JP6992692B2 - Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery - Google Patents
Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP6992692B2 JP6992692B2 JP2018136110A JP2018136110A JP6992692B2 JP 6992692 B2 JP6992692 B2 JP 6992692B2 JP 2018136110 A JP2018136110 A JP 2018136110A JP 2018136110 A JP2018136110 A JP 2018136110A JP 6992692 B2 JP6992692 B2 JP 6992692B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- lithium
- exchange membrane
- current collector
- electrode material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/72—Grids
- H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
- H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
本発明は、リチウム硫黄電池、及びリチウム硫黄電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a lithium-sulfur battery and a method for manufacturing a lithium-sulfur battery.
二次電池は、デジタル家電製品、電気自動車、ハイブリッド自動車及び太陽光発電設備等に広く用いられている。この二次電池としてリチウム二次電池が挙げられ、リチウム二次電池の中で、近年リチウム硫黄電池(例えば特許文献1等)が注目されている。リチウム硫黄電池は、硫黄を含む活物質及び集電体を有する正極の電極材と、リチウムを含む活物質及び集電体を有する負極の電極材を、正極及び負極がセパレータを介して対向する状態で複数並設し、外装体に収容することにより構成される。このリチウム硫黄電池は、さらにケースに収容されることもある。セパレータをリチウムイオンが通過する。
Secondary batteries are widely used in digital home appliances, electric vehicles, hybrid vehicles, solar power generation equipment, and the like. A lithium secondary battery is mentioned as this secondary battery, and among the lithium secondary batteries, a lithium sulfur battery (for example,
リチウム硫黄電池の正極では、硫黄とリチウムとが多段階で反応する途中で多硫化リチウムが生成するが、多硫化リチウム(Li2 Sx 、1≦x≦8)は電解液に溶出し易く、溶出した多硫化リチウムは陰イオンとして拡散する。特許文献1においては、セパレータを高分子不織布又は樹脂製微多孔フィルム等で構成しているが、多硫化リチウムの陰イオンがセパレータを透過して負極へ拡散する。多硫化物イオンが負極のリチウムと反応すると、充電反応が促進されず(所謂レドックス・シャトル現象が生じ)、充放電容量及び充放電効率が低下する。
At the positive electrode of a lithium-sulfur battery, lithium polysulfide is generated during the multi-step reaction between sulfur and lithium, but lithium polysulfide (Li 2S x , 1 ≦ x ≦ 8) tends to elute into the electrolytic solution. The eluted lithium polysulfide diffuses as an anion. In
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、正極と負極とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制するリチウム硫黄電池、及びリチウム硫黄電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a method for manufacturing a lithium-sulfur battery and a lithium-sulfur battery in which a positive electrode and a negative electrode are well separated to suppress a decrease in charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency. The purpose is to provide.
本発明に係るリチウム硫黄電池は、平板状の第1集電体、該第1集電体の各平面上に設けられ、同一の極性を有する2つの第1電極、並びに前記第1集電体及び前記第1電極を収容する袋状の陽イオン交換膜を有する第1電極材と、平板状の第2集電体、及び前記陽イオン交換膜を介して前記第1電極に対向する前記第2集電体の平面上に設けられ、前記第1電極とは極性が異なる第2電極を有する第2電極材と備え、前記第1電極及び前記第2電極のうちの一方は硫黄を含む活物質を有する正極であり、他方はリチウムを含む活物質を有する負極である。 The lithium sulfur battery according to the present invention has a flat plate-shaped first collector, two first electrodes provided on each plane of the first collector and having the same polarity, and the first collector. The first electrode material having a bag-shaped cation exchange film accommodating the first electrode, the flat plate-shaped second current collector, and the first electrode facing the first electrode via the cation exchange film. 2 A second electrode material provided on the plane of the current collector and having a second electrode having a polarity different from that of the first electrode is provided, and one of the first electrode and the second electrode is active containing sulfur. The positive electrode has a substance, and the other is a negative electrode having an active material containing lithium.
本発明に係るリチウム硫黄電池の製造方法は、硫黄を含む活物質を有する正極と、リチウムを含む活物質を有する負極とを有するリチウム硫黄電池の製造方法であって、平板状の第1集電体の各平面上に同一の極性を有する2つの第1電極を設け、前記第1電極が設けられた前記第1集電体を陽イオン交換膜により覆い、該陽イオン交換膜の端部を接着して第1電極材を作製し、平板状の第2集電体の平面上に前記第1電極とは極性が異なる第2電極を設けて第2電極材を作製し、前記第1電極材及び前記第2電極材を、前記第1電極と前記第2電極とが対向するように配置し、前記第1電極材及び前記第2電極材を外装体により覆う。 The method for manufacturing a lithium sulfur battery according to the present invention is a method for manufacturing a lithium sulfur battery having a positive electrode having an active material containing sulfur and a negative electrode having an active material containing lithium, and is a flat plate-shaped first current collector. Two first electrodes having the same polarity are provided on each plane of the body, the first current collector provided with the first electrode is covered with a cation exchange film, and the end portion of the cation exchange film is covered with a cation exchange film. A first electrode material is produced by bonding, and a second electrode having a polarity different from that of the first electrode is provided on a flat surface of a flat plate-shaped second current collector to produce a second electrode material, and the first electrode is produced. The material and the second electrode material are arranged so that the first electrode and the second electrode face each other, and the first electrode material and the second electrode material are covered with an exterior body.
本発明によれば、第1電極材の第1電極がイオン交換膜により覆われているので、正極と負極とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the first electrode of the first electrode material is covered with an ion exchange membrane, the positive electrode and the negative electrode can be well separated, and deterioration of charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency can be suppressed. ..
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態1.
図1及び図2に示すように、実施の形態1に係るリチウム硫黄電池1(以下、電池1という)は、外装体2と、正の電極材5,5と、負の電極材6,7,7とを備える。外装体2の周縁部の一部から正極端子3及び負極端子4が突出している。この電池1単体、又は該電池1と他の電池1とを組み合わせてケース(不図示)に収容してもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium-sulfur battery 1 (hereinafter referred to as battery 1) according to the first embodiment includes an
正極の電極材5は、集電体51、電極52、及び陽イオン交換膜(以下、イオン交換膜という)53を有する。
集電体51は矩形板状をなし、両平面には角型平板状の電極52が設けられている。イオン交換膜53は、電極52の側面及び平面、並びに集電体51の側面及び平面の露出部分を覆う。
The
The
図3は電極材5の模式的平面図、図4は図3のIV-IV線断面図である。
図2~図4に示すように、イオン交換膜53は袋状をなし、袋の内部に集電体51、電極52を収容する。イオン交換膜53は、シート状の2枚のイオン交換膜の周縁部を接着することで袋状をなす。イオン交換膜53は、一枚の矩形状のイオン交換膜を長手方向の中央部で折り曲げて端部を合わせることで袋状をなしてもよい。
集電体51の周縁の一部からタブ51aが突出している。タブ51aはイオン交換膜53の周縁の一部から突出し、イオン交換膜53に接着層54を介して接着されている。イオン交換膜53のタブ51aが突出している部分以外の周縁部は熱溶着により接着されている。集電体51とタブ51aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
FIG. 3 is a schematic plan view of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the
The
電極52は、硫黄又は硫黄化合物を含む活物質、カーボン、及びバインダを有する。
硫黄としては、結晶性硫黄、不溶性硫黄、カーボンと複合化しているもの等が挙げられる。活物質はリチウムを含んでもよい。
カーボンとしては、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンファイバー(CNF)等が挙げられる。
バインダとしては、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-HEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE))、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
電極52上に保液層として多孔質ポリオレフィンフィルム又はガラスセパレータを設けてもよい。
集電体51としては、アルミニウム箔、カーボンでコートされたアルミ箔、ステンレス箔等やそれらに孔が開いた開孔箔、アルミメッシュ、ステンレスメッシュが挙げられる。
電極52,52及び集電体51は、袋状のイオン交換膜53内に収容されている。
The
Examples of sulfur include crystalline sulfur, insoluble sulfur, and those compounded with carbon. The active material may contain lithium.
Examples of carbon include carbon black, graphitized carbon black, activated carbon, graphite, carbon nanotubes (CNT), carbon fiber (CNF) and the like.
As the binder, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), fluororesin (polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HEP), polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene) PTFE))), polyimide, polyamideimide, sodium alginate, polyvinylidene acid, polyethylene oxide and the like can be mentioned.
A porous polyolefin film or a glass separator may be provided on the
Examples of the
The
イオン交換膜53はフッ素系の陽イオン交換膜であるのが好ましい。フッ素系の陽イオン交換膜として、「ナフィオン」(登録商標、パーフルオロカーボンスルホン酸(PFSA)膜、デュポン社製)、「F―1850」(FuMA-Tech社製)等が挙げられる。イオン交換膜53の厚みは、5~100μmであるのが好ましい。イオン交換膜53として厚み50μmの「ナフィオン」を用いた場合、180℃で、イオン交換膜53の端部同士を熱溶着できる。イオン交換膜53として厚み50μmの「F―1850」を用いた場合、200℃で、イオン交換膜53の端部同士を熱溶着できる。
イオン交換膜53のタブ51aが突出している部分の接着層54は、アンカー効果、物理的相互作用、化学的相互作用等により、タブ51aをイオン交換膜53に接着可能な物質からなる。例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いることができる。
The
The
袋状のイオン交換膜53内には電解液が注入されている。電解液として、リチウムイオンを伝導させるリチウム塩を溶解させた有機溶媒を使用する。正極側の電解液には、多硫化リチウムを溶解させた溶液を用いてもよい。Li塩としては、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム(LiBF4)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6 ) 、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)、過塩素酸リチウム等が挙げられる。有機溶媒としては、グライム系(エチレングリコールジメチルエーテル(モノグライム)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグライム)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグライム)、ジエチレングリコールジエチルエーテル(エチルジグライム)、ジエチレングリコールジブチルエーテル(ブチルジグライム))、テトラヒドロフラン(THF)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、炭酸エチレン(EC)、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸プロピレン(PC)、1,3-ジオキソラン(DOL)、炭酸フルオロエチレン(FEC)、炭酸ビニレン(VC)若しくはそれらいずれかの混合液等が挙げられる。
An electrolytic solution is injected into the bag-shaped
負極の電極材6は、矩形板状の集電体61と、集電体61の両平面に設けられた角型平板状の電極62とを備える。
負極の電極材7は、矩形板状の集電体71と、集電体71の一平面に設けられた角型平板状の電極72とを備える。
電極62,72は金属リチウムからなる。
