电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供可进行‑30℃、15ItA以上的放电、和50ItA以上的充电的ISS用的锂二次电池。该电化学装置的特征在于：(1)向包括正极和负极的电极组的主表面施加0.3～1.1kgf/cm

Electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学装置
本专利技术涉及一种电化学装置，更具体地涉及一种锂二次电池或锂离子电容器，其用作电源以代替用于怠速停止系统的发动机起动器用的铅电池。
技术介绍
近年来，正在开发以锂二次电池或锂离子电容器为代表的电化学装置以用于车载应用，装置在常温时的通常操作性能作为车载用途已经令人满意。另一方面，对低温操作、快速(急速)充电或装置的搭载耐久性、即，长寿命化等严苛使用的性能已成为课题。其中，作为通过维持低电阻化来实现快速充电性和长寿命化的方法，已知有向作为电化学装置的电极组的主表面施加规定压力的方法(专利文献1)。另外，适用于怠速停止系统或走走停停系统(以下称为ISS)的锂二次电池必须具有可进行锂二次电池比铅电池差的约-30℃的发动机操作的15ItA以上的大电流放电能力，而且必须具有对铅电池来说困难的制动时的50ItA以上的大电流充电再生能力。为了实现该目的，以往考虑(1)降低电池电阻，(2)在负极处的Li离子的嵌入反应中抑制金属锂的析出。关于上述(1)，提出了如下方案：减小正、负极电极板的厚度，另外在铝集电箔上涂敷碳来降低电极电阻(专利文献2)，或者增加电极内的导电材料来降低电阻，进而控制分隔体的厚度和空孔直径来降低电阻等。另一方面，关于上述(2)，研究了如下方案：减小正、负极活性物质的粒径、增加反应面积、降低充放电电流密度，或者将负极活性物质由石墨材料变更为非晶质碳材料或钛酸锂，等等。作为锂二次电池，已知有如下的锂二次电池，其中，正极材料是将表面至少具有选自石墨烯相和非晶相的至少1种相的覆盖碳的橄榄石型锂金属磷酸化物与其他碳材料的表面相之间熔融粘合、或者将这些材料均匀分散混合而成的正极材料，负极材料是含有表面覆盖有非晶质碳材料的石墨系碳材(软碳)粒子的负极材料，有机电解液是将作为支持电解质的六氟磷酸锂溶解于有机溶剂中而成的电解液，分隔体是树脂制的织布或无纺布、或者玻璃纤维或纤维素纤维制的分隔体(专利文献3)。已知在锂二次电池的集电箔上设置具有突出部的通孔(专利文献4)。另外，作为非水电解液的电解质，已知混合使用亚氨基锂盐类和六氟磷酸锂(以下称为LiPF6)化合物(专利文献5)。虽然通过上述(1)和(2)的方案可以实现大电流充放电，但难以满足-30℃、15ItA以上的放电、和50ItA以上的充电。特别是上述(2)的将负极活性物质从石墨材料变更为非晶质碳材料，从不利于高容量化且作为ISS用的重要的轻量化的观点考虑，是困难的。这些目标值也可以成为用于在不增加ISS用的锂二次电池的重量，也不增加用于获得HEV、PHEV、EV等的电动驱动下行驶距离的大容量或高容量电池的重量的情况下，延长行驶距离的技术。另外，对适用于ISS的锂二次电池来说，还存在以下问题：想要求在-40℃下放置规定时间后满足-30℃、15ItA以上的放电、和50ItA以上的充电，仅通过向电极组的主表面施加规定压力的方法难以满足所要求的特性。现有技术文献专利文献专利文献1：专利第3867030号公报专利文献2：国际公开WO2011/049153号公报专利文献3：国际公开WO2012/140790号公报专利文献4：特开平6-314566号公报专利文献5：特开2014-7052号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供在-40℃下放置规定时间后，能够在-30℃下放电和25℃下快速充电的锂二次电池，具体地，本专利技术的目的是提供可长期维持-30℃、15ItA以上的放电、和50ItA以上的充电的ISS用的锂二次电池等电化学装置。解决课题的手段本专利技术的电化学装置是如下的电化学装置：在将金属箔表面形成有正极材料的正电极和金属箔表面形成有负极材料的负电极之间隔着分隔体而卷绕或层叠而成的电极组中渗透或浸渍有机电解液，通过重复进行锂离子的吸留和释放，能够在-30℃下放电和在约25℃等的室温下快速充电。该电化学装置具有以下特征。(1)向上述包括正极和负极的电极组的主表面上施加0.3～1.1kgf/cm2的压力。(2)上述正极材料是粒子表面覆盖有非晶质碳材料的含锂化合物粒子与导电性碳材料的表面碳原子之间化学键合而成的正极材料、或者是上述含锂化合物粒子与上述导电性碳材料均匀分散混合而成的正极材料。特别是，其特征在于，上述含锂化合物是含锂金属磷酸化合物。另外，其特征在于：导电性碳材料含有选自碳黑、碳纳米管、和由单层石墨烯多片层叠而成的石墨烯材料中的至少1种。(3)其特征在于，上述负极材料是含有选自比表面积为5m2/g以上的石墨粒子、和软碳粒子中的至少1种粒子、以及上述导电性碳材料，上述石墨粒子被非晶质碳覆盖、该粒子与上述导电性碳材料的表面碳原子之间化学键合而成的负极材料，或者是上述石墨粒子与上述导电性碳材料均匀地分散混合而成的负极材料。另外，其特征在于，导电性碳材料含有选自碳黑、碳纳米管、和由单层石墨烯多片层叠而成的石墨烯材料中的至少1种。(4)上述金属箔是具有多个贯通该金属箔且在至少一侧箔面上具有突出部的通孔的金属箔。(5)上述有机电解液是在有机溶剂中溶解有混合电解质的有机电解液，该混合电解质是含有LiPF6和双氟磺酰亚胺锂(以下称为LiFSI)的混合电解质。另外，其特征在于，该混合电解质中的LiPF6和LiFSI的配比为(LiPF6/LiFSI)＝(1/0.2)～(0.4/0.8)。另外，其特征在于，上述有机溶剂是含有碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、和碳酸二甲酯中的至少1种的混合碳酸酯。(6)上述分隔体是选自织布制、无纺布制、和纸制中的至少1种的分隔体。另外，其特征在于，无纺布制分隔体是纤维素纤维无纺布或聚四氟乙烯纤维无纺布，纸是将再生纤维素纤维打浆后抄造而成的纸。向主表面施加压力的电极组的特征在于，(a)将装纳于上述壳体之前的该电极组制造时的总厚度或组直径设为L1、将上述壳体的相对的内壁面之间的长度设为L0时，设计成L1>L0，利用上述分隔体的可压缩的缓冲作用，在装纳于上述壳体之后，通过上述分隔体的复原力，向上述电极组的主表面施加上述压力，或者(b)通过用带紧固上述电极组整体，向上述电极组的主表面施加上述压力。本专利技术的电化学装置的特征是锂二次电池或者锂离子电容器。专利技术效果本专利技术的电化学装置中使用的分隔体是选自织布或无纺布制的至少1种的分隔体，因此与合成树脂制的膜分隔体(隔膜)相比容易起缓冲体的作用，以使分隔体与电极面的接触追随充放电时的电极的膨胀收缩。另外，通过隔着该分隔体分别向对置的正、负极表面施加0.3～1.1kgf/cm2的压力，电解液的移动变得更容易。进而，由于特定了正极材料和负极材料、以及将有机电解液特定为含有LiPF6和LiFSI的混合电解质，特别是将它们的配比特定为(LiPF6/LiFSI)＝(1/0.2)～(0.4/0.8)，因而低温特性优异。其结果，可以实现耐受低温、快速充电等的严苛使用的电化学装置的长寿命。本专利技术的电化学装置、特别是锂二次电池由于组合了：在具备多个具有突出部的通孔的金属箔上形成有上述特定的正/负极材料的正/负极、特定的有机电解液、和特定的分隔体，因而与以往的电池相比，可以实现-30℃、15ItA以上的放电、和50ItA以上的充电，并且其使用寿命是ISS用铅电池的寿命的大约2倍而实现了长寿命本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电化学装置，其特征在于，在将金属箔表面形成有正极材料的正电极和金属箔表面形成有负极材料的负电极之间隔着分隔体地卷绕或层叠而成的电极组中渗透或浸渍有机电解液，通过重复进行锂离子的吸留和释放，由此能够在‑30℃下放电和25℃下快速充电，其中，向上述包括正极和负极的电极组的主表面上施加0.3～1.1kgf/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电化学装置，其特征在于，在将金属箔表面形成有正极材料的正电极和金属箔表面形成有负极材料的负电极之间隔着分隔体地卷绕或层叠而成的电极组中渗透或浸渍有机电解液，通过重复进行锂离子的吸留和释放，由此能够在-30℃下放电和25℃下快速充电，其中，向上述包括正极和负极的电极组的主表面上施加0.3～1.1kgf/cm2的压力，上述正极材料是粒子表面覆盖有非晶质碳材料的含锂化合物粒子与导电性碳材料的表面碳原子之间化学键合而成的正极材料，或者是上述含锂化合物粒子与上述导电性碳材料均匀地分散混合而成的正极材料，上述负极材料是含有选自比表面积为5m2/g以上的石墨粒子和软碳粒子中的至少1种粒子以及上述导电性碳材料、上述石墨粒子被非晶质碳覆盖、该粒子与上述导电性碳材料的表面碳原子之间化学键合而成的负极材料，或者是上述石墨粒子与上述导电性碳材料均匀地分散混合而成的负极材料，上述金属箔是具有多个贯通该金属箔且在至少一侧箔面上具有突出部的通孔的金属箔，上述有机电解液是在有机溶剂中溶解有混合电解质的有机电解液，上述混合电解质是含有六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的混合电解质，上述分隔体是选自织布制、无纺布制、和纸制中的至少1种的分隔体。2.权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，就上述电极组而言，将装纳于壳体之前的该电极组制造时的总厚度或组直径设为L1，将上述壳体的相对的内壁面之间的长度设为L0时，设计成L1>L0，利用上述分隔体的可压缩的缓冲作用，在装纳于上述壳体之后，通过上述分隔体的复原力，向上述电极组的主表面施加上述压...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽井岳彦，齐藤慎治，浦尾和宪，
申请(专利权)人：SEI株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP