JP5526481B2 - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池およびその製造方法に関するものであり、高容量および高出力を兼ね備えた二次電池およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a secondary battery and a manufacturing method thereof, and more particularly to a secondary battery having a high capacity and a high output and a manufacturing method thereof.
二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、通常、正極(正極層)、液体あるいは固体状電解質層(セパレータ層)、および負極(負極層)から構成される。この際、正極および負極は、それぞれ、正極活物質および負極活物質を、導電助剤、結着剤などと混合し、集電体上に塗布することに形成される。 Secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries, are usually composed of a positive electrode (positive electrode layer), a liquid or solid electrolyte layer (separator layer), and a negative electrode (negative electrode layer). At this time, the positive electrode and the negative electrode are formed by mixing the positive electrode active material and the negative electrode active material with a conductive additive, a binder, and the like and applying the mixture on the current collector.
このようなリチウムイオン二次電池において、開発動向として電池の高エネルギー密度化および高出力が要請されており、その方策として薄型の電池の開発が進んでいる。このような薄型軽量の電池を得る手法として、溶液であった電解質部分を固体状にし、薄型化を図ったポリマー電池がある。 In such a lithium ion secondary battery, as a development trend, high energy density and high output of the battery are demanded, and development of a thin battery is progressing as a countermeasure. As a technique for obtaining such a thin and light battery, there is a polymer battery in which the electrolyte portion that is a solution is made solid to reduce the thickness.
このような技術は、既に公知の技術であるが、近年特性の改善が進み、技術が開示された当初とは比較できないほど電池特性は向上している。 Such a technique is already a well-known technique. However, in recent years, the improvement of characteristics has progressed, and the battery characteristics have improved to the extent that it cannot be compared with the original disclosure of the technique.
ポリマー電池の一例としては、固体状のポリフッ化ビニリデン系の固体電解質媒体を作製し、これを正極および負極と接合し、電池素体全体から可塑剤を抽出し、さらに電解液溶液を注液して全体をゲル化する技術が挙げられる。このように電池素体全体をゲル化することにより、電池内部には遊離した電解液が存在しなくなる。しかしながら、固体状のゲル化電解質を用いた場合には、強度が不足しがちであるといった問題に加えて、均一な薄膜電解質塗布が困難であるという問題があることから、実用性には乏しい。 As an example of a polymer battery, a solid polyvinylidene fluoride-based solid electrolyte medium is prepared, this is joined to a positive electrode and a negative electrode, a plasticizer is extracted from the entire battery body, and an electrolyte solution is injected. And the technique of gelling the whole. By gelling the entire battery body in this way, there is no free electrolyte in the battery. However, when a solid gelled electrolyte is used, in addition to the problem that the strength tends to be insufficient, there is a problem that it is difficult to apply a uniform thin film electrolyte.
このような問題を解決するために、例えば、特許文献1において、固体電解質とセパレータとを併用する手法が検討されている。
しかしながら、上記特許文献1では、電池の高容量化のため、電極の厚みがある一定の厚さを超えるとポリマー電解質の拡散による抵抗が増大する。 However, in Patent Document 1, in order to increase the capacity of the battery, the resistance due to diffusion of the polymer electrolyte increases when the thickness of the electrode exceeds a certain thickness.
したがって、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、大電流での充放電が容易である、高容量かつ高出力の二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a high-capacity and high-power secondary battery that can be easily charged and discharged with a large current.
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、負極層の電解質の導電率をセパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率よりも高く設定することによって、高容量かつ高出力の電池を得ることができることを見出した。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that a battery having a high capacity and a high output can be obtained by setting the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer to be higher than the conductivity of at least one of the separator layer and the positive electrode layer.
本発明によれば、少なくともセパレータ層或いは正極層のうちどちらか一方の電解質の導電率に比べ、負極層の電解質の導電率を高くしているため、負極層中の電解質輸送能力を高めることができる上、負極の界面の反応性が高い状態を維持できる。ゆえに、本発明の二次電池を用いると、高容量かつ高出力の電池を得ることができる。 According to the present invention, since the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer is higher than the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer, it is possible to improve the electrolyte transport capability in the negative electrode layer. In addition, the state of high reactivity at the interface of the negative electrode can be maintained. Therefore, when the secondary battery of the present invention is used, a battery with high capacity and high output can be obtained.
本発明は、正極層、セパレータ層、および負極層がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む二次電池であって、負極層の電解質の導電率が、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より高い二次電池に関するものである。 The present invention is a secondary battery including at least one single battery layer in which a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer are laminated in this order, and the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer is that of the separator layer and the positive electrode layer. The present invention relates to a secondary battery having a conductivity higher than that of at least one electrolyte.
従来、セパレータ層には、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する液体電解質やイオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに液体電解質が注入されてなるゲル電解質が使用されている。これらのうち、前者の場合には、長持間使用すると、充電サイクル中にリチウムが析出し、電池の内部短絡の原因となりうる。このため、セパレータ層にゲル電解質を使用することが望まれるが、従来使用されているセパレータでは、機械的強度が十分でない場合があった上、正極層、セパレータ層及び負極層すべてを固体状の電解質にすると、ポリマー電解質の拡散による抵抗が増大する。特に負極活物質としてカーボン系の材料を用いた場合には、活物質とポリマー電解質との界面抵抗が大きいため、大電流での充放電が困難になるといった問題もあった。 Conventionally, the separator layer uses a liquid electrolyte in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer, or a gel electrolyte in which a liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. ing. Among these, in the former case, when used for a long time, lithium precipitates during the charge cycle, which may cause an internal short circuit of the battery. For this reason, it is desirable to use a gel electrolyte for the separator layer. However, in the separator used conventionally, the mechanical strength may not be sufficient, and all of the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are solid. When an electrolyte is used, resistance due to diffusion of the polymer electrolyte increases. In particular, when a carbon-based material is used as the negative electrode active material, there is a problem that charging / discharging with a large current becomes difficult because the interface resistance between the active material and the polymer electrolyte is large.
これに対して、本発明によるように、反応性が低く抵抗の大きい負極層の電解質として導電率の高い電解質を使用することによって、負極層中の電解質輸送能力を向上することができる。特にセパレータ層にポリマー電解質を使用する場合には、セパレータ層と電解質層を一体化できるため、セパレータ層の薄膜化が可能である。さらに充電サイクル中のリチウムの析出、電池の内部短絡といった、従来の問題が起きる心配が少ない。 On the other hand, according to the present invention, by using an electrolyte with high conductivity as the electrolyte of the negative electrode layer having low reactivity and high resistance, the electrolyte transport capability in the negative electrode layer can be improved. In particular, when a polymer electrolyte is used for the separator layer, the separator layer and the electrolyte layer can be integrated, so that the separator layer can be made thin. Furthermore, there are few concerns about conventional problems such as lithium deposition during the charge cycle and internal short circuit of the battery.
したがって、本発明の二次電池は、セパレータ層の薄膜化が可能でかつ、負極層中の電解質輸送能力が高く、かつ負極の界面の反応性が高い状態を維持できるため、高容量かつ高出力でありうる。特に負極層の電解質に液状物質(以下、「液状電解質」とも称する)を用いる場合には、上記利点がより効率よく達成できる。 Therefore, the secondary battery according to the present invention can reduce the thickness of the separator layer, has a high electrolyte transport capability in the negative electrode layer, and can maintain a high reactivity at the negative electrode interface. It can be. In particular, when a liquid substance (hereinafter also referred to as “liquid electrolyte”) is used for the electrolyte of the negative electrode layer, the above advantages can be achieved more efficiently.
本発明の二次電池を構成する少なくとも1つの単電池層は、正極層と負極層である電極(それぞれ、正極および負極)が対向して形成され、正極層と負極層との間にセパレータ層が配置される構造を有する。この際、セパレータ層および正極層の少なくとも一方、特にセパレータ層には、負極層の電解質に比して低い導電率を有する電解質、特に固体状電解質が染み込んでいる。このように電解質がセパレータ層という構造体の中に保持されていることにより、電解質が、負極層内の電解液に触れても、膨潤・膨張による固体状電解質の流出やそれによる電極とセパレータ層との界面の剥離が抑制・防止されうる。さらに、負極層および/または正極層とセパレータ層とを密着しておくことにより、上記従来の問題がさらに起こりにくくなる。したがって、本発明によると、正極層または負極層、特に反応性が低く抵抗の大きい負極層の電解質として、反応性が高くイオン伝導性に優れた液状物質を使用することができる。特に、セパレータ層の電解質としてポリマー電解質を使用した場合には、セパレータ層を薄くでき、二次電池はより高出力を兼ね備えることが可能となる。 The at least one single battery layer constituting the secondary battery of the present invention is formed such that the positive electrode layer and the negative electrode layer (positive electrode and negative electrode respectively) face each other, and the separator layer is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. Is arranged. At this time, at least one of the separator layer and the positive electrode layer, particularly the separator layer, is infiltrated with an electrolyte having a lower conductivity than the electrolyte of the negative electrode layer, particularly a solid electrolyte. Since the electrolyte is thus held in the structure called the separator layer, even if the electrolyte touches the electrolyte solution in the negative electrode layer, the solid electrolyte flows out due to swelling and expansion, and the electrode and separator layer thereby Separation at the interface with the substrate can be suppressed / prevented. Furthermore, the above-described conventional problems are less likely to occur by keeping the negative electrode layer and / or the positive electrode layer and the separator layer in close contact with each other. Therefore, according to the present invention, a liquid material having high reactivity and excellent ion conductivity can be used as the electrolyte of the positive electrode layer or the negative electrode layer, particularly the negative electrode layer having low reactivity and high resistance. In particular, when a polymer electrolyte is used as the electrolyte of the separator layer, the separator layer can be thinned, and the secondary battery can have higher output.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明は、本発明の二次電池を構成する単電池層の少なくとも1つにおいて、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より負極層の電解質の導電率を高く設定することが必須の構成要件である。この際、負極層の電解質の導電率が、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より高ければよいが、好ましくは少なくともセパレータ層の電解質の導電率より高いことが好ましい。これにより、セパレータ層にポリマー電解質を使用した場合の上記問題が有効に回避できる。 In the present invention, in at least one of the single battery layers constituting the secondary battery of the present invention, it is essential to set the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer higher than the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer. This is a configuration requirement. At this time, the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer may be higher than the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer, but is preferably higher than the conductivity of the electrolyte of the separator layer. Thereby, the said problem at the time of using a polymer electrolyte for a separator layer can be avoided effectively.
本明細書において、電解質の導電率は、下記に詳述されるようにJIS KO102に記載される方法に従って測定される値として定義される。すなわち、測定に使用される2枚の対向する金属板の間隔(下記式中の「長さ」)(cm)と面積(下記式中の「面積」)(cm2)を測定して、これらの値から下記式のよりセル定数(cm−1)を算出する。 In the present specification, the conductivity of the electrolyte is defined as a value measured according to the method described in JIS KO102 as described in detail below. That is, the distance ("length" in the following formula) (cm) and area ("area" in the following formula) (cm 2 ) between two opposing metal plates used for measurement are measured, and these The cell constant (cm −1 ) is calculated from the value of
さらにこのようにして算出されるセル定数および別途測定した抵抗(Ω)を用いて、電解質の導電率(S/cm)を算出する。 Further, the conductivity (S / cm) of the electrolyte is calculated using the cell constant thus calculated and the separately measured resistance (Ω).
より詳細には、ポリマー電解質の導電率を測定する場合には、離形フィルムにポリマー前駆体溶液を塗布する。更に離形フィルムで挟みこみ、それらを更に透明なガラス板で挟み、光重合して適当な厚さのポリマー膜を作製し、このポリマー膜を、リード線をつけた所定の面積を有する2枚の金属板で挟み込む。このように2枚の金属板で挟んだ状態でポリマー膜の膜厚を測定し、これを長さ(cm)とする。この長さおよび金属板の面積(cm2)から、セル定数(cm−1)を求める。また、リード線をインピーダンス測定器に接続して抵抗(Ω)を測定する。セル定数(cm−1)及び抵抗(Ω)を用いて、導電率(S/cm)が算出される。 More specifically, when measuring the conductivity of the polymer electrolyte, the polymer precursor solution is applied to the release film. Further sandwiched with a release film, sandwiched between them with a transparent glass plate, and photopolymerized to produce a polymer film of an appropriate thickness, and this polymer film is two sheets having a predetermined area with a lead wire attached Sandwiched between metal plates. The film thickness of the polymer film is measured in a state sandwiched between the two metal plates in this way, and this is defined as the length (cm). From this length and the area (cm 2 ) of the metal plate, the cell constant (cm −1 ) is determined. Also, connect the lead wire to an impedance measuring instrument and measure the resistance (Ω). The conductivity (S / cm) is calculated using the cell constant (cm −1 ) and the resistance (Ω).
本発明において、負極層の電解質の導電率に対するセパレータ層および正極層の少なくとも一方、特にセパレータ層の電解質の導電率の比率が、1/2〜1/100であることが好ましい。比率が、1/2以下であれば、電池内で内部短絡が発生した場合でも、短絡電流を小さく保つことができ、電池機能を維持することが可能となる。逆に、1/100以上であると、導電率が適正で、得られた二次電池全体の性能が十分となる。 In the present invention, it is preferable that the ratio of the conductivity of the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer to the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer, particularly the electrolyte of the separator layer is 1/2 to 1/100. When the ratio is ½ or less, even when an internal short circuit occurs in the battery, the short circuit current can be kept small, and the battery function can be maintained. On the other hand, if it is 1/100 or more, the electrical conductivity is appropriate, and the performance of the obtained secondary battery is sufficient.
より好ましくは、負極層の電解質の導電率に対するセパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率の比率が、1/2〜1/50、さらに好ましくは1/2〜1/20である。このような範囲であれば、電池の短絡が起こらず、得られた二次電池全体が十分な電池性能を発揮することができる。 More preferably, the ratio of the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer to the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer is 1/2 to 1/50, more preferably 1/2 to 1/20. Within such a range, the short circuit of the battery does not occur, and the obtained secondary battery as a whole can exhibit sufficient battery performance.
本発明では、負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質がポリマー電解質であることが好ましい。すなわち、(1)負極層および正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層の電解質がポリマー電解質である;(2)負極層およびセパレータ層の電解質が液状物質であり、かつ正極層の電解質がポリマー電解質である;または(3)負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質であることが好ましい。上記(1)および(3)がより好ましい。負極層は、正極層に比して、反応性が比較的低く、抵抗が大きいため、反応性が高くイオン伝導性に優れた液状物質を負極層の電解質として使用することが好ましい。また、上記(1)の場合には、セパレータ層の薄膜化が可能でかつ、負極層中の電解質輸送能力が高く、かつ負極の界面の反応性が高い状態を維持できるので、高容量かつ高出力の電池を得ることができる。また、上記(3)の場合には、正極層の電解質がポリマー電解質であるため、正極の溶出による劣化を有効に抑制・防止できる。セパレータ層の電解質としてポリマー電解質を使用した場合には、セパレータ層の薄膜化が可能でかつ、負極層の電解質は液状物質であるので、負極層中の電解質輸送能力が高く、かつ負極の界面の反応性を高い状態に維持できるので、高容量かつ高出力の二次電池を得ることができる。 In the present invention, the electrolyte of the negative electrode layer is preferably a liquid material, and at least one of the separator layer and the positive electrode layer is preferably a polymer electrolyte. (1) The electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte; (2) The electrolyte of the negative electrode layer and the separator layer is a liquid material, and the electrolyte of the positive electrode layer Or (3) the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer is preferably a polymer electrolyte. The above (1) and (3) are more preferable. Since the negative electrode layer has relatively low reactivity and high resistance compared to the positive electrode layer, it is preferable to use a liquid material having high reactivity and excellent ion conductivity as the electrolyte of the negative electrode layer. In the case of (1), the separator layer can be made thin, the electrolyte transport capability in the negative electrode layer is high, and the reactivity of the interface of the negative electrode can be maintained high. An output battery can be obtained. In the case of (3), since the electrolyte of the positive electrode layer is a polymer electrolyte, deterioration due to elution of the positive electrode can be effectively suppressed / prevented. When a polymer electrolyte is used as the separator layer electrolyte, the separator layer can be made thin, and the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material. Therefore, the electrolyte transport capability in the negative electrode layer is high, and the interface of the negative electrode layer is high. Since the reactivity can be maintained at a high level, a secondary battery having a high capacity and a high output can be obtained.
本発明において、液状物質は、特に制限されず、一般的に、非水溶媒に支持塩を溶解させることにより調製される。ここで、非水溶媒は、特に限定されず、公知の非水溶媒(非プロトン性溶媒等の可塑剤)が使用できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;アセトニトリルなどのニトリル類;プロピオン酸メチルなどのエステル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類;スルホラン;ジメチルスルホキシド;または3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オンなどが挙げられる。上記非水溶媒は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。後者の場合の混合比は、支持塩を溶解できる割合であれば特に制限されず、使用される非水溶媒の種類や所望の特性などに応じて適宜選択できる。 In the present invention, the liquid substance is not particularly limited and is generally prepared by dissolving a supporting salt in a non-aqueous solvent. Here, the non-aqueous solvent is not particularly limited, and a known non-aqueous solvent (a plasticizer such as an aprotic solvent) can be used. For example, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1 Ethers such as 1,2-dibutoxyethane, 1,3-dioxolane, diethyl ether; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; Examples include esters such as methyl and methyl formate; sulfolane; dimethyl sulfoxide; or 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. The mixing ratio in the latter case is not particularly limited as long as it is a ratio capable of dissolving the supporting salt, and can be appropriately selected according to the type of non-aqueous solvent used and desired characteristics.
また、支持塩は、特に限定されず、公知の支持塩(リチウム塩)が使用できる。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩などが挙げられ、これらのうち、LiPF6が好ましく使用される。これらの支持塩は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。 The supporting salt is not particularly limited, and a known supporting salt (lithium salt) can be used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 ; LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li Examples thereof include organic acid anion salts such as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and among these, LiPF 6 is preferably used. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more.
本発明において、ポリマー電解質としては、特に制限されないが、ゲルポリマー電解質および真性(全固体)ポリマー電解質とがある。ここで、ゲルポリマー電解質としては、特に制限されないが、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、従来公知のリチウムイオン二次電池で用いられる電解液を含んだもの、およびリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、従来公知のリチウムイオン二次電池で用いられる電解液を保持させたものなどがある。イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質等の、イオン導伝性ポリマーからなるマトリックスポリマーなどが挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうるため好ましい。また、リチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできる。しかしながら、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。 In the present invention, the polymer electrolyte is not particularly limited, but includes a gel polymer electrolyte and an intrinsic (all solid) polymer electrolyte. Here, the gel polymer electrolyte is not particularly limited, but a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing an electrolyte used in a conventionally known lithium ion secondary battery, and lithium ion conductivity In a polymer skeleton that does not have a structure, an electrolyte solution used in a conventionally known lithium ion secondary battery is held. Examples of solid polymer electrolytes having ion conductivity include ion conductive polymers such as known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. The matrix polymer etc. which become are mentioned. Such polyalkylene oxide polymers are preferred because electrolyte salts such as lithium salts can be dissolved well. Examples of the polymer having no lithium ion conductivity include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, and the like are in a class that has almost no ionic conductivity, and thus can be a polymer having the ionic conductivity. However, it is exemplified here as a polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte.
ゲルポリマー電解質に含まれる電解液は、特に制限されず、一般的に、上記液状物質と同様であり、非水溶媒に支持塩を溶解させることにより調製される。すなわち、非水溶媒は、特に限定されず、上記と同様の非水溶媒(非プロトン性溶媒等の可塑剤)が使用できる。上記非水溶媒は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。後者の場合の混合比は、支持塩を溶解できる割合であれば特に制限されず、使用される非水溶媒の種類や所望の特性などに応じて適宜選択できる。例えば、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を組合わせて使用する場合には、EC及びDECの合計体積に占めるECの体積比が、10〜80体積%、より好ましくは20〜60体積%程度であることが好ましい。また、支持塩は、特に限定されず、上記と同様の支持塩(リチウム塩)が使用できる。これらの支持塩は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。また、支持塩の非水溶媒への添加量は、特に限定されず、従来と同様の量が使用できる。非水溶媒における支持塩のモル濃度が、好ましくは0.5〜2mol/dm3となるような量である。このような範囲であれば、十分な反応性(イオン伝導度)を達成できる。 The electrolytic solution contained in the gel polymer electrolyte is not particularly limited and is generally the same as the above liquid substance, and is prepared by dissolving a supporting salt in a nonaqueous solvent. That is, the non-aqueous solvent is not particularly limited, and the same non-aqueous solvent (plasticizer such as an aprotic solvent) similar to the above can be used. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. The mixing ratio in the latter case is not particularly limited as long as it is a ratio capable of dissolving the supporting salt, and can be appropriately selected according to the type of non-aqueous solvent used and desired characteristics. For example, when ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are used in combination, the volume ratio of EC to the total volume of EC and DEC is 10 to 80% by volume, more preferably 20 to 60 volumes. % Is preferable. The supporting salt is not particularly limited, and the same supporting salt (lithium salt) as described above can be used. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the addition amount to the non-aqueous solvent of a support salt is not specifically limited, The same amount as before can be used. The amount is such that the molar concentration of the supporting salt in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2 mol / dm 3 . If it is such a range, sufficient reactivity (ionic conductivity) can be achieved.
さらに、真性(全固体)ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、上記したような可塑剤である有機溶媒(非水溶媒)を含まない。したがって、真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。なお、真性ポリマー電池とは、電解質にイオン導伝性を有する固体高分子電解質を用いた電池である。マトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質などが挙げられる。 Further, the intrinsic (all solid) polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent (nonaqueous solvent) that is a plasticizer as described above. . Therefore, when constituted by an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved. The intrinsic polymer battery is a battery using a solid polymer electrolyte having ion conductivity as an electrolyte. Examples of the matrix polymer include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.
なお、本発明では、上記ゲルポリマー電解質および真性(全固体)ポリマー電解質は、それぞれ、単独で使用されてももしくは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。さらに、ゲルポリマー電解質および真性(全固体)ポリマー電解質の1種または2種以上をそれぞれ組合わせて使用してもよい。また、上記(3)のように、1つの単電池層内のセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質である場合には、セパレータ層の電解質および正極層の電解質は、同一であってもあるいは異なるものであってもよい。製造工程の容易さなどを考慮すると、同一であることが好ましい。同様にして、本発明の二次電池が2以上の単電池からなる場合には、各単電池におけるセパレータ層の電解質および正極層の電解質は、それぞれ、同一であってもあるいは異なるものであってもよいが、製造工程の容易さなどを考慮すると、同一であることが好ましい。 In the present invention, the gel polymer electrolyte and the intrinsic (all solid) polymer electrolyte may be used alone or in the form of a mixture of two or more. Further, one or more of a gel polymer electrolyte and an intrinsic (all solid) polymer electrolyte may be used in combination. Further, as described in (3) above, when the separator layer and the positive electrode layer in one single battery layer are polymer electrolytes, the separator layer electrolyte and the positive electrode layer electrolyte may be the same or It may be different. Considering the ease of the manufacturing process and the like, it is preferable that they are the same. Similarly, when the secondary battery of the present invention is composed of two or more single cells, the electrolyte of the separator layer and the electrolyte of the positive electrode layer in each single cell may be the same or different. However, considering the ease of the manufacturing process, it is preferable that they are the same.
本発明において、少なくとも正極層とセパレータ層とが密着していることが好ましい。このように正極層とセパレータ層とが密着していることにより、負極層の電解液の染み出しによる、セパレータ表面からセパレータ中のポリマーの膨潤によるポリマーの流出を抑制することができるからである。より好ましくは、正極層とセパレータ層、および負極層とセパレータ層とがそれぞれ密着している。このように正極層とセパレータ層、および負極層とセパレータ層とが密着していることにより、負極層あるいは正極層からの電解液の染み出しによる、セパレータ表面からセパレータ中のポリマーの膨潤によるポリマーの流出をより抑制することができるからである。 In the present invention, it is preferable that at least the positive electrode layer and the separator layer are in close contact. This is because when the positive electrode layer and the separator layer are in close contact with each other, it is possible to suppress the outflow of the polymer due to the swelling of the polymer in the separator from the separator surface due to the leakage of the electrolyte solution of the negative electrode layer. More preferably, the positive electrode layer and the separator layer, and the negative electrode layer and the separator layer are in close contact with each other. In this way, the positive electrode layer and the separator layer, and the negative electrode layer and the separator layer are in close contact with each other, so that the electrolyte solution oozes out from the negative electrode layer or the positive electrode layer, so that the polymer in the separator is swollen from the separator surface. This is because the outflow can be further suppressed.
本明細書において、「正極層とセパレータ層とが密着している」とは、負極層に含まれる液状物質が浸出しても、セパレータ表面からセパレータ中の電解質(特に、ポリマー電解質)の膨潤による電解質の流出が起こらないような状態を意味する。「正極層とセパレータ層、および負極層とセパレータ層とがそれぞれ密着している」も同様の意味である。具体的には、「正極層とセパレータ層とが密着している」の場合においては、正極層とセパレータ層との密着状態は、正極層とセパレータ層との積層体を外側から積層体の厚み方向に圧力をかけるなどして正極層とセパレータ層とを圧接する状態;接着剤やセパレータ層中の電解質を重合開始剤の存在下で重合させるなどにより正極層とセパレータ層とを接着する状態;を包含する。これらのうち、正極層とセパレータ層とをまたは正極層とセパレータ層と負極層とを接着することが好ましく、正極層とセパレータ層と負極層とを接着することがより好ましい。 In this specification, “the positive electrode layer and the separator layer are in close contact with each other” means that even when the liquid material contained in the negative electrode layer is leached, the electrolyte (particularly, polymer electrolyte) in the separator swells from the separator surface. It means a state where electrolyte does not flow out. “The positive electrode layer and the separator layer and the negative electrode layer and the separator layer are in close contact with each other” has the same meaning. Specifically, in the case of “the positive electrode layer and the separator layer are in close contact with each other”, the close contact state between the positive electrode layer and the separator layer is determined by the thickness of the laminate from the outside of the positive electrode layer and the separator layer. A state in which the positive electrode layer and the separator layer are pressed against each other by applying pressure in the direction; a state in which the positive electrode layer and the separator layer are bonded by, for example, polymerizing an adhesive or an electrolyte in the separator layer in the presence of a polymerization initiator; Is included. Of these, the positive electrode layer and the separator layer or the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are preferably bonded, and the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are more preferably bonded.
本発明において、電極層(正極層および負極層)が、集電体と、集電体上に形成されてなる活物質を含む活物質層と、を含む形態である場合、正極活物質層および/または負極活物質層が、好ましくは集電体と接する側に、溝を有する構造であることが好ましい。 In the present invention, when the electrode layers (positive electrode layer and negative electrode layer) include a current collector and an active material layer containing an active material formed on the current collector, the positive electrode active material layer and It is preferable that the negative electrode active material layer has a structure having a groove on the side in contact with the current collector.
かような形態であれば、電極層を製造する際に電解質を含浸させる工程において、液が浸透しにくい中央部分への電解質(後述するポリマー電解質前駆体および液状電解質)の浸透性がより向上するため好ましい。ポリマー電解質前駆体は液状電解質よりも電解質がより浸透しにくいため、少なくともポリマー電解質前駆体が含浸される電極層に溝が形成されている形態が好ましい。活物質層および集電体については、後述する。 In such a form, in the step of impregnating the electrolyte when manufacturing the electrode layer, the permeability of the electrolyte (the polymer electrolyte precursor and the liquid electrolyte, which will be described later) to the central portion where the liquid is difficult to penetrate is further improved. Therefore, it is preferable. Since the polymer electrolyte precursor is less permeable to the electrolyte than the liquid electrolyte, it is preferable that the electrode layer impregnated with at least the polymer electrolyte precursor has grooves formed therein. The active material layer and the current collector will be described later.
溝の形状や大きさは特に制限されない。例えば、溝の断面形状は、電解質液が染み込み易い形状であれば制限されず、例えば、正方形、長方形、四角形、正三角形、二等辺三角形、三角形、半円形及び半楕円形などが挙げられる。また、溝の大きさは、電解質液が染み込み易い大きさであれば制限されず、溝の幅は、正極活物質(正極層の場合)および負極活物質(負極層の場合)の平均粒子径の100〜5000%であることが好ましい。また、溝の深さは、正極活物質(正極層の場合)および負極活物質(負極層の場合)の平均粒子径の100〜200%であることが好ましい。また、正極層および/または負極層において、溝の占める体積比は、電極層の体積に対して好ましくは5〜30%である[(溝の全体積/電極層の体積)×100(%)]。このような形状及び溝の大きさであれば、浸透しにくい中央部分へも電解質(液状電解質、ポリマー電解質前駆体等)が十分浸透できる。 The shape and size of the groove are not particularly limited. For example, the cross-sectional shape of the groove is not limited as long as the electrolyte solution can easily permeate, and examples thereof include a square, a rectangle, a quadrangle, an equilateral triangle, an isosceles triangle, a triangle, a semicircular shape, and a semielliptical shape. In addition, the size of the groove is not limited as long as the electrolyte solution can easily penetrate, and the width of the groove is the average particle diameter of the positive electrode active material (in the case of the positive electrode layer) and the negative electrode active material (in the case of the negative electrode layer). It is preferable that it is 100 to 5000%. Moreover, it is preferable that the depth of a groove | channel is 100 to 200% of the average particle diameter of a positive electrode active material (in the case of a positive electrode layer) and a negative electrode active material (in the case of a negative electrode layer). In the positive electrode layer and / or the negative electrode layer, the volume ratio of the groove is preferably 5 to 30% with respect to the volume of the electrode layer [(total volume of groove / volume of electrode layer) × 100 (%) ]. With such a shape and the size of the groove, the electrolyte (liquid electrolyte, polymer electrolyte precursor, etc.) can sufficiently permeate into the central portion that is difficult to penetrate.
また、溝の形成方向は、電解質が染み込み易い方向であれば制限されず、例えば、碁盤の目状に縦横方向に形成される場合、一定の方向に平行に形成される場合、蜂の巣状(六角形状)に形成される場合などが挙げられる。これらのうち、一定の方向に、特に電解液を注入する方向に平行に形成されることが好ましい。このような方向であれば、電解液がスムーズに溝に注液される。 In addition, the direction of formation of the groove is not limited as long as the electrolyte can easily permeate. For example, when formed in vertical and horizontal directions in a grid pattern, when formed in parallel to a certain direction, The shape is formed. Among these, it is preferable to form in a certain direction, particularly in parallel with the direction in which the electrolytic solution is injected. If it is such a direction, electrolyte solution will be smoothly poured into a groove | channel.
溝の形成方法は特に限定されるものではないが、具体的には以下の方法が挙げられる。まず、第1層として、溝を形成するように、集電体表面上に活物質を含むスラリーをパターン塗布する。その後、第1層上に転写塗布して第2層を形成する方法などが挙げられる。パターン塗布は通常公知の方法を用いることができ、例えば、スプレーコート、スクリーン印刷、インクジェット法などが挙げられる。図6に本形態の模式図を示す。図6において、電極層530は、集電体500と、集電体500上に形成された活物質層510から構成される。パターン塗布により第1活物質層511を形成する。この際、パターン塗布は、第2活物質層塗布後に溝が形成されるように行われる。その後、第1活物質層上に、ほぼ集電体全面積に相当する第2活物質層512を転写塗布により形成することにより、溝520を有する電極層530が得られる。
The method for forming the groove is not particularly limited, and specific examples include the following methods. First, as the first layer, a slurry containing an active material is pattern-coated on the current collector surface so as to form grooves. Thereafter, a method of transferring and applying on the first layer to form the second layer can be mentioned. For pattern coating, a generally known method can be used, and examples thereof include spray coating, screen printing, and ink jet method. FIG. 6 shows a schematic diagram of this embodiment. In FIG. 6, the
本発明の二次電池の製造方法は、特に制限されず、公知の製造方法が、同様にしてあるいは適宜修飾して適用できる。以下、正極層および負極層の電解質が液状物質であり、セパレータ層の電解質がポリマー電解質であり、正極層とセパレータ層と負極層とを接着した構造を有する単電池層の製造方法の好ましい実施形態について詳述する。なお、正極層とセパレータ層とを接着する方法は、負極層を使用しない以外は上記方法と同様の方法が適用できるため、ここでは説明を省略する。 The manufacturing method of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and a known manufacturing method can be applied similarly or appropriately modified. Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a single battery layer having a structure in which the electrolyte of the positive electrode layer and the negative electrode layer is a liquid substance, the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte, and the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are bonded to each other. Will be described in detail. Note that the method for adhering the positive electrode layer and the separator layer can be the same as the above method except that the negative electrode layer is not used, and thus the description thereof is omitted here.
すなわち、非水溶媒に支持塩を溶解させて、電解液を調製する[工程(1)]。このようにして調製された電解液に、上記したようなマトリクスポリマーと支持塩および重合開始剤を添加して、電解質前駆体溶液を調製する[工程(2)]。次に、セパレータ基材を上記電解質前駆体溶液に浸漬した後、余分な電解質前駆体溶液を除去し、含浸セパレータを得る[工程(3)]。この含浸セパレータを、正極層および負極層で挟み込み、含浸セパレータの電解質を重合して、正極層、セパレータ層および負極層を密着する[工程(4)]。 That is, the supporting salt is dissolved in a non-aqueous solvent to prepare an electrolytic solution [step (1)]. The matrix polymer, the supporting salt and the polymerization initiator as described above are added to the electrolytic solution thus prepared to prepare an electrolyte precursor solution [step (2)]. Next, after immersing the separator substrate in the electrolyte precursor solution, the excess electrolyte precursor solution is removed to obtain an impregnated separator [step (3)]. The impregnated separator is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer, the electrolyte of the impregnated separator is polymerized, and the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are brought into close contact with each other [step (4)].
上記工程(1)において、非水溶媒は、特に限定されず、公知の非水溶媒(非プロトン性溶媒等の可塑剤)が使用できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;アセトニトリルなどのニトリル類;プロピオン酸メチルなどのエステル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類;スルホラン;ジメチルスルホキシド;または3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オンなどが挙げられる。上記非水溶媒は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。後者の場合の混合比は、支持塩を溶解できる割合であれば特に制限されず、使用される非水溶媒の種類や所望の特性などに応じて適宜選択できる。例えば、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を組合わせて使用する場合には、EC及びDECの合計体積に占めるECの体積比が、10〜80体積%、より好ましくは20〜60体積%程度であることが好ましい。 In the step (1), the non-aqueous solvent is not particularly limited, and a known non-aqueous solvent (a plasticizer such as an aprotic solvent) can be used. For example, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1 Ethers such as 1,2-dibutoxyethane, 1,3-dioxolane, diethyl ether; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; Examples include esters such as methyl and methyl formate; sulfolane; dimethyl sulfoxide; or 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. The mixing ratio in the latter case is not particularly limited as long as it is a ratio capable of dissolving the supporting salt, and can be appropriately selected according to the type of non-aqueous solvent used and desired characteristics. For example, when ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are used in combination, the volume ratio of EC to the total volume of EC and DEC is 10 to 80% by volume, more preferably 20 to 60 volumes. % Is preferable.
上記工程(1)において、支持塩は、特に限定されず、公知の支持塩(リチウム塩)が使用できる。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩などが好ましく挙げられる。これらの支持塩は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。また、支持塩の非水溶媒への添加量は、特に限定されず、従来と同様の量が使用できる。非水溶媒における支持塩のモル濃度が、好ましくは0.5〜2mol/dm3となるような量である。このような範囲であれば、十分な反応性(イオン伝導度)を達成できる。 In the step (1), the supporting salt is not particularly limited, and a known supporting salt (lithium salt) can be used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 ; LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li Preferred examples include organic acid anion salts such as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the addition amount to the non-aqueous solvent of a support salt is not specifically limited, The same amount as before can be used. The amount is such that the molar concentration of the supporting salt in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2 mol / dm 3 . If it is such a range, sufficient reactivity (ionic conductivity) can be achieved.
次に、上記工程(2)では、上記工程(1)で調製した電解液に、マトリクスポリマーと支持塩および重合開始剤を添加して、電解質前駆体溶液を調製する。ここで、マトリクスポリマーは、上記したようなポリマー電解質であることが好ましく、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体がより好ましく、特にポリエチレンオキシド(PEO)が特に好ましい。この際、セパレータ層の電解質は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。また、セパレータ層の電解質は、後述の本発明の二次電池の正極層および/または負極層に用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。 Next, in the step (2), a matrix polymer, a supporting salt and a polymerization initiator are added to the electrolytic solution prepared in the step (1) to prepare an electrolyte precursor solution. Here, the matrix polymer is preferably a polymer electrolyte as described above, more preferably polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), or a copolymer thereof, and particularly preferably polyethylene oxide (PEO). Under the present circumstances, the electrolyte of a separator layer may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types. Further, the electrolyte of the separator layer may be the same as or different from the ion conductive polymer used for the positive electrode layer and / or the negative electrode layer of the secondary battery of the present invention described later, but it should be the same. Is preferred.
上記工程(2)において、重合開始剤は、マトリクスポリマー(ポリマー電解質)の架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられ、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)が好ましく使用される。また、重合開始剤の電解液への添加量は、特に制限されないが、重合開始剤が、マトリクスポリマーに対して、10〜10,000質量ppm、より好ましくは100〜1,000質量ppm程度、添加されることが好ましい。 In the said process (2), a polymerization initiator acts on the crosslinkable group of a matrix polymer (polymer electrolyte), and is mix | blended in order to advance a crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN) which is a thermal polymerization initiator, benzyldimethyl ketal (BDK) which is a photopolymerization initiator, and azobis which is a thermal polymerization initiator. Isobutyronitrile (AIBN) is preferably used. The amount of the polymerization initiator added to the electrolytic solution is not particularly limited, but the polymerization initiator is 10 to 10,000 ppm by mass, more preferably about 100 to 1,000 ppm by mass with respect to the matrix polymer. It is preferable to be added.
次に、上記工程(3)では、上記工程(2)で調製した電解質前駆体溶液に、セパレータ基材を浸漬する。この際、セパレータ基材としては、特に制限されず、公知のセパレータ基材が使用できる。例えば、微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレンコポリマーフィルムなどのポリオレフィン系樹脂、ならびにアラミド、ポリイミド、セルロースなどの多孔膜または不織布、これらの積層体などが挙げられる。これらは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有する。他に、ポリオレフィン系樹脂不織布またはポリオレフィン系樹脂多孔膜を補強材層に用い、前記補強材層中にフッ化ビニリデン樹脂化合物を充填した複合樹脂膜なども挙げられる。 Next, at the said process (3), a separator base material is immersed in the electrolyte precursor solution prepared at the said process (2). In this case, the separator substrate is not particularly limited, and a known separator substrate can be used. Examples thereof include polyolefin resins such as a microporous polyethylene film, a microporous polypropylene film, and a microporous ethylene-propylene copolymer film, and porous films or nonwoven fabrics such as aramid, polyimide, and cellulose, and laminates thereof. These have the outstanding effect that the reactivity with electrolyte (electrolyte solution) can be restrained low. In addition, a composite resin film in which a polyolefin-based resin nonwoven fabric or a polyolefin-based resin porous film is used as a reinforcing material layer, and the reinforcing material layer is filled with a vinylidene fluoride resin compound may be used.
セパレータ基材の厚さは、使用用途に応じて適宜決定すればよいが、自動車等のモータ駆動用二次電池などの用途においては、1〜100μm程度とすればよい。また、セパレータ基材の多孔度、大きさなどは、得られる二次電池の特性を考慮して、適宜決定すればよい。例えば、セパレータ基材の空孔率は、好ましくは30〜80%、より好ましくは40〜70%である。空孔率が40〜70%である場合には、より出力の高い電池を得ることができる。また、セパレータ基材の曲路率は、好ましくは1.2〜2.8である。このような多孔度を有するセパレータ基材であれば、電解液及びセパレータ層の電解質を十分量導入することができ、かつセパレータ層の強度も十分維持できる。 The thickness of the separator base material may be appropriately determined according to the intended use, but may be about 1 to 100 μm in the use of a secondary battery for driving a motor such as an automobile. Further, the porosity and size of the separator base material may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained secondary battery. For example, the porosity of the separator substrate is preferably 30 to 80%, more preferably 40 to 70%. When the porosity is 40 to 70%, a battery with higher output can be obtained. The curvature of the separator base material is preferably 1.2 to 2.8. If it is a separator base material which has such porosity, sufficient quantity of electrolyte solution and the electrolyte of a separator layer can be introduce | transduced, and the intensity | strength of a separator layer can also be fully maintained.
