リチウムイオン電池
本発明のリチウムイオン電池は、シェル部分（１）、前記シェル部分内に設けられ、前記シェルとの間に空間（４）が有する電気コア部分（３）、及び前記シェル部分に設けられる非水電解液を含み、前記空間が非水電解液抵抗性フィラーで充填される。本発明のリチウムイオン電池は、高容量、優れた安全性能及びサイクル特性を持つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年６月２６日に中国特許庁へ出願された中国特許出願番号２００９２０１３３７２３．３に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容は参照されて本明細書の一部となる。本発明はリチウムイオン電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池はこの２０数年来急速に開発されてきた。新規エネルギーの１つの形態としてリチウムイオン電池は、例えば、高電圧、高容量、低消費、無メモリー効果、無環境汚染、小型、高比エネルギー、低内部抵抗、低自己放電速度、多数サイクル数、優れた安全性能及び種々の大きさ及び外見などの多くの利点を有する。従って、リチウムイオン電池は最も重要な種類の電池の１つである。今日リチウムイオン電池はますます注目されてきており、ノートブックパソコン及び携帯電話などの種々の種類の電子機器製品に広く使用されてきている。
【０００３】
リチウムイオン電池への要求が増加するにつれ、例えば高エネルギー密度を持つ電池やより優れた電気化学的性能を持つ電池の製造技術についての要求もまたより高くなってきている。かかる電池技術の開発の傾向は、リチウムイオン電池の、容量、サイクル特性、安全性能及び高温貯蔵性能の改良に向けられている。
【０００４】
当該技術分野においては、かかる電池は、電気コア部分及び電池構造部分の容積と、電解液容積及び保持ガス膨潤容積を含み得るものであることが知られている。現在は、前記構造部分の製造のための射出成形技術及び前記電気コア部分の可圧縮性の限界により、残余空間が前記電池の構造部分内に形成され得る。前記残余空間の存在により、前記電解液の充填量を増加させることができるが、一方使用の際に前記電池は膨潤して前記電極間の距離が大きくなり、それにより前記イオンのためのパスが長くなり、電池サイクル特性を低下させ電池のコスト及び重量を上げることとなる。さらに、前記残余空間は、前記電気コア部分の前記イオン交換膜にシワを生成する原因となり、かかるシワは樹状結晶リチウムの生成の原因となりさらには安全上の問題を引き起こす可能性がある。さらに、前記残余空間の存在により、前記電解液が充填された後、前記セパレーターは前記電解液に浸漬されて膨潤して前記電極プレートと前記セパレーターの表面が充分に接近せず電気容量に影響を与える可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡単な構造を持ち、しかも優れた安全性能とサイクル特性を有するリチウムイオン電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施態様は、リチウムイオン電池であって、シェル部分、前記シェル部分内に設けられ、前記シェルとの間に空間が有する電気コア部分、及び前記シェル部分内に配置される非水電解液を含み、前記空間は非水電解液抵抗性フィラーで充填されているリチウムイオン電池を提供するものである。
【０００７】
本発明の他の実施態様によると、前記フィラーは、平均直径が約１ｍｍ〜１５ｍｍの球状粒子を含み得る。本発明の他の実施態様では、前記フィラーは、平均内径が約１ｍｍ〜１０ｍｍであり、平均外径が約２ｍｍ〜１５ｍｍである中空球状粒子を含み得る。
【０００８】
本発明の実施態様は次の利点を有する。前記シェル部分と前記電気コア部分間の空間が減少し、それにより電池性能が改善され、かつサイクル特性が強化されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、電池の残余空間を模式的に示す図であり、１は電池シェル部分、２は正及び負電極、３は電池の電気コア部分、４は電池内部の残余空間、５は電池突起部及び６は電気接続部を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つの実施態様によれば、リチウムイオン電池は、シェル部分、前記シェル部分内に設けられ、前記シェル部分との間に空間を有する電気コア部分、及び前記シェル部分に設けられる非水電解液を含む。前記シェル部分と前記電気コア部分の間の前記空間はフィラーで充填され得る。
【００１１】
前記フィラーの量は特に限定されず、前記電池のサイズに応じて調節可能である。
【００１２】
本発明の実施態様によると、前記フィラーは、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパークロロエチレン、高密度ポリエチレン及びポリビニリデンクロリドを含む群から選択される１以上の化合物であり得る。前記フィラーが２以上の前記化合物の混合物である場合に、これらの混合比については特に制限はない。
【００１３】
本発明の他の実施態様によると、前記フィラーは、粒子、ストリップ又はボード形状であってもよい。具体的には、前記フィラーは、平均直径が１ｍｍ〜１５ｍｍの球状粒子を含み得る。他の実施態様によれば、前記フィラーは、平均内径が１ｍｍ〜１０ｍｍ、平均外径が２ｍｍ〜１５ｍｍの中空球状粒子を含み得る。従来技術の電解液のみで残余空間を充填する場合に比較して、本発明によれば、中空球状粒子が前記電池に充填され、それにより充填される電解液の量を低減させ、前記電池のコストを下げることが可能となる。一方で、前記フィラーの存在により、充電及び放電の際に前記電気コア部分の変形が抑制され、前記電極間の距離が短くなり、充電効率及び電池容量が強化され得る。さらには、本発明のいくつかの実施態様によるフィラーは弾性であってよく、充放電の際に前記電池が膨潤する際に、前記内部応力が前記フィラーにより緩和され得る。従って、前記セパレーターのシワの生成が防止され、安全性能が強化されることとなる。
【００１４】
巻き取りに使用される前記セパレーターは、知られた全ての種類のリチウムイオン電池セパレーターであってもよい。前記セパレーターは、前記正電極及び負電極プレート間に挟まれ得る。前記セパレーターは、電気的に絶縁性であり、また優れた電解液保持性能を有する。本発明のいくつかの実施態様によると、前記セパレーターは当技術分野で知られる二次リチウムイオン電池で使用されるいかなる種類のセパレーター、例えばポリオレフィンミクロポーラス膜、ポリエチレンフェルト、ガラスファイバフェルト又は超微細ガラスファイバペーパーなどであってよい。
【００１５】
前記電池シェル部分は、当技術分野で知られる電池を製造するために使用されるいかなる種類であってよい。いくつかの実施態様によれば、アルミニウム又は鋼鉄製であり得る。
【００１６】
前記正電極プレートは当技術分野で知られるいかなる種類であってよい。一般的に前記正電極プレートは集電基板及び正電極材料が前記基板上にコーティング及び／又は充填されている。前記集電基板は、当技術分野で知られるいかなるもの、例えばアルミニウムホイル又は銅ホイルであってもよい。前記正電極材料は正電極活物質及び接着剤を含み、前記正電極活物質はリチウムイオン電池の技術で知られるいかなる種類のものであってもよい。本発明のいくつかの実施態様によると、前記正電極活物質には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４又はＬｉＭｎＯ２などが含まれる。前記接着剤には、ポリビニリデンフロリド（ＰＶＤＦ）などの当技術分野で知られる全てのものであってもよい。一般的に、前記接着剤の量は、前記正電極活物質の重量の約０．０１〜８重量％であってもよい。１つの実施態様によると前記接着剤の量は、前記正電極活物質の重量の約１〜５重量％であってもよい。前記正電極活物質はまた、正電極補助物質を含むこともできる。前記正電極補助物質は当技術分野で知られるものであればよく、例えばアセチレンブラック、導電性カーボンブラック及び導電性グラファイトなどから選択される少なくとも１つの導電性剤であってもよい。前記添加剤の含有量は、前記正電極活物質の重量の約０〜１５重量％であり得る。本発明の１つの実施態様によると、前記添加剤は、前記正電極活物質の重量の約０〜１０重量％であってもよい。
【００１７】
前記負電極プレートは当技術分野で知られるいかなる種類のものであってよく、導電性集電基板及びその上にコーティングされているか又は充填されている負電極活物質を含む。前記導電性基板は銅ホイルなどの当技術分野で知られるものでよい。前記負電極活材料は負電極活物質及び接着剤が含まれ得る。前記負電極活物質には、天然グラファイト及び合成グラファイトなどのリチウムイオン電池で通常使用されるものの１つであってもよい。前記接着剤は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）及びポリビニルアルコールなどの当技術分野でよく知られるものの１つであればよい。前記接着剤は、前記負電極活物質の重量の約０．０１〜１０重量％であってもよい。１つの実施態様によれば、前記接着剤は、前記負電極活物質の重量の約１〜９重量％であってもよい。
【００１８】
前記セパレーターは、前記正電極プレートと前記負電極プレート間に設けられ、リチウムイオン電池で通常使用される１つであればよい。いくつかの実施態様によれば、前記セパレーターは、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンフェルト、ポリエチレンマクロポーラス膜又は超微細ガラスファイバペーパーなどの材料から作られ得る。これらは電気絶縁性能と、電解液保持性能を有する。
【００１９】
前記正電極プレートの製造方法は：広い幅を持つ集電基板上に、正電極活物質及び接着剤を含むスラリーをコーティングし；前記スラリーをコーティングした基板を乾燥し、前記乾燥した基板を巻き、及び前記基板を正電極プレートに切断する、工程を含む。前記正電極活物質及び前記接着剤を溶解する溶媒は当技術分野で知られる１つであり得る。本発明のいくつかの実施態様によると、前記溶媒には、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などが挙げられる。前記溶媒の使用量は、前記スラリーが前記集電基板にコーティングされ得る量であればよい。一般的には、前記溶媒の量は、前記正電極活物質の重量の約４０〜９０重量％である。具体的な例では前記溶媒の量は、前記正電極活物質の重量の約５０〜８５重量％である。前記乾燥温度は約５０〜１６０℃である。１つの具体的な例では、前記乾燥温度は約８０〜１５０℃である。前記巻きステップは、前記正電極プレートの厚さを調節するために使用され得る。前記厚さは種々の電池に依存して広い範囲で変更され得る。前記正電極プレートの幅は、異なる要求に応じて切断して調節され得る。前記幅は種々の電池に依存して広い範囲で変更され得る。
【００２０】
前記負電極プレートの製造方法は、前記正電極プレートと実質的に同じであり、相違点は、正電極活物質及び接着剤を含むスラリーが、負電極活物質と接着剤を含むスラリーと置換されただけである。
【００２１】
前記正電極プレート、前記負電極プレート及びセパレーターの巻き方は前記の通りであり、ここではその詳細は省略する。
【００２２】
前記非水電解液は、リチウム塩電解液及び非水溶媒を含み得る。前記リチウム塩電解液は、リチウムヘキサフルオロホスファート（ＬｉＰＦ６）、リチウムパークロレート（ＬｉＣｌＯ４）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムヘキサフルオロアルセネート（ＬｉＡｓＦ６）、リチウムハロゲン化物、リチウムアルミニウムテトラクロリド及びリチウムフルオロ−アルキルスルフォネートを含み群から選択される１以上の電解液であってもよい。前記有機溶媒は、鎖状酸エステル又は環状酸エステルの混合物であってもよい。前記鎖状酸エステルは、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有鎖状有機酸エステルを含む群から選択される少なくとも１つのエステルであってもよい。前記環状酸エステルは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルトン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有環状有機酸エステルを含む群から選択される１以上の環状酸エステルであってもよい。非水電解液中で、前記リチウム塩電解液の濃度は約０．１〜２ｍｏｌ／Ｌである。具体的な例によれば、前記リチウム塩電解液の濃度は約０．８〜１．２ｍｏｌ／Ｌである。
【００２３】
前記正電極プレート、負電極プレート及び前記正電極プレート及び前記負電極プレートの間のセパレーターを、前記電気コア部分に巻く方法、及び前記電池を組み立てる方法は当技術分野でよく知られており、従ってここでは詳細な説明は省略する。
【００２４】
ラミネートされたコア部分を含むリチウムイオン電池の第２の実施態様が以下に説明される。
【００２５】
本発明のリチウムイオン電池の第２の実施態様は、電池シェル部分、電池極及び電気コア部分を含み得る。前記シェル部分は四角形状又は円筒形状であり、一般的に金属材料からなる。前記電池極は正極及び負極を含み得る。前記電気コア部分は、前記正電極プレート、セパレーター及び前記負電極プレートを、前記電池の厚さの方向に交互に順に積層することにより、又は巻くことにより形成され得る。正導出タブ部及び負導出タブ部が、それぞれの前記正電極及び前記負電極の上部端及び下部端で設けられ得る。いくつかの実施態様によれば、隣接する前記正電極及び前記負電極プレートの前記正導出タブ部及び負導出タブ部は、それぞれ前記電気コア部分の前記上部端及び下部端に設けられるか、または隣接する前記正電極及び前記負電極プレートの前記正導出タブ部及び負導出タブ部の両方が共に、前記電気コア部分の前記上部端及び下部端に設けられる。前記セパレーターは、ポリエチレンミクロポーラス膜又はラミネートされたポリエチレン及びポリエチレンミクロポーラス膜であり得る。上で説明した、前記正電極プレート、前記セパレーター及び前記負電極プレートは電気コア部分を形成するために積層されていてもよいし、巻かれていてもよい。
【００２６】
前記正電極は、リチウム遷移金属複合体酸化物であって、特定の構造を有する活物質であり、リチウムイオンと可逆的に反応することができるものである。前記活物質は、ＬｉｘＮｉ１−ｙＣｏＯ２（ここで、０．９≦ｘ≦１．１、０≦ｙ≦１．０）、ＬｉｘＭｎ２−ｙＢＯ２（ここでＢは遷移金属であり、０．９≦ｘ≦１．１、０≦ｙ≦１．０）などの１又はそれらの混合物であってもよい。又は、前記正電極プレートは金属集電体（一般にはアルミニウムホイル）、カーボン系導電剤及び前記正極活物質を前記集電体上に結合させるための接着剤を含み得る。前記カーボン系導電剤には、カーボンブラック、カーボンファイバ、グラファイトなどが挙げられ、前記導電剤の１又はそれらの混合物が選択され得る。前記接着剤は、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥコポリマー、及びＳＢＲなどのフッ素含有樹脂及びポリオレフィン化合物の１つであってよく、及びこれらの１つまたはそれらの混合物が選択され得る。
【００２７】
前記正電極活物質は、カーボン系材料であって、リチウムイオンのインターカレーション及び脱インターカレーションの繰り返しを実現できるものであればよい。本発明の１つの実施態様では、前記負電極活物質は、グラファイト、石油系コーク、有機クラッキングカーボン、ＭＣＭＢ及びＭＣＦを含む群から選択される１以上の物質であってもよい。又は、前記負電極は、金属集電体（通常は銅ホイル）及び前記負電極活物質を前記負集電体へ結合させるための接着剤を含み得る。本発明の他の実施態様によると、前記接着剤は、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥコポリマー及びＳＢＲなどの１以上のフッ素含有樹脂及びポリオレフィン化合物を含み、それらの１つ又はそれらの混合物が選択され得る。
【００２８】
前記正電極及び負電極スラリーは、接着剤を適切な溶媒に溶解して、活物質及び導電剤を前記溶液中に添加し、最終的に適切に前記溶液中に分散させることで形成され得る。本発明の１つの実施態様によれば、前記溶媒は、ＮＭＰ、ＤＭＦ、ＤＥＦ、ＤＭＳＯ、ＴＨＦ、水及びアルコールなどを含む群から選択される１以上の溶媒であってもよい。
【００２９】
前記電解液溶液は、電解液塩及び溶媒の混合溶液であり得る。本発明のいくつかの実施態様によると、前記電解液塩はリチウム塩であり、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、リチウムハロゲン化物、リチウムアルミニウムテトラクロリド及びリチウムフルオロ−アルキルスルフォネートなどを含む群から選択される１以上の塩であってもよい。前記溶媒は、鎖状酸エステル及び環状酸エステルの混合物であってもよい。前記鎖状酸エステルは、ＤＭＣ、ＤＥＣ、ＥＭＣ、ＭＰＣ、ＤＰＣ、ＭＡ、ＥＡ、ＰＡ、ジメトキシエタン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有鎖状有機酸エステルを含む群から選択される少なくとも１つのエステルであってもよい。前記環状酸エステルは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルトン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有環状酸エステルを含む群から選択される１以上のエステルであってもよい。
【００３０】
本発明の１つの実施によると、前記正電極プレート作製に際して、ある量の正電極活物質、導電剤、接着剤及び溶媒をある比で混合して均一なスラリーを作製し、前記スラリーを前記正電気集電体上に均一にコーティングし、乾燥し、カレンダー加工して前記正電極プレートを作製し、かつその後前記正電極プレートの端のある幅の前記コーティングを取り除いてある幅の前記正電極導出タブ部を露出させ、最後に前記形成された正電極プレートを、ポリプロピレンミクロポーラスセパレーター又はラミネート化ポリエチレン及びポリプロピレンミクロポーラスセパレーターへサンドイッチし、さらに前記セパレーターをシールして正電極プレートバッグを形成する。
【００３１】
本発明の１つの実施態様によれば、前記負電極プレートの作製に際して、ある量の負電極活物質、導電剤、接着剤及び溶媒をある比で混合して均一なスラリーを作製し、前記スラリーを前記負電気集電体上に均一にコーティングし、乾燥し、カレンダー加工して前記負電極プレートを作製し、かつその後前記負電極プレートの端のある幅の前記コーティングを取り除いてある幅の前記負電極導出タブ部を露出させ、最後に前記形成された負電極プレートを、ポリプロピレンミクロポーラスセパレーター又はラミネート化ポリエチレン及びポリプロピレンミクロポーラスセパレーターへサンドイッチし、さらに前記セパレーターをシールして負電極プレートバッグを形成する。
【００３２】
前記シールされた正電極プレート及び負電極プレートバッグを交互に配置してラミネートしてリチウムイオン電池の電気コア部分を形成する。前記電気コア部分は上部クランププレート及び下部クランププレートで強く挟み込まれ得る。前記導出タブ及び前記電極をフレキシブルコネクタで接続して集電体構造を形成する。いくつかの実施態様によれば、前記フレキシブルコネク及び電極プレート間の接続はリベット留めされ得る。また前記フレキシブルコネクタと前記電極間の接続はボルト留めされ得る。前記電気コア部分を前記電池シェル部分に配置し、その後溶媒ＥＣ／ＤＭＣ＝１：１混合物中に１ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度にＬｉＰＦ６を溶解させた電解液を前記電池シェル部分内に注入し、シールされて本発明の実施態様によるリチウムイオン電池を得ることができる。
【００３３】
本発明の実施態様によるリチウムイオン電池では、前記シェル部分の長さ、幅及び高さは、５０〜８００：３０〜５００：５〜５００の比を持ち得る。
【００３４】
本発明の１つの実施態様による前記電気コア部分については、長さ、幅及び高さは、４５〜７９５：２５〜４９５：５〜１００の比を持ち得る。
【００３５】
実施例１
本発明によるリチウムイオン電池を次のように作成した。シェル部分をアルミニウムで作製し、実質的に長方形の平行筒状で、長さ２８ｍｍ、幅１００ｍｍ、高さ３５６ｍｍとした。
【００３６】
（１）正電極プレート１の作製
正電極活材料ＬｉＣｏＯ２の１００重量部、導電剤アセチレンブラックの５重量部及び接着剤ＰＶＤＦの５重量部を、ＮＭＰの５０重量部中に添加し、混合物を均一に混合した。混合物を、厚さ０．０１６ｍｍのアルミニウムホイルの上に均一にコーティングした。導出タブ部領域が、前記アルミニウムホイルの一部分から前記正電極活材料を取り除くことにより形成された。その後前記電極プレートを真空オーブン中に入れて約１２０℃で乾燥した。前記乾燥した集電体を約２０１０ｘ２９６ｘ０．１３８ｍｍのサイズの正電極プレートとなるように切断した。前記正電極プレート上のコーティング物の重量は約１４９．６２ｇであった。
【００３７】
（２）負電極プレート２の作製
正電極活材料合成グラファイトの１００重量部及び接着剤ＰＶＤＦの９重量部を、ＮＭＰの５０重量部中に添加し、混合物を均一に混合してスラリーを形成した。前記スラリーを、０．０１２ｍｍ厚さの銅ホイルの上に均一にコーティングした。導出タブ部領域が、前記銅ホイルの一部分から前記負電極活材料を取り除くことにより形成した。その後前記電極プレートを真空オーブン中に入れて約１２０℃で乾燥した。前記乾燥した集電体を約２２９０ｘ３０５ｘ０．１２１ｍｍのサイズの負電極プレートとなるように切断した。前記負電極プレート上のコーティング物の重量は約８５．４４ｇであった。
【００３８】
（３）フラットタイプ電気コア部分の作製
上記に作製した前記正電極プレート１、前記負電極プレート２及びセパレーター３を巻いて、３００ｘ３００ｘ５０ｍｍのサイズを持つフラットタイプ電気コア部分を作製した。
【００３９】
（４）電池の組み立て
ＬｉＰＦ６をＥＣ及びＤＭＣ混合溶媒（ＥＣ／ＤＭＣは体積比で約１：１）中に溶解し、ＬｉＰＦ６の濃度が約１ｍｏｌ／Ｌである非水電解液を調製した。各電気コア部分に対する前記非水電解液液の量は約３６０ｇである。ステップ（３）で製造したフラットタイプ電気コア部分を２８ｘ１００ｘ３５６ｍｍのサイズを持つ電池シェル部分に配置し、平均直径約２ｍｍのＰＰＳ粒子及びポリフェニレンオキシド粒子の合計４０ｇを前記電池シェル部分と前記電気コア部分との間の空間に充填した。前記非水電解液を前記電池に注入し、その後電池をカバーボードでシールしリチウムイオン電池Ｃ１を製造した。本実施例により２０００個の電池を製造した。
【００４０】
比較例１
比較例１の製造方法は、前記シェル部分と前記電気コア部分の空間にフィラーを充填しないこと以外は実施例１と同じであった。サンプルＴＣ１とし、２０００個製造した。
【００４１】
実施例２
実施例２の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径２ｍｍ及び内径１ｍｍの中空球状ポリテトラフルオロエチレン粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ１とし、２０００個製造した。
【００４２】
実施例３
実施例３の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径１２ｍｍ及び内径１ｍｍの中空球状ＨＤＰＥ粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ２とし、２０００個製造した。
【００４３】
実施例４
実施例４の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径８ｍｍ及び内径５ｍｍの中空球状ＨＤＰＥ粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ４とし、２０００個製造した。
【００４４】
試験
得られた電池サンプルＴＣ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４の、サイクル特性、電池容量、電池内部抵抗を以下の通り測定した。
【００４５】
サイクル特性試験
サイクル特性試験は、市販の装置、ＢＫ−７０２４Ｌ／６０（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｌａｎｑｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｃｏ． Ｌｔｄ．より入手）を用いて行った。以下の試験条件を用いた。
定電流：約０〜６０Ａ；
電流分解能：約１０ｍＡ；
電流設定精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
試験精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
電圧試験範囲：約０〜５Ｖ；
電圧分解能：約１ｍＶ；
試験電圧範囲：約２．５〜４．５Ｖ；
定電圧設定範囲：ＤＣ２．５〜４．５Ｖ
定電圧設定精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
電圧試験精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
時間範囲：０〜３００００分／操作ステップ；及び
精度：約±０．１％。
試験結果を表２に示した。
【００４６】
内部抵抗試験
ＨＫ３５６０（Ｔａｉｗａｎ Ｈｅｐｕ Ｉｎｎｅｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔより入手）を用いて行った。結果を表１に示した。
【００４７】
電池容量試験
前記電池性能の試験のために、前記サンプルを、市販のＢＣＴ−０１０５電池容量試験機（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｃｈａｏｓｉｓｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏ． Ｌｔｄ．より入手）内に配置して行った。試験結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
表１から、本発明の実施態様により製造したサンプルの内部抵抗は約１．０ｍΩまでであり、これは比較例の１．３ｍｍよりも小さい値であることが分かる。内部抵抗がより小さいほど、安全性能はより高い。本発明の実施例により製造したサンプルの電池容量は５７５００ｍＡｈを達成するが、これは比較例での５５０００ｍＡｈよりも高い。表２から、室温で５００サイクル後、比較例のサンプルは９６．７％のより低い残留容量を示す。６０℃で２００サイクル後、比較例のサンプルは９５．４％のより低い残留容量を示す。
【００４９】
これまで説明のための実施態様が記載されてきたが、当業者には、これらの実施態様の変更・変法などが全て本発明の本質及び原理から離れることなく特許請求の範囲およびその均等の範囲に含まれることは明らかであろう。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年６月２６日に中国特許庁へ出願された中国特許出願番号２００９２０１３３７２３．３に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容は参照されて本明細書の一部となる。本発明はリチウムイオン電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池はこの２０数年来急速に開発されてきた。新規エネルギーの１つの形態としてリチウムイオン電池は、例えば、高電圧、高容量、低消費、無メモリー効果、無環境汚染、小型、高比エネルギー、低内部抵抗、低自己放電速度、多数サイクル数、優れた安全性能及び種々の大きさ及び外見などの多くの利点を有する。従って、リチウムイオン電池は最も重要な種類の電池の１つである。今日リチウムイオン電池はますます注目されてきており、ノートブックパソコン及び携帯電話などの種々の種類の電子機器製品に広く使用されてきている。
【０００３】
リチウムイオン電池への要求が増加するにつれ、例えば高エネルギー密度を持つ電池やより優れた電気化学的性能を持つ電池の製造技術についての要求もまたより高くなってきている。かかる電池技術の開発の傾向は、リチウムイオン電池の、容量、サイクル特性、安全性能及び高温貯蔵性能の改良に向けられている。
【０００４】
当該技術分野においては、かかる電池は、電気コア部分及び電池構造部分の容積と、電解液容積及び保持ガス膨潤容積を含み得るものであることが知られている。現在は、前記構造部分の製造のための射出成形技術及び前記電気コア部分の可圧縮性の限界により、残余空間が前記電池の構造部分内に形成され得る。前記残余空間の存在により、前記電解液の充填量を増加させることができるが、一方使用の際に前記電池は膨潤して前記電極間の距離が大きくなり、それにより前記イオンのためのパスが長くなり、電池サイクル特性を低下させ電池のコスト及び重量を上げることとなる。さらに、前記残余空間は、前記電気コア部分の前記イオン交換膜にシワを生成する原因となり、かかるシワは樹状結晶リチウムの生成の原因となりさらには安全上の問題を引き起こす可能性がある。さらに、前記残余空間の存在により、前記電解液が充填された後、前記セパレーターは前記電解液に浸漬されて膨潤して前記電極プレートと前記セパレーターの表面が充分に接近せず電気容量に影響を与える可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡単な構造を持ち、しかも優れた安全性能とサイクル特性を有するリチウムイオン電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施態様は、リチウムイオン電池であって、シェル部分、前記シェル部分内に設けられ、前記シェルとの間に空間が有する電気コア部分、及び前記シェル部分内に配置される非水電解液を含み、前記空間は非水電解液抵抗性フィラーで充填されているリチウムイオン電池を提供するものである。
【０００７】
本発明の他の実施態様によると、前記フィラーは、平均直径が約１ｍｍ〜１５ｍｍの球状粒子を含み得る。本発明の他の実施態様では、前記フィラーは、平均内径が約１ｍｍ〜１０ｍｍであり、平均外径が約２ｍｍ〜１５ｍｍである中空球状粒子を含み得る。
【０００８】
本発明の実施態様は次の利点を有する。前記シェル部分と前記電気コア部分間の空間が減少し、それにより電池性能が改善され、かつサイクル特性が強化されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、電池の残余空間を模式的に示す図であり、１は電池シェル部分、２は正及び負電極、３は電池の電気コア部分、４は電池内部の残余空間、５は電池突起部及び６は電気接続部を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つの実施態様によれば、リチウムイオン電池は、シェル部分、前記シェル部分内に設けられ、前記シェル部分との間に空間を有する電気コア部分、及び前記シェル部分に設けられる非水電解液を含む。前記シェル部分と前記電気コア部分の間の前記空間はフィラーで充填され得る。
【００１１】
前記フィラーの量は特に限定されず、前記電池のサイズに応じて調節可能である。
【００１２】
本発明の実施態様によると、前記フィラーは、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパークロロエチレン、高密度ポリエチレン及びポリビニリデンクロリドを含む群から選択される１以上の化合物であり得る。前記フィラーが２以上の前記化合物の混合物である場合に、これらの混合比については特に制限はない。
【００１３】
本発明の他の実施態様によると、前記フィラーは、粒子、ストリップ又はボード形状であってもよい。具体的には、前記フィラーは、平均直径が１ｍｍ〜１５ｍｍの球状粒子を含み得る。他の実施態様によれば、前記フィラーは、平均内径が１ｍｍ〜１０ｍｍ、平均外径が２ｍｍ〜１５ｍｍの中空球状粒子を含み得る。従来技術の電解液のみで残余空間を充填する場合に比較して、本発明によれば、中空球状粒子が前記電池に充填され、それにより充填される電解液の量を低減させ、前記電池のコストを下げることが可能となる。一方で、前記フィラーの存在により、充電及び放電の際に前記電気コア部分の変形が抑制され、前記電極間の距離が短くなり、充電効率及び電池容量が強化され得る。さらには、本発明のいくつかの実施態様によるフィラーは弾性であってよく、充放電の際に前記電池が膨潤する際に、前記内部応力が前記フィラーにより緩和され得る。従って、前記セパレーターのシワの生成が防止され、安全性能が強化されることとなる。
【００１４】
巻き取りに使用される前記セパレーターは、知られた全ての種類のリチウムイオン電池セパレーターであってもよい。前記セパレーターは、前記正電極及び負電極プレート間に挟まれ得る。前記セパレーターは、電気的に絶縁性であり、また優れた電解液保持性能を有する。本発明のいくつかの実施態様によると、前記セパレーターは当技術分野で知られる二次リチウムイオン電池で使用されるいかなる種類のセパレーター、例えばポリオレフィンミクロポーラス膜、ポリエチレンフェルト、ガラスファイバフェルト又は超微細ガラスファイバペーパーなどであってよい。
【００１５】
前記電池シェル部分は、当技術分野で知られる電池を製造するために使用されるいかなる種類であってよい。いくつかの実施態様によれば、アルミニウム又は鋼鉄製であり得る。
【００１６】
前記正電極プレートは当技術分野で知られるいかなる種類であってよい。一般的に前記正電極プレートは集電基板及び正電極材料が前記基板上にコーティング及び／又は充填されている。前記集電基板は、当技術分野で知られるいかなるもの、例えばアルミニウムホイル又は銅ホイルであってもよい。前記正電極材料は正電極活物質及び接着剤を含み、前記正電極活物質はリチウムイオン電池の技術で知られるいかなる種類のものであってもよい。本発明のいくつかの実施態様によると、前記正電極活物質には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４又はＬｉＭｎＯ２などが含まれる。前記接着剤には、ポリビニリデンフロリド（ＰＶＤＦ）などの当技術分野で知られる全てのものであってもよい。一般的に、前記接着剤の量は、前記正電極活物質の重量の約０．０１〜８重量％であってもよい。１つの実施態様によると前記接着剤の量は、前記正電極活物質の重量の約１〜５重量％であってもよい。前記正電極活物質はまた、正電極補助物質を含むこともできる。前記正電極補助物質は当技術分野で知られるものであればよく、例えばアセチレンブラック、導電性カーボンブラック及び導電性グラファイトなどから選択される少なくとも１つの導電性剤であってもよい。前記添加剤の含有量は、前記正電極活物質の重量の約０〜１５重量％であり得る。本発明の１つの実施態様によると、前記添加剤は、前記正電極活物質の重量の約０〜１０重量％であってもよい。
【００１７】
前記負電極プレートは当技術分野で知られるいかなる種類のものであってよく、導電性集電基板及びその上にコーティングされているか又は充填されている負電極活物質を含む。前記導電性基板は銅ホイルなどの当技術分野で知られるものでよい。前記負電極活材料は負電極活物質及び接着剤が含まれ得る。前記負電極活物質には、天然グラファイト及び合成グラファイトなどのリチウムイオン電池で通常使用されるものの１つであってもよい。前記接着剤は、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）及びポリビニルアルコールなどの当技術分野でよく知られるものの１つであればよい。前記接着剤は、前記負電極活物質の重量の約０．０１〜１０重量％であってもよい。１つの実施態様によれば、前記接着剤は、前記負電極活物質の重量の約１〜９重量％であってもよい。
【００１８】
前記セパレーターは、前記正電極プレートと前記負電極プレート間に設けられ、リチウムイオン電池で通常使用される１つであればよい。いくつかの実施態様によれば、前記セパレーターは、ポリプロピレンフェルト、ポリエチレンフェルト、ポリエチレンマクロポーラス膜又は超微細ガラスファイバペーパーなどの材料から作られ得る。これらは電気絶縁性能と、電解液保持性能を有する。
【００１９】
前記正電極プレートの製造方法は：広い幅を持つ集電基板上に、正電極活物質及び接着剤を含むスラリーをコーティングし；前記スラリーをコーティングした基板を乾燥し、前記乾燥した基板を巻き、及び前記基板を正電極プレートに切断する、工程を含む。前記正電極活物質及び前記接着剤を溶解する溶媒は当技術分野で知られる１つであり得る。本発明のいくつかの実施態様によると、前記溶媒には、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などが挙げられる。前記溶媒の使用量は、前記スラリーが前記集電基板にコーティングされ得る量であればよい。一般的には、前記溶媒の量は、前記正電極活物質の重量の約４０〜９０重量％である。具体的な例では前記溶媒の量は、前記正電極活物質の重量の約５０〜８５重量％である。前記乾燥温度は約５０〜１６０℃である。１つの具体的な例では、前記乾燥温度は約８０〜１５０℃である。前記巻きステップは、前記正電極プレートの厚さを調節するために使用され得る。前記厚さは種々の電池に依存して広い範囲で変更され得る。前記正電極プレートの幅は、異なる要求に応じて切断して調節され得る。前記幅は種々の電池に依存して広い範囲で変更され得る。
【００２０】
前記負電極プレートの製造方法は、前記正電極プレートと実質的に同じであり、相違点は、正電極活物質及び接着剤を含むスラリーが、負電極活物質と接着剤を含むスラリーと置換されただけである。
【００２１】
前記正電極プレート、前記負電極プレート及びセパレーターの巻き方は前記の通りであり、ここではその詳細は省略する。
【００２２】
前記非水電解液は、リチウム塩電解液及び非水溶媒を含み得る。前記リチウム塩電解液は、リチウムヘキサフルオロホスファート（ＬｉＰＦ６）、リチウムパークロレート（ＬｉＣｌＯ４）、リチウムテトラフルオロボレート（ＬｉＢＦ４）、リチウムヘキサフルオロアルセネート（ＬｉＡｓＦ６）、リチウムハロゲン化物、リチウムアルミニウムテトラクロリド及びリチウムフルオロ−アルキルスルフォネートを含み群から選択される１以上の電解液であってもよい。前記有機溶媒は、鎖状酸エステル又は環状酸エステルの混合物であってもよい。前記鎖状酸エステルは、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有鎖状有機酸エステルを含む群から選択される少なくとも１つのエステルであってもよい。前記環状酸エステルは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルトン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有環状有機酸エステルを含む群から選択される１以上の環状酸エステルであってもよい。非水電解液中で、前記リチウム塩電解液の濃度は約０．１〜２ｍｏｌ／Ｌである。具体的な例によれば、前記リチウム塩電解液の濃度は約０．８〜１．２ｍｏｌ／Ｌである。
【００２３】
前記正電極プレート、負電極プレート及び前記正電極プレート及び前記負電極プレートの間のセパレーターを、前記電気コア部分に巻く方法、及び前記電池を組み立てる方法は当技術分野でよく知られており、従ってここでは詳細な説明は省略する。
【００２４】
ラミネートされたコア部分を含むリチウムイオン電池の第２の実施態様が以下に説明される。
【００２５】
本発明のリチウムイオン電池の第２の実施態様は、電池シェル部分、電池極及び電気コア部分を含み得る。前記シェル部分は四角形状又は円筒形状であり、一般的に金属材料からなる。前記電池極は正極及び負極を含み得る。前記電気コア部分は、前記正電極プレート、セパレーター及び前記負電極プレートを、前記電池の厚さの方向に交互に順に積層することにより、又は巻くことにより形成され得る。正導出タブ部及び負導出タブ部が、それぞれの前記正電極及び前記負電極の上部端及び下部端で設けられ得る。いくつかの実施態様によれば、隣接する前記正電極及び前記負電極プレートの前記正導出タブ部及び負導出タブ部は、それぞれ前記電気コア部分の前記上部端及び下部端に設けられるか、または隣接する前記正電極及び前記負電極プレートの前記正導出タブ部及び負導出タブ部の両方が共に、前記電気コア部分の前記上部端及び下部端に設けられる。前記セパレーターは、ポリエチレンミクロポーラス膜又はラミネートされたポリエチレン及びポリエチレンミクロポーラス膜であり得る。上で説明した、前記正電極プレート、前記セパレーター及び前記負電極プレートは電気コア部分を形成するために積層されていてもよいし、巻かれていてもよい。
【００２６】
前記正電極は、リチウム遷移金属複合体酸化物であって、特定の構造を有する活物質であり、リチウムイオンと可逆的に反応することができるものである。前記活物質は、ＬｉｘＮｉ１−ｙＣｏＯ２（ここで、０．９≦ｘ≦１．１、０≦ｙ≦１．０）、ＬｉｘＭｎ２−ｙＢＯ２（ここでＢは遷移金属であり、０．９≦ｘ≦１．１、０≦ｙ≦１．０）などの１又はそれらの混合物であってもよい。又は、前記正電極プレートは金属集電体（一般にはアルミニウムホイル）、カーボン系導電剤及び前記正極活物質を前記集電体上に結合させるための接着剤を含み得る。前記カーボン系導電剤には、カーボンブラック、カーボンファイバ、グラファイトなどが挙げられ、前記導電剤の１又はそれらの混合物が選択され得る。前記接着剤は、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥコポリマー、及びＳＢＲなどのフッ素含有樹脂及びポリオレフィン化合物の１つであってよく、及びこれらの１つまたはそれらの混合物が選択され得る。
【００２７】
前記正電極活物質は、カーボン系材料であって、リチウムイオンのインターカレーション及び脱インターカレーションの繰り返しを実現できるものであればよい。本発明の１つの実施態様では、前記負電極活物質は、グラファイト、石油系コーク、有機クラッキングカーボン、ＭＣＭＢ及びＭＣＦを含む群から選択される１以上の物質であってもよい。又は、前記負電極は、金属集電体（通常は銅ホイル）及び前記負電極活物質を前記負集電体へ結合させるための接着剤を含み得る。本発明の他の実施態様によると、前記接着剤は、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥコポリマー及びＳＢＲなどの１以上のフッ素含有樹脂及びポリオレフィン化合物を含み、それらの１つ又はそれらの混合物が選択され得る。
【００２８】
前記正電極及び負電極スラリーは、接着剤を適切な溶媒に溶解して、活物質及び導電剤を前記溶液中に添加し、最終的に適切に前記溶液中に分散させることで形成され得る。本発明の１つの実施態様によれば、前記溶媒は、ＮＭＰ、ＤＭＦ、ＤＥＦ、ＤＭＳＯ、ＴＨＦ、水及びアルコールなどを含む群から選択される１以上の溶媒であってもよい。
【００２９】
前記電解液溶液は、電解液塩及び溶媒の混合溶液であり得る。本発明のいくつかの実施態様によると、前記電解液塩はリチウム塩であり、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、リチウムハロゲン化物、リチウムアルミニウムテトラクロリド及びリチウムフルオロ−アルキルスルフォネートなどを含む群から選択される１以上の塩であってもよい。前記溶媒は、鎖状酸エステル及び環状酸エステルの混合物であってもよい。前記鎖状酸エステルは、ＤＭＣ、ＤＥＣ、ＥＭＣ、ＭＰＣ、ＤＰＣ、ＭＡ、ＥＡ、ＰＡ、ジメトキシエタン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有鎖状有機酸エステルを含む群から選択される少なくとも１つのエステルであってもよい。前記環状酸エステルは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルトン及び他のフッ素含有、硫黄含有又は不飽和結合含有環状酸エステルを含む群から選択される１以上のエステルであってもよい。
【００３０】
本発明の１つの実施によると、前記正電極プレート作製に際して、ある量の正電極活物質、導電剤、接着剤及び溶媒をある比で混合して均一なスラリーを作製し、前記スラリーを前記正電気集電体上に均一にコーティングし、乾燥し、カレンダー加工して前記正電極プレートを作製し、かつその後前記正電極プレートの端のある幅の前記コーティングを取り除いてある幅の前記正電極導出タブ部を露出させ、最後に前記形成された正電極プレートを、ポリプロピレンミクロポーラスセパレーター又はラミネート化ポリエチレン及びポリプロピレンミクロポーラスセパレーターへサンドイッチし、さらに前記セパレーターをシールして正電極プレートバッグを形成する。
【００３１】
本発明の１つの実施態様によれば、前記負電極プレートの作製に際して、ある量の負電極活物質、導電剤、接着剤及び溶媒をある比で混合して均一なスラリーを作製し、前記スラリーを前記負電気集電体上に均一にコーティングし、乾燥し、カレンダー加工して前記負電極プレートを作製し、かつその後前記負電極プレートの端のある幅の前記コーティングを取り除いてある幅の前記負電極導出タブ部を露出させ、最後に前記形成された負電極プレートを、ポリプロピレンミクロポーラスセパレーター又はラミネート化ポリエチレン及びポリプロピレンミクロポーラスセパレーターへサンドイッチし、さらに前記セパレーターをシールして負電極プレートバッグを形成する。
【００３２】
前記シールされた正電極プレート及び負電極プレートバッグを交互に配置してラミネートしてリチウムイオン電池の電気コア部分を形成する。前記電気コア部分は上部クランププレート及び下部クランププレートで強く挟み込まれ得る。前記導出タブ及び前記電極をフレキシブルコネクタで接続して集電体構造を形成する。いくつかの実施態様によれば、前記フレキシブルコネク及び電極プレート間の接続はリベット留めされ得る。また前記フレキシブルコネクタと前記電極間の接続はボルト留めされ得る。前記電気コア部分を前記電池シェル部分に配置し、その後溶媒ＥＣ／ＤＭＣ＝１：１混合物中に１ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度にＬｉＰＦ６を溶解させた電解液を前記電池シェル部分内に注入し、シールされて本発明の実施態様によるリチウムイオン電池を得ることができる。
【００３３】
本発明の実施態様によるリチウムイオン電池では、前記シェル部分の長さ、幅及び高さは、５０〜８００：３０〜５００：５〜５００の比を持ち得る。
【００３４】
本発明の１つの実施態様による前記電気コア部分については、長さ、幅及び高さは、４５〜７９５：２５〜４９５：５〜１００の比を持ち得る。
【００３５】
実施例１
本発明によるリチウムイオン電池を次のように作成した。シェル部分をアルミニウムで作製し、実質的に長方形の平行筒状で、長さ２８ｍｍ、幅１００ｍｍ、高さ３５６ｍｍとした。
【００３６】
（１）正電極プレート１の作製
正電極活材料ＬｉＣｏＯ２の１００重量部、導電剤アセチレンブラックの５重量部及び接着剤ＰＶＤＦの５重量部を、ＮＭＰの５０重量部中に添加し、混合物を均一に混合した。混合物を、厚さ０．０１６ｍｍのアルミニウムホイルの上に均一にコーティングした。導出タブ部領域が、前記アルミニウムホイルの一部分から前記正電極活材料を取り除くことにより形成された。その後前記電極プレートを真空オーブン中に入れて約１２０℃で乾燥した。前記乾燥した集電体を約２０１０ｘ２９６ｘ０．１３８ｍｍのサイズの正電極プレートとなるように切断した。前記正電極プレート上のコーティング物の重量は約１４９．６２ｇであった。
【００３７】
（２）負電極プレート２の作製
正電極活材料合成グラファイトの１００重量部及び接着剤ＰＶＤＦの９重量部を、ＮＭＰの５０重量部中に添加し、混合物を均一に混合してスラリーを形成した。前記スラリーを、０．０１２ｍｍ厚さの銅ホイルの上に均一にコーティングした。導出タブ部領域が、前記銅ホイルの一部分から前記負電極活材料を取り除くことにより形成した。その後前記電極プレートを真空オーブン中に入れて約１２０℃で乾燥した。前記乾燥した集電体を約２２９０ｘ３０５ｘ０．１２１ｍｍのサイズの負電極プレートとなるように切断した。前記負電極プレート上のコーティング物の重量は約８５．４４ｇであった。
【００３８】
（３）フラットタイプ電気コア部分の作製
上記に作製した前記正電極プレート１、前記負電極プレート２及びセパレーター３を巻いて、３００ｘ３００ｘ５０ｍｍのサイズを持つフラットタイプ電気コア部分を作製した。
【００３９】
（４）電池の組み立て
ＬｉＰＦ６をＥＣ及びＤＭＣ混合溶媒（ＥＣ／ＤＭＣは体積比で約１：１）中に溶解し、ＬｉＰＦ６の濃度が約１ｍｏｌ／Ｌである非水電解液を調製した。各電気コア部分に対する前記非水電解液液の量は約３６０ｇである。ステップ（３）で製造したフラットタイプ電気コア部分を２８ｘ１００ｘ３５６ｍｍのサイズを持つ電池シェル部分に配置し、平均直径約２ｍｍのＰＰＳ粒子及びポリフェニレンオキシド粒子の合計４０ｇを前記電池シェル部分と前記電気コア部分との間の空間に充填した。前記非水電解液を前記電池に注入し、その後電池をカバーボードでシールしリチウムイオン電池Ｃ１を製造した。本実施例により２０００個の電池を製造した。
【００４０】
比較例１
比較例１の製造方法は、前記シェル部分と前記電気コア部分の空間にフィラーを充填しないこと以外は実施例１と同じであった。サンプルＴＣ１とし、２０００個製造した。
【００４１】
実施例２
実施例２の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径２ｍｍ及び内径１ｍｍの中空球状ポリテトラフルオロエチレン粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ１とし、２０００個製造した。
【００４２】
実施例３
実施例３の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径１２ｍｍ及び内径１ｍｍの中空球状ＨＤＰＥ粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ２とし、２０００個製造した。
【００４３】
実施例４
実施例４の製造方法は、前記フィラーが３０ｇの、外径８ｍｍ及び内径５ｍｍの中空球状ＨＤＰＥ粒子であること以外は実施例１と同じであった。得られたサンプルをＣ４とし、２０００個製造した。
【００４４】
試験
得られた電池サンプルＴＣ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４の、サイクル特性、電池容量、電池内部抵抗を以下の通り測定した。
【００４５】
サイクル特性試験
サイクル特性試験は、市販の装置、ＢＫ−７０２４Ｌ／６０（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｌａｎｑｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｃｏ． Ｌｔｄ．より入手）を用いて行った。以下の試験条件を用いた。
定電流：約０〜６０Ａ；
電流分解能：約１０ｍＡ；
電流設定精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
試験精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
電圧試験範囲：約０〜５Ｖ；
電圧分解能：約１ｍＶ；
試験電圧範囲：約２．５〜４．５Ｖ；
定電圧設定範囲：ＤＣ２．５〜４．５Ｖ
定電圧設定精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
電圧試験精度：約±（０．１％ＲＤ＋０．１％ＦＳ）；
時間範囲：０〜３００００分／操作ステップ；及び
精度：約±０．１％。
試験結果を表２に示した。
【００４６】
内部抵抗試験
ＨＫ３５６０（Ｔａｉｗａｎ Ｈｅｐｕ Ｉｎｎｅｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔより入手）を用いて行った。結果を表１に示した。
【００４７】
電池容量試験
前記電池性能の試験のために、前記サンプルを、市販のＢＣＴ−０１０５電池容量試験機（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｃｈａｏｓｉｓｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏ． Ｌｔｄ．より入手）内に配置して行った。試験結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
表１から、本発明の実施態様により製造したサンプルの内部抵抗は約１．０ｍΩまでであり、これは比較例の１．３ｍｍよりも小さい値であることが分かる。内部抵抗がより小さいほど、安全性能はより高い。本発明の実施例により製造したサンプルの電池容量は５７５００ｍＡｈを達成するが、これは比較例での５５０００ｍＡｈよりも高い。表２から、室温で５００サイクル後、比較例のサンプルは９６．７％のより低い残留容量を示す。６０℃で２００サイクル後、比較例のサンプルは９５．４％のより低い残留容量を示す。
【００４９】
これまで説明のための実施態様が記載されてきたが、当業者には、これらの実施態様の変更・変法などが全て本発明の本質及び原理から離れることなく特許請求の範囲およびその均等の範囲に含まれることは明らかであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル部分、
前記シェル部分内に設けられ、前記シェルとの間に空間を有する電気コア部分、
及び前記シェル部分に設けられる非水電解液を含み、
前記空間が非水電解液抵抗性フィラーで充填される、リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記フィラーが粒子性材料である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
前記粒子性材料が、平均直径約１ｍｍ〜１５ｍｍを持つ球状粒子である、請求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記粒子性材料が、平均内径が約１ｍｍ〜１０ｍｍ、平均外径が約２ｍ〜１５ｍｍを持つ中空球状粒子である、請求項３に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記フィラーが、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパークロロエチレン、高密度ポリエチレン及びポリビニリデンクロリドを含む群から選択される１又は２以上の化合物である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
前記電気コア部分が、正電極プレートと、負電極プレートと、前記正電極プレートと負電極プレート間のセパレーターと、を積層することにより、または巻くことにより形成される、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
前記シェル部分が、長さ：幅：高さの比が、約５０〜８００：３０〜５００：５〜５００である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項８】
前記電気コア部分が、長さ：幅：高さの比が、約４５〜７９５：２５〜４９５：５〜１００である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１】
シェル部分、
前記シェル部分内に設けられ、前記シェルとの間に空間を有する電気コア部分、
及び前記シェル部分に設けられる非水電解液を含み、
前記空間が非水電解液抵抗性フィラーで充填される、リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記フィラーが粒子性材料である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
前記粒子性材料が、平均直径約１ｍｍ〜１５ｍｍを持つ球状粒子である、請求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記粒子性材料が、平均内径が約１ｍｍ〜１０ｍｍ、平均外径が約２ｍ〜１５ｍｍを持つ中空球状粒子である、請求項３に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記フィラーが、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパークロロエチレン、高密度ポリエチレン及びポリビニリデンクロリドを含む群から選択される１又は２以上の化合物である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
前記電気コア部分が、正電極プレートと、負電極プレートと、前記正電極プレートと負電極プレート間のセパレーターと、を積層することにより、または巻くことにより形成される、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
前記シェル部分が、長さ：幅：高さの比が、約５０〜８００：３０〜５００：５〜５００である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項８】
前記電気コア部分が、長さ：幅：高さの比が、約４５〜７９５：２５〜４９５：５〜１００である、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【図１】
【公表番号】特表２０１２−５３１０２０（Ｐ２０１２−５３１０２０Ａ）
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１６４９２（Ｐ２０１２−５１６４９２）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７２９５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４８８４２
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５１０１７７８０９）ビーワイディー カンパニー リミテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２０１０／０７２９５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４８８４２
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５１０１７７８０９）ビーワイディー カンパニー リミテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
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