(57)【要約】【課題】ハイレート充放電を行った際における、電池温度の上昇を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池を提供すること。【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極と、正極に接するセパレータとを少なくとも含む。正極は、正極活物質を少なくとも含む。セパレータは、正極と接する面に複数の凸部を有する。凸部は、隣接する凸部間の平均距離が３μｍ以上３０μｍ以下である。【選択図】図４
2019110091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、
前記正極に接するセパレータとを少なくとも含み、
前記正極は、正極活物質を少なくとも含み、
前記セパレータは、前記正極と接する面に複数の凸部を有し、
前記凸部は、隣接する前記凸部間の平均距離が３μｍ以上３０μｍ以下である、
リチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−２４１２８３号公報（特許文献１）には、正極側に複数の溝を有するセパレータを備える非水電解質二次電池が開示されている。セパレータは正極に接しているため、正極側に複数の溝を有するセパレータを用いることにより、正極表面とセパレータとの接触面積が増加すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２４１２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に高容量のリチウムイオン二次電池（以下「電池」と略記され得る）におけるハイレート充放電においては、電解液中のリチウム塩の拡散速度が律速となり、電極集電箔から遠い側において反応が集中し、特に正極側における発熱量が大きくなる傾向にある。なお、本明細書において「ハイレート充放電」とは、所定の電流値および継続時間において、電池の充電および放電が繰り返し実行されることを意味する。
【０００５】
特許文献１では、正極側に複数の溝を有するセパレータが用いられている。該セパレータを用いることにより、セパレータと正極表面との接触面積を増加させることが可能になると考えられる。これにより、正極において発生した熱が、正極表面からセパレータを介して放熱されるものと期待される。ここで、係るセパレータを介した放熱は、セパレータと正極表面との接触面積に依存すると考えられる。そのため、溝の大きさによっては、正極において発生した熱がセパレータを介して効率的に放熱されない可能性がある。
【０００６】
本開示の目的は、ハイレート充放電を行った際における、電池温度の上昇を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。
【０００８】
〔１〕本開示のリチウムイオン二次電池は、正極と、正極に接するセパレータとを少なくとも含む。正極は、正極活物質を少なくとも含む。セパレータは、正極と接する面に複数の凸部を有している。凸部は、隣接する該凸部間の平均距離が３μｍ以上３０μｍ以下である。
【０００９】
本開示のセパレータは正極に接している。正極と接するセパレータの面は、複数の凸部を有しており、隣接する該凸部間の平均距離は、３μｍ以上３０μｍ以下である。したがって本開示のセパレータを用いた電池は、正極表面とセパレータとの接触面積が大きくなるものと考えられる。前述の通り、正極において発生した熱をセパレータを介して放熱する場合には、放熱の効率はセパレータと正極表面との接触面積に依存すると考えられる。本開示の電池においては、正極表面とセパレータとの接触面積が大きくなると考えられるため、ハイレート充放電を行った際における、電池温度の上昇が抑制されると期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る電極群の構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す上面模式図であり、図３（Ｂ）は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す斜視模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態（本明細書では「本実施形態」と記される）が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１２】
＜リチウムイオン二次電池の構成＞
本開示のリチウムイオン二次電池は、本開示に係る正極活物質を含む正極、およびセパレータを備えていれば特に制限はなく、その他の構成、構造については従来公知の構成、構造が採用できる。従来公知の構成とは、たとえば正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとを有する電極群とを備え、この電極群がリチウムイオン伝導性を有する電解質と共に外装材に配置される構成などをいう。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電池の構成の一例を示す概略図である。電池１００は外装材５０を含む。外装材５０は、たとえばアルミラミネートフィルム製である。すなわち電池１００はラミネート型電池である。ただし本実施形態において、電池１００の型式および形式は特に限定されるべきではない。電池１００は、たとえば角形電池であってもよいし、円筒形電池であってもよい。正極タブ５１および負極タブ５２は、それぞれ外装材５０の内外を連通している。正極タブ５１は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）薄板である。負極タブ５２は、たとえば銅（Ｃｕ）薄板である。外装材５０は、ＣＩＤ、ガス排出弁、注液孔等を備えていてもよい（いずれも、図示せず）。
【００１４】
図２は、本実施形態に係る電極群の構成の一例を示す概略図である。外装材５０は、電極群４０および電解質を収納している。電極群４０は積層（スタック）型である。ただし電極群４０は巻回型であってもよい。電極群４０は、正極１０、負極２０およびセパレータ３０を含む。すなわち電池１００は、正極１０と、正極１０に接するセパレータ３０とを少なくとも含む。
【００１５】
＜正極＞
正極１０はシート状である。正極１０は、たとえば正極集電体１１および正極合材層１２を含む。正極集電体１１は、たとえばＡｌ箔等であってもよい。正極集電体１１は、たとえば１０μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００１６】
《正極合材層》
図３（Ｂ）は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す斜視模式図であり、図４は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す断面模式図である。図４に示されるように、正極合材層１２には、セパレータ３０の凸部に起因する凹部が形成されている。
【００１７】
正極合材層１２は正極集電体１１の表面に形成されている。正極合材層１２は正極集電体１１の表裏両面に形成されていてもよい。正極合材層１２は、たとえば、１０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有してもよい。正極合材層１２は、たとえば、１質量％以上１５質量％以下の正極導電材と、８０質量％以上９８質量％以下の正極活物質と、その残部のバインダとを含み得る。すなわち、正極は、正極活物質を少なくとも含む。
【００１８】
本明細書において、各構成の「厚さ」は、たとえば、マイクロメータ等により測定され得る。各構成の厚さは、断面顕微鏡画像において測定されてもよい。厚さは、少なくとも３箇所で測定され得る。少なくとも３箇所の算術平均が測定結果として採用され得る。
【００１９】
（正極活物質）
正極活物質は、特に限定されるべきではない。正極活物質は、たとえば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉａＣｏｂＭｃＯ２（ただし式中、ＭはＭｎおよびＡｌの少なくとも一方であり、ａ、ｂ、ｃは０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満たす）、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４等であってもよい。一般式：ＬｉＮｉａＣｏｂＭｃＯ２により表される正極活物質としては、たとえば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＮＣＭ）、ＬｉＮｉ０．８２Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０３Ｏ２（ＮＣＡ）等が挙げられる。１種の正極活物質が単独で使用されてもよいし、２種以上の正極活物質が組み合わされて使用されてもよい。
【００２０】
正極活物質は、たとえば６〜９．４μｍの平均粒径を有してもよい。なお、本明細書において、「平均粒径」は、レーザ回折・散乱法によって測定された体積基準の粒度分布において、積算値５０％での粒径（「メジアン径ｄ５０」とも称される。）を示すものとする。
【００２１】
（正極導電材）
導電材も特に限定されるべきではない。導電材は、カーボンブラック、アセチレンブラック（ＡＢ）、鱗片状黒鉛、気相成長炭素繊維等であってもよい。１種の導電材が単独で使用されてもよいし、２種以上の導電材が組み合わされて使用されてもよい。
【００２２】
（バインダ）
バインダも特に限定されるべきではない。バインダは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられる。１種のバインダが単独で使用されてもよいし、２種以上のバインダが使用されてもよい。
【００２３】
＜セパレータ＞
図３（Ａ）は、本実施形態に係る正極およびセパレータの詳細な構成を表す上面模式図である。電池１００は、セパレータ３０を含む。すなわち本実施形態の電池は、セパレータ３０を少なくとも含む。セパレータ３０は、電気絶縁性の多孔質膜である。セパレータ３０は、正極１０と負極２０とを電気的に隔離する。セパレータ３０は、たとえば、５〜３０μｍの厚さを有してもよい。
【００２４】
セパレータ３０は、たとえば、多孔質ポリエチレン（ＰＥ）膜、多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜等により構成され得る。セパレータ３０は、多層構造を含んでもよい。たとえば、セパレータ３０は、多孔質ＰＰ膜、多孔質ＰＥ膜および多孔質ＰＰ膜がこの順序で積層されることにより構成されていてもよい。セパレータ３０は、その表面に耐熱層を含んでいてもよい。耐熱層は、耐熱材料を含む。耐熱材料としては、たとえば、アルミナ等の無機フィラー、ポリイミド等の高融点樹脂等が挙げられる。
【００２５】
図３および図４に示されるように、セパレータ３０は、正極１０と接する面に複数の凸部を有している。該複数の凸部は、たとえば正極１０に積層されたセパレータ３０にエンボス加工を施す事により形成することができる。
【００２６】
（凸部平均距離）
本開示のセパレータ３０において、正極１０と接しない面に形成されている隣接する凹部間の平均距離（ｌ）と、正極１０と接する面に形成されている隣接する凸部間の平均距離（ｌ）（以下、「凸部平均距離」とも記される）とは、実質的に同一の値であると考えられる。したがって、本明細書において「凸部平均距離」とは、セパレータ３０に形成されている複数の凹部における、隣接する凹部の最下端間の距離の平均値を意味する。本開示において、凸部平均距離は、３μｍ以上３０μｍ以下である。すなわち、凸部は、隣接する凸部間の平均距離が３μｍ以上３０μｍ以下である。凸部平均距離が３μｍ未満の場合、隣接する凸部間の距離が短いため、セパレータ３０の作製が困難となる可能性がある。凸部平均距離が３０μｍを超える場合、セパレータ３０と正極１０表面との接触面積が不十分となり、正極において発生した熱がセパレータを介して効率的に放熱されない可能性がある。
【００２７】
（凸部一致率）
図４に示されるように、正極１０は、複数の凹部を有している。本開示のセパレータ３０において正極１０と接する面に形成されている凸部と、正極１０に形成されている凹部との一致率（凸部一致率）は、８０％以上１００％以下であることが望ましい。ここで、本明細書において「凸部一致率」とは、正極１０をセパレータ３０の凸部上端が通る断面で断面出しをし、セパレータ３０の凸部上端の位置と、正極１０に形成されている凹部との位置が一致する比率を意味する。たとえば、幅２００μｍにおいて５か所測定を行い、凸部一致率を算出してもよい。凸部一致率が８０％未満の場合、セパレータ３０と正極１０の表面との接触面積が不十分となり、正極において発生した熱がセパレータを介して効率的に放熱されない可能性がある。
【００２８】
なお、凸部一致率は、以下の様にして調整する事ができる。
たとえば後述するようにエンボスロールを用いて、正極１０と接しない面に形成されている凹部を形成することにより正極１０と接する面に凸部を形成する場合、エンボスロールの速度を増加させれば凸部一致率は減少し、エンボスロールの速度を減少させれば凸部一致率は増加する傾向にある。
【００２９】
（凸部の形状）
図３および図４においては、セパレータ３０において正極１０と接する面に形成されている凸部の形状は略半球形であるが、該凸部の形状は、セパレータ３０と正極１０の表面との接触面積を増加させることができる限り、特に限定されない。該凸部の形状は、たとえば略半球形であってもよいし、多角形であってもよいし、流線形であってもよいし、あるいは格子状であってもよい。
【００３０】
（凸部高さ）
本開示のセパレータ３０において、正極１０と接しない面に形成されている凹部の深さ（ｄ）と、正極１０と接する面に形成されている凸部の高さ（ｄ）（以下、「凸部高さ」とも記される）とは、実質的に同一の値であると考えられる。したがって、本明細書において「凸部高さ」とは、セパレータ３０に形成されている複数の凹部における、セパレータ３０の表面から、セパレータ３０の凹部の下端までの深さの平均値を意味する。凸部高さは、０．５μｍ以上５．５μｍ以下であることが望ましい。凸部高さが０．５μｍ未満の場合、凸部高さが不十分であり、セパレータ３０と正極１０の表面との接触面積が不十分となり、正極において発生した熱がセパレータを介して効率的に放熱されない可能性がある。凸部高さが５．５μｍを超える場合、凸部を形成する際にセパレータ３０が破断する可能性がある。
【００３１】
（凸部幅）
本開示のセパレータ３０において、正極１０と接しない面に形成されている凹部の幅（φ）と、正極１０と接する面に形成されている凸部の幅（φ）（以下、「凸部幅」とも記される）とは、実質的に同一の値であると考えられる。したがって、本明細書において「凸部幅」とは、セパレータ３０に形成されている複数の凹部における、直径の平均値を意味する。凸部幅は、１μｍ以上１５μｍ以下であることが望ましい。凸部幅が１μｍ未満の場合、凸部を形成する際にセパレータ３０が破断する可能性がある。凸部幅が１５μｍを超える場合、セパレータ３０と正極１０の表面との接触面積が不十分となり、正極において発生した熱がセパレータを介して効率的に放熱されない可能性がある。
【００３２】
本開示のセパレータ３０における凸部は、たとえば、以下の製造方法（Ａ１）〜（Ａ４）により製造され得る。
（Ａ１）正極活物質と導電材とバインダとを溶媒中で混合し、ペースト状の正極合材（以下、「正極合材ペースト」と記載する）を調製する。
（Ａ２）正極集電体の少なくとも片方に、正極合材ペーストを塗布し、乾燥することにより、正極合材層１２を形成し、正極１０を得る。
（Ａ３）ＰＥ膜からなるセパレータ３０と、上記正極１０とを積層する。
（Ａ４）正極１０上に積層されたセパレータ３０にエンボス加工を施し、セパレータ３０において正極１０と接しない面に凹部を形成することにより、正極１０と接する面に凸部を形成する。
【００３３】
＜負極＞
負極２０はシート状である。負極２０は、たとえば負極合材層２２および負極集電体２１を含む。負極集電体２１は、たとえばＣｕ箔等であってもよい。負極集電体２１は、たとえば５μｍ以上２０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００３４】
《負極合材層》
負極合材層２２は負極集電体２１の表面に形成されている。負極合材層２２は負極集電体２１の表裏両面に形成されていてもよい。負極合材層２２は、たとえば、５０μｍ以上１５０μｍ以下の厚さを有してもよい。負極合材層２２は、たとえば９５質量％以上９９質量％以下の負極活物質、および１質量％以上５質量％以下のバインダを含んでもよい。
【００３５】
（負極活物質およびバインダ）
負極活物質粒子は特に限定されるべきではない。負極活物質粒子は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫等であってもよい。バインダも特に限定されるべきではない。バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等であってもよい。
【００３６】
《電解液》
電解液は、溶媒および支持電解質塩を備える。溶媒は非プロトン性である。溶媒は、たとえば、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合物でよい。混合比は、たとえば、環状カーボネート：鎖状カーボネート＝１：９〜５：５（体積比）でよい。環状カーボネートとしては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）およびブチレンカーボネート（ＢＣ）が挙げられる。鎖状カーボネートとしては、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等が挙げられる。環状カーボネートおよび鎖状カーボネートは、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が組み合わされて使用されてもよい。支持電解質塩は、たとえば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、Ｌｉ［Ｎ（ＦＳＯ２）２］等でよい。電解液６０において、支持電解質塩は、たとえば、０．５〜２．０ｍоｌ／ｌの濃度を有してもよい。支持電解質塩は、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が組み合わされて使用されてもよい。
【００３７】
（その他の成分）
溶媒およびリチウム塩以外に、その他の成分がさらに含まれていてもよい。その他の成分としては、たとえば、被膜形成剤等の添加剤が考えられる。被膜形成剤としては、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、Ｌｉ［Ｂ（Ｃ２Ｏ４）２］（通称「ＬｉＢＯＢ」）、ＬｉＰＯ２Ｆ２、プロパンサルトン（ＰＳ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）等が挙げられる。電解液は、たとえば、０．１〜５質量％のその他の成分を含んでもよい。
【００３８】
＜用途＞
本開示において示される電池は、たとえばハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の動力電源として用いられる。ただし、本開示において示される電池の用途は、こうした車載用途に限定されるべきではない。本開示において示される電池は、あらゆる用途に適用可能である。
【実施例】
【００３９】
以下、本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００４０】
＜電池の製造＞
《実施例１》
１．正極の製造
以下の材料が準備された
正極活物質：ＮＣＭ（メジアン径ｄ５０：６μｍ〜９．４μｍ）
導電材：アセチレンブラック（ＡＢ）
バインダ：ＰＶｄＦ
溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
集電箔：アルミニウム（Ａｌ）箔（厚さ＝１５μｍ）
【００４１】
プラネタリミキサにより、ＮＣＭ９２重量部、ＡＢ５重量部、ＰＶｄＦ３重量部およびＮＭＰが混合された。これにより正極合材ペーストが調製された。正極合材ペーストの固形分比は６５％とされた。ダイコータにより、正極合材ペーストが集電箔１１の表面（表裏両面）に塗布され（目付量：１５ｍｇ／ｃｍ２）、乾燥された。これにより正極合材層１２が形成された。ロール圧延機により、正極合材層１２が３．５ｇ／ｃｃまで圧縮され、正極合材層１２の厚さは１５０μｍとされた。これにより正極１０が製造された。正極１０が所定寸法に裁断された。
【００４２】
２．負極の製造
以下の材料が準備された。
負極活物質：天然黒鉛（メジアン径ｄ５０：１４．６μｍ）
導電助材：ＡＢ
バインダ：ＳＢＲ
溶媒：水
負極集電箔：Ｃｕ箔（厚さ１２μｍ）
【００４３】
攪拌装置の攪拌槽に、天然黒鉛、ＡＢ、ＳＢＲおよび水を投入し、攪拌することにより、ペースト状の負極合材（以下、「負極合材ペースト」と記載する）が調製された。負極合材ペーストにおいて固形分の配合は、質量比で「天然黒鉛：ＡＢ：ＳＢＲ＝９５：３：２」とされた。また、負極合材ペーストの固形分比は６０％とされた。負極合材層用ペーストが、負極集電体２１の表面（表裏両面）に塗布され（目付量：１９．５ｍｇ／ｃｍ２）、乾燥された。これにより負極合材層２２が形成された。負極合材層２２が２．１ｇ／ｃｃまで圧延された。負極合材層の厚さは８０μｍとされた。これにより負極２０が製造された。負極２０が所定寸法に裁断された。
【００４４】
３．エンボス加工
以下の材料が準備された。
セパレータ基材：ＰＥ製のセパレータ、（厚さ１５μｍ）
正極：上記正極
【００４５】
エンボスロール、セパレータ３０、正極１０、ガイドロールの順になるように、正極１０上にセパレータ３０を積層した後、該正極１０およびセパレータ３０をエンボスロールに通した。ロール圧は０．１５Ｎとされ、搬送速度は０．１ｍ／ｍｉｎとされた。これにより、正極１０上に積層されたセパレータ３０において、正極１０と接しない面に凹部が形成され、正極１０と接する面に凸部が形成された。凸部平均距離は３μｍとされ、凸部高さは５．５μｍとされ、凸部幅は１μｍとされ、凸部一致率は１００％とされた。また、凸部の形状は略半球形とされた。
【００４６】
４．組み立て
負極２０、セパレータ３０および正極１０がこの順序で積層された。複数の負極２０の各々と複数の正極１０の各々とが、積層方向の両方の外縁に負極が位置するように、セパレータ３０を挟んで交互に積層され、積層型電極群４０が作製された。
【００４７】
電極群４０がアルミラミネートフィルム製の外装材５０に収納された。外装材５０に電解液が注入された。電解液は以下の成分を含む。外装材５０が密封された。以上より実施例１に係るラミネート型電池１００が組み立てられた。なお、電池１００は、１０対積層のラミネート型電池である。
【００４８】
Ｌｉ塩：ＬｉＰＦ６（１ｍоｌ／ｌ）
溶媒：［ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３：４：３（体積比）］
ガス発生剤：ＣＨＢ４質量％およびＢＰ１質量％
【００４９】
《実施例２〜実施例６》
表１に示すように、凸部平均距離が変更されることを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５０】
《実施例７〜実施例１２》
表１に示すように、凸部幅が変更されることを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５１】
《実施例１３〜実施例１６》
表１に示すように、凸部高さが変更されることを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５２】
《実施例１７〜実施例１９》
表１に示すように、凸部一致率が変更されることを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５３】
《比較例１》
表１に示すように、セパレータ表面に凸部が形成されないことを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５４】
《比較例２および比較例３》
表１に示すように、凸部平均距離が変更されることを除いては、実施例１と同様に電池１００が製造された。
【００５５】
＜評価＞
《電池特性（ハイレート充放電後の電池温度）の評価》
電池特性の評価として、ハイレート充放電後の電池温度の評価を行った。
未使用の各実施例、および比較例に係る電池１００の表面に熱電対が張り付けられた。６０℃に設定された恒温槽内に各電池が配置された。ＳＯＣ１０％〜９０％において、５Ｃの電流レートにて３０回連続で充放電が繰り返された。その後、各電池表面の温度が測定された。結果は下記表１の「セル温度」の欄に示されている。なお「１Ｃ」は、満充電容量を１時間で放電する電流を示す。
【００５６】
《サイクル耐久性》
１．電池の活性化および初期容量の測定
２５℃において、以下の定電流−定電圧方式充電（ＣＣＣＶ充電）により、各実施例、および比較例に係る電池１００が満充電にされた。次いで以下の定電流方式放電（ＣＣ放電）により、各実施例、および比較例に係る電池１００が放電された。このときの放電容量が初期容量とされた。
【００５７】
ＣＣＣＶ充電：ＣＣ電流＝１／５Ｃ、ＣＶ電圧＝４．２Ｖ、終止電流＝１／２０Ｃ
ＣＣ放電    ：電流＝１／５Ｃ、終止電圧＝２．５Ｖ
【００５８】
２．電池特性（サイクル耐久性）の評価
更なる電池特性の評価として、サイクル耐久性の評価を行った。当該評価は各実施例、および比較例に係る電池１００に対して行われた。６０℃に設定された恒温槽内に各実施例、および比較例に係る電池１００が配置された。充電と放電との一巡が１サイクルとされ、ＳＯＣ１０％〜９０％において、５Ｃの電流レートにて充放電が５００サイクル実施された。
【００５９】
５００サイクル後、初期容量と同様に、サイクル後の電池容量（サイクル後容量）が測定された。サイクル後容量が初期容量で除されることにより、容量維持率が算出された。結果は下記表１の「容量維持率」の欄に示されている。容量維持率が高い程、サイクル耐久性に優れることを示している。
【００６０】
【表１】
2019110091.tif 000003
【００６１】
＜結果＞
比較例１は、セル温度が高かった。セパレータ３０の正極１０と接する面に凸部が形成されていないため、正極１０の表面とセパレータ３０との接触面積が少なく、正極１０において発生した熱をセパレータ３０を介して効率的に放熱できなかったものと考えられる。また、容量維持率についても改善の余地があった。
【００６２】
比較例２に関しては、凸部平均距離が２μｍであったため、隣接する凸部間の距離が近く、セパレータ３０が破断したため、電池１００の製造が出来なかった。
【００６３】
比較例３は、セル温度が高かった。凸部平均距離が３５μｍであったため、実施例と比較して正極１０の表面とセパレータ３０との接触面積が少なく、正極１０において発生した熱をセパレータ３０を介して効率的に放熱できなかったものと考えられる。また、容量維持率についても改善の余地があった。
【００６４】
実施例１〜１９は、セル温度の上昇が抑制されていた。すなわち、ハイレート充放電を行った際において、電池温度の上昇を抑制することが可能なリチウムイオン二次電池が得られたことが示されている。正極１０の表面とセパレータ３０との接触面積が十分確保されているため、正極１０において発生した熱がセパレータ３０を介して効率的に放熱されたものと考えられる。加えて、実施例１〜１９に係る電池は、優れた容量維持率も有していた。
【００６５】
実施例１および実施例７〜実施例１２の評価結果より、セパレータ３０に形成される凸部の幅（φ）が１μｍ以上１５μｍ以下の場合、セル温度の上昇が抑制され、かつ優れた容量維持率を有することが示された。
【００６６】
実施例１および実施例１３〜実施例１６の評価結果より、セパレータ３０に形成される凸部の高さ（ｄ）が０．５μｍ以上５．５μｍ以下の場合、セル温度の上昇が抑制され、かつ優れた容量維持率を有することが示された。
【００６７】
実施例１および実施例１７〜実施例１９の評価結果より、セパレータ３０において正極１０と接しない面に形成されている凹部と、正極１０と接する面に形成されている凸部との一致率（凸部一致率）が８０％以上１００％以下の場合、セル温度の上昇が抑制され、かつ優れた容量維持率を有することが示された。
【００６８】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００６９】
１０  正極、１１  正極集電体、１２  正極合材層、２０  負極、２１  負極集電体、２２  負極合材層、３０  セパレータ、４０  電極群、５０  外装材、５１  正極タブ、５２  負極タブ、１００  電池（リチウムイオン二次電池）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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