また、セパレータ基材の電解質前駆体溶液への浸漬条件は、セパレータ基材に電解質前駆体溶液が十分染み込むような条件であれば特に制限されない。具体的には、セパレータ基材を、電解質前駆体溶液中に、15〜60℃、より好ましくは20〜50℃の温度で、1〜120分間、より好ましくは5〜60分間、浸漬することが好ましい。また、所定条件で浸漬した後は、余分な電解質前駆体溶液を除去するが、この際に使用できる方法としては、特に制限されず、公知の方法が使用できる。例えば、電解質前駆体溶液が染み込んだセパレータ基材を、履形フィルムで挟んだ後、ロールなどで軽くしごく方法;電解質前駆体溶液が染み込んだセパレータ基材を軽く絞る方法などが好ましく使用できる。 In addition, the conditions for immersing the separator base material in the electrolyte precursor solution are not particularly limited as long as the electrolyte precursor solution sufficiently permeates the separator base material. Specifically, the separator base material may be immersed in the electrolyte precursor solution at a temperature of 15 to 60 ° C., more preferably 20 to 50 ° C., for 1 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes. preferable. Moreover, after immersing on predetermined conditions, an excess electrolyte precursor solution is removed, However, It does not restrict | limit especially as a method which can be used in this case, A well-known method can be used. For example, a method in which a separator base material infiltrated with an electrolyte precursor solution is sandwiched between footwear films and then lightly squeezed with a roll or the like; a method in which a separator base material infiltrated with an electrolyte precursor solution is lightly squeezed can be preferably used.
さらに、工程(4)において、上記工程(3)で得られた含浸セパレータを、正極層および負極層で挟み込み、含浸セパレータの電解質を重合して、正極層、セパレータ層および負極層を密着する。この工程では、含浸セパレータを正極層および負極層で挟み込むことにより、含浸セパレータ中の電解質前駆体溶液の一部が正極層及び負極層とセパレータ層との界面に移る。この状態で重合を行なうため、セパレータ層および電極層とセパレータ層との界面に存在する電解質(ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーなど)が相互に架橋構造を形成して密着(接着)し、優れた機械的強度を発現しうると考えられる。なお、上記密着のメカニズムは推測であって、上記メカニズムに限定されるものではない。また、重合方法は、このような架橋構造が形成できれば特に制限されない。例えば、セパレータ層の電解質(PEOやPPOなど)に対して、熱重合、光重合、特に紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。好ましくは熱重合及び光重合であり、熱重合がより好ましい。 Furthermore, in the step (4), the impregnated separator obtained in the step (3) is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer, the electrolyte of the impregnated separator is polymerized, and the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are adhered. In this step, by sandwiching the impregnated separator between the positive electrode layer and the negative electrode layer, a part of the electrolyte precursor solution in the impregnated separator moves to the interface between the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the separator layer. In order to carry out polymerization in this state, electrolytes (gel electrolyte, matrix polymer of intrinsic polymer electrolyte, etc.) existing at the interface between the separator layer and the electrode layer and the separator layer form a cross-linked structure and adhere (adhere) to each other. It is considered that excellent mechanical strength can be expressed. Note that the adhesion mechanism is speculation and is not limited to the above mechanism. The polymerization method is not particularly limited as long as such a crosslinked structure can be formed. For example, the separator layer electrolyte (PEO, PPO, etc.) may be subjected to a polymerization treatment such as thermal polymerization, photopolymerization, particularly ultraviolet polymerization, radiation polymerization, or electron beam polymerization. Thermal polymerization and photopolymerization are preferable, and thermal polymerization is more preferable.
また、上記工程(4)では、含浸セパレータを、正極層および負極層で挟み込んだ後、セパレータ層の電解質を重合する前に、正極層−含浸セパレータ−負極層積層体を、適当な2枚の板(例えば、ガラスや離型フィルムなど)で固定することが好ましい。また、上記重合反応は、ラミネートの袋などの中で行なわれることが好ましい。これにより、正極層−含浸セパレータ−負極層積層体の面方向のずれや重合時の上記積層体の膜厚の変化を抑制・防止できる。 Further, in the above step (4), after the impregnated separator is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer, before the electrolyte of the separator layer is polymerized, the positive electrode layer-impregnated separator-negative electrode layer laminate is formed of two appropriate sheets. It is preferable to fix with a plate (for example, glass or a release film). The polymerization reaction is preferably performed in a laminate bag or the like. Thereby, the shift | offset | difference of the surface direction of a positive electrode layer-impregnation separator-negative electrode layer laminated body and the change of the film thickness of the said laminated body at the time of superposition | polymerization can be suppressed and prevented.
上記工程(4)において、重合条件は、正極層とセパレータ層と負極層とが相互に十分密着できる条件であれば特に制限されない。例えば、熱重合による場合には、上記正極層−含浸セパレータ−負極層積層体を、20〜150℃、より好ましくは30〜100℃の温度で、10分〜10時間、より好ましくは30分〜5時間、加熱することが好ましい。 In the step (4), the polymerization conditions are not particularly limited as long as the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer can sufficiently adhere to each other. For example, in the case of thermal polymerization, the positive electrode layer-impregnated separator-negative electrode layer laminate is 20 to 150 ° C., more preferably 30 to 100 ° C., 10 minutes to 10 hours, more preferably 30 minutes to It is preferable to heat for 5 hours.
なお、上記工程(4)において、正極層および負極層は、電解質を含まない以外は公知の方法と同様にして形成できる。具体的には、正極層または負極層は、それぞれ、正極活物質または負極活物質、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、および結着剤などが含まれ得る。 In addition, in the said process (4), a positive electrode layer and a negative electrode layer can be formed like a well-known method except not containing electrolyte. Specifically, the positive electrode layer or the negative electrode layer includes a positive electrode active material or a negative electrode active material, and, if necessary, an electrolyte salt for increasing ion conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electron conductivity, and Binders and the like can be included.
ここで、正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoO2などのLi・Co系複合酸化物、LiNiO2などのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4などのLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2などのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記正極活物質としては、LiFePO4などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3などの遷移金属酸化物や硫化物;PbO2、AgO、NiOOHなど、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、正極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。 Here, the positive electrode active material has a composition that occludes ions during discharge and releases ions during charge. A preferable example is a lithium-transition metal composite oxide that is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, it is possible to form a battery having excellent output characteristics by using these materials for electrodes. In addition, examples of the positive electrode active material include transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds; transition metal oxides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 , and sulfides. Materials; PbO 2 , AgO, NiOOH, etc. can also be used. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more. The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the positive electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. When the positive electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles is preferably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the positive electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, agglomeration, or the like. As the particle diameter of the positive electrode active material and the particle diameter of the primary particles, a median diameter obtained by using a laser diffraction method can be used. The shape of the positive electrode active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Any shape can be used without any problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.
また、負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、或いはTiO、Ti2O3、TiO2、もしくはSiO2、SiO、SnO2などの金属酸化物、Li4/3Ti5/3O4もしくはLi7MnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料が好ましく挙げられる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、負極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、負極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。 Further, the negative electrode active material has a composition that releases ions during discharging and can store ions during charging. Examples of the negative electrode active material include metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, and SnO 2 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4. Alternatively, a composite oxide of lithium and transition metal such as Li 7 MnN, Li—Pb alloy, Li—Al alloy, Li, or natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, Or carbon materials, such as hard carbon, are mentioned preferably. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more. The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the negative electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. In addition, when the negative electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the negative electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, lump or the like. As the particle size of the negative electrode active material and the particle size of the primary particles, the median diameter obtained using a laser diffraction method can be used. The shape of the negative electrode active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Any shape can be used without any problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.
電解質塩としては、特に限定されないが、BETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(C2F5SO2)2Nとも記載)、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)またはこれらの混合物などが挙げられる。 The electrolyte salt is not particularly limited, but BETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); also described as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiBOB (lithium bisoxide borate) or a mixture thereof.
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛、グラファイト等が挙げられる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、SBR、ポリイミド、PTFEなどが使用できる。しかし、導電助剤および結着剤がこれらに限定されないことは言うまでもない。 Examples of the conductive assistant include acetylene black, carbon black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, expanded graphite, and graphite. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, polyimide, PTFE, or the like can be used. However, needless to say, the conductive assistant and the binder are not limited to these.
また、正極層および負極層は、通常、電解質、電解質塩、導電助剤、および結着剤などを含む活物質層が適当な集電体上に形成されてなる。前記集電体の材質は、特に限定されないが、具体的な例としては、例えば、鉄、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金およびカーボンよりなる群から選ばれてなる少なくとも1種類の集電体材料、より好ましくはアルミニウム、チタン、銅、ニッケル、銀、またはステンレス(SUS)よりなる群から選ばれてなる少なくとも1種類の集電体材料などが好ましく挙げられ、これらは単層構造(例えば、箔の形態)で用いてもよいし、異なる種類の層で構成された多層構造で用いてもよいし、これらで被覆されたクラッド材(例えば、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材)を用いてもよい。あるいは、これらの集電体材料の組み合わせのめっき材なども好ましく使える。また、上記集電体材料である金属(アルミニウムを除く)表面に、他の集電体材料であるアルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の上記集電体材料である金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。上述の材質は、耐食性、導電性、または加工性などに優れる。集電体の一般的な厚さは、5〜50μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。 The positive electrode layer and the negative electrode layer are usually formed by forming an active material layer containing an electrolyte, an electrolyte salt, a conductive additive, a binder, and the like on a suitable current collector. The material of the current collector is not particularly limited, but specific examples include, for example, iron, chromium, nickel, manganese, titanium, molybdenum, vanadium, niobium, aluminum, copper, silver, gold, platinum, and carbon. At least one current collector material selected from the group consisting of, more preferably at least one current collector material selected from the group consisting of aluminum, titanium, copper, nickel, silver, or stainless steel (SUS) These may be preferably used, and these may be used in a single layer structure (for example, in the form of a foil), may be used in a multilayer structure composed of different types of layers, or clad materials coated with these ( For example, a clad material of nickel and aluminum or a clad material of copper and aluminum may be used. Alternatively, a plating material of a combination of these current collector materials can be preferably used. Further, a current collector in which the surface of a metal (excluding aluminum) as the current collector material is coated with aluminum as another current collector material may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded together the metal foil which is two or more said electrical power collector materials depending on the case. The above materials are excellent in corrosion resistance, conductivity, workability, and the like. The general thickness of the current collector is 5 to 50 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。 The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.
集電体表面上への正極層(または負極層)の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。例えば、上記したように、正極活物質(または負極活物質)、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、および結着剤を、適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質液(または負極活物質液)を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極層(または負極層)が集電体上に形成される。この際、溶剤としては、特に制限されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどが用いられうる。結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。 The method for forming the positive electrode layer (or the negative electrode layer) on the surface of the current collector is not particularly limited, and known methods can be used in the same manner. For example, as described above, a positive electrode active material (or a negative electrode active material), and if necessary, an electrolyte salt for increasing ionic conductivity, a conductive assistant for increasing electronic conductivity, and a binder, A positive electrode active material liquid (or a negative electrode active material liquid) is prepared by dispersing and dissolving in an appropriate solvent. This is applied onto a current collector, dried to remove the solvent, and then pressed to form a positive electrode layer (or negative electrode layer) on the current collector. In this case, the solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane and the like can be used. In the case where polyvinylidene fluoride (PVDF) is employed as the binder, NMP may be used as a solvent.
上記方法において、正極活物質液(または負極活物質液)を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極層(または負極層)の空隙率が制御されうる。 In the above method, the positive electrode active material liquid (or the negative electrode active material liquid) is applied onto the current collector, dried, and then pressed. At this time, the porosity of the positive electrode layer (or the negative electrode layer) can be controlled by adjusting the pressing conditions.
プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の正極層(または負極層)の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。 Specific means and press conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the porosity of the positive electrode layer (or the negative electrode layer) after the press treatment becomes a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the pressing conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.
正極層および負極層の厚さは、特に制限されないが、10〜200μm、特に20〜100μmとするのがよい。この際、正極層および負極層の厚さは、同じであってもあるいは異なるものであってもよい。 The thicknesses of the positive electrode layer and the negative electrode layer are not particularly limited, but are preferably 10 to 200 μm, particularly 20 to 100 μm. At this time, the thicknesses of the positive electrode layer and the negative electrode layer may be the same or different.
また、正極層および負極層は、それぞれ、1層であってもあるいは2層以上の積層体であってもよい。正極層および負極層が積層体である場合の積層数は、特に制限されず、下記に詳述される液状電解質の注液のしやすさやイオン伝導性などを考慮すると、1〜3層であることが好ましい。 Each of the positive electrode layer and the negative electrode layer may be a single layer or a laminate of two or more layers. When the positive electrode layer and the negative electrode layer are laminates, the number of layers is not particularly limited, and is 1 to 3 in consideration of ease of liquid electrolyte injection and ion conductivity, which will be described in detail below. It is preferable.
正極層および負極層が積層体である場合において、正極層および負極層は、負極層の厚み方向に対して空孔率の異なる複数の層からなることが好ましい。ここで、正極層および負極層はいずれか一方あるいは双方ともが、上記したような負極層の厚み方向に対して空孔率の異なる複数の層からなる構造を有していてもよいが、好ましくは少なくとも負極層が上記構造を有することが好ましい。また、このような構造は、上記と同様の方法を用いて、正極層および負極層をそれぞれ繰り返し形成することによって達成される。 When the positive electrode layer and the negative electrode layer are laminates, the positive electrode layer and the negative electrode layer are preferably composed of a plurality of layers having different porosity in the thickness direction of the negative electrode layer. Here, either one or both of the positive electrode layer and the negative electrode layer may have a structure composed of a plurality of layers having different porosity in the thickness direction of the negative electrode layer as described above. It is preferable that at least the negative electrode layer has the above structure. Such a structure is achieved by repeatedly forming the positive electrode layer and the negative electrode layer using the same method as described above.
一般的に、積層体の面に沿った方向から注液する場合には、各層の中央部付近に一番液が浸透しにくいため、各工程で液状電解質を注液しても液状電解質が浸透しない部分が生じる虞がある。このため、上記したように、面に沿って、1層でも粗な層が存在することにより、面方向への電解液の浸透を促進できる。面の深さ方向は液の浸透距離が短いので、十分に浸透することができると共に、イオン伝導性を十分確保できる。なお、正極層および負極層が1層である場合には、当該層の空孔率、および2層以上の積層体である場合においては各層の空孔率は、好ましくは30〜60%とするのがよい。各層の空孔率が、30%以上であれば十分な空隙を確保することができ液状物質を十分量行き渡らせることができる。逆に、60%以下であれば二次電池として十分な容量を確保できる。また、ポリマー電解質前駆体を電極層に含浸させる場合においても、同様に電解質の浸透が促進される。 Generally, when injecting from the direction along the surface of the laminate, the liquid electrolyte hardly penetrates near the center of each layer. There is a possibility that a part that does not occur. For this reason, as described above, the presence of even one coarse layer along the surface can promote the penetration of the electrolytic solution in the surface direction. Since the permeation distance of the liquid is short in the depth direction of the surface, the surface can be sufficiently permeated and ion conductivity can be sufficiently secured. In addition, when the positive electrode layer and the negative electrode layer are one layer, the porosity of the layer, and in the case of a laminate of two or more layers, the porosity of each layer is preferably 30 to 60%. It is good. If the porosity of each layer is 30% or more, sufficient voids can be secured and a sufficient amount of liquid substance can be distributed. Conversely, if it is 60% or less, a sufficient capacity as a secondary battery can be secured. Further, when the electrode layer is impregnated with the polymer electrolyte precursor, the penetration of the electrolyte is similarly promoted.
上記工程(1)〜(4)によって正極層、セパレータ層及び負極層は、密着する。次に、このようにして得られた正極層−セパレータ層−負極層の積層体に液状物質(液状電解質)を注液する(注液工程)。すなわち、本発明の二次電池の好ましい製造方法は、正極層とセパレータ層と負極層とを接着して、正極層とセパレータ層と負極層との積層体を作製する工程、前記接着工程の後、前記積層体に液状電解質を注液する工程を有する。上記工程(1)〜(4)および注液工程により、負極層および正極層の電解質が液状物質(液状電解質)であり、セパレータ層の電解質がポリマー電解質である正極層−セパレータ層−負極層の積層体が得られる。なお、本発明は、上述したように、負極層および正極層双方の電解質が液状物質である必要はない。例えば、負極層の電解質が液状物質であるが正極層の電解質がポリマー電解質である場合には、以下のようにして製造できる。まず、上記と同様にして製造した正極層を、上記工程(2)で調製した電解質前駆体溶液に浸漬して、電解質を含む正極層を形成する。その後、上記工程(4)と同様にして、上記工程(3)で得られた含浸セパレータを、正極層および負極層で挟み込み、含浸セパレータの電解質を重合して、正極層、セパレータ層および負極層を密着することができる。または、公知の方法と同様にして電解質を含んだ状態で作製した正極層を使用する以外は同様にして上記工程(4)を行なってもよい。 The positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are brought into close contact with each other by the above steps (1) to (4). Next, a liquid substance (liquid electrolyte) is injected into the thus obtained positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer laminate (liquid injection step). That is, a preferable manufacturing method of the secondary battery of the present invention includes a step of bonding a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer to produce a laminate of the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer, after the bonding step. And a step of injecting a liquid electrolyte into the laminate. By the above steps (1) to (4) and the liquid injection step, the electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid substance (liquid electrolyte), and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte. A laminate is obtained. In the present invention, as described above, the electrolytes of both the negative electrode layer and the positive electrode layer need not be liquid materials. For example, when the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid substance, but the electrolyte of the positive electrode layer is a polymer electrolyte, it can be produced as follows. First, the positive electrode layer manufactured in the same manner as described above is immersed in the electrolyte precursor solution prepared in the step (2) to form a positive electrode layer containing an electrolyte. Thereafter, in the same manner as in the above step (4), the impregnated separator obtained in the above step (3) is sandwiched between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the electrolyte of the impregnated separator is polymerized to obtain the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer. Can be adhered. Or you may perform the said process (4) similarly except using the positive electrode layer produced in the state containing the electrolyte similarly to the well-known method.
上記注液工程において、注液方法は、電解質を含まない正極層/負極層に十分液状電解質が浸透できる方法であれば、特に制限されない。具体的には、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を、ラミネートの袋に入れ、この袋に電解液を注液する方法;正極層−セパレータ層−負極層の積層体を、ラミネートの袋に入れ、この袋に電解液を注液した後、真空でラミネートパックする方法などが好ましく使用される。 In the liquid injection step, the liquid injection method is not particularly limited as long as the liquid electrolyte can sufficiently permeate the positive electrode layer / negative electrode layer not containing the electrolyte. Specifically, a laminate of a positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer is put in a laminate bag, and an electrolytic solution is injected into the bag; a laminate of positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer is laminated A method of laminating and packing in a bag after filling the bag with an electrolytic solution is preferably used.
ここで、正極層−セパレータ層−負極層の積層体は正極層とセパレータ層と負極層とが密着した状態で積層されている。このため、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を、ラミネートの袋に入れ、この袋に電解液を注液した後、真空でラミネートパックする方法(真空含浸工程)が特に好ましい。このような方法により、正極層とセパレータ層と負極層との密着部分や液が浸透しにくい中央部分にまで、電解液が十分浸透する。 Here, the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer stack is laminated in a state where the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are in close contact. Therefore, a method (vacuum impregnation step) in which the laminate of the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer is put in a laminate bag, an electrolyte solution is poured into the bag, and then laminated in a vacuum (vacuum impregnation step) is particularly preferable. By such a method, the electrolytic solution sufficiently permeates the contact portion between the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer and the central portion where the liquid does not easily permeate.
すなわち、本発明の二次電池のより好ましい製造方法は、正極層とセパレータ層と負極層とを接着して、正極層とセパレータ層と負極層との積層体を作製する工程、前記接着工程の後、前記積層体に液状電解質を注液、真空含浸する工程を有する。 That is, a more preferable manufacturing method of the secondary battery of the present invention includes a step of bonding the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer to produce a laminate of the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer, Thereafter, a liquid electrolyte is injected into the laminated body and vacuum impregnated.
上記注液工程において、注液工程で正極層−セパレータ層−負極層の積層体の厚みが変わらない(低変位)よう、前記積層体の面に垂直な方向から(即ち、積層体の厚み方向に)加圧することが好ましい。これは、例えば、上記積層体を2枚のガラス板で挟むことによって達成されうる。なお、上記工程(4)において、熱重合時に積層体を、2枚のガラス板で挟んでいる状態でラミネートの袋に入れている、この状態のまま注液工程に供することが好ましい。また、注液工程において、前記積層体の面に垂直な方向から(即ち、積層体の厚み方向に)加圧する場合の、圧力は、注液工程で前記積層体の厚みが変わらない(低変位)程度であれば特に限定されない。例えば、積層体の厚みを維持するように2枚のガラス板をクリップなどで固定する;バネなどで押さえつけるなどの方法が好ましく使用できる。具体的には、注液工程での前記積層体の厚みが、所定の厚み(上記積層体を2枚のガラス板で挟む場合には、ガラス板間の長さ)の5%以内、より好ましくは0.01〜1%の範囲内に調節されることが好ましい。 In the liquid injection process, from the direction perpendicular to the surface of the laminate (that is, the thickness direction of the laminate) so that the thickness of the laminate of the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer does not change in the liquid injection process (low displacement). It is preferable to pressurize. This can be achieved, for example, by sandwiching the laminated body between two glass plates. In addition, in the said process (4), it is preferable to use for a liquid-injection process with this state put into the bag of the laminate in the state pinched | interposed with two glass plates at the time of thermal polymerization. Further, in the liquid injection process, when the pressure is applied from the direction perpendicular to the surface of the laminate (that is, in the thickness direction of the laminate), the pressure does not change the thickness of the laminate in the liquid injection process (low displacement). If it is a grade, it will not specifically limit. For example, a method of fixing two glass plates with a clip or the like so as to maintain the thickness of the laminated body; and pressing with a spring or the like can be preferably used. Specifically, the thickness of the laminate in the liquid injection step is preferably within 5% of a predetermined thickness (the length between the glass plates when the laminate is sandwiched between two glass plates), more preferably Is preferably adjusted within a range of 0.01 to 1%.
また、本発明においては、中央部分への電解質(ポリマー電解質前駆体または液状電解質)の浸透性をより向上するために、正極層及び負極層の形成に使用される集電体が、箔のような平板形態である場合には、表面に溝を有することが好ましい。すなわち、正極層が正極活物質を含み、前記正極層が、前記正極活物質の平均粒子径の10%以下の幅と深さの溝を有する集電体上に形成される、および/または前記負極層が負極活物質を含み、前記負極層が、負極層の表面に前記負極活物質の平均粒子径の10%以下の幅と深さの溝を有する集電体上に形成されることが好ましい。集電体が溝を有する場合には、溝の形状や大きさは特に制限されない。例えば、溝の断面形状は、電解質液が染み込み易い形状であれば制限されず、例えば、正方形、長方形、四角形、正三角形、二等辺三角形、三角形、半円形及び半楕円形などが挙げられる。また、溝の大きさは、電解質が染み込み易い大きさであれば制限されず、溝の幅は、正極活物質(正極層の場合)および負極活物質(負極層の場合)の平均粒子径の10%以下であることが好ましい。また、溝の深さは、正極活物質(正極層の場合)および負極活物質(負極層の場合)の平均粒子径の10%以下であることが好ましい。また、集電体における溝の占める体積比[(溝の全体積/集電体の体積)×100(%)]は、好ましくは1〜30%である。このような形状及び溝の大きさであれば、浸透しにくい中央部分へも電解質が十分浸透できる。また、集電体の溝の形成方向は、電解質が染み込み易い方向であれば制限されず、例えば、碁盤の目状に縦横方向に形成される場合、一定の方向に平行に形成される場合、蜂の巣状(六角形状)に形成される場合などが挙げられる。これらのうち、一定の方向に、特に注液する方向に平行に形成されることが好ましい。このような方向であれば、電解質がスムーズに溝に注液される。 In the present invention, in order to further improve the permeability of the electrolyte (polymer electrolyte precursor or liquid electrolyte) into the central portion, the current collector used for forming the positive electrode layer and the negative electrode layer is a foil. In the case of a flat plate shape, it is preferable to have a groove on the surface. That is, the positive electrode layer includes a positive electrode active material, and the positive electrode layer is formed on a current collector having a groove having a width and a depth of 10% or less of an average particle diameter of the positive electrode active material, and / or The negative electrode layer includes a negative electrode active material, and the negative electrode layer is formed on a current collector having a groove having a width and depth of 10% or less of an average particle diameter of the negative electrode active material on a surface of the negative electrode layer. preferable. When the current collector has a groove, the shape and size of the groove are not particularly limited. For example, the cross-sectional shape of the groove is not limited as long as the electrolyte solution can easily permeate, and examples thereof include a square, a rectangle, a quadrangle, an equilateral triangle, an isosceles triangle, a triangle, a semicircular shape, and a semielliptical shape. Further, the size of the groove is not limited as long as the electrolyte can easily penetrate, and the width of the groove is the average particle diameter of the positive electrode active material (in the case of the positive electrode layer) and the negative electrode active material (in the case of the negative electrode layer). It is preferable that it is 10% or less. Moreover, it is preferable that the depth of a groove | channel is 10% or less of the average particle diameter of a positive electrode active material (in the case of a positive electrode layer) and a negative electrode active material (in the case of a negative electrode layer). Moreover, the volume ratio [(groove total volume / current collector volume) × 100 (%)] occupied by the grooves in the current collector is preferably 1 to 30%. With such a shape and the size of the groove, the electrolyte can sufficiently penetrate into the central portion that is difficult to penetrate. Further, the formation direction of the grooves of the current collector is not limited as long as the electrolyte is easy to penetrate, for example, when formed in a vertical and horizontal direction in a grid pattern, when formed in parallel to a certain direction, For example, it may be formed in a honeycomb shape (hexagonal shape). Among these, it is preferable to form in a certain direction, particularly parallel to the direction of liquid injection. In such a direction, the electrolyte is smoothly poured into the groove.
また、上記注液工程で使用される液状電解質は、特に制限されず、例えば、上記工程(1)における電解液が同様にして使用できる。すなわち、液状電解質は、非水溶媒に支持塩を溶解させることによって調製される。上記注液工程で使用できる非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;アセトニトリルなどのニトリル類;プロピオン酸メチルなどのエステル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類;スルホラン;ジメチルスルホキシド;または3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オンなどが挙げられる。好ましくは、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートが使用される。上記非水溶媒は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。後者の場合の混合比は、支持塩を溶解できる割合であれば特に制限されず、使用される非水溶媒の種類や所望の特性などに応じて適宜選択できる。例えば、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を組合わせて使用する場合には、EC及びDECの合計体積に占めるECの体積比が、10〜80体積%、より好ましくは20〜60体積%程度であることが好ましい。 Moreover, the liquid electrolyte used at the said liquid injection process is not restrict | limited in particular, For example, the electrolyte solution in the said process (1) can be used similarly. That is, the liquid electrolyte is prepared by dissolving a supporting salt in a nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent that can be used in the liquid injection step include cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1 Ethers such as 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, 1,3-dioxolane, diethyl ether; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; methyl propionate Esters such as dimethylformamide; esters such as methyl acetate and methyl formate; sulfolane; dimethyl sulfoxide; or 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one It is. Preferably, ethylene carbonate and diethyl carbonate are used. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. The mixing ratio in the latter case is not particularly limited as long as it is a ratio capable of dissolving the supporting salt, and can be appropriately selected according to the type of non-aqueous solvent used and desired characteristics. For example, when ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are used in combination, the volume ratio of EC to the total volume of EC and DEC is 10 to 80% by volume, more preferably 20 to 60 volumes. % Is preferable.
また、支持塩は、特に限定されず、公知の支持塩(リチウム塩)が使用できる。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩などが好ましく挙げられる。これらの支持塩は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。また、支持塩の非水溶媒への添加量は、特に限定されず、従来と同様の量が使用できる。非水溶媒における支持塩のモル濃度が、好ましくは0.5〜2mol/dm3となるような量である。このような範囲であれば、十分な反応性(イオン伝導度)を達成できる。 The supporting salt is not particularly limited, and a known supporting salt (lithium salt) can be used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 ; LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li Preferred examples include organic acid anion salts such as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the addition amount to the non-aqueous solvent of a support salt is not specifically limited, The same amount as before can be used. The amount is such that the molar concentration of the supporting salt in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2 mol / dm 3 . If it is such a range, sufficient reactivity (ionic conductivity) can be achieved.
本発明の二次電池は、上記したようにして作製される単電池を少なくとも1つ含むものである。本発明に係る単電池は電池ケースなどに収納される。電池ケースとしては、電池を使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止し得るものを用いるとよい。例えば、高分子フィルムと金属箔を複合積層したラミネート素材からなる電池ケースをその周辺部を熱融着にて接合する。あるいは、袋状にしたその開口部を熱融着することにより密閉されてなり、この熱融着部から正極リード端子、負極リード端子を取り出す構造としたものである。このとき正負極の各リード端子を取り出す個所は特に1箇所に限定されない。また電池ケースを構成する材質は上記のものに限定されず、プラスチック、金属、ゴム等、あるいはこれらの組み合わせによる材質が可能であり、形状もフィルム、板、箱状等のものを使用できる。また、ケース内側と外側とを導通するターミナルを設け、ターミナルの内側に集電体を、ターミナルの外側にリード端子を接続して電流を取り出す方法も適用できる。 The secondary battery of the present invention includes at least one single battery produced as described above. The cell according to the present invention is housed in a battery case or the like. As the battery case, it is preferable to use a battery case that can prevent external impact and environmental degradation when the battery is used. For example, a battery case made of a laminate material in which a polymer film and a metal foil are laminated together is joined to the periphery thereof by heat sealing. Alternatively, the opening formed in the bag shape is hermetically sealed by heat fusion, and the positive electrode lead terminal and the negative electrode lead terminal are taken out from the heat fusion portion. At this time, the location where the lead terminals of the positive and negative electrodes are taken out is not particularly limited to one location. Moreover, the material which comprises a battery case is not limited to the above-mentioned thing, The material by plastics, a metal, rubber | gum, etc., or these combination is possible, and things, such as a film, a board, and a box shape, can be used for a shape. In addition, a method of providing a terminal that conducts between the inside and outside of the case, connecting a current collector inside the terminal, and connecting a lead terminal outside the terminal to take out current can be applied.
本発明の二次電池の構造としては、特に限定されず、形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。 The structure of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and when it is distinguished by the form and structure, any conventionally known form such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery is used.・ Applicable to structures. Further, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it can be applied to both (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. .
本発明では、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。 In the present invention, long-term reliability can be ensured by a simple sealing technique such as thermocompression bonding by adopting a laminated (flat) battery structure, which is advantageous in terms of cost and workability.
したがって、以下の説明では、本発明の(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池及び双極型(内部直列接続タイプ)のリチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。 Therefore, in the following description, the (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery and the bipolar type (internal series connection type) lithium ion secondary battery of the present invention will be described very simply with reference to the drawings. Should not be limited to.
図1は、本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に非双極型リチウムイオン二次電池、または非双極型二次電池ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 FIG. 1 shows a flat type (stacked type) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a non-bipolar lithium ion secondary battery or a non-bipolar type secondary battery), which is a typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.
図1に示すように、本実施形態の非双極型リチウムイオン二次電池10では、電池外装材22に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いている。そして、ラミネートフィルムの周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素(電池要素)17を収納し密封した構成を有している。ここで、発電要素(電池要素)17は、正極集電体11の両面に正極(正極活物質層)12が形成された正極板、セパレータ層13、および負極集電体14の両面に負極(負極活物質層)15が形成された負極板を積層した構成を有している。この際、一の正極板片面の正極(正極活物質層)12と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極(負極活物質層)15とがセパレータ層13を介して向き合うようにして、正極板、セパレータ層13、負極板の順に複数積層されている。
As shown in FIG. 1, in the non-bipolar lithium ion
これにより、隣接する正極(正極活物質層)12、セパレータ層13、および負極(負極活物質層)15は、一つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素(電池要素;積層体)17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極(正極活物質層)12が形成されている。なお、図1と正極板と負極板の配置を変えることで、発電要素(電池要素)17の両最外層に最外層負極集電体(図示せず)が位置するようにし、該最外層負極集電体の場合にも片面のみに負極(負極活物質層)15が形成されているようにしてもよい。
As a result, the adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 12,
また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極タブ18および負極タブ19が、正極端子リード20および負極端子リード21を介して各電極板の正極集電体11及び負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材22の外部に露出される構造を有している。
Further, the
図2は、本発明のリチウムイオン電池の他の代表的な一実施形態である双極型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に双極型リチウムイオン二次電池、または双極型二次電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。 FIG. 2 shows another typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention, a bipolar flat type (stacked type) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a bipolar lithium ion secondary battery, or bipolar). 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.
図2に示すように、本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池30は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素)37が、電池外装材42の内部に封止された構造を有する。図2に示すように、本実施形態の双極型二次電池30の発電要素(電池要素)37は、1枚または2枚以上で構成される双極型電極34でセパレータ層35を挟み、隣合う双極型電極34の正極(正極活物質層)32と負極(負極活物質層)33とが対向するようになっている。ここで、双極型電極34は、集電体31の片面に正極(正極活物質層)32を設け、もう一方の面に負極(負極活物質層)33を設けた構造を有している。すなわち、双極型二次電池30では、集電体31の片方の面上に正極(正極活物質層)32を有し、他方の面上に負極(負極活物質層)33を有する双極型電極34を、セパレータ層35を介して複数枚積層した構造の発電要素(電池要素)37を具備してなるものである。
As shown in FIG. 2, in the bipolar lithium ion
隣接する正極(正極活物質層)32、セパレータ層35および負極(負極活物質層)33は、一つの単電池層(=電池単位ないし単セル)36を構成する。従って、双極型二次電池30は、単電池層36が積層されてなる構成を有するともいえる。また、セパレータ層35からの電解液の漏れによる液絡を防止するために単電池層36の周辺部にはシール部(絶縁層)43が配置されている。該シール部(絶縁層)43を設けることで隣接する集電体31間を絶縁し、隣接する電極(正極32及び負極33)間の接触による短絡を防止することもできる。
The adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 32,
なお、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側電極34a及び負極側電極34bは、双極型電極構造でなくてもよく、集電体31a、31b(または端子板)に必要な片面のみの正極(正極活物質層)32または負極(負極活物質層)33を配置した構造としてもよい。発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側の最外層集電体31aには、片面のみに正極(正極活物質層)32が形成されているようにしてもよい。同様に、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する負極側の最外層集電体31bには、片面のみに負極(負極活物質層)33が形成されているようにしてもよい。また、双極型リチウムイオン二次電池30では、上下両端の正極側最外層集電体31a及び負極側最外層集電体31bにそれぞれ正極タブ38および負極タブ39が、必要に応じて正極端子リード40及び負極端子リード41を介して接合されている。但し、正極側最外層集電体31aが延長されて正極タブ38とされ、電池外装材42であるラミネートシートから導出されていてもよい。同様に、負極側最外層集電体31bが延長されて負極タブ39とされ、同様に電池外装材42であるラミネートシートから導出される構造としてもよい。
The
また、双極型リチウムイオン二次電池30でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素(電池要素;積層体)37部分を電池外装材(外装パッケージ)42に減圧封入し、正極タブ38及び負極タブ39を電池外装材42の外部に取り出した構造とするのがよい。この双極型リチウムイオン二次電池30の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)36が直列に接続された構成ともいえるものである。
In the bipolar lithium ion
上記した通り、非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しては、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。また、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池および/または双極型リチウムイオン二次電池を用いて、組電池や車両を構成することもできる。 As described above, regarding each constituent requirement and manufacturing method of the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery, the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery is different. Except for this, it is basically the same. Moreover, an assembled battery and a vehicle can also be comprised using the non-bipolar lithium ion secondary battery and / or bipolar lithium ion secondary battery of this invention.
[リチウムイオン二次電池の外観構成]
図3は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Appearance structure of lithium ion secondary battery]
FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of a stacked flat non-bipolar or bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery according to the present invention.
図3に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58及び負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1あるいは図2に示す非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池10、30の発電要素(電池要素)17、37に相当するものである。また、正極(正極活物質層)12、32、セパレータ層13、35および負極(負極活物質層)15、33で構成される単電池層(単セル)16、36が複数積層されたものである。
As shown in FIG. 3, the stacked flat lithium ion
なお、本発明のリチウムイオン電池は、図1、2に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。 The lithium ion battery of the present invention is not limited to the stacked flat shape as shown in FIGS. The wound lithium ion battery may have a cylindrical shape, or may be a rectangular flat shape obtained by deforming such a cylindrical shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit.
また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図3に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。
Also, the removal of the
本発明のリチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。 The lithium ion battery of the present invention is used as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. It can be suitably used.
[組電池]
本発明の組電池は、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。
[Battery]
The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery of the present invention are used, and these are combined in series, in parallel, or in series and in parallel. Thus, an assembled battery can also be configured.
また、図4は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図4Aは組電池の平面図であり、図4Bは組電池の正面図であり、図4Cは組電池の側面図である。 4 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 4A is a plan view of the assembled battery, FIG. 4B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of an assembled battery.
図4に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成する。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図4Aは、組電池の平面図、図4Aは正面図、図4Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
As shown in FIG. 4, an assembled
[車両]
本発明の車両は、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明の高容量正極を用いると高エネルギー密度の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。車両としては、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)が挙げられる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The vehicle of the present invention is characterized in that the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is mounted. When the high-capacity positive electrode of the present invention is used, a battery having a high energy density can be configured. Therefore, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance or an electric vehicle having a long charge travel distance can be configured. In other words, the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. Examples of vehicles include hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles (all are automobiles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.), motorcycles, and tricycles. ). However, the application is not limited to automobiles, and it can be applied to various power sources for other vehicles, for example, moving bodies such as trains, and can be used as a power source for mounting such as an uninterruptible power supply. It is also possible to do.
図5は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。 FIG. 5 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention.
図5に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図3に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。
As shown in FIG. 5, in order to mount the assembled
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.
<実施例1>
正極層の作製
正極活物質としてLiMn2O4(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、導電助剤としてカーボンブラック(6質量部)および結着割としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯1300)(4質量部)を混合した。混合物を正極合剤とし、これをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、厚さが20μmの集電体であるアルミニウム(Al)箔上に、最終の正極層の厚みが70μmとなるように、塗布してプレス後、乾燥し、正極層とした。
<Example 1>
Production of positive electrode layer LiMn 2 O 4 (average particle diameter: 10 μm) (90 parts by mass) as a positive electrode active material, carbon black (6 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF # 1300) as a binder (4 parts by mass) was mixed. The mixture was used as a positive electrode mixture, and N-methyl-2-pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. The slurry thus obtained was applied onto an aluminum (Al) foil as a current collector having a thickness of 20 μm so that the final positive electrode layer had a thickness of 70 μm, pressed, dried, A positive electrode layer was obtained.
負極層の作製
負極活物質として人造黒鉛粉末(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯9200)(10質量部)とをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、負極集電体である20μmの銅(Cu)箔上に、最終の負極層の厚みが40μmとなるように、塗布・乾燥してプレスし、負極層とした。
Production of Negative Electrode Layer Artificial graphite powder (average particle size: 10 μm) (90 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVDF # 9200) (10 parts by mass) as a binder are N-methyl-2- Pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. The slurry thus obtained was coated, dried and pressed on a 20 μm copper (Cu) foil as a negative electrode current collector so that the final negative electrode layer had a thickness of 40 μm. did.
電解液の作製
エチレンカーボネート(30体積部)とジエチルカーボネート(70体積部)とを混合溶媒とし、LiPF6を1mol・dm−3の割合で溶質として添加し、非水電解液を調製した。
Preparation of Electrolytic Solution Using ethylene carbonate (30 parts by volume) and diethyl carbonate (70 parts by volume) as a mixed solvent, LiPF 6 was added as a solute at a ratio of 1 mol · dm −3 to prepare a nonaqueous electrolytic solution.
固体状電解質前駆体溶液の作製
40質量%−ポリマー電解質としてのポリエチレンオキシド/60質量%−上記電解液の混合液に、ポリマー電解質に対して5000質量ppm相当の熱重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を添加して、固体状電解質前駆体溶液を調製した。
Preparation of Solid
上記で得られた固体状電解質前駆体溶液で満たされた容器に、セパレータ基材としてのポリオレフィンフィルム(ポリエチレン(PE)製、厚み 10μm、空孔率 45%、曲路率 1.5)を浸漬し、室温で1時間真空含浸させた。その後、ポリオレフィンフィルムを履形フィルムで挟み、ロールで軽くしごいて余分な固体状電解質前駆体溶液を除去して、含浸セパレータを得た。さらに、この含浸セパレータを、上記で作製した正極層及び負極層の間に挟み込み、ラミネートの袋に入れてから、両側から2枚のガラス板ではさみ(固定し)、80℃のオーブンで3時間、熱重合させて、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を得た。この結果、固体状電解質前駆体の重合により各層の接触面が密着(接着)した状態になる。また、このときの正極層及び負極層には電解液が入っていない状態である。
A polyolefin film (made of polyethylene (PE),
その後、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を上記で2枚のガラス板で挟んだまま、電解液を注液後、真空でラミネートパックして、積層型の二次電池を作製した。 Thereafter, the electrolyte layer was poured while the laminate of the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer was sandwiched between the two glass plates as described above, and then laminated in a vacuum to produce a laminated secondary battery.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層および正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層及び正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層の中には、正極層或いは負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte. A liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer and the positive electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer. Thus, it can be seen that the separator layer is in a state in which the gel polymer electrolyte having a lower electrical conductivity is infiltrated (held) than the liquid electrolyte infiltrated into the positive electrode layer or the negative electrode layer.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<充放電特性試験>
充放電試験は、1:定電流充電(所定の電流で所定の電圧まで充電する。その後、その電圧で充電時間のトータルが15時間になるように保持する。)2:休止(10分間休止)、3:定電圧放電(所定の電流で所定の電圧まで放電)、4:休止(10分間休止)とした。なお、充電電流:0.1C、充電電圧:4.2V、放電電圧:2Vである。ここで1Cとは、その電流値で1時間充電すると、ちょうどその電池が満充電(100%充電)状態になる電流値のことである。例えば、2Cとは1Cの2倍の電流値であり、30分で電池を満充電にできる電流値である。また、放電は、1サイクル目の放電電流が0.2C、2サイクル目は0.5C、3サイクル目以降は0.2Cとなるようにした。
<Charge / discharge characteristics test>
Charging / discharging test is 1: constant current charging (charging to a predetermined voltage with a predetermined current. After that, the charging time is held so that the total charging time is 15 hours.) 2: pause (pause for 10 minutes) 3: Constant voltage discharge (discharged to a predetermined voltage with a predetermined current) 4: Pause (pause for 10 minutes). The charging current is 0.1 C, the charging voltage is 4.2 V, and the discharging voltage is 2 V. Here, 1C is a current value at which the battery is fully charged (100% charged) when charged at that current value for 1 hour. For example, 2C is a current value that is twice that of 1C, and is a current value that can fully charge the battery in 30 minutes. In addition, the discharge current in the first cycle was 0.2C, the second cycle was 0.5C, and the third and subsequent cycles were 0.2C.
放電効率は、液状電解液のみを電解質として使用し、0.1Cで充電、0.2Cで放電した時の放電容量を100%としたときの、ポリマー電解質を使用した時の放電容量の割合とした。即ち、放電効率は、次式;放電効率(%)=[(ポリマー電解質を使用した時の放電容量)/(液状電解液のみを電解質として使用した時の放電容量)]×100で表される。 Discharge efficiency is the ratio of the discharge capacity when using a polymer electrolyte when the discharge capacity when using only a liquid electrolyte as the electrolyte and charging at 0.1 C and discharging at 0.2 C is 100%. did. That is, the discharge efficiency is expressed by the following formula; discharge efficiency (%) = [(discharge capacity when using polymer electrolyte) / (discharge capacity when using only liquid electrolyte as electrolyte)] × 100. .
<実施例2>
実施例1に記載される方法と同様にして、正極層を作製した。このようにして作製した正極層を、実施例1に記載されるのと同様にして調製された固体状電解質前駆体溶液で満たされた容器に浸漬し、室温で1時間真空含浸させた。その後、正極層を履形フィルムで挟み、ロールで軽くしごいて余分な固体状電解質前駆体溶液を除去して、含浸正極層を得た。
<Example 2>
In the same manner as described in Example 1, a positive electrode layer was produced. The positive electrode layer thus prepared was immersed in a container filled with a solid electrolyte precursor solution prepared in the same manner as described in Example 1, and vacuum impregnated at room temperature for 1 hour. Thereafter, the positive electrode layer was sandwiched between the footwear films and lightly squeezed with a roll to remove the excess solid electrolyte precursor solution to obtain an impregnated positive electrode layer.
このようにして作製した含浸正極層を正極層として使用する以外は、実施例1と同様にして熱重合を行ない、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を得た。この結果、固体状電解質前駆体の重合により各層の接触面が密着(接着)した状態になる。また、このときの負極層には電解液が入っていない状態である。 Except for using the impregnated positive electrode layer thus produced as the positive electrode layer, thermal polymerization was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a laminate of the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer. As a result, the contact surface of each layer is brought into close contact (adhesion) by polymerization of the solid electrolyte precursor. In addition, the negative electrode layer at this time does not contain an electrolyte.
その後、実施例1に記載の方法と同様にして、積層型の二次電池を作製した。 Thereafter, in the same manner as in the method described in Example 1, a laminated secondary battery was produced.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層及び正極層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層および正極層の中には、負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer is a polymer electrolyte. In addition, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer and the positive electrode layer. Thus, it can be seen that the separator polymer and the positive electrode layer are in a state where the gel polymer electrolyte having a lower conductivity than the liquid electrolyte soaked in the negative electrode layer is soaked (held).
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<実施例3>
正極層の作製
正極活物質としてLiMn2O4(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、導電助剤としてカーボンブラック(6質量部)および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯1300)(4質量部)を混合した。混合物を正極合剤とし、これをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、集電体である厚さが20μmのアルミニウム(Al)箔上に、最終の正極層の厚みが36μmとなるように、塗布・乾燥してプレス後、第1正極層とした。この際、第1正極層の空孔率は、35%であった。次に、上記第1正極層上に、上記と同様のスラリーを、最終の正極層の厚みが40μmとなるように、塗布して、第1正極層作製時より低いプレス圧でプレス後、乾燥し、第2正極層とした。この際、第2正極層の空孔率は、40%であった。
<Example 3>
Production of positive electrode layer LiMn 2 O 4 (average particle size: 10 μm) (90 parts by mass) as a positive electrode active material, carbon black (6 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF # 1300) as a binder (4 parts by mass) was mixed. The mixture was used as a positive electrode mixture, and N-methyl-2-pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. The slurry thus obtained was applied to a current collector aluminum (Al) foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed so that the final positive electrode layer had a thickness of 36 μm. One positive electrode layer was formed. At this time, the porosity of the first positive electrode layer was 35%. Next, a slurry similar to the above is applied onto the first positive electrode layer so that the final positive electrode layer has a thickness of 40 μm, and is pressed at a lower pressing pressure than that at the time of preparing the first positive electrode layer, and then dried. And it was set as the 2nd positive electrode layer. At this time, the porosity of the second positive electrode layer was 40%.
負極層の作製
負極活物質として人造黒鉛粉末(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯9200)(10質量部)とをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、負極集電体である厚さが20μmの銅(Cu)箔上に、最終の負極層の厚みが20μmとなるように、塗布してプレス乾燥し、第1負極層とした。この際、第1負極層の空孔率は、35%であった。次に、上記第1負極層上に、上記と同様のスラリーを、最終の負極層の厚みが25μmとなるように、塗布して、第1負極層作製時より低いプレス圧でプレス後、乾燥し、第2負極層とした。この際、第2負極層の空孔率は、40%であった。
Production of Negative Electrode Layer Artificial graphite powder (average particle size: 10 μm) (90 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVDF # 9200) (10 parts by mass) as a binder are N-methyl-2- Pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. The slurry thus obtained was applied onto a negative electrode current collector copper (Cu) foil having a thickness of 20 μm so that the final negative electrode layer had a thickness of 20 μm, and press-dried. One negative electrode layer was formed. At this time, the porosity of the first negative electrode layer was 35%. Next, a slurry similar to the above is applied onto the first negative electrode layer so that the final negative electrode layer has a thickness of 25 μm, and is pressed at a lower pressing pressure than that at the time of preparing the first negative electrode layer, and then dried. And it was set as the 2nd negative electrode layer. At this time, the porosity of the second negative electrode layer was 40%.
このようにして作製された正極層および負極層を使用する以外は、実施例1と同様にして、積層型の二次電池を作製した。 A multilayer secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer thus produced were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層および正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層及び正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層の中には、正極層或いは負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte. A liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer and the positive electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer. Thus, it can be seen that the separator layer is in a state in which the gel polymer electrolyte having a lower electrical conductivity is infiltrated (held) than the liquid electrolyte infiltrated into the positive electrode layer or the negative electrode layer.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<実施例4>
実施例2において、実施例3で用いた正極層および負極層を使用する以外は、実施例2と同様にして、積層型の二次電池を作製した。
<Example 4>
In Example 2, a laminated secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer used in Example 3 were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層及び正極層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層および正極層の中には、負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer is a polymer electrolyte. In addition, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer and the positive electrode layer. Thus, it can be seen that the separator polymer and the positive electrode layer are in a state where the gel polymer electrolyte having a lower conductivity than the liquid electrolyte soaked in the negative electrode layer is soaked (held).
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<実施例5>
実施例1において、幅 1μmおよび深さ 1μmの電解液の染み込み用の溝を1μm間隔で集電体に対する体積比が2.5%になるように表面に有するアルミニウム(Al)箔(厚さ:20μm)を使用して正極層を作製した。また、実施例1において、幅 1μmおよび深さ 1μmの電解液の染み込み用の溝を1μm間隔で集電体に対する体積比が2.5%になるように表面に有する銅(Cu)箔(厚さ:20μm)を使用して、負極層を作製した。これ以外は、実施例1と同様にして、積層型の二次電池を作製した。なお、本実施例では、上記集電体(アルミニウム(Al)箔および銅(Cu)箔)中の溝が、電解液の注液方向に対して平行になるように、正極層−セパレータ層−負極層の積層体をラミネートの袋中に設置した。
<Example 5>
In Example 1, an aluminum (Al) foil (thickness: 1 μm in width and 1 μm in depth) on the surface having grooves for infiltrating an electrolyte solution at a 1 μm interval so that the volume ratio to the current collector is 2.5%. 20 μm) was used to produce a positive electrode layer. Further, in Example 1, a copper (Cu) foil (thickness) having grooves for infiltrating an electrolyte solution having a width of 1 μm and a depth of 1 μm on the surface so that the volume ratio to the current collector becomes 2.5% at intervals of 1 μm. Sa: 20 μm) was used to prepare a negative electrode layer. Except for this, a multilayer secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. In this example, the positive electrode layer—the separator layer—so that the grooves in the current collector (aluminum (Al) foil and copper (Cu) foil) are parallel to the injection direction of the electrolytic solution. The laminate of the negative electrode layer was placed in a laminate bag.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層および正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層及び正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層の中には、正極層或いは負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte. A liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer and the positive electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer. Thus, it can be seen that the separator layer is in a state in which the gel polymer electrolyte having a lower electrical conductivity is infiltrated (held) than the liquid electrolyte infiltrated into the positive electrode layer or the negative electrode layer.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<実施例6>
実施例2において、幅 1μmおよび深さ 1μmの電解液の染み込み用の溝を1μm間隔で集電体に対する体積比が2.5%になるように表面に有するアルミニウム(Al)箔(厚さ:20μm)を使用して負極層を作製した。また、実施例2において、幅 1μmおよび深さ 1μmの電解液の染み込み用の溝を1μm間隔で集電体に対する体積比が2.5%になるように表面に有する銅(Cu)箔(厚さ:20μm)を使用して、負極層を作製した。これ以外は、実施例2と同様にして、積層型の二次電池を作製した。
<Example 6>
In Example 2, an aluminum (Al) foil (thickness: 1 μm in width and 1 μm in depth) on the surface having grooves for infiltrating an electrolyte solution at a 1 μm interval so that the volume ratio to the current collector is 2.5%. 20 μm) was used to make a negative electrode layer. Further, in Example 2, a copper (Cu) foil (thickness) having grooves for infiltrating an electrolyte solution having a width of 1 μm and a depth of 1 μm on the surface so that the volume ratio to the current collector becomes 2.5% at intervals of 1 μm. Sa: 20 μm) was used to prepare a negative electrode layer. Except for this, a multilayer secondary battery was produced in the same manner as in Example 2.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質である。また、セパレータ層および正極層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層および正極層の中には、負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer is a polymer electrolyte. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer and the positive electrode layer. Thus, it can be seen that the separator polymer and the positive electrode layer are in a state where the gel polymer electrolyte having a lower conductivity than the liquid electrolyte soaked in the negative electrode layer is soaked (held).
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<実施例7>
正極層の作製
正極活物質としてLiMn2O4(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、導電助剤としてカーボンブラック(6質量部)および結着割としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯1300)(4質量部)を混合した。混合物を正極合剤とし、これをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、幅 10μmおよび深さ 10μmの電解液の染み込み用の溝(電極層に対する体積比6.25%)が形成されるように、厚さが20μmの集電体であるアルミニウム(Al)箔上にパターン塗布した。その後、パターン塗布により形成された層上に、さらに、転写塗布することによって溝を形成した後、最終の正極層の厚さが80μmとなるように、プレス後、乾燥し、正極層を作製した。
<Example 7>
Production of positive electrode layer LiMn 2 O 4 (average particle diameter: 10 μm) (90 parts by mass) as a positive electrode active material, carbon black (6 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF # 1300) as a binder (4 parts by mass) was mixed. The mixture was used as a positive electrode mixture, and N-methyl-2-pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. A current collector having a thickness of 20 μm was formed from the slurry thus obtained so that a groove for penetration of an electrolyte solution having a width of 10 μm and a depth of 10 μm (volume ratio of 6.25% with respect to the electrode layer) was formed. A pattern was applied on an aluminum (Al) foil. Thereafter, a groove was formed on the layer formed by pattern coating by further transfer coating, and then pressed and dried so that the final thickness of the positive electrode layer was 80 μm, thereby producing a positive electrode layer. .
負極層の作製
負極活物質として人造黒鉛粉末(平均粒子径:10μm)(90質量部)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF♯9200)(10質量部)とをN−メチル−2−ピロリドン(50質量部)を溶剤として分散させ、スラリーを得た。このようにして得られたスラリーを、負極集電体である20μmの銅(Cu)箔上に、幅 10μmおよび深さ 10μmの電解液の染み込み用の溝(電極層に対する体積比10%)をパターン塗布により作製した。その後、パターン塗布により形成された層に、さらに、転写塗布することによって溝を形成した後、最終の負極層の厚さが50μmとなるように、プレス後、乾燥し、負極層を作製した。また、上記電極中の溝が,電解液の注液方向に対して平行になるように、正極層−セパレータ層−負極層の積層体をラミネートの袋中に設置した。
Production of Negative Electrode Layer Artificial graphite powder (average particle size: 10 μm) (90 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVDF # 9200) (10 parts by mass) as a binder are N-methyl-2- Pyrrolidone (50 parts by mass) was dispersed as a solvent to obtain a slurry. The slurry thus obtained was provided with a groove (10% volume ratio with respect to the electrode layer) for impregnating an electrolyte having a width of 10 μm and a depth of 10 μm on a negative electrode current collector of 20 μm copper (Cu) foil. It was produced by pattern coating. Thereafter, a groove was formed on the layer formed by pattern coating by transfer coating, and then pressed and dried so that the final negative electrode layer had a thickness of 50 μm, thereby preparing a negative electrode layer. In addition, the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer laminate was placed in a laminate bag so that the groove in the electrode was parallel to the electrolyte injection direction.
このようにして作製された正極層および負極層を使用する以外は、実施例1と同様にして、積層型の二次電池を作製した。 A multilayer secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer thus produced were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層および正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層及び正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層の中には、正極層或いは負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer and the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer is a polymer electrolyte. A liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer and the positive electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer. Thus, it can be seen that the separator layer is in a state in which the gel polymer electrolyte having a lower electrical conductivity is infiltrated (held) than the liquid electrolyte infiltrated into the positive electrode layer or the negative electrode layer.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1及び図1に示す。 The secondary battery thus produced was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 and FIG.
<実施例8>
実施例2において、実施例7で作製した正極層および負極層を用いたこと以外は、実施例2と同様にして電池を作製した。
<Example 8>
In Example 2, a battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer produced in Example 7 were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、負極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および正極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の負極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を用いた。また、セパレータ層及び正極層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。このように、セパレータ層および正極層の中には、負極層に染み込んでいる液状電解質と比較して導電率の低いゲルポリマー電解質が染み込んだ(保持された)状態となっていることが分かる。 In the laminated secondary battery thus obtained, the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the positive electrode layer is a polymer electrolyte. In addition, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) was used for the negative electrode layer of the stacked secondary battery. Moreover, the gel polymer electrolyte whose electrical conductivity is 6 * 10 < -4 > (S / cm) was used for the separator layer and the positive electrode layer. Thus, it can be seen that the separator polymer and the positive electrode layer are in a state where the gel polymer electrolyte having a lower conductivity than the liquid electrolyte soaked in the negative electrode layer is soaked (held).
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<比較例1>
実施例1において、正極層および負極層もポリオレフィンフィルム同様に1時間室温で真空で含浸し、負極層とポリオレフィンフィルムを重ねた状態で履形フィルムで挟みこみ、ロールで軽くしごいて余分な固体状電解質前駆体溶液を除去する。それを乾燥させた負極層と重ね合わせて、ラミネートの袋に入れてから、両側からガラス板ではさみ、圧力をかけた状態で80℃のオーブンで3時間熱重合させる。このとき正極層とセパレータ層と負極層は密着している。その後実施例1同様に二次電池を作製した。正極層、セパレータ層及び負極層には、導電率が6×10−4(S/cm)であるゲルポリマー電解質を使用した。
<Comparative Example 1>
In Example 1, the positive electrode layer and the negative electrode layer were also impregnated with vacuum at room temperature for 1 hour in the same manner as the polyolefin film, sandwiched between the negative electrode layer and the polyolefin film with the footwear film, lightly rubbed with a roll, and excess solids The electrolyte electrolyte precursor solution is removed. It is overlapped with the dried negative electrode layer, put into a laminate bag, sandwiched between glass plates from both sides, and subjected to thermal polymerization in an oven at 80 ° C. for 3 hours under pressure. At this time, the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer are in close contact. Thereafter, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. For the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer, a gel polymer electrolyte having a conductivity of 6 × 10 −4 (S / cm) was used.
<比較例2>
実施例1に記載される方法と同様にして、負極層を作製した。このようにして作製した負極層を、実施例1に記載されるのと同様にして調製された固体状電解質前駆体溶液で満たされた容器に浸漬し、室温で1時間真空含浸させた。その後、負極層を履形フィルムで挟み、ロールで軽くしごいて余分な固体状電解質前駆体溶液を除去して、含浸負極層を得た。
<Comparative example 2>
A negative electrode layer was prepared in the same manner as described in Example 1. The negative electrode layer thus produced was immersed in a container filled with the solid electrolyte precursor solution prepared in the same manner as described in Example 1, and vacuum impregnated at room temperature for 1 hour. Thereafter, the negative electrode layer was sandwiched between the footwear films and lightly squeezed with a roll to remove the excess solid electrolyte precursor solution, thereby obtaining an impregnated negative electrode layer.
このようにして作製した含浸負極層を負極層として使用する以外は、実施例1と同様にして熱重合を行ない、正極層−セパレータ層−負極層の積層体を得た。このときの正極層には電解液が入っていない状態である。 Except for using the impregnated negative electrode layer thus prepared as the negative electrode layer, thermal polymerization was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a laminate of the positive electrode layer-separator layer-negative electrode layer. At this time, the electrolyte layer is not contained in the positive electrode layer.
その後、実施例1に記載の方法と同様にして、積層型の二次電池を作製した。 Thereafter, in the same manner as in the method described in Example 1, a laminated secondary battery was produced.
このようにして得られた積層型の二次電池では、正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および負極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を使用しており、セパレータ層及び負極層には、導電率が6×10−4(S/cm)ゲルポリマー電解質を使用した。 In the multilayer secondary battery thus obtained, the electrolyte of the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the negative electrode layer is a polymer electrolyte. Further, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) is used for the positive electrode layer of the stacked secondary battery, and a conductivity of 6 × is used for the separator layer and the negative electrode layer. A 10 −4 (S / cm) gel polymer electrolyte was used.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<比較例3>
比較例2において、実施例3で用いた正極層および負極層を使用する以外は、比較礼2と同様にして、積層型の二次電池を作製した。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 2, a laminated secondary battery was produced in the same manner as Comparative Example 2 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer used in Example 3 were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および負極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を使用しており、セパレータ層及び負極層には、導電率が6×10−4(S/cm)ゲルポリマー電解質を使用した。 In the multilayer secondary battery thus obtained, the electrolyte of the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the negative electrode layer is a polymer electrolyte. Further, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) is used for the positive electrode layer of the stacked secondary battery, and a conductivity of 6 × is used for the separator layer and the negative electrode layer. A 10 −4 (S / cm) gel polymer electrolyte was used.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<比較例4>
比較例2において、実施例5で用いた正極層および負極層を使用する以外は、比較例1と同様にして、積層型の二次電池を作製した。
<Comparative Example 4>
In Comparative Example 2, a laminated secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the positive electrode layer and the negative electrode layer used in Example 5 were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および負極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を使用しており、セパレータ層及び負極層には、導電率が6×10−4(S/cm)ゲルポリマー電解質を使用した。 In the multilayer secondary battery thus obtained, the electrolyte of the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the negative electrode layer is a polymer electrolyte. Further, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) is used for the positive electrode layer of the stacked secondary battery, and a conductivity of 6 × is used for the separator layer and the negative electrode layer. A 10 −4 (S / cm) gel polymer electrolyte was used.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
<比較例5>
比較例2において、実施例7で作製した正極層および負極層を用いたこと以外は、比較例1と同様にして電池を作製した。
<Comparative Example 5>
In Comparative Example 2, a battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the positive electrode layer and the negative electrode layer produced in Example 7 were used.
このようにして得られた積層型の二次電池では、正極層の電解質が液状物質であり、かつセパレータ層および負極層の電解質がポリマー電解質である。また、当該積層型の二次電池の正極層には、導電率が2×10−3(S/cm)の液状電解質を使用しており、セパレータ層及び負極層には、導電率が6×10−4(S/cm)ゲルポリマー電解質を使用した。 In the multilayer secondary battery thus obtained, the electrolyte of the positive electrode layer is a liquid material, and the electrolyte of the separator layer and the negative electrode layer is a polymer electrolyte. Further, a liquid electrolyte having a conductivity of 2 × 10 −3 (S / cm) is used for the positive electrode layer of the stacked secondary battery, and a conductivity of 6 × is used for the separator layer and the negative electrode layer. A 10 −4 (S / cm) gel polymer electrolyte was used.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
このようにして作製された二次電池について、下記方法に従って、充放電特性を試験し、その結果を、下記表1に示す。 The secondary battery thus manufactured was tested for charge / discharge characteristics according to the following method, and the results are shown in Table 1 below.
実施例1および2と比較例1および2;実施例3および4と比較例3;実施例5および6と比較例4;実施例7および8と比較例5のそれぞれを比較すると、本発明の電池が、放電効率に優れ、高容量および高出力の電池であることがわかる。 Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2; Examples 3 and 4 and Comparative Example 3; Examples 5 and 6 and Comparative Example 4; It can be seen that the battery is a battery with excellent discharge efficiency, high capacity and high output.
10 非双極型リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極(正極活物質層)、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極(負極活物質層)、
16、36 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17、37、57 発電要素(電池要素;積層体)、
18、38、58 正極タブ、
19、39、59 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31 集電体、
31a 正極側の最外層集電体、
31b 負極側の最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 シール部(絶縁層)、
50 リチウムイオン二次電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車、
500 集電体、
510 活物質層、
511 第1活物質層、
512 第2活物質層、
520 溝、
530 電極層。
10 Non-bipolar lithium ion secondary battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode (positive electrode active material layer),
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode (negative electrode active material layer),
16, 36 single battery layer (= battery unit or single cell),
17, 37, 57 Power generation element (battery element; laminate),
18, 38, 58 positive electrode tab,
19, 39, 59 negative electrode tab,
20, 40 Positive terminal lead,
21, 41 Negative terminal lead,
22, 42, 52 Battery exterior material (for example, laminate film),
30 Bipolar lithium ion secondary battery,
31 current collector,
31a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
31b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
34 Bipolar electrode,
34a, 34b The electrode located in the outermost layer,
43 Sealing part (insulating layer),
50 lithium ion secondary battery,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 electric car,
500 current collector,
510 active material layer,
511 first active material layer,
512 second active material layer,
520 groove,
530 Electrode layer.
Claims (9)
負極層の電解質の導電率が、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より高く、負極層の電解質が液状物質であり、セパレータ層の電解質がポリマー電解質であり、正極層の電解質が液状物質またはポリマー電解質であり、
少なくとも正極層とセパレータ層とが圧接され、かつ、セパレータ層および正極層とセパレータ層との界面に存在する電解質が相互に架橋構造を形成して少なくとも正極層とセパレータ層とが密着している、二次電池。 A secondary battery including at least one single battery layer in which a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer are laminated in this order,
Electrolyte conductivity of the negative electrode layer is rather high than the separator layer and the conductivity of the at least one of the electrolyte of the positive electrode layer, the electrolyte of the negative electrode layer is a liquid material, an electrolyte polymer electrolyte of the separator layer, the electrolyte of the positive electrode layer Is a liquid substance or polymer electrolyte,
At least the positive electrode layer and the separator layer are in pressure contact, and the electrolyte present at the interface between the separator layer and the positive electrode layer and the separator layer forms a cross-linked structure, and at least the positive electrode layer and the separator layer are in close contact with each other , Secondary battery.
前記負極層が、集電体と、前記集電体上に形成されてなる負極活物質を含む活物質層と、を含み、前記集電体が前記負極活物質の平均粒子径の10%以下の幅と深さの溝を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池。 The positive electrode layer includes a current collector and an active material layer containing a positive electrode active material formed on the current collector, and the current collector is 10% or less of an average particle diameter of the positive electrode active material And / or the negative electrode layer includes a current collector and an active material layer including a negative electrode active material formed on the current collector, and the current collector There has a groove of the negative active average of 10% or less of the width and depth of the particle diameter of material, the secondary battery according to any one of claims 1-3.
前記負極層が、集電体と、前記集電体上に形成されてなる負極活物質を含む活物質層と、を含み、前記活物質層が溝を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池。 The positive electrode layer includes a current collector and an active material layer including a positive electrode active material formed on the current collector, the active material layer has a groove, and / or the negative electrode layer includes: The active material layer containing the electrical power collector and the negative electrode active material formed on the said electrical power collector, The said active material layer has a groove | channel of any one of Claims 1-4 . Secondary battery.
得られた二次電池の負極層の電解質の導電率が、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より高い、二次電池の製造方法。 By applying pressure in the thickness direction of the laminate from the outside to the laminate of the separator layer impregnated with the positive electrode layer and the polymer electrolyte precursor solution and the negative electrode layer not containing the electrolyte, and polymerizing the electrolyte of the separator, A step of bonding the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer to produce a laminate of the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer; and a step of injecting a liquid electrolyte into the laminate after the bonding step I have a,
A method for producing a secondary battery, wherein the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer of the obtained secondary battery is higher than the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer .
得られた二次電池の負極層の電解質の導電率が、セパレータ層および正極層の少なくとも一方の電解質の導電率より高い、二次電池の製造方法。 By applying pressure in the thickness direction of the laminate from the outside to the laminate of the separator layer impregnated with the positive electrode layer and the polymer electrolyte precursor solution and the negative electrode layer not containing the electrolyte, and polymerizing the electrolyte of the separator layer A step of adhering the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer to produce a laminate of the positive electrode layer, the separator layer, and the negative electrode layer; and after the bonding step, injecting a liquid electrolyte into the laminate, We have a process of vacuum impregnation,
A method for producing a secondary battery, wherein the conductivity of the electrolyte of the negative electrode layer of the obtained secondary battery is higher than the conductivity of the electrolyte of at least one of the separator layer and the positive electrode layer .
前記負極層が負極活物質を含み、前記負極層が、負極層の表面に前記負極活物質の平均粒子径の10%以下の幅と深さの溝を有する集電体上に形成される、
請求項6〜8のいずれか1項に記載の製造方法。 A positive electrode active material, wherein the positive electrode layer is formed on a current collector having a groove having a width and a depth of 10% or less of an average particle diameter of the positive electrode active material, and / or the negative electrode layer is a negative electrode active material The negative electrode layer is formed on a current collector having a groove having a width and a depth of 10% or less of the average particle diameter of the negative electrode active material on the surface of the negative electrode layer.
The method according to any one of claims 6-8.
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