负极活性物质的负极隔着隔膜层叠而成的，所述锂离子电池的放电容量大于或等于20Ah。本专利技术的锂离子电池中，电解液的体积Y相对于电池容器内的总空隙体积X之比(Y/X的值)被调整为大于或等于0.65。像这样，通过将电池容器内的全部空隙的体积与电解液在该空隙中所占的体积的体积比(Y/X的值)调整为大于或等于0.65，能够提高过充电时锂离子电池的安全性。特别是对于放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池，能够将蓄积于锂离子电池内部的热高效地放出至电池的外部。即，能够在温度升高少的阶段达到检测电压异常的设定电压，使电流断开。其结果是，能够防止过充电时锂离子电池的热失控，能够防止电池容器的破损。此外，通过将Y/X的值调整为大于0.65的大于或等于0.8，能够将蓄积于放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池内部的热更加高效地放出至电池的外部。其结果是，能够在温度升高缓慢的状况下达到该异常检测电压，使电流断开，因此能够确实地防止锂离子电池的热失控。进而，如果将Y/X的值提高至大于0.8的大于或等于0.9，则能够在几乎没有温度升高的状况下达到该异常检测电压，使电流断开，因此能够更加确实地防止锂离子电池的热失控。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种安全性优异的锂离子电池。附图说明图1为表示将电解液的注液量(体积)Y相对于电池容器内的总空隙体积X之比(Y/X的值)设为0.60以及0.94的电池的过充电试验时的电压变迁的图。图2为本专利技术能够适用的实施方式的圆柱状锂离子电池的截面图。具体实施方式以下实施方式中，以A～B的形式显示范围时，除了特别明示的情况以外，表示大于或等于A且小于或等于B。(实施方式)首先，关于锂离子二次电池的概要进行简单的说明。锂离子电池在电池容器内具有正极、负极、隔膜以及电解液。在正极与负极之间配置有隔膜。对锂离子电池进行充电时，在正极端子与负极端子之间连接充电器的输出端子。在充电时，插入至正极活性物质内的锂离子脱离，并放出至电解液中。放出至电解液中的锂离子在电解液中移动，通过由微多孔质膜构成的隔膜，达到负极。达到负极的该锂离子插入至负极中的负极活性物质内。锂离子电池进行放电时，在正极端子与负极端子之间连接外部负荷。在放电时，插入至负极活性物质内的锂离子脱离，并放出至电解液中。此时，由负极放出电子。然后，放出至电解液中的锂离子在电解液中移动，通过由微多孔质膜构成的隔膜，达到正极。该达到正极的锂离子插入至正极中的正极活性物质内。此时，通过锂离子插入至正极活性物质，从而电子流入正极。这样操作，电子从负极移动至正极，从而进行放电。像这样，通过使锂离子在正极活性物质与负极活性物质之间插入-脱离，从而锂离子电池能够进行充放电。需要说明的是，对于实际的锂离子电池的构成例，如后所述(例如，参照图2)。对于本例的锂离子电池，电解液的体积Y相对于将电极组收纳于电池容器内时的总空隙体积X之比(Y/X的值)大于或等于0.65。由此，能够提高过充电时的安全性。特别是对于放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池而言，该效果变得显著。对于放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池，锂离子电池内部所蓄积的热难以被放出，推测：通过将电解液的体积Y相对于将电极组收纳于电池容器内时的总空隙体积X之比(Y/X的值)设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，其是在电池容器内具备电极组和电解液的、放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池，所述电极组是将以锂‑镍‑锰‑钴复合氧化物为主要正极活性物质的正极和以非晶质碳为主要负极活性物质的负极隔着隔膜层叠而成的，所述电解液的体积Y相对于将所述电极组收纳于所述电池容器内时的总空隙体积X之比即Y/X的值大于或等于0.65。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.19 JP 2014-2350871.一种锂离子电池，其是在电池容器内具备电极组和电解液的、放电容量大于或等于20Ah的锂离子电池，所述电极组是将以锂-镍-锰-钴复合氧化物为主要正极活性物质的正极和以非晶质碳为主要负极活性物质的负极隔着隔膜层叠而成的，所述电解液的体积Y相对于将所述电极组收纳于所述电池容器内时的总空隙体积X之比即Y/X的值大于或等于0.65。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，所述Y/X的值大于或等于0.8。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤真吾，落田学，梶本贵纪，伊藤阳平，芦浦正，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP