锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子二次电池。锂离子二次电池至少包含正极和负极。负极为多孔质。负极包含碳纤维集合体和高分子膜。碳纤维集合体由多根碳纤维三维地结合而形成。高分子膜被覆多根碳纤维的各自的表面。正极包含粒子群和电解液。粒子群在电解液中分散。粒子群包含正极活性物质和导电材料。在负极内的空隙中填充有正极。高分子膜因电解液而溶胀。

Lithium ion secondary battery

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池
本公开涉及锂离子二次电池。
技术介绍
日本特开2010-244911号公报(以下记为“文献1”)公开了如下内容：用电解质膜被覆碳纤维无纺布，在该碳纤维无纺布内的空隙中填充正极活性物质和溶剂，进而使溶剂蒸发，从而形成电极单元(cell)。
技术实现思路
根据文献1，认为上述构成的电极单元可进行快速充放电。认为原因在于，每单位体积的对置面积大。对置面积表示正极与负极相对的区域的面积。在文献1中，在电极单元的形成过程中使用了粒子分散液。粒子分散液通过使正极活性物质(粒子)分散在溶剂中而形成。将粒子分散液填充于碳纤维无纺布内的空隙，然后，将粒子分散液干燥。认为在干燥后的碳纤维无纺布内形成对应于溶剂的体积部分的空隙。空隙的存在使体积能量密度(每单位体积的能量)降低。即，认为文献1的电极单元在体积能量密度上有改善的余地。本公开的目的在于体积能量密度的提高。以下对本公开的技术的构成和作用效果进行说明。不过，本公开的作用机理包含推定。不应因作用机理的正确与否来限定权利要求。[1]本公开的锂离子二次电池至少包含正极和负极。负极为多孔质。负极包含碳纤维集合体和高分子膜。碳纤维集合体由多根碳纤维三维地结合而形成。高分子膜被覆多根碳纤维的各自的表面。正极包含粒子群和电解液。粒子群在电解液中分散。粒子群包含正极活性物质和导电材料。在负极内的空隙中填充有正极。高分子膜因电解液而溶胀。本公开的锂离子二次电池(以下可简记为“电池”)中，正极为液体状。即，正极包含粒子群(正极活性物质等)和电解液。粒子群在电解液中分散。负极包含碳纤维集合体和高分子膜。碳纤维集合体由多根碳纤维构成。在多根碳纤维的各个纤维中，可发生锂(Li)离子的嵌入反应。即，碳纤维为负极活性物质。在多根碳纤维彼此之间形成有空隙。即，负极为多孔质。在负极内的空隙中填充有正极。由于正极为液体状，因此认为可将负极内的空隙无间隙地填满。因此，认为可抑制在电池内产生无益的空隙。即，期待体积能量密度的提高。高分子膜因正极中所含的电解液而溶胀。溶胀前的高分子膜相对于溶胀后的高分子膜，可为薄膜。由于溶胀前的高分子膜为薄膜，因此认为可填充正极的空隙体积大。由此期待正极(液体)的填充变得容易。进而，由于高分子膜的溶胀，正极的体积减小。但是，正极中所含的正极活性物质的含量没有变化。因此，正极的体积能量密度增加。由此期待体积能量密度的提高。另外，在本公开的电池中，电解液充当正极活性物质与负极活性物质之间的离子传导通道。因此，认为Li离子的移动顺利。因此，对于本公开的电池而言，也期待高输出。[2]电解液至少包含溶剂和锂(Li)盐。溶剂可包含醚。一般地，电解液的溶剂使用碳酸酯[例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)等]。通过溶剂中使用醚[例如1,2-二甲氧基乙烷(DME)等]，期待导电率的提高。认为原因在于，醚具有低的粘度，并且促进Li盐的解离。通过电解液的导电率提高，期待电阻的减小。在锂一次电池中，将醚作为电解液的溶剂使用。但是，在锂离子二次电池中，醚作为电解液的溶剂尚未普及。认为原因在于，在锂离子二次电池中，醚发生共插入。一般地，锂离子二次电池的负极活性物质为石墨。石墨晶体由多个碳六角网面层叠而形成。在电解液中Li离子与溶剂分子(在此为醚)发生溶剂化。所谓“共插入”，表示配位于Li离子的溶剂分子与Li离子一起插入碳六角网面彼此的间隙。发生共插入时，溶剂分子在碳六角网面之间的间隙分解。由此碳六角网面彼此剥离，晶体结构崩溃。认为由于晶体结构的崩溃，Li离子的容纳位点减少。认为由此容量降低。在本公开的锂离子二次电池中，负极活性物质为碳纤维。根据本公开的新发现，在负极活性物质为碳纤维的情况下，通过溶剂使用醚，容量反而可增加。即，可期待体积能量密度的提高。其机理的详细情况目前尚不明确。认为例如由于碳纤维的结晶性比石墨低，因此即使发生共插入，也难以发生结构的崩溃。