又は、電極62,72は、グラファイト、Si、SiO、Siと炭素との複合物、又はグラファイトとSi若しくはSiOとの混合物と、バインダと、カーボンとを有する。この場合、事前にリチウムをプレドープしてもよい。バインダとしては、SBR、CMC、フッ素系樹脂(PVDF、PVDF-HEP、PTFE)、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
電極62,72上に保液層として多孔質ポリオレフィンフィルム又はガラスセパレータを設けてもよい。
集電体61,71としては、銅箔、カーボンでコートされた銅箔やステンレス箔等やそれらに孔が開いた開孔箔が挙げられる。電極62,72が金属リチウムからなる場合、集電体61,71として、ステンレスメッシュを用いてもよい。
集電体61の周縁の一部からタブ61aが突出している。集電体61とタブ61aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。集電体71の周縁の一部からタブ71aが突出している。集電体71とタブ71aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
The
The
The
Alternatively, the
A porous polyolefin film or a glass separator may be provided on the
Examples of the
The tab 61a protrudes from a part of the peripheral edge of the
図2に示すように、図2の左側から順に電極材7、電極材5、電極材6、電極材5、電極材7が配置されている。電極72とイオン交換膜53との間には多孔質のセパレータ73が介在し、電極62とイオン交換膜53との間には多孔質のセパレータ63が介在する。セパレータ63,73としては、PP(ポリプロピレン),PE(ポリエチレン)等の合成樹脂製のセパレータ、及びガラスセパレータ等が挙げられる。膨張及び収縮するときの柔軟性が良好であるという観点から合成樹脂製のセパレータが好ましい。
セパレータ63,73の平面面積は電極62,72の平面面積より大きく、イオン交換膜53の平面面積より小さいのが好ましい。これにより、例えばイオン交換膜53がPFSAからなる場合、PFSA内のPTFE骨格が電極62,72と接触して還元分解し、脱フッ素化が生じるのが防止される。
イオン交換膜53と一側面に対向するセパレータ63、イオン交換膜53と他側面に対向するセパレータ73は、一体化されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
The plane area of the
The
一方の電極材5のタブ51aは上側に延び、他方の電極材5のタブ51aは上側に延びた後、屈曲して一方の電極材5側に延び、端部が重ね合わされた状態で、正極端子3に接合されている。正極端子3は外装体2の周縁の一部から突出しており、正極端子3は外装体2に接着層30を介して接着されている。正極端子3は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
電極材6のタブ61aは下側に延び、電極材7,7のタブ71a,71aは下側に延びた後、屈曲して電極材6側に延び、それぞれの端部が重ね合わされた状態で、負極端子4に接合されている。負極端子4は外装体2の周縁の一部から突出しており、負極端子4は外装体2に接着層40を介して接着されている。負極端子4は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
The
The tab 61a of the
外装体2は電解液非透過性の絶縁フィルムである。外装体2は、合成樹脂層、金属層、及び合成樹脂層の3層構造からなるラミネートシートからなるのが好ましい。外装体2は、2枚のラミネートシートを合わせてなる。一枚のラミネートシートを長手方向の中央部で折り曲げて端部を合わせることにしてもよい。
合成樹脂層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン6,ナイロン66等のポリアミド等が挙げられる。金属層の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス、チタン、チタン合金等が挙げられる。
外装体2の厚みは特に限定されないが、15~250μmであるのが好ましい。厚みが15~250μmである場合、十分な強度を有するとともに、電池の体積エネルギー密度が向上する。
外装体2内には、電解液が注入されている。
The
Examples of the material of the synthetic resin layer include polyamides such as polypropylene, polyethylene,
The thickness of the
An electrolytic solution is injected into the
以下、本実施の形態に係る電池1の製造方法について説明する。
正極の活物質、カーボン、バインダ、必要に応じ潤滑剤を混練して混練物を得る。該混練物を集電体51の両平面に、平面の延びる方向に等間隔に設ける。隣り合う混練物の間で集電体51を切断して乾燥させ、両平面に電極52を有する電極材を得る。電極材を、集電体51のタブ51aが周縁部から突出する状態で、2枚のシート状のイオン交換膜により挟み、タブ51aが突出した部分以外の部分を熱溶着により接着して袋状のイオン交換膜53を得る。タブ51aが突出した部分は接着剤により接着層54を設けて接着する。これにより、電極52の側面及び平面、並びに集電体51の側面及び平面の露出部分がイオン交換膜53により覆われた電極材5が得られる。イオン交換膜53の全周を接着する前に、一部を残して、この部分から電解液を注入する。
Hereinafter, a method for manufacturing the
The active material of the positive electrode, carbon, binder and, if necessary, a lubricant are kneaded to obtain a kneaded product. The kneaded material is provided on both planes of the
集電体61の両平面に、平面の延びる方向に等間隔で金属リチウム、又はグラファイト、Si、SiO、Siと炭素との複合物、又はグラファイトとSi若しくはSiOの混合物と、バインダと、カーボンとを有する混練物を等間隔に設ける。隣り合う混練物の間で集電体61を切断して乾燥させ、両平面に電極62を有する電極材6を得る。同様に、集電体71の一平面に電極72が設けられた電極材7を得る。リチウムが含まれていない電極材を用いる場合は、事前に電極材6、7と金属リチウム箔を貼り合わせもよい。
Metallic lithium or a composite of graphite, Si, SiO, Si and carbon, or a mixture of graphite and Si or SiO, a binder, and carbon on both planes of the
電極72とイオン交換膜53との間にセパレータ73が介在し、電極62とイオン交換膜53との間にはセパレータ63が介在する状態で、電極材7、電極材5、電極材6、電極材5、電極材7を配置する。
電極材7、電極材5、電極材6、電極材5、電極材7をシート状の2枚のラミネートフィルムで挟み、周縁部の一部を残して熱溶着により接着し、袋状の外装体2を形成する。正極端子3及び負極端子4の突出部分は接着層30,40を介して接着する。前記周縁部の残した部分から電解液を注入した後、該部分を封止する。
以上のようにして電池1が製造される。
With the
The
The
以上のように構成された電池1は、電極材5の電極52がイオン交換膜53により覆われているので、電極52と電極72、電極52と電極62とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制することができる。
In the
実施の形態2.
実施の形態2に係る電池10は、負極の電極材8の構成が負極の電極材6の構成と異なること以外は、実施の形態1に係る電池1と同様の構成を有する。
図5は、電池10を示す模式的断面図である。図5中、図2と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
電極材8は、矩形板状の集電体81と、集電体81の両平面に設けられた角型平板状の電極82と、セパレータ83とを備える。集電体81、電極82、セパレータ83の材質は、集電体61、電極62、セパレータ63の材質と同様である。
セパレータ83は、電極82の側面及び平面、並びに集電体81の側面及び平面の露出部分を覆う。セパレータ83は袋状をなし、袋状の内部に集電体81、電極82を収容する。セパレータ83は、シート状の2枚のセパレータの周縁部を接着することで袋状をなす。セパレータ83は、一枚の矩形状のセパレータを長手方向の中央部で折り曲げて端部を合わせることで袋状をなしてもよい。
The
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the
The electrode material 8 includes a rectangular plate-shaped
The
集電体81の周縁の一部からタブ81aが突出している。タブ81aはセパレータ83の周縁の一部から突出しており、セパレータ83に接着層84を介して接着されている。セパレータ83のタブ81aが突出している部分以外の端部同士は接着層84により接着されている。接着層84の材質としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。セパレータがポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の場合、セパレータ同士を熱溶着してもよい。この場合、接着層84はなくてもよい。
電極材8のタブ81aは下側に延び、電極材7,7のタブ71a,71aは下側に延びた後、屈曲して電極材8側に延び、それぞれの端部が重ね合わされた状態で、負極端子4に接合されている。負極端子4は外装体2の周縁の一部から突出しており、負極端子4は外装体2に接着層40を介して接着されている。負極端子4は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。集電体81とタブ81aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
The tab 81a protrudes from a part of the peripheral edge of the
The tab 81a of the electrode material 8 extends downward, and the
本実施の形態においては、正極の電極材5とともに、負極の電極材8も袋化されているので、電極材5,8,5を積層するときの組み立て性が良好である。
なお、セパレータ83を陽イオン交換膜で覆うことにしてもよい。そして、イオン交換膜をセパレータ83と一体化してもよい。この場合、イオン交換膜の平面面積をセパレータ83の平面面積より大きくし、イオン交換膜の端部同士を熱溶着して袋化する。
In the present embodiment, since the electrode material 8 of the negative electrode is also packaged together with the
The
実施の形態3.
実施の形態3に係る電池12は、集電体の構成が異なり、プレドープ用のリチウム供給部材9を有すること以外は、実施の形態1に係る電池1と同様の構成を有する。
図6は、電池12を示す模式的断面図である。図6中、図2と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
正極の電極材5の集電体55は電極52に対向する部分において複数の貫通孔55aを有する。負極の電極材6,7の集電体64,74は電極62,72に対向する部分において複数の貫通孔64a,74aを有する。
The
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the
The
一方の電極材5のタブ55bは上側に延び、他方の電極材5のタブ55bは上側に延びた後、屈曲して一方の電極材5側に延び、端部が重ね合わされた状態で、正極端子3に接合されている。電極材6のタブ64bは下側に延び、電極材7,7のタブ74b,74bは下側に延びた後、屈曲して電極材6側に延び、それぞれの端部が重ね合わされた状態で、負極端子4に接合されている。
電池12においては、電極材7にリチウム供給部材9を隣接させている。リチウム供給部材9は、銅箔又はステンレス箔からなる導電材91と、リチウム箔92と、セパレータ93とを有する。導電材91の周縁の一部から突出した端子91aは、下側に延び、外装体2の周縁の一部から突出しており、端子91aの端部は外装体2に接着層94を介して接着されている。端子91aの端部は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
リチウム箔92と、電極材7の集電体74との間にセパレータ93が介在する。セパレータ93の材質としては、セパレータ73の材質と同様のものを用いることができる。
The
In the
A
本実施の形態によれば、負極の活物質がグラファイト、Si、SiO、Siと炭素との複合物、又はグラファイトとSi若しくはSiOの混合物等からなる場合、リチウム箔92と電極72とを短絡させることによりリチウムのプレドープを容易に行うことができる。リチウム箔92から電子が電極72へ流れるとともに、リチウムイオンが電解液中に放出され、リチウムイオンが、集電体55,64,74の貫通孔55a,64a,74aを通過して拡散し、負極の電極62,72にドープされる。
なお、集電体55,64,74は網目構造を有するものであってもよい。集電体55,64,74が網目構造を有する場合として、エキスパンドメタル及び金網状のものが挙げられる。リチウム供給部材9は再封止時に、取り出してもよい。
According to this embodiment, when the active material of the negative electrode is graphite, Si, SiO, a composite of Si and carbon, or a mixture of graphite and Si or SiO, the
The
実施の形態4.
実施の形態4に係る電池13は、電極材の積層の構成が実施の形態1に係る電池1と異なる。
図7は、電池13を示す模式的断面図である。図7中、図2と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
電池13は、正極の電極材5と、負極の電極材7,7,とを備える。電極材5及び電極材7の構成は実施の形態1に係る電極材5及び電極材7の構成と同様である。
電池13において、図7の左側から順に電極材7、電極材5、電極材7が配置されている。
電極材5のタブ51aは上側に延び、正極端子3に接合されている。正極端子3は外装体2の周縁の一部から突出しており、正極端子3は外装体2に接着層30を介して接着されている。正極端子3は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
一方の電極材7のタブ71aは下側に延び、他方の電極材7のタブ71aは下側に延びた後、屈曲して一方の電極材7側に延び、端部が重ね合わされた状態で、負極端子4に接合されている。負極端子4は外装体2の周縁の一部から突出しており、負極端子4は外装体2に接着層40を介して接着されている。負極端子4は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
以上のように構成された電池13は、正極の電極材5の電極52がイオン交換膜53により覆われているので、電極52と電極72とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制することができる。
The
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the
The
In the
The
The
In the
実施の形態5.
実施の形態5に係る電池16は、負極の電極材11が袋状のイオン交換膜113を有すること以外は、実施の形態1に係る電池1と同様の構成を有する。
図8は、電池16を示す模式的断面図である。図8中、図2と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。電池16においては、正極の電極材14、負極の電極材11、正極の電極材15、電極材11、及び電極材14が、この順に配置されている。
The
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the
負極の電極材11は、集電体111、電極112、イオン交換膜113、及びセパレータ114を有する。
集電体111は矩形板状をなし、両平面に角型平板状の電極112が設けられている。イオン交換膜113は、電極112の側面及び平面、並びに集電体111の側面及び平面の露出部分を覆う。イオン交換膜113は、シート状の2枚のイオン交換膜の周縁部を接着することで袋状をなす。イオン交換膜113は、一枚の矩形状のイオン交換膜を長手方向の中央部で折り曲げて端部を合わせることで袋状をなしてもよい。電極112の外面とイオン交換膜113との間にセパレータ114が介在する。セパレータ114の平面面積は電極112の平面面積より大きく、イオン交換膜113の平面面積より小さい。集電体111、電極112、イオン交換膜113、及びセパレータ114の材質は、集電体61、電極62、イオン交換膜53、及びセパレータ63の材質と同様である。イオン交換膜113とセパレータ114とは一体化されていてもよい。
The
The
正極の電極材14は、矩形板状の集電体141と、集電体141の一平面に設けられた角型平板状の電極142とを備える。
正極の電極材15は、矩形板状の集電体151と、集電体151の両平面に設けられた角型平板状の電極152とを備える。
電極材14,15の部材の材質は、電極材5の部材の材質と同様である。
The
The electrode material 15 for the positive electrode includes a rectangular plate-shaped
The materials of the members of the
集電体111の周縁の一部からタブ111aが突出している。タブ111aはイオン交換膜113の周縁の一部から突出しており、イオン交換膜113に接着層115を介して接着されている。イオン交換膜113のタブ111aが突出している部分以外の端部同士は熱溶着により接着されている。接着層115の材質としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。集電体111とタブ111aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
一方の電極材11のタブ111aは上側に延び、他方の電極材11のタブ111aは上側に延びた後、屈曲して一方の電極材11側に延び、端部が重ね合わされた状態で、負極端子4に接合されている。負極端子4は外装体2の周縁の一部から突出しており、負極端子4は外装体2に接着層40を介して接着されている。負極端子4は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。
電極材14、15の集電体141,151の周縁の一部からタブ141a,151aが突出している。電極材15のタブ151aは下側に延び、電極材14,14のタブ141a,141aは下側に延びた後、屈曲して電極材15側に延び、それぞれの端部が重ね合わされた状態で、正極端子3に接合されている。正極端子3は外装体2の周縁の一部から突出しており、正極端子3は外装体2に接着層30を介して接着されている。正極端子3は、中央部がシーラントに覆われた状態で、外装体2に接着されてもよい。集電体141,151とタブ141a,151aとは一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
The tab 111a protrudes from a part of the peripheral edge of the
The tab 111a of one
Tabs 141a and 151a project from a part of the peripheral edges of the
以上のように構成された電池16は、負極の電極材11の電極112がイオン交換膜113により覆われているので、電極112と電極142、電極112と電極152とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制することができる。
イオン交換膜113の内面にセパレータ114を配置しているので、イオン交換膜113と電極112とが直接接触してイオン交換膜113が分解するのが抑制されている。セパレータ114の平面面積は電極112の平面面積より大きく、イオン交換膜113の平面面積より小さいので、上述の分解を良好に抑制するとともに、イオン交換膜113の端部同士を熱溶着することができる。
In the
Since the
本発明に係る電池は、適宜の数の正極の電極材と、負極の電極材とを組みあわせて積層することができる。正極及び負極の電極材は、集電体の一平面に電極が設けられているものと、集電体の両平面に電極が設けられているものとを組み合わせることができる。複数の正極の電極材と、負極の電極材とを積層して、電池のエネルギー密度を向上させることができる。 The battery according to the present invention can be laminated by combining an appropriate number of positive electrode materials and negative electrode materials. As the electrode material of the positive electrode and the negative electrode, a material in which the electrodes are provided on one plane of the current collector and a material in which the electrodes are provided on both planes of the current collector can be combined. The energy density of the battery can be improved by laminating a plurality of positive electrode materials and negative electrode materials.
以上のように、本発明の一態様に係るリチウム硫黄電池は、平板状の第1集電体、該第1集電体の各平面上に設けられ、同一の極性を有する2つの第1電極、並びに前記第1集電体及び前記第1電極を収容する袋状の陽イオン交換膜を有する第1電極材と、平板状の第2集電体、及び前記陽イオン交換膜を介して前記第1電極に対向する前記第2集電体の平面上に設けられ、前記第1電極とは極性が異なる第2電極を有する第2電極材と備え、前記第1電極及び前記第2電極のうちの一方は硫黄を含む活物質を有する正極であり、他方はリチウムを含む活物質を有する負極である。 As described above, the lithium sulfur battery according to one aspect of the present invention is provided on each plane of the flat plate-shaped first current collector and the first current collector, and has two first electrodes having the same polarity. , And the first electrode material having a bag-shaped cation exchange film accommodating the first current collector and the first electrode, the flat plate-shaped second current collector, and the cation exchange film. A second electrode material provided on a plane of the second current collector facing the first electrode and having a second electrode having a polarity different from that of the first electrode is provided, and the first electrode and the second electrode are provided. One of them is a positive electrode having an active material containing sulfur, and the other is a negative electrode having an active material containing lithium.
上記構成によれば、第1電極材の第1電極がイオン交換膜により覆われているので、正極と負極とが良好に分離され、充放電容量及び充放電効率の低下を抑制することができる。 According to the above configuration, since the first electrode of the first electrode material is covered with the ion exchange membrane, the positive electrode and the negative electrode can be well separated, and the decrease in charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency can be suppressed. ..
上述のリチウム硫黄電池において、前記第2電極材は、前記第2集電体の両平面上に2つの前記第2電極を有し、前記第1電極材と前記第2電極材とが積層されていてもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the second electrode material has two second electrodes on both planes of the second current collector, and the first electrode material and the second electrode material are laminated. May be.
上記構成によれば、複数の正極及び負極を積層して、エネルギー密度を高めることができる。 According to the above configuration, a plurality of positive electrodes and negative electrodes can be laminated to increase the energy density.
上述のリチウム硫黄電池において、前記陽イオン交換膜と、該陽イオン交換膜と隣り合う前記負極との間に多孔質のセパレータを有してもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, a porous separator may be provided between the cation exchange membrane and the negative electrode adjacent to the cation exchange membrane.
上記構成によれば、陽イオン交換膜と負極とが直接接触して、陽イオン交換膜が分解するのが防止される。 According to the above configuration, the cation exchange membrane and the negative electrode are in direct contact with each other to prevent the cation exchange membrane from being decomposed.
上述のリチウム硫黄電池において、前記第2電極は負極であり、前記第2電極材は、前記第2集電体及び前記第2電極を収容する袋状の前記多孔質のセパレータを備えてもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the second electrode is a negative electrode, and the second electrode material may include the second current collector and the bag-shaped porous separator accommodating the second electrode. ..
上記構成によれば、陽イオン交換膜と負極とが直接接触して、陽イオン交換膜が分解するのが良好に防止される。そして、第1電極材と第2電極材とを積層するときの組み立て性が良好である。 According to the above configuration, direct contact between the cation exchange membrane and the negative electrode prevents the cation exchange membrane from decomposing. Further, the assembleability when laminating the first electrode material and the second electrode material is good.
上述のリチウム硫黄電池において、前記セパレータは、合成樹脂製であってもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the separator may be made of synthetic resin.
上記構成によれば、膨張又は収縮するときの柔軟性が良好である。 According to the above configuration, the flexibility when expanding or contracting is good.
上述のリチウム硫黄電池において、前記セパレータの平面面積は、前記陽イオン交換膜の平面面積よりも小さく、前記負極の平面面積よりも大きくてもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the plane area of the separator may be smaller than the plane area of the cation exchange membrane and may be larger than the plane area of the negative electrode.
上記構成によれば、陽イオン交換膜の周縁部を熱溶着により接着することができる。容易に確実に陽イオン交換膜を袋化できる。そして、陽イオン交換膜と負極との接触が良好に防止される。 According to the above configuration, the peripheral edge portion of the cation exchange membrane can be adhered by heat welding. The cation exchange membrane can be easily and surely made into a bag. Then, the contact between the cation exchange membrane and the negative electrode is satisfactorily prevented.
上述のリチウム硫黄電池において、陽イオン交換膜は、フッ素系陽イオン交換膜であってもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the cation exchange membrane may be a fluorine-based cation exchange membrane.
上記構成によれば、物理的、化学的に安定である。 According to the above configuration, it is physically and chemically stable.
上述のリチウム硫黄電池において、前記陽イオン交換膜の端部は熱溶着により封止され、前記陽イオン交換膜の厚みは、5~100μmであってもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the end portion of the cation exchange membrane is sealed by heat welding, and the thickness of the cation exchange membrane may be 5 to 100 μm.
上記構成によれば、陽イオン交換膜の端部同士を熱溶着により容易に接着することができる。 According to the above configuration, the ends of the cation exchange membrane can be easily bonded to each other by heat welding.
上述のリチウム硫黄電池において、前記第1集電体又は前記第2集電体は、複数の貫通孔を有してもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the first current collector or the second current collector may have a plurality of through holes.
上記構成によれば、容易に負極にリチウムのプレドープを行うことができる。 According to the above configuration, the negative electrode can be easily pre-doped with lithium.
上述のリチウム硫黄電池において、前記第1集電体又は前記第2集電体は、網目構造を有してもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, the first current collector or the second current collector may have a network structure.
上記構成によれば、容易に負極にリチウムのプレドープを行うことができる。 According to the above configuration, the negative electrode can be easily pre-doped with lithium.
上述のリチウム硫黄電池において、前記第1電極材は、前記第1集電体の周縁の一部から突出したタブが前記陽イオン交換膜の周縁の一部から突出しており、該タブは前記陽イオン交換膜に接着層を介して接着されてもよい。 In the above-mentioned lithium-sulfur battery, in the first electrode material, a tab protruding from a part of the peripheral edge of the first current collector protrudes from a part of the peripheral edge of the cation exchange membrane, and the tab is the positive. It may be adhered to the ion exchange membrane via an adhesive layer.
陽イオン交換膜とタブとは直接接着することはできない。上記構成によれば、陽イオン交換膜とタブとは接着層により接着される。 The cation exchange membrane and the tab cannot be directly bonded. According to the above configuration, the cation exchange membrane and the tab are adhered by the adhesive layer.
本発明の一態様に係るリチウム硫黄電池の製造方法は、硫黄を含む活物質を有する正極と、リチウムを含む活物質を有する負極とを有するリチウム硫黄電池の製造方法であって、平板状の第1集電体の各平面上に同一の極性を有する2つの第1電極を設け、前記第1電極が設けられた前記第1集電体を陽イオン交換膜により覆い、該陽イオン交換膜の端部を接着して第1電極材を作製し、平板状の第2集電体の平面上に前記第1電極とは極性が異なる第2電極を設けて第2電極材を作製し、前記第1電極材及び前記第2電極材を、前記第1電極と前記第2電極とが対向するように配置し、前記第1電極材及び前記第2電極材を外装体により覆う。 The method for manufacturing a lithium sulfur battery according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing a lithium sulfur battery having a positive electrode having an active material containing sulfur and a negative electrode having an active material containing lithium, and is a flat plate-shaped first. Two first electrodes having the same polarity are provided on each plane of one current collector, and the first current collector provided with the first electrode is covered with a cation exchange film, and the cation exchange film is provided. The first electrode material is manufactured by adhering the ends, and the second electrode material having a polarity different from that of the first electrode is provided on the plane of the flat plate-shaped second current collector to prepare the second electrode material. The first electrode material and the second electrode material are arranged so that the first electrode and the second electrode face each other, and the first electrode material and the second electrode material are covered with an exterior body.
上記構成によれば、粘着剤及びシーラントを用いることなく、イオン交換膜により正極と負極とを良好に分離することができ、良好な充放電容量及び充放電効率を有するリチウム硫黄電池が得られる。 According to the above configuration, a positive electrode and a negative electrode can be satisfactorily separated by an ion exchange membrane without using a pressure-sensitive adhesive and a sealant, and a lithium-sulfur battery having good charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency can be obtained.
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
各電極材の材質、構成、及び個数、電極の極性、並びにイオン交換膜及び外装体の接着方法等も実施の形態1~5において説明した場合に限定されるものではない。
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, an embodiment obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims is also included in the technical scope of the present invention.
The material, configuration, and number of each electrode material, the polarity of the electrodes, the method of adhering the ion exchange membrane and the exterior body, and the like are not limited to the cases described in the first to fifth embodiments.
第1電極材と第2電極材とを積層して電池を構成する場合には限定されない。集電体の平面に間欠的に正極を複数設けて正極の電極材を得、集電体の平面に間欠的に負極を複数設けて負極の電極材を得、2つの電極材間に、各電極材の各電極が対向する状態でイオン交換膜を介在させ、2つの電極材及びイオン交換膜の端部を接着して電極ユニットを得る。この電極ユニットを、電極が一方向に並ぶように、つづら折りに折り畳むことにより、集電体を挟んで2つの正極が対向した状態でイオン交換膜により袋状に覆われる構成にしてもよい。同様に、集電体を挟んで2つの負極が対向した状態でイオン交換膜により袋状に覆われる。電極ユニットをつづら折りに折り畳む代わりに、巻回することにより、上述の構成を得ることにしてもよい。 The case is not limited to the case where the first electrode material and the second electrode material are laminated to form a battery. A plurality of positive electrodes are intermittently provided on the flat surface of the current collector to obtain a positive electrode material, and a plurality of negative electrodes are intermittently provided on the flat surface of the current collector to obtain a negative electrode material. An ion exchange film is interposed in a state where the electrodes of the electrode material face each other, and the two electrode materials and the ends of the ion exchange film are adhered to obtain an electrode unit. By folding the electrode unit in a zigzag manner so that the electrodes are lined up in one direction, the electrode unit may be covered in a bag shape by an ion exchange membrane with the two positive electrodes facing each other across the current collector. Similarly, the two negative electrodes are covered with an ion exchange membrane in a bag shape with the two negative electrodes facing each other across the current collector. Instead of folding the electrode unit in a zigzag manner, the above-mentioned configuration may be obtained by winding the electrode unit.
1、10、12、13、16 リチウム硫黄電池
2 外装体
3 正極端子
4 負極端子
5、6、7、8、11、14,15 電極材
51、55、61、64、71、74、81、111、141、151 集電体
51a、55b、61a、64b、71a、74b、81a、111a、141a、151a タブ
52、62、72、82、112、142、152 電極
53、113 イオン交換膜
54、84、115 接着層
63、73、83、114 セパレータ
1, 10, 12, 13, 16 Lithium-
Claims (12)
該第1集電体の各平面上に設けられ、同一の極性を有する2つの第1電極、並びに
前記第1集電体及び前記第1電極を収容する袋状の陽イオン交換膜
を有する第1電極材と、
平板状の第2集電体、及び
前記陽イオン交換膜を介して前記第1電極に対向する前記第2集電体の平面上に設けられ、前記第1電極とは極性が異なる第2電極
を有する第2電極材と
備え、
前記第1電極及び前記第2電極のうちの一方は硫黄を含む活物質を有する正極であり、他方はリチウムを含む活物質を有する負極であるリチウム硫黄電池。 Flat plate-shaped first current collector,
A second electrode provided on each plane of the first current collector and having the same polarity, and a bag-shaped cation exchange membrane accommodating the first collector and the first electrode. 1 electrode material and
A second electrode provided on the plane of the flat plate-shaped second collector and the second current collector facing the first electrode via the cation exchange membrane and having a polarity different from that of the first electrode. With a second electrode material that has
A lithium-sulfur battery in which one of the first electrode and the second electrode is a positive electrode having an active material containing sulfur, and the other is a negative electrode having an active material containing lithium.
前記第1電極材と前記第2電極材とが積層されている請求項1に記載のリチウム硫黄電池。 The second electrode material has two second electrodes on both planes of the second current collector.
The lithium-sulfur battery according to claim 1, wherein the first electrode material and the second electrode material are laminated.
前記第2電極材は、前記第2集電体及び前記第2電極を収容する袋状の前記多孔質のセパレータを備える請求項3に記載のリチウム硫黄電池。 The second electrode is a negative electrode and has a negative electrode.
The lithium-sulfur battery according to claim 3, wherein the second electrode material includes the second current collector and the bag-shaped porous separator accommodating the second electrode.
前記陽イオン交換膜の厚みは、5~100μmである請求項1から7までのいずれか1項に記載のリチウム硫黄電池。 The end of the cation exchange membrane is sealed by heat welding.
The lithium-sulfur battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the cation exchange membrane has a thickness of 5 to 100 μm.
平板状の第1集電体の各平面上に同一の極性を有する2つの第1電極を設け、
前記第1電極が設けられた前記第1集電体を陽イオン交換膜により覆い、該陽イオン交換膜の端部を接着して第1電極材を作製し、
平板状の第2集電体の平面上に前記第1電極とは極性が異なる第2電極を設けて第2電極材を作製し、
前記第1電極材及び前記第2電極材を、前記第1電極と前記第2電極とが対向するように配置し、
前記第1電極材及び前記第2電極材を外装体により覆うリチウム硫黄電池の製造方法。
A method for manufacturing a lithium-sulfur battery having a positive electrode having an active material containing sulfur and a negative electrode having an active material containing lithium.
Two first electrodes having the same polarity are provided on each plane of the flat plate-shaped first current collector.
The first current collector provided with the first electrode is covered with a cation exchange membrane, and the ends of the cation exchange membrane are adhered to prepare a first electrode material.
A second electrode material having a polarity different from that of the first electrode is provided on a flat surface of a flat plate-shaped second current collector to prepare a second electrode material.
The first electrode material and the second electrode material are arranged so that the first electrode and the second electrode face each other.
A method for manufacturing a lithium-sulfur battery in which the first electrode material and the second electrode material are covered with an exterior body.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018136110A JP6992692B2 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery |
| PCT/JP2019/012033 WO2020017098A1 (en) | 2018-07-19 | 2019-03-22 | Lithium-sulfur battery and method of manufacturing lithium-sulfur battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018136110A JP6992692B2 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020013731A JP2020013731A (en) | 2020-01-23 |
| JP6992692B2 true JP6992692B2 (en) | 2022-01-13 |
Family
ID=69164295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018136110A Expired - Fee Related JP6992692B2 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6992692B2 (en) |
| WO (1) | WO2020017098A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220123279A1 (en) * | 2020-10-15 | 2022-04-21 | GM Global Technology Operations LLC | Self-lithiating battery cells and methods for pre-lithiating the same |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3916841B1 (en) * | 2020-05-29 | 2022-09-14 | VARTA Microbattery GmbH | Lithium ion cell with high specific energy density |
| KR20220163101A (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-09 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Lithium metal electrode and lithium secondary battery comprising the same |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015083314A1 (en) | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 株式会社アルバック | Lithium sulfur secondary battery |
| JP2015531978A (en) | 2012-09-14 | 2015-11-05 | フラウンホーファー・ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ | Alkali metal-chalcogen battery with low self-discharge and high cycle life and high performance |
| WO2017064842A1 (en) | 2015-10-14 | 2017-04-20 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2017535036A (en) | 2014-10-29 | 2017-11-24 | エルジー・ケム・リミテッド | Lithium sulfur battery |
| JP2018518026A (en) | 2015-06-18 | 2018-07-05 | ユニヴァーシティ オブ サザン カリフォルニアUniversity of Southern California | Lithium-ion mixed conductor film improves the performance of lithium-sulfur batteries and other energy storage devices |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015060626A (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 日立マクセル株式会社 | Lithium ion secondary battery |
-
2018
- 2018-07-19 JP JP2018136110A patent/JP6992692B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2019
- 2019-03-22 WO PCT/JP2019/012033 patent/WO2020017098A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015531978A (en) | 2012-09-14 | 2015-11-05 | フラウンホーファー・ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ | Alkali metal-chalcogen battery with low self-discharge and high cycle life and high performance |
| WO2015083314A1 (en) | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 株式会社アルバック | Lithium sulfur secondary battery |
| JP2017535036A (en) | 2014-10-29 | 2017-11-24 | エルジー・ケム・リミテッド | Lithium sulfur battery |
| JP2018518026A (en) | 2015-06-18 | 2018-07-05 | ユニヴァーシティ オブ サザン カリフォルニアUniversity of Southern California | Lithium-ion mixed conductor film improves the performance of lithium-sulfur batteries and other energy storage devices |
| WO2017064842A1 (en) | 2015-10-14 | 2017-04-20 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220123279A1 (en) * | 2020-10-15 | 2022-04-21 | GM Global Technology Operations LLC | Self-lithiating battery cells and methods for pre-lithiating the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020013731A (en) | 2020-01-23 |
| WO2020017098A1 (en) | 2020-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101304104B (en) | Electrochemical device and manufacturing method thereof | |
| JP3964521B2 (en) | Assembled battery | |
| JP6315269B2 (en) | Sealed battery module and manufacturing method thereof | |
| JP2013016375A (en) | Nonaqueous electrolytic cell module | |
| JP4096664B2 (en) | Laminated battery | |
| JP2012069408A (en) | Modularized electrochemical element | |
| JP4670275B2 (en) | Bipolar battery and battery pack | |
| JP6992692B2 (en) | Lithium-sulfur battery and method for manufacturing lithium-sulfur battery | |
| JP4135474B2 (en) | Laminated secondary battery, assembled battery module comprising a plurality of laminated secondary batteries, assembled battery comprising a plurality of assembled battery modules, and an electric vehicle equipped with any of these batteries | |
| CN110383568B (en) | Secondary battery and method for manufacturing secondary battery | |
| JP4182856B2 (en) | Secondary battery, assembled battery, composite assembled battery, vehicle, and manufacturing method of secondary battery | |
| JP4075534B2 (en) | Laminated secondary battery, assembled battery module, assembled battery and electric vehicle equipped with this battery | |
| JP5201557B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery module | |
| JP2004171954A (en) | Laminated secondary battery, assembled battery module including a plurality of laminated secondary batteries, assembled battery including a plurality of assembled battery modules, and electric vehicle equipped with any one of these batteries | |
| JP2004039358A (en) | Laminated battery and vehicle equipped with the same | |
| JP3869668B2 (en) | Electrochemical device and manufacturing method thereof | |
| JP4377475B2 (en) | Thin battery | |
| JP2005166353A (en) | Secondary battery, assembled battery, composite assembled battery, vehicle, and manufacturing method of secondary battery | |
| JP4039197B2 (en) | Laminated battery, module having a plurality of laminated batteries connected thereto, assembled battery having a plurality of connected modules, and vehicle equipped with the assembled battery | |
| JP2005129393A (en) | Secondary battery | |
| EP4425657A1 (en) | Power storage device | |
| JP2013012343A (en) | Pouch type lithium secondary battery | |
| WO2020017099A1 (en) | Lithium-sulfur battery | |
| JP2021061214A (en) | Method for manufacturing laminated battery | |
| JP2020149935A (en) | Battery module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210212 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211122 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6992692 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |