(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-22
(54)【発明の名称】二次電池及び二次電池を含む装置
(51)【国際特許分類】
H01M 4/133 20100101AFI20221215BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20221215BHJP
H01M 4/587 20100101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
H01M4/133
H01M4/66 A
H01M4/587
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022542226
(86)(22)【出願日】2020-06-23
(85)【翻訳文提出日】2022-07-08
(86)【国際出願番号】 CN2020097593
(87)【国際公開番号】W WO2021258275
(87)【国際公開日】2021-12-30
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513196256
【氏名又は名称】寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ａｍｐｅｒｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２，Ｘｉｎｇａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｗａｎ Ｔｏｗｎ，Ｊｉａｏｃｈｅｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｎｉｎｇｄｅ Ｃｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ ３５２１００
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】董暁斌
(72)【発明者】
【氏名】王家政
(72)【発明者】
【氏名】康蒙
(72)【発明者】
【氏名】何立兵
【テーマコード（参考）】
5H017
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H017AA03
5H017AS02
5H017AS10
5H017CC01
5H017EE01
5H017HH00
5H017HH01
5H017HH03
5H017HH06
5H017HH10
5H050AA02
5H050AA07
5H050BA17
5H050CA01
5H050CA08
5H050CA09
5H050CB08
5H050DA07
5H050FA05
5H050HA01
5H050HA04
5H050HA05
5H050HA08
5H050HA13
5H050HA19
(57)【要約】
本願は、二次電池及び二次電池を含む装置を開示する。二次電池は負極板を含み、前記負極板は、銅系集電体と、前記銅系集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ負極活物質を含む負極フィルムと、を含み、前記負極活物質は黒鉛を含み、ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、前記ＴＸは本明細書に定義した通りである。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
二次電池であって、負極板を含み、前記負極板は、銅系集電体と、前記銅系集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ負極活物質を含む負極フィルムと、を含み、前記負極活物質は黒鉛を含み、ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、
前記
【数1】
前記ＩＣｕは前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける銅系集電体の１１１結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ１１０は前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の１１０結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ００４は前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度を示す、二次電池。
【請求項2】
前記負極板は２９≦ＴＸ≦７０を満たす、請求項１に記載の二次電池。
【請求項3】
前記負極板は３５≦ＴＸ≦６０を満たす、請求項１又は２に記載の二次電池。
【請求項4】
前記負極板は４０≦ＴＸ≦５０を満たす、請求項１～３のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項5】
前記銅系集電体の厚さは≦８μｍであり、任意に、前記銅系集電体の厚さは４μｍ～６．５μｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項6】
前記銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は≧９９％であり、任意に、前記銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は９９．５％～１００％である、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項7】
前記負極活物質は、（１）前記負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．１５ｇ／ｃｍ３であり、任意に、前記負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．０５ｇ／ｃｍ３であることと、
（２）前記負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０は６μｍ～１４μｍであり、任意に、前記負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０は８μｍ～１２μｍであることと、
（３）前記負極活物質のグラム容量は３４５ｍＡｈ／ｇ～３６０ｍＡｈ／ｇであり、任意に、前記負極活物質のグラム容量は３４８ｍＡｈ／ｇ～３５５ｍＡｈ／ｇであることと、
のうちの１つ又はいくつかを満たす、請求項１～６のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項8】
前記負極活物質は人造黒鉛を含み、任意に、前記人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は≧６０％であり、任意に、前記人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は８０％～１００％である、請求項１～７のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項9】
前記負極フィルムは、（１）前記負極フィルムの圧密度は１．４ｇ／ｃｍ３～１．６５ｇ／ｃｍ３であり、任意に、前記負極フィルムの圧密度は１．４５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３であることと、
（２）前記負極フィルムの面密度は≦１２．５ｍｇ／ｃｍ２であり、任意に、前記負極フィルムの面密度は９．０ｍｇ／ｃｍ２～１０．５ｍｇ／ｃｍ２であることと、
のうちの１つ又はいくつかを満たす、請求項１～８のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項10】
請求項１～９のいずれか一項に記載の二次電池を含む、装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は二次電池技術分野に属し、具体的には二次電池及び二次電池を含む装置に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン電池を代表とする二次電池は、高比エネルギー、長寿命、低コスト、安全且つ安定的であるなどの利点を有するため、広く応用される。例えば、環境やエネルギー資源の問題が日増しに重視されるのに伴い、新エネルギー車の発展が切実に求められており、二次電池に対する需要の急速な増加を促進している。
【0003】
しかしながら、二次電池の高速充電能力は低く、ユーザに電気自動車の航続距離に対する焦慮を生じさせてしまう。したがって、新エネルギー車の市場受容性を拡大し、市場競争力を高めるために、二次電池の高速充電能力を高める必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本願の第１の態様は、負極板を含む二次電池を提供し、前記負極板は、銅系集電体と、前記銅系集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ負極活物質を含む負極フィルムと、を含み、前記負極活物質は黒鉛を含み、
ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、
前記
であり、
前記ＩＣｕは、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける銅系集電体の１１１結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ１１０は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の１１０結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ００４は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度を示す。
ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、
前記
【数1】
前記ＩＣｕは、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける銅系集電体の１１１結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ１１０は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の１１０結晶面の回折ピーク強度を示し、
前記Ｉ００４は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度を示す。
【0005】
本願の第２の態様は、本願の第１の態様の二次電池を含む装置を提供する。
【0006】
驚くべきことに、本願の二次電池において、負極活物質が黒鉛を含むと同時に、負極板がＣｕの１１１結晶面のＸ線回折強度、黒鉛の００４結晶面のＸ線回折強度及び１１０結晶面のＸ線回折強度の間の特定の関係ＴＸを満たすと、二次電池に優れた高速充電性能及びサイクル性能を同時に両立させることができることを見出した。より好ましくは、この二次電池は、さらに高いエネルギー密度を同時に有することができる。本願の装置は、本願に係る二次電池を含むため、少なくとも前記二次電池と同じ利点を有する。
【0007】
いくつかの実施形態において、前記負極板は２９≦ＴＸ≦７０を満たす。
【0008】
いくつかの実施形態において、前記負極板は３５≦ＴＸ≦６０を満たす。
【0009】
いくつかの実施形態において、前記負極板は４０≦ＴＸ≦５０を満たす。
【0010】
ＴＸが適切な範囲内にあると、負極板が高いリチウム挿入性能及び高い可逆容量を有することができ、二次電池に高い高速充電能力、サイクル性能及びエネルギー密度を同時に両立させる。
【0011】
いくつかの実施形態において、前記銅系集電体の厚さは≦８μｍであり、任意に、前記銅系集電体の厚さは４μｍ～６．５μｍである。銅系集電体の厚さが上記範囲内であると、電池の高速充電能力及びサイクル性能をさらに向上させることができる。
【0012】
いくつかの実施形態において、前記銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は≧９９％であり、任意に、前記銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は９９．５％～１００％である。銅系集電体におけるＣｕの含有量が上記範囲内であると、電池のサイクル性能をさらに改善することができる。
【0013】
いくつかの実施形態において、前記負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．１５ｇ／ｃｍ３であり、任意に、前記負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．０５ｇ／ｃｍ３である。負極活物質のタップ密度が上記範囲内であると、電池のエネルギー密度及び高速充電性能をさらに向上させることができる。
【0014】
いくつかの実施形態において、前記負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０は６μｍ～１４μｍであり、任意に、前記負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０は８μｍ～１２μｍである。負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０が上記範囲内であると、電池の高速充電能力及びサイクル性能をさらに改善することができる。
【0015】
いくつかの実施形態において、前記負極活物質のグラム容量は３４５ｍＡｈ／ｇ～３６０ｍＡｈ／ｇであり、任意に、３４８ｍＡｈ／ｇ～３５５ｍＡｈ／ｇである。負極活物質のグラム容量が上記範囲内であると、電池が高いエネルギー密度を有する前提で、その高速充電能力及びサイクル性能をさらに改善することができる。
【0016】
いくつかの実施形態において、前記負極活物質は人造黒鉛を含み、任意に、前記人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は≧６０％であり、任意に、前記人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は８０％～１００％である。負極活物質内に人造黒鉛を含むと、電池の高速充電能力及びサイクル性能をさらに改善することができる。
【0017】
いくつかの実施形態において、前記負極フィルムの圧密度は１．４ｇ／ｃｍ３～１．６５ｇ／ｃｍ３であり、任意に、前記負極フィルムの圧密度は１．４５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３である。負極フィルムの圧密度が上記範囲内であると、電池のエネルギー密度及び高速充電性能をさらに改善することができる。
【0018】
いくつかの実施形態において、前記負極フィルムの面密度は≦１２．５ｍｇ／ｃｍ２であり、任意に、前記負極フィルムの面密度は９．０ｍｇ／ｃｍ２～１０．５ｍｇ／ｃｍ２である。負極フィルムの面密度が上記範囲内であると、電池のエネルギー密度及び高速充電性能をさらに改善することができる。
【0019】
以下、本願の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、本願の実施例に必要な図面を簡単に説明する。自明ながら、以下に記載の図面は本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的労力を行わない前提で、さらに図面に基づき他の図面を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】二次電池の一実施形態の模式図である。
【図3】電池モジュールの一実施形態の模式図である。
【図4】電池パックの一実施形態の模式図である。
【図6】二次電池が電源として用いられる装置の一実施形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本願の発明の目的、技術的解決手段及び有益な技術的効果をより明確にするために、実施例を参照して本願をさらに詳細に説明する。理解すべきことは、本明細書に記載の実施例は本願を説明するためのものに過ぎず、本願を限定するためのものではないということである。
【0022】
便宜的に、本明細書はいくつかの数値範囲のみを明確に開示する。しかしながら、任意の下限は任意の上限と組み合わせて明確に記載されていない範囲を形成することができ、任意の下限は他の下限と組み合わせて明確に記載されていない範囲を形成することができ、同様に、任意の上限は任意の他の上限と組み合わせて明確に記載されていない範囲を形成することができる。また、明確に記載されていないが、範囲の端点間の各点又は単一の数値はいずれも当該範囲内に含まれる。したがって、各点又は単一の数値は自身の下限又は上限として任意の他の点又は単一の数値と組み合わせるか又は他の下限又は上限と組み合わせて明確に記載されていない範囲を形成することができる。
【0023】
なお、本明細書の説明において、他に説明しない限り、「以上」、「以下」はその数を含み、「１種類又は数種類」における「数種類」の意味は２種類又は２種類以上である。
【0024】
本願の上述の発明の概要は、本願の開示した各実施形態や各実現形態を説明するためのものではない。以下の記載では、例示的な実施形態を挙げてより具体的に説明する。出願全体の複数箇所において、一連の実施例による指針を提供するが、これらの実施例は様々な組み合わせの形態で使用することができる。各実例において、列挙したものは代表的なグループのみとし、網羅したものと解釈すべきではない。
【0025】
二次電池
本願の第１の態様の実施形態は、二次電池を提供する。この二次電池は、正極板、負極板及び電解質を含む。電池の充放電過程において、活性イオンは、正極板と負極板との間で往復して挿入及び脱離される。電解質は、正極板と負極板との間でイオンを伝導する役割を果たす。
本願の第１の態様の実施形態は、二次電池を提供する。この二次電池は、正極板、負極板及び電解質を含む。電池の充放電過程において、活性イオンは、正極板と負極板との間で往復して挿入及び脱離される。電解質は、正極板と負極板との間でイオンを伝導する役割を果たす。
【0026】
［負極板］
本願の二次電池において、負極板は、銅系集電体と、銅系集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ負極活物質を含む負極フィルムと、を含み、前記負極活物質は黒鉛を含み、ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、
前記
であり、
前記ＩＣｕは、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける銅系集電体の１１１結晶面の回折ピーク強度を示し、前記Ｉ１１０は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の１１０結晶面の回折ピーク強度を示し、前記Ｉ００４は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度を示す。
本願の二次電池において、負極板は、銅系集電体と、銅系集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ負極活物質を含む負極フィルムと、を含み、前記負極活物質は黒鉛を含み、ここで、前記負極板はＴＸ≧２５を満たし、
前記
【数2】
前記ＩＣｕは、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける銅系集電体の１１１結晶面の回折ピーク強度を示し、前記Ｉ１１０は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の１１０結晶面の回折ピーク強度を示し、前記Ｉ００４は、前記負極板のＸ線回折スペクトルにおける黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度を示す。
【0027】
二次電池の充電過程において、活性イオンが正極板内から脱離して負極板に到達し、負極活物質が集電体部分から負電荷（自由電子）を得ることで、活性イオンの負極活物質内への挿入が促進される。したがって、負極板において、集電体の電子伝導性能、負極フィルム内の負電荷の分配性能及び活性イオンの負極フィルムにおける輸送性能がいずれもリチウム挿入性能に影響し、負極板のリチウム挿入性能が電池の高速充電能力に直接影響を及ぼす。本発明者らは鋭意研究により、負極活物質が黒鉛を含むと同時に、負極板がそのＸ線回折スペクトルにおけるＣｕの１１１結晶面の回折ピーク強度、黒鉛の００４結晶面の回折ピーク強度及び１１０結晶面の回折ピーク強度の間の特定の関係を満たすと、負極板の負極活物質粒子の間にシートの厚さ方向におけるスムーズな空孔構造が形成され、負極フィルムの内層にも優れた電解液浸潤性を得ることができ、充電過程において、正極からの活性イオンを負極フィルムの集電体に近接する領域により迅速に伝導できることを見出した。同時に、銅系集電体は優れた電子伝導性能を有し、且つ負電荷が集電体を介して負極フィルムの集電体から離れた領域に伝導される電圧降下が小さいため、負極フィルムの異なる領域内における電位分布の一致性及び電荷分布の均一性に優れ、異なる領域の負極活物質を均一にリチウム挿入することができる。したがって、負極板における負極フィルム全体に高いリチウム挿入性能を得ることができ、これにより、電池の高速充電能力を向上させることができる。
【0028】
また、負極フィルムの活性イオン伝導性能に優れ、且つ負極フィルムの異なる領域における電位分布の一致性及び電荷分布の均一性に優れるため、フィルムにおける負極活物質全体の容量性能が充分に発揮され、電池のエネルギー密度を改善することができる。同時に、活性イオンがフィルム表面及び／又は局部に集中することで引き起こされる表面及び／又は局部のリチウム挿入状態が過度になるという課題が大幅に緩和されるため、活性イオンがフィルム表面及び／又は局部に還元析出（例えばリチウム沈殿）されるリスクを低減することができ、さらに電池の不可逆容量損失を低減し、且つ分極現象を減少させることができ、これにより、電池にさらに高いサイクル性能を同時に両立させる。二次電池は高速電流で充電すると金属デンドライトを形成しにくいため、高い安全性能を両立させることができる。
【0029】
いくつかの実施形態において、前記負極板は２９≦ＴＸ≦７０を満たす。ＴＸが適切な範囲内にあることで、負極板に高いリチウム挿入性能及び高い可逆容量を有させることができ、二次電池に高い高速充電能力、サイクル性能及びエネルギー密度を同時に両立させる。
【0030】
いくつかの実施形態において、前記負極板は３５≦ＴＸ≦６０を満たす。負極活物質が黒鉛を含み、且つ負極板のＴＸが上記範囲内であると、二次電池に２０ｍｉｎ内に１０％ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、荷電状態）から８０％ＳＯＣまで充電させることができる。二次電池は優れた高速充電能力を有する。例えば、前記負極板のＴＸは、３５≦ＴＸ≦５９、３７≦ＴＸ≦５８、３９≦ＴＸ≦５７、４０≦ＴＸ≦６０、４２≦ＴＸ≦５６、４５≦ＴＸ≦５３などでもよい。
【0031】
いくつかの実施形態において、前記負極板は４０≦ＴＸ≦５０を満たす。負極活物質が黒鉛を含み、且つ負極板のＴＸが上記範囲内であると、二次電池に１０ｍｉｎ内に１０％ＳＯＣから８０％ＳＯＣまで充電させることができる。二次電池の高速充電能力がさらに向上すると同時に、さらに電池が高いエネルギー密度を有することが保証される。例えば、前記負極板のＴＸは、４１≦ＴＸ≦５０、４２≦ＴＸ≦５０、４３≦ＴＸ≦５０、４５≦ＴＸ≦５０、４４≦ＴＸ≦４８などである。
【0032】
本願の負極板において、銅系集電体は銅及び銅合金のうちの１種類又は数種類を含むことができる。前記銅合金は銅ニッケル合金、銅インジウム合金、銅銀合金などから選択することができる。銅合金におけるＣｕの質量割合は、好ましくは９８％以上であり、例えば９９％～１００％である。いくつかの実施例において、銅系集電体は銅箔及び銅合金箔材のうちの１種類又は数種類から選択することができる。
【0033】
いくつかの実施形態において、銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は≧９９％であり、例えば９９．５％～１００％でもよい。銅系集電体におけるＣｕ含有量が高いことで、その電子導電性を向上させることができ、且つ充電時に集電体の負電荷が負極フィルムの異なる領域に均一に分布することができるため、フィルムの各領域におけるリチウムの高速挿入性能を改善し、これにより電池の高速充電能力及びサイクル性能を向上させることができる。また、銅系集電体の純度が高いことにより、その中のヘテロ原子が副反応を生じさせることで、電気化学反応体系に及ぼすマイナスの影響を減少させることができ、これにより電池のサイクル性能をさらに改善させる。
【0034】
いくつかの実施形態において、銅系集電体の厚さは≦８μｍであり、任意に、銅系集電体の厚さは４μｍ～６．５μｍ、４．５μｍ～６μｍなどでもよい。銅系集電体の厚さが適切な範囲内にあることで、優れた電子導電性を有することができるだけでなく、さらに負電荷が集電体を介して負極フィルムの集電体から離れた領域に到達する電圧降下を低減することができるため、負極フィルムの異なる領域内の電位分布の一致性及び電荷分布の均一性を改善し、電池の高速充電能力をさらに向上させる。同時に、負極フィルムの表面及び／又は局部に活性イオンの還元析出（例えばリチウム沈殿）が発生するリスクを低減し、電池のサイクル性能をさらに向上させることができる。銅系集電体の厚さが適切であることにより、さらに高い強度を有し、負極板の受圧（例えば冷間プレス及びサイクル膨張力）及び巻回プロセスにおいて破断や欠陥を生じさせにくく、負極板の異なる領域における電位及び電荷分布を均一にすることを保証する。
【0035】
本願の二次電池において、前記負極フィルムは、一般的に負極活物質及び選択可能な接着剤、選択可能な導電剤及びその他の任意の助剤を含み、一般的に負極スラリーを塗布及び乾燥させてなる。負極スラリーは、一般的に負極活物質及び選択可能な導電剤、接着剤などを溶媒内に分散させ均一に撹拌することによって形成される。溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）又は脱イオン水でもよい。
【0036】
例として、導電剤は、超導電性カーボン、カーボンブラック（例えばＳｕｐｅｒ Ｐ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック）、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は数種類を含むことができる。
【0037】
例として、接着剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、水溶性不飽和樹脂ＳＲ－１Ｂ、水性アクリル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）及びカルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）のうちの１種類又は数種類を含むことができる。
【0038】
その他の任意の助剤は、例えば増粘剤（例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム ＣＭＣ－Ｎａ）、ＰＴＣサーミスタ材料などである。
【0039】
本発明者らは、さらなる研究を行い、本願の前記二次電池の負極板が上述した設計条件を満たすと同時に、負極フィルムがさらに以下の設計条件のうちの１つ又はいくつかを満たすと、二次電池の性能をさらに改善できることを見出した。
【0040】
いくつかの実施形態において、負極フィルムの圧密度は１．４ｇ／ｃｍ３～１．６５ｇ／ｃｍ３でもよく、任意に、負極フィルムの圧密度は１．４５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３、１．５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３などでもよい。負極板がさらに、負極フィルムの圧密度が適切な範囲内にあることを満たすと、電池のエネルギー密度をさらに向上させることができる。同時に、負極フィルム内の負極活物質粒子の間に緊密な接触が形成され、且つ高い空隙率を有することで、電解液が浸潤及び還流しやすいため、負極板が高い活性イオン輸送性能を有することができ、これにより電池の高速充電能力をさらに改善する。
【0041】
いくつかの実施形態において、負極フィルムの面密度は≦１２．５ｍｇ／ｃｍ２であり、任意に、負極フィルムの面密度は７．８ｍｇ／ｃｍ２～１１．０ｍｇ／ｃｍ２、９．０ｍｇ／ｃｍ２～１０．５ｍｇ／ｃｍ２などでもよい。負極板がさらに負極フィルムの面密度が適切な範囲内にあることを満たすと、電池のエネルギー密度をさらに向上させることができる。同時に、負極フィルム内で活性イオン及び電子を輸送する抵抗が小さく、これにより電池の高速充電能力をさらに改善する。
【0042】
いくつかの実施形態において、負極板において、銅系集電体の厚さは４μｍ～８μｍであり、且つ負極フィルムの圧密度は１．４５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３であり、負極フィルムの面密度は７．８ｍｇ／ｃｍ２～１１．０ｍｇ／ｃｍ２である。
【0043】
いくつかの実施形態において、負極板において、銅系集電体の厚さは４．５μｍ～６．５μｍであり、且つ負極フィルムの圧密度は１．５ｇ／ｃｍ３～１．５５ｇ／ｃｍ３であり、負極フィルムの面密度は９．０ｍｇ／ｃｍ２～１０．５ｍｇ／ｃｍ２である。
【0044】
負極板が上述の設計を満たすと、当該負極板は充電過程においてリチウム挿入の高い均一性を得ることができ、これにより電池の高速充電能力及びエネルギー密度を向上させることができる。負極フィルムの表面及び／又は局部に活性イオンの還元析出が発生するリスクが低く、電池のサイクル性能及び安全性能をさらに向上させることができる。
【0045】
本発明者らはさらに、本願の前記二次電池の負極板が上述した条件を満たすと同時に、負極活物質が以下の条件のうちの１種類又は数種類を満たすと、電池の性能をさらに改善できることを見出した。
【0046】
いくつかの実施形態において、負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．１５ｇ／ｃｍ３でもよく、任意に、負極活物質のタップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．０５ｇ／ｃｍ３でもよい。負極活物質のタップ密度が上記範囲内にあると、これを採用した負極フィルムは高い圧密度を得られると同時に、さらに負極フィルム内によりスムーズな空孔構造を形成することができ、活性イオン輸送性能を改善し、これにより、電池のエネルギー密度及び高速充電性能をさらに向上させる。
【0047】
いくつかの実施形態において、負極活物質の体積平均粒径ＤＶ５０は６μｍ～２０μｍでもよく、例えば６μｍ～１４μｍ、８μｍ～１２μｍなどでもよい。負極活物質のＤＶ５０が適切な範囲内にあることで、活性イオン及び電子の粒子内における輸送経路を減少させることができ、且つ負極フィルムにスムーズな空孔構造を形成しやすく、これにより電池の高速充電能力をさらに改善し、同時に、電解液の粒子表面における副反応が少ないため、電池のサイクル性能をさらに改善する。
【0048】
いくつかの実施形態において、負極活物質のグラム容量は３４５ｍＡｈ／ｇ～３６０ｍＡｈ／ｇでもよく、例えば３４８ｍＡｈ／ｇ～３５５ｍＡｈ／ｇなどでもよい。負極活物質のグラム容量が上記範囲内であると、負極活物質が高いグラム容量を有することができると同時に、さらに小さい活性イオン遷移経路を有するため、活性イオンの固相拡散速度を向上させることができ、これにより電池の高速充電能力をさらに改善する。また、負極活物質が高い構造安定性をさらに有し、これにより電池のサイクル寿命をさらに改善する。
【0049】
本願の二次電池において、負極活物質は人造黒鉛、天然黒鉛のうちの１種類又は数種類を含むことができる。
【0050】
いくつかの実施形態において、前記負極活物質は人造黒鉛を含む。
【0051】
いくつかの実施形態において、前記人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は≧６０％であり、任意に、人造黒鉛の前記負極活物質における質量割合は７０％～１００％、７５％～１００％、８０％～１００％、９０％～１００％などでもよい。
【0052】
人造黒鉛は受圧（例えば冷間プレスの圧力又は電池のサイクル膨張力）及びリチウム挿入時に引き起こされる体積変化が小さいため、負極フィルムにシートの厚さ方向における良好な空孔構造を形成、維持するのに有利であり、電解液の浸潤性及び保持容量を改善する。したがって、人造黒鉛の負極活物質における質量割合が適切な範囲内にあることで、電池の高速充電能力及びサイクル性能をさらに改善することができる。
【0053】
いくつかの実施形態において、負極活物質は天然黒鉛をさらに含んでもよい。負極活物質内に天然黒鉛を含むことで、電池の低温性能をさらに改善することができる。
【0054】
いくつかの実施形態において、前記天然黒鉛の前記負極活物質における質量割合は≦３０％であり、例えば、前記天然黒鉛の前記負極活物質における質量割合は５％～３０％、１０％～３０％、１０％～２５％、１０％～２０％などでもよい。負極活物質内に適量の天然黒鉛を含むことで、電池の低温性能及び高温保存性能のバランスをより良好に取ることができる。
【0055】
本願の二次電池において、前記負極活物質は本願に上述した負極活物質を含む他、さらに、任意に一定量のその他の常用される負極活物質を含むことができ、例えば、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコン系材料、スズ系材料、チタン酸リチウムのうちの１種類又は数種類を含む。前記シリコン系材料は、単体シリコン、シリコン酸化物、シリコン炭素複合体、シリコン合金のうちの１種類又は数種類から選択することができる。前記スズ系材料は単体スズ、スズ酸化物、スズ合金のうちの１種類又は数種類から選択することができる。
【0056】
本願に使用される負極活物質及び銅系集電体は、いずれも商業ルートを介して取得することができる。当業者は実際の使用環境に応じて適宜選択することができる。
【0057】
本願の二次電池において、負極フィルムは負極集電体の１つの面に設置されてもよく、同時に負極集電体の２つの面に設置されてもよい。例えば、負極集電体は自身の厚さ方向に対向する２つの面を有し、負極フィルムは負極集電体の対向する２つの面のうちのいずれか一方又は両方に設置される。なお、本願に係る各負極フィルムのパラメータは、いずれも片面フィルムのパラメータ範囲を指す。負極フィルムが負極集電体の２つの面に設置される場合、そのうちのいずれか１つの面のフィルムのパラメータが本願を満たす、即ち本願の保護範囲内に含まれるとみなす。且つ、本願に記載のＴＸ、負極フィルムの圧密度、面密度などの範囲は、いずれも冷間圧縮された後、電池を組み立てるために用いられるフィルムのパラメータを指す。
【0058】
また、本願の二次電池において、負極板は決して負極フィルム以外のその他のさらなる機能層を除外するものではない。例えば、いくつかの実施形態において、本願に記載の負極板はさらに、負極集電体と負極フィルムとの間に挟まれ負極集電体の表面に設置される導電性アンダーコート（例えば導電剤及び接着剤からなる）を含む。他のいくつかの実施形態では、本願に記載の負極板はさらに負極フィルムの表面に被覆される保護層を含む。
【0059】
本願において、ＩＣｕ、Ｉ００４、Ｉ１１０は、それぞれ対応するＸ線回折ピークのピーク高さを指す。Ｘ線回折計（例えばＢｒｕｋｅｒ Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒモデル）を使用し、Ｘ線回折分析法を用いて負極板のＸ線回折スペクトルを測定した後、Ｘ線回折スペクトルに基づき負極板のＩＣｕ、Ｉ００４、Ｉ１１０を算出することができる。測定は、ＪＩＳＫ ０１３１－１９９６Ｘ線回折分析通則を参照して行うことができる。Ｘ線回折の分析、測定においては、陽極ターゲットとして銅ターゲットを用いることができ、ＣｕＫα線を放射源とし、放射線の波長はλ＝１．５４１８Åであり、走査する２θ角度の範囲は２０°～８０°であり、走査速度は４°／ｍｉｎである。本願において、具体的には、製造された負極板を直接Ｘ線回折計内に置き、Ｘ線回折分析法によって負極板のＩＣｕ、Ｉ￢００４、Ｉ１１０を得る。
【0060】
負極板のＸ線回折スペクトルにおいて、銅系集電体の１１１結晶面に対応する２θ角度は４３．４±０．３°（例えば４３．３４°）であり、黒鉛の００４結晶面に対応する２θ角度は５４．６±０．３°（例えば５４．６５°）であり、黒鉛の１１０結晶面に対応する２θ角度は７７．５±０．３°（例えば７７．５２°）である。
【0061】
銅系集電体の厚さは本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えば、ねじマイクロメータ（精度は±０．１μｍである）を用いて測定することができる。
【0062】
銅系集電体におけるＣｕの質量含有量は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ、例えばｉＣＡＰ ７４００）を用いて測定することができる。具体的には、王水を用いて銅系集電体を溶解し、得られた溶液を定量定容希釈し、ＩＣＰ－ＭＳによってＣｕ元素の質量百分率を検出及び算出することができる。
【0063】
負極フィルムの面密度は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えば片面が塗布され、且つ冷間プレスされた負極板（両面が塗布された負極板であれば、まずそのうちの１つの面の負極フィルムを拭き取ってもよい）を取り、面積がＳ１の小さなウェハに打ち抜き、その質量を秤量し、Ｍ１として記録する。次に、上記秤量した後の負極板の負極フィルムを拭き取り、負極集電体の質量を秤量し、Ｍ０として記録する。負極フィルムの面密度＝（負極板の質量Ｍ１－負極集電体の質量Ｍ０）／Ｓ１である。
【0064】
負極フィルムの圧密度は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えば、片面が塗布され、且つ冷間プレスされた負極板（両面が塗布されたシートであれば、まずそのうちの１つの面の負極フィルムを拭き取ってもよい）を取り、負極フィルムの厚さを測定してから、上記方法に従って負極フィルムの面密度を測定する。負極フィルムの圧密度＝負極フィルムの面密度／負極フィルムの厚さである。
【0065】
負極活物質のタップ密度は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えばＧＢ／Ｔ ５１６２－２００６を参照し、粉体タップ密度測定機（例えば丹東百特科技有限公司のＢＴ－３０１）を使用して測定することができる。
【0066】
負極活物質のＤＶ５０は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。例えばＧＢ／Ｔ １９０７７．１－２０１６を参照し、レーザー粒度分析計（例えばＭａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ ＬｔｄのＭａｓｔｅｒ ｓｉｚｅｒ３０００）を使用して測定することができる。ここで、ＤＶ５０は、前記負極活物質の累積体積分布百分率が５０％に到達するときの対応する粒径である。
【0067】
負極活物質のグラム容量は本分野で周知の意味であり、本分野で周知の方法で測定することができる。負極活物質のグラム容量の例示的な測定方法は以下の通りである。負極活物質、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）、接着剤ＰＶＤＦを質量比９１．６：１．８：６．６で溶媒ＮＭＰ（Ｎ－メチルピロリドン）に均一に混合し、スラリーを生成し、生成したスラリーを銅箔集電体に塗布し、乾燥機内で乾燥させた後、準備が完了する。金属リチウムシートを対電極とし、ポリエチレン（ＰＥ）薄膜をセパレータとする。エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１：１：１の体積比で混合した後、ＬｉＰＦ６を上記溶液内に均一に溶解して電解液を得、ここで、ＬｉＰＦ６の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌである。アルゴンガス雰囲気のグローブボックスでＣＲ２４３０型ボタン電池が組み立てられる。得られたボタン電池を１２時間静置した後、０．０５Ｃの電流で０．００５Ｖになるまで定電流放電し、１０分間静置し、５０μＡの電流で０．００５Ｖになるまでさらに定電流放電し、１０分間静置し、１０μＡの電流で０．００５Ｖになるまでさらに定電流放電した後、０．１Ｃの電流で２Ｖになるまで定電流充電し、充電容量を記録する。充電容量と負極活物質の質量との比率は負極活物質のグラム容量である。
【0068】
［正極板］
本願の二次電池において、前記正極板は、正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ正極活物質を含む正極フィルムと、を含む。
本願の二次電池において、前記正極板は、正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも１つの面に設置され且つ正極活物質を含む正極フィルムと、を含む。
【0069】
本願の二次電池において、前記正極活物質は、本分野で周知の二次電池に用いられる正極活物質を用いることができる。例えば、正極活物質は、層状リチウム遷移金属酸化物、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩及びそれぞれの改質化合物などのうちの１種類又は数種類を含むことができる。しかし、本願はこれらの材料に限定されず、さらにその他の二次電池の正極活性材として用いられる従来の周知の材料を用いてもよい。これらの正極活物質は、単独で１種類のみを使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。ここで、層状リチウム遷移金属酸化物の例として、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物及びその改質化合物のうちの１種類又は数種類を含むことができるが、これに限定されない。オリビン構造のリチウム含有リン酸塩の例として、リン酸鉄リチウム、リン酸鉄リチウムと炭素との複合材料、リン酸マンガンリチウム、リン酸マンガンリチウムと炭素との複合材料、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムと炭素との複合材料のうちの１種類又は数種類を含むことができるが、これに限定されない。
【0070】
いくつかの好ましい実施例において、電池のエネルギー密度をさらに向上させるために、正極活物質は、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物及びそれぞれの改質化合物のうちの１種類又は数種類を含む。
【0071】
上記改質化合物は、正極活物質にドーピング改質及び／又は表面クラッド改質を施したものでもよい。
【0072】
本願の二次電池において、前記正極フィルムは、一般的に正極活物質、選択可能な接着剤及び選択可能な導電剤を含み、一般的に、正極スラリーを塗布し、乾燥させ、冷間プレスすることによってなる。正極スラリーは、一般的に正極活物質及び選択可能な導電剤及び接着剤などを溶媒内に分散させ均一に撹拌することによって形成される。溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）でもよい。
【0073】
例として、正極フィルムに用いられる接着剤はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のうちの１種類又は数種類を含んでもよい。
【0074】
例として、正極フィルムに用いられる導電剤は、超導電性カーボン、カーボンブラック（例えばＳｕｐｅｒ Ｐ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック）、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種類又は数種類を含んでもよい。
【0075】
本願の二次電池において、前記正極集電体は金属箔シート又は複合集電体を用いることができる。例えば、アルミニウム箔を用いてもよい。複合集電体は、高分子材料系層及び高分子材料基材の少なくとも１つの面に形成される金属層を含むことができる。複合集電体は、金属材料（アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金など）を高分子材料基材（例えばポリプロピレンＰＰ、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレートＰＢＴ、ポリスチレンＰＳ、ポリエチレンＰＥ、及びそれらのコポリマーなどの基材）上に形成することによって形成することができる。
【0076】
［電解質］
本願の二次電池は、電解質の種類に対して具体的に限定せず、需要に応じて選択することができる。例えば、電解質は固体電解質及び液体電解質（即ち、電解液）のうちの少なくとも１種類から選択することができる。
本願の二次電池は、電解質の種類に対して具体的に限定せず、需要に応じて選択することができる。例えば、電解質は固体電解質及び液体電解質（即ち、電解液）のうちの少なくとも１種類から選択することができる。
【0077】
いくつかの実施例において、電解質は電解液を使用する。電解液は、電解質塩及び溶媒を含む。
【0078】
いくつかの実施例において、電解質塩は、ＬｉＰＦ６（ヘキサフルオロリン酸リチウム）、ＬｉＢＦ４（テトラフルオロホウ酸リチウム）、ＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、ＬｉＡＳＦ６（ヘキサフルオロヒ酸リチウム）、ＬｉＦＳＩ（ジフルオロスルホニルイミドリチウム）、ＬｉＴＦＳＩ（ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム）、ＬｉＴＦＳ（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム）、ＬｉＤＦＯＢ（ジフルオロシュウ酸ホウ酸リチウム）、ＬｉＢＯＢ（ジシュウ酸ホウ酸リチウム）、ＬｉＰＯ２Ｆ２（ジフルオロリン酸リチウム）、ＬｉＤＦＯＰ（ジフルオロジシュウ酸リン酸リチウム）及びＬｉＴＦＯＰ（テトラフルオロシュウ酸リン酸リチウム）のうちの１種類又は数種類から選択することができる。
【0079】
いくつかの実施例において、溶媒はエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、酢酸メチル（ＭＡ）、酢酸エチル（ＥＡ）、酢酸プロピル（ＰＡ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、プロピオン酸エチル（ＥＰ）、プロピオン酸プロピル（ＰＰ）、酪酸メチル（ＭＢ）、酪酸エチル（ＥＢ）、１，４－ブチロラクトン（ＧＢＬ）、スルホラン（ＳＦ）、ジメチルスルホン（ＭＳＭ）、メチルエチルスルホン（ＥＭＳ）及びジエチルスルホン（ＥＳＥ）のうちの１種類又は数種類から選択することができる。
【0080】
いくつかの実施例において、電解液に、さらに任意に添加剤を含む。例えば、添加剤は、負極成膜添加剤を含んでもよく、正極成膜添加剤を含んでもよく、電池の過充電性能を改善する添加剤、電池の高温性能を改善する添加剤、電池の低温性能を改善する添加剤などのように、電池の何らかの性能を改善できる添加剤をさらに含んでもよい。
【0081】
［セパレータ］
電解液を使用する二次電池、及びいくつかの固体電解質を使用する二次電池において、セパレータをさらに含む。セパレータは正極板と負極板との間に設置され、隔離する役割を果たす。本願は、セパレータの種類に対して特に限定せず、任意の周知の良好な化学的安定性及び機械的安定性を有する多孔質構造のセパレータを選択することができる。いくつかの実施例において、セパレータは、ガラス繊維フィルム、不織布フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリフッ化ビニリデンフィルム及びそれらの２種類以上の複合フィルムのうちの一種類又は数種類から選択することができる。
電解液を使用する二次電池、及びいくつかの固体電解質を使用する二次電池において、セパレータをさらに含む。セパレータは正極板と負極板との間に設置され、隔離する役割を果たす。本願は、セパレータの種類に対して特に限定せず、任意の周知の良好な化学的安定性及び機械的安定性を有する多孔質構造のセパレータを選択することができる。いくつかの実施例において、セパレータは、ガラス繊維フィルム、不織布フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリフッ化ビニリデンフィルム及びそれらの２種類以上の複合フィルムのうちの一種類又は数種類から選択することができる。
【0082】
本願は、二次電池の形状に対して特に限定せず、円筒形、四角形又はその他の任意の形状であってもよい。図１は、一例としての四角形構造の二次電池５である。
【0083】
いくつかの実施例において、二次電池は外装を含むことができる。この外装は、正極板、負極板及び電解質を密封するために用いられる。
【0084】
いくつかの実施例において、二次電池の外装は、例えば硬質プラスチックケース、アルミニウムケース、鋼ケースなどのような、硬質ケースであってもよい。二次電池の外装は、例えば袋式ソフトパックのような、ソフトパックであってもよい。ソフトパックの材質はプラスチックであってもよく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）などのうちの１種類又は数種類であってもよい。
【0085】
いくつかの実施例において、図２を参照すると、外装は、ケース５１及びカバープレート５３を含むことができる。ここで、ケース５１は、底板と、底板に接続された側板とを含むことができ、底板と側板とは取り囲んで収容室を形成する。ケース５１は、収容室に連通された開口を有し、カバープレート５３は、前記開口に覆設されることで前記収容室を密封することができる。正極板、負極板及びセパレータは、巻回プロセス又は積層プロセスにより電極アセンブリ５２を形成することができる。電極アセンブリ５２は、前記収容室に封入される。電解液は、電極アセンブリ５２内に浸潤される。二次電池５に含まれる電極アセンブリ５２の数は１つ又は複数であってよく、需要に応じて調整することができる。
【0086】
いくつかの実施例において、二次電池は、電池モジュールとして組み立てることができ、電池モジュールに含まれる二次電池の数は複数であってもよく、具体的な数は電池モジュールの適用及び容量によって調整することができる。
【0087】
図３は、一例としての電池モジュール４である。図３を参照すると、電池モジュール４において、複数の二次電池５は、電池モジュール４の長手方向に沿って順次配列して設置されることができる。当然のことながら、その他の任意の方法で配列されてもよい。さらに、締結具によって、この複数の二次電池５を固定してもよい。
【0088】
任意に、電池モジュール４は、さらに収容空間を有するハウジングを含んでもよく、複数の二次電池５は、この収容空間に収容される。
【0089】
いくつかの実施例において、上記電池モジュールは、さらに電池パックとして組み立てられてもよく、電池パックに含まれる電池モジュールの数は電池パックの適用及び容量に応じて調整することができる。
【0090】
図４及び図５は、一例としての電池パック１である。図４及び図５を参照すると、電池パック１は、電池ボックス及び電池ボックス内に設置される複数の電池モジュール４を含むことができる。電池ボックスは、上部ボックス体２及び下部ボックス体３を含み、上部ボックス体２は下部ボックス体３に覆設されることができ、且つ電池モジュール４を収容するための密閉空間を形成する。複数の電池モジュール４は、任意の方法で電池ケース内に配置されることができる。
【0091】
［製造方法］
本願の二次電池の構造及び製造方法は、周知のものでもよい。
本願の二次電池の構造及び製造方法は、周知のものでもよい。
【0092】
例として、二次電池の製造方法は、負極板、正極板、セパレータ及び電解液を組み立てて二次電池を形成するステップを含むことができる。ここで、正極板、セパレータ、負極板を順次巻回又は積層することにより、電極アセンブリを得、電極アセンブリを外装内に配置し、電解液を注入且つ封止して、二次電池を得ることができる。
【0093】
正極板の例示的な製造方法は以下の通りである。正極活物質、選択可能な導電剤及び接着剤を溶媒（例えばＮ－メチルピロリドン、ＮＭＰと略称する）内に分散させ、均一な正極スラリーを形成し、正極スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、正極板を得る。
【0094】
負極板の例示的な製造方法は以下の通りである。負極活物質、選択可能な導電剤、接着剤、及び増粘剤を溶媒（例えば脱イオン水）内に分散させ、均一な負極スラリーを形成し、負極スラリーを銅系集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、負極板を得る。
【0095】
装置
本願の第２の態様は、装置を提供し、前記装置は本願の第１の態様に係る二次電池を含む。前記二次電池は、前記装置の電源として用いてもよく、前記装置のエネルギー貯蔵ユニットとしてもよい。前記装置は、携帯機器（例えば、携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクーター、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどであってもよいが、これらに限定されない。
本願の第２の態様は、装置を提供し、前記装置は本願の第１の態様に係る二次電池を含む。前記二次電池は、前記装置の電源として用いてもよく、前記装置のエネルギー貯蔵ユニットとしてもよい。前記装置は、携帯機器（例えば、携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクーター、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどであってもよいが、これらに限定されない。
【0096】
前記装置は、その使用ニーズに応じて二次電池、電池モジュール又は電池パックを選択することができる。
【0097】
図６は、一例としての装置である。この装置は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車などである。この装置の、二次電池に対する高出力及び高エネルギー密度の需要を満たすために、電池パック又は電池モジュールを使用することができる。
【0098】
他の例としての装置は、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートパソコンなどであってもよい。この装置は一般的に薄型化が求められるため、二次電池を電源として使用することができる。
【実施例】
【0099】
下記の実施例は、本願に開示された内容をより具体的に説明し、これらの実施例は説明のためのものに過ぎず、本願に開示された内容の範囲内で様々な修正及び変更を行うことは、当業者にとって明らかである。別途説明がない限り、以下の実施例に記載された全ての部分、百分率、及び比率は、いずれも質量に基づいて計算され、且つ実施例に使用される全ての試薬はいずれも市販されるか、又は従来の方法に従って合成することによって取得され、且つさらに処理する必要がなく直接使用できるものであり、実施例に使用される装置はいずれも市販される。
【0100】
一、負極活物質の製造
本願実施例の負極活物質は、市販されるか、以下の方法で製造することによって取得することができる。
本願実施例の負極活物質は、市販されるか、以下の方法で製造することによって取得することができる。
【0101】
１．人造黒鉛Ａは、例えば以下の方法に従って製造することができる。石油生コークスを使用し、前記石油生コークスの揮発性物質の含有量は３％～８％であり、粉砕して体積平均粒径ＤＶ５０が６μｍ～１２μｍの石油生コークス原料を得、前記石油生コークス原料を成形、分級処理して、前駆体を得、前駆体を２８００℃～３２００℃の温度で黒鉛化処理した後、さらにピッチを用いて被覆炭化処理し、人造黒鉛Ａを得る。人造黒鉛Ａの体積平均粒径ＤＶ５０は８μｍ～１２μｍに制御し、タップ密度は０．９ｇ／ｃｍ３～１．０５ｇ／ｃｍ３に制御し、グラム容量は３４５ｍＡｈ／ｇ～３５５ｍＡｈ／ｇに制御する。
【0102】
２．人造黒鉛Ｂは、例えば以下の方法に従って製造することができる。石油生コークスを使用し、前記石油生コークスの揮発性物質の含有量は５％～９％であり、まずか焼して、か焼コークスを得た後、粉砕して体積平均粒径ＤＶ５０が１２μｍ～２０μｍの石油生コークス原料を得、前記石油生コークス原料を成形、分級処理して、前駆体を得、前駆体を２８００℃～３２００℃の温度で黒鉛化処理して、人造黒鉛Ｂを得る。人造黒鉛の体積平均粒径ＤＶ５０は１２μｍ～２０μｍに制御し、タップ密度は０．９５ｇ／ｃｍ３～１．１５ｇ／ｃｍ３に制御し、グラム容量は３５０ｍＡｈ／ｇ～３６０ｍＡｈ／ｇに制御する。
【0103】
３．天然黒鉛は、上海杉杉科技有限公司の型番ＧＦ１－Ｓ２の天然黒鉛が市販されている。
【0104】
二、電池の製造
実施例１
負極板の製造
負極活物質の人造黒鉛Ａ、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ）、接着剤ＳＢＲ、増粘剤ＣＭＣ－Ｎａを９５．５：１．６：１．５：１．４の重量比によって適量の脱イオン水で充分に撹拌して混合し、均一な負極スラリーに形成し、負極スラリーをそれぞれ銅箔集電体の２つの面に塗布し、乾燥、冷間プレス、スリット、裁断を経て、負極板を得る。前記銅箔集電体の厚さは６μｍであり、含まれる銅の質量含有量は９９．９％であり、前記負極フィルムの圧密度は１．５ｇ／ｃｍ３であり、面密度は９．４ｍｇ／ｃｍ２である。
実施例１
負極板の製造
負極活物質の人造黒鉛Ａ、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ）、接着剤ＳＢＲ、増粘剤ＣＭＣ－Ｎａを９５．５：１．６：１．５：１．４の重量比によって適量の脱イオン水で充分に撹拌して混合し、均一な負極スラリーに形成し、負極スラリーをそれぞれ銅箔集電体の２つの面に塗布し、乾燥、冷間プレス、スリット、裁断を経て、負極板を得る。前記銅箔集電体の厚さは６μｍであり、含まれる銅の質量含有量は９９．９％であり、前記負極フィルムの圧密度は１．５ｇ／ｃｍ３であり、面密度は９．４ｍｇ／ｃｍ２である。
【0105】
正極板の製造
正極活物質リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ５２３）、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）、接着剤ＰＶＤＦを９７．５：１．４：１．１の重量比に従って適量の溶媒ＮＭＰで充分に撹拌して混合し、均一な正極スラリーに形成し、正極スラリーを正極集電体アルミニウム箔の表面に塗布し、乾燥、冷間プレスを経て、正極板を得る。ここで、正極フィルムの面密度は１５．８ｍｇ／ｃｍ２であり、圧密度は３．４ｇ／ｃｍ３である。
正極活物質リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ５２３）、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）、接着剤ＰＶＤＦを９７．５：１．４：１．１の重量比に従って適量の溶媒ＮＭＰで充分に撹拌して混合し、均一な正極スラリーに形成し、正極スラリーを正極集電体アルミニウム箔の表面に塗布し、乾燥、冷間プレスを経て、正極板を得る。ここで、正極フィルムの面密度は１５．８ｍｇ／ｃｍ２であり、圧密度は３．４ｇ／ｃｍ３である。
【0106】
電解液の製造
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１：１：１の体積比で混合し、次に、ＬｉＰＦ６を上記溶液に均一に溶解させ、電解液を得る。ここで、ＬｉＰＦ６の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌである。
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１：１：１の体積比で混合し、次に、ＬｉＰＦ６を上記溶液に均一に溶解させ、電解液を得る。ここで、ＬｉＰＦ６の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌである。
【0107】
セパレータ
ポリエチレン（ＰＥ）薄膜を用いる。
ポリエチレン（ＰＥ）薄膜を用いる。
【0108】
二次電池の製造
正極板、セパレータ、負極板を順次積層し、セパレータと負極板との間に基準電極（基準電極は電池サンプルの後続の性能検査に用いられ、リチウムシート、リチウム金属ワイヤなどから選択でき、且つ基準電極はセパレータによって隔離して、正負極のいずれか１つの側に接触することを防止しなければならない）を追加し、巻回した後、電極アセンブリを得、電極アセンブリを外装内に入れ、上記電解液を添加し、封止、静置、化成、老化などの工程を経た後、リチウムイオン二次電池を得る。
正極板、セパレータ、負極板を順次積層し、セパレータと負極板との間に基準電極（基準電極は電池サンプルの後続の性能検査に用いられ、リチウムシート、リチウム金属ワイヤなどから選択でき、且つ基準電極はセパレータによって隔離して、正負極のいずれか１つの側に接触することを防止しなければならない）を追加し、巻回した後、電極アセンブリを得、電極アセンブリを外装内に入れ、上記電解液を添加し、封止、静置、化成、老化などの工程を経た後、リチウムイオン二次電池を得る。
【0109】
実施例２～１５及び比較例１～２は、実施例１の製造方法と類似するが、負極板と正極板との組み合わせ及び製品パラメータを調整しており、異なる製品パラメータの詳細は表１を参照する。
【0110】
三、電池性能の測定
１）電池の高速充電能力の測定
２５℃において、実施例及び比較例によって製造し得られた３電極式二次電池を０．３３Ｃ（即ち１ｈ内に理論容量を完全に放出する電流値）で充電カットオフ電圧４．２Ｖになるまで定電流充電した後、電流が０．０５Ｃになるまで定電圧充電し、５ｍｉｎ静置し、さらに０．３３Ｃで放電カットオフ電圧Ｖ２になるまで定電流放電し、その実際の容量をＣ０と記す。
１）電池の高速充電能力の測定
２５℃において、実施例及び比較例によって製造し得られた３電極式二次電池を０．３３Ｃ（即ち１ｈ内に理論容量を完全に放出する電流値）で充電カットオフ電圧４．２Ｖになるまで定電流充電した後、電流が０．０５Ｃになるまで定電圧充電し、５ｍｉｎ静置し、さらに０．３３Ｃで放電カットオフ電圧Ｖ２になるまで定電流放電し、その実際の容量をＣ０と記す。
【0111】
その後、電池を順次０．５Ｃ０、１Ｃ０、１．５Ｃ０、２Ｃ０、２．５Ｃ０、３Ｃ０、３．５Ｃ０、４Ｃ０、４．５Ｃ０で全ての電池が充電カットオフ電圧４．２Ｖ又は０Ｖ負極カットオフ電位（先に到達した方を基準とする）になるまで定電流充電し、充電が完了する毎に、１Ｃ０で全ての電池が放電カットオフ電圧２．８Ｖになるまで放電する必要があり、異なる充電倍率で１０％ＳＯＣ、２０％ＳＯＣ、３０％ＳＯＣ、・・・・・・、８０％ＳＯＣまで充電するときの対応する負極電位を記録し、異なるＳＯＣ状態における倍率－負極電位曲線を作成し、線形適合後に異なるＳＯＣ状態における負極電位が０Ｖであるときの対応する充電倍率を得、この充電倍率は即ちこのＳＯＣ状態における充電ウィンドウであり、２０％ＳＯＣ、３０％ＳＯＣ、・・・・・・、８０％ＳＯＣにおける充電ウィンドウをそれぞれＣ２０％ＳＯＣ、Ｃ３０％ＳＯＣ、Ｃ４０％ＳＯＣ、Ｃ５０％ＳＯＣ、Ｃ６０％ＳＯＣ、Ｃ７０％ＳＯＣ、Ｃ８０％ＳＯＣと記し、公式（６０／Ｃ２０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ３０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ４０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ５０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ６０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ７０％ＳＯＣ＋６０／Ｃ８０％ＳＯＣ）×１０％に基づいてこの電池が１０％ＳＯＣから８０％ＳＯＣまで充電されるときの充電時間Ｔ（ｍｉｎ）を算出する。この時間が短いほど、電池の高速充電能力が優れている。
【0112】
２）電池のサイクル性能測定
２５℃において、実施例及び比較例によって製造し得られた二次電池を０．３３Ｃで充電カットオフ電圧４．２Ｖになるまで定電流充電した後、電流が０．０５Ｃになるまで定電圧充電し、５ｍｉｎ静置し、さらに０．３３Ｃで放電カットオフ電圧が２．８Ｖになるまで定電流放電し、その１回目のサイクルの放電容量Ｃｂを記録する。その後、前述の過程に従い充放電サイクルを行い、毎回のサイクルの放電容量Ｃｅをサイクル容量保持率（Ｃｅ／Ｃｂ×１００％）が８０％になるまで記録し、サイクル回数を記録する。
２５℃において、実施例及び比較例によって製造し得られた二次電池を０．３３Ｃで充電カットオフ電圧４．２Ｖになるまで定電流充電した後、電流が０．０５Ｃになるまで定電圧充電し、５ｍｉｎ静置し、さらに０．３３Ｃで放電カットオフ電圧が２．８Ｖになるまで定電流放電し、その１回目のサイクルの放電容量Ｃｂを記録する。その後、前述の過程に従い充放電サイクルを行い、毎回のサイクルの放電容量Ｃｅをサイクル容量保持率（Ｃｅ／Ｃｂ×１００％）が８０％になるまで記録し、サイクル回数を記録する。
【0113】
実施例１～１５及び比較例１～２の測定結果を表１に示す。
【0114】
【表1】
【0115】
表１の結果から分かるように、本願の二次電池は、負極板を、Ｃｕの１１１結晶面のＸ線回折強度を満たし、黒鉛の００４結晶面のＸ線回折強度と１１０結晶面のＸ線回折強度との間の特定関係ＴＸを満たすように制御することにより、二次電池に優れた高速充電性能及びサイクル性能を同時に両立させることができる。
【0116】
特に、４０≦ＴＸ≦５０の場合、電池が優れた高速充電性能及びサイクル性能である前提で、高いエネルギー密度を同時に両立することができる。
【0117】
比較例１及び比較例２は、本願のＴＸの範囲を満たすことができないため、負極フィルムのリチウム挿入性能が劣り、高速充電能力及びサイクル寿命がいずれもマイナスの影響を受けてしまう。
【0118】
上記の記載は、本願の具体的な実施形態に過ぎず、本願の保護範囲はこれに限定されず、当業者は本願に開示された技術的範囲内で、様々な均等な修正又は置き換えを容易に想到することができ、これらの修正又は置き換えはいずれも本願の保護範囲内に含まれるべきである。したがって、本願の保護範囲は特許請求の範囲の保護範囲を基準とすべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】