另外，认为例如在初次充电时由于醚的共插入而使碳纤维表面的结构适度地紊乱，从而Li离子向碳纤维内部的扩散通道变宽。其结果，容量可增加。[3]在上述[2]的构成中，溶剂可包含选自1,4-二烷(DX)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)中的至少一种。[4]在上述[2]或[3]的构成中，锂盐可包含亚胺锂盐。亚胺锂盐为锂离子与含氟磺酰亚胺阴离子的盐。一般地，电解液的Li盐(支持电解质盐)使用LiPF6。作为Li盐，也研究了亚胺锂(Li)盐。亚胺Li盐为Li离子与含氟磺酰亚胺阴离子的盐。“含氟磺酰亚胺阴离子”表示含有氟原子的磺酰亚胺阴离子。包含亚胺Li盐的电解液可具有高导电率。认为原因在于，亚胺Li盐可具有高解离度。进而，由于亚胺Li盐的解离度高，因此也期待正极内的电阻成分(例如电荷移动电阻等)减小。通过这些作用的协同，期待电阻的减小。不过，亚胺Li盐具有腐蚀铝(Al)的缺点。通常的锂离子二次电池的正极包含正极集电体。正极集电体为导电性的电极基材。一般地，正极集电体为Al箔。也有可能由于正极集电体的腐蚀，电阻反而增加。在本公开的锂离子二次电池中，正极为液体状。本公开的正极不需要电极基材(即Al箔)。因此，认为不会产生亚胺Li盐的缺点(Al的腐蚀)，可享有亚胺Li盐的优点(电阻的减小)。[5]在上述[4]的构成中，锂盐可包含双(氟磺酰)亚胺锂。即，亚胺Li盐可以是双(氟磺酰)亚胺锂。以下可将双(氟磺酰)亚胺锂简写为“LiFSI”。[6]在上述[2]～[5]的构成中，多根碳纤维可包含聚丙烯腈(PAN)系碳纤维。虽然机理的详细情况不明确，但认为PAN系碳纤维与醚的相容性特别好。通过碳纤维(负极活性物质)包含PAN系碳纤维，可期待容量的增加和极化的减小。由此可期待体积能量密度的提高。根据结合附图来理解的本公开涉及的如下的详细说明，本公开的上述和其他目的、特征、方面以及优点变得清楚。附图说明图1是示出本实施方式的锂离子二次电池的构成的一例的概念图。图2是示出本实施方式的负极的构成的一例的概念图。图3是示出本实施方式的电极配置的一例的截面概念图。图4是示出层叠电极组的第一概略图。图5是示出层叠电极组的第二概略图。图6是示出实验2的结果的第一坐标图。图7是示出实验2的结果的第二坐标图。图8是示出实验2的结果的第三坐标图。图9是示出实验2的结果的第四坐标图。具体实施方式以下对本公开的实施方式(本说明书中也记为“本实施方式”)进行说明。不过，以下的说明并不限定权利要求。＜锂离子二次电池＞图1是示出本实施方式的锂离子二次电池的构成的一例的概念图。电池100为锂离子二次电池。电池100包含外壳90。外壳90可具有任意的外形。外壳90的外形例如可以为圆筒形、方形等。外壳90例如可以为不锈钢(SUS)制、铝(Al)合金制等。外壳90可以是铝层压膜制的袋子(pouch)等。不过，在电解液12(后述)包含亚胺Li盐的情况下，外壳90中与电解液12接触的部分优选不含Al。外壳90容纳正极10和负极20。即，电池100至少包含正极10和负极20。正极10为液体状。正极10与外壳90的内壁接触。在外壳90由导电性材料形成的情况下，外壳90可成为正极端子。负极端子92与负极20电连接。负极端子92例如可以是镍(Ni)制等。绝缘材料80使负极端子92与正极10和外壳90本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.锂离子二次电池，其至少包含正极和负极；所述负极为多孔质；所述负极包含碳纤维集合体和高分子膜；所述碳纤维集合体由多根碳纤维三维地结合而形成；所述高分子膜被覆所述多根碳纤维的各自的表面；所述正极包含粒子群和电解液；所述粒子群在所述电解液中分散；所述粒子群包含正极活性物质和导电材料；在所述负极内的空隙中填充有所述正极；所述高分子膜因所述电解液而溶胀。

【技术特征摘要】
2018.03.23 JP 2018-055859;2018.09.14 JP 2018-172131.锂离子二次电池，其至少包含正极和负极；所述负极为多孔质；所述负极包含碳纤维集合体和高分子膜；所述碳纤维集合体由多根碳纤维三维地结合而形成；所述高分子膜被覆所述多根碳纤维的各自的表面；所述正极包含粒子群和电解液；所述粒子群在所述电解液中分散；所述粒子群包含正极活性物质和导电材料；在所述负极内的空隙中填充有所述正极；所述高分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈秀亮，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP