JP5704189B2 - Battery electrode - Google Patents

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Description

本発明は、電池用電極に関する。特に本発明は、充放電や熱衝撃などに伴うバインダからの活物質の剥離を防ぐための改良に関する。   The present invention relates to a battery electrode. In particular, the present invention relates to an improvement for preventing separation of an active material from a binder due to charge / discharge, thermal shock, and the like.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している(例えば、特許文献1を参照)。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through the electrolyte layer and accommodated in a battery case (for example, refer patent document 1).

特開2003−7345号公報JP 2003-7345 A

従来、リチウムイオン二次電池の電極を製造する際には、活物質やバインダなどを含む活物質スラリーを調製し、これを集電体の表面に塗布することによって、活物質層を形成するのが一般的である。   Conventionally, when an electrode of a lithium ion secondary battery is manufactured, an active material layer is formed by preparing an active material slurry containing an active material or a binder and applying the slurry to the surface of a current collector. Is common.

かような手法により作製された電極を備える電池の充放電を行うと、バインダは、活物質層中に活物質を保持するため、活物質の粒径がそれほど小さくない場合には、少量のバインダで安定に活物質を保持でき、均一に充放電反応が進行しうる。   When charging and discharging a battery including an electrode manufactured by such a method, the binder retains the active material in the active material layer. Therefore, when the particle size of the active material is not so small, a small amount of binder is used. Thus, the active material can be stably held, and the charge / discharge reaction can proceed uniformly.

しかしながら、電池に対する高性能化の要求に呼応して、近年、活物質の比表面積を増大させるために、活物質径を小さく(例えば1μm未満)する試みがなされているが、高温での電池の容量を維持することが難しいという課題があった。これは、活物質の粒径が小さい場合、活物質の微粒子のバインダからの脱落がおこり、脱落した微粒子が泳動や対流などによって対極に移動し、抵抗増加や短絡の要因となるためである。   However, in response to the demand for higher performance of batteries, in recent years, attempts have been made to reduce the active material diameter (for example, less than 1 μm) in order to increase the specific surface area of the active material. There was a problem that it was difficult to maintain the capacity. This is because, when the particle size of the active material is small, the fine particles of the active material fall off from the binder, and the dropped fine particles move to the counter electrode due to migration or convection, causing an increase in resistance or a short circuit.

電極の活物質層において、活物質はバインダにより固着されているが、初期状態で固着していても、充放電を繰り返しているうちに徐々に電極構造からの剥離、脱落が起こってくる。このときに、単に電極内で電気的に絶縁された状態になるだけであれば、若干の容量低下ということで、大きな問題はないが、電荷を帯びた粒子であると、電池内を電場によって移動することとなる。この時に正極活物質が負極側に移動する場合、負極表面で還元されて系内のリチウムを消費するために容量低下をもたらし、かつ還元生成物により電極表面の活性を落とす悪影響をもたらす。また、負極活物質が正極側に移動した場合、負極活物質は一般的に導電性を持つために、ある程度の量の脱落があった場合、短絡を起こす可能性がある。   In the active material layer of the electrode, the active material is fixed by the binder, but even if the active material is fixed in the initial state, the electrode structure is gradually peeled off and dropped out while being repeatedly charged and discharged. At this time, if it is merely electrically insulated in the electrode, there is no major problem with a slight decrease in capacity, but if it is a charged particle, the inside of the battery is caused by an electric field. Will move. At this time, when the positive electrode active material moves to the negative electrode side, it is reduced on the negative electrode surface and consumes lithium in the system, resulting in a decrease in capacity and an adverse effect of reducing the activity of the electrode surface by the reduction product. In addition, when the negative electrode active material moves to the positive electrode side, the negative electrode active material generally has conductivity, and thus when there is a certain amount of dropout, a short circuit may occur.

そこで本発明は、高出力条件下において用いられうる電池用電極において、粒径の小さい活物質を電極の活物質層の表面層に保持し、電極構造を強化しうる手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide means for strengthening the electrode structure by holding an active material having a small particle size on the surface layer of the active material layer of the electrode in a battery electrode that can be used under high output conditions. And

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った。そしてその際に、バインダと合わせて粘着材料を用いて活物質を保持し、電極構造を強化することを試みた。その結果、活物質層の表面または全体に粘着材料を用いることで、上記の問題の解決が図られることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. At that time, an attempt was made to strengthen the electrode structure by holding an active material using an adhesive material together with a binder. As a result, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by using an adhesive material on the entire surface of the active material layer, and the present invention has been completed.

すなわち本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層が粘着材料を含むことを特徴とする電池用電極である。   That is, the present invention is a battery electrode having a current collector and an active material layer including an active material formed on a surface of the current collector, wherein the active material layer includes an adhesive material. The battery electrode.

本発明の電池用電極によれば、活物質の粉体が活物質層中に保持されうる。したがって、本発明の電極は、電池の耐久性の向上に寄与しうる。   According to the battery electrode of the present invention, the active material powder can be held in the active material layer. Therefore, the electrode of the present invention can contribute to improvement of battery durability.

本発明の電池用電極の一実施形態(第1実施形態)を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment (1st Embodiment) of the battery electrode of this invention. 本発明の電池用電極の他の実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows other embodiment of the battery electrode of this invention. 第2実施形態のバイポーラ電池の好ましい一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows preferable one Embodiment of the bipolar battery of 2nd Embodiment. 第3実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 3rd Embodiment. 第3実施形態の組電池を搭載する第4実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 4th Embodiment carrying the assembled battery of 3rd Embodiment. バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the lithium ion secondary battery which is not a bipolar type.

以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、下記の形態のみに制限されることはない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態)
(構成)
本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層が粘着材料を含むことを特徴とする電池用電極である。
(First embodiment)
(Constitution)
The present invention is a battery electrode having a current collector and an active material layer including an active material formed on a surface of the current collector, wherein the active material layer includes an adhesive material, It is a battery electrode.

以下、本発明の電池用電極の構造について、図面を参照して説明する。なお、本発明においては、説明の都合上、図面が誇張されており、本発明の技術的範囲は、図面に掲示する形態に限定されない。また、図面以外の実施形態も採用されうる。   Hereinafter, the structure of the battery electrode of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and the technical scope of the present invention is not limited to the forms shown in the drawings. Also, embodiments other than the drawings may be employed.

図1および図2は、本発明の電池用電極の実施形態を示す概略断面図である。図1および図2に示す形態の電池用電極1は、集電体2の一方の面に活物質層3が形成されてなる電極である。なお、後述するように、電池用電極の組成は主に、電極活物質、導電助剤(特に、正極)およびバインダである。   1 and 2 are schematic cross-sectional views showing embodiments of the battery electrode of the present invention. The battery electrode 1 in the form shown in FIGS. 1 and 2 is an electrode in which an active material layer 3 is formed on one surface of a current collector 2. As will be described later, the composition of the battery electrode is mainly an electrode active material, a conductive additive (in particular, a positive electrode), and a binder.

本発明の電池用電極(以下、単に「電極」とも称する)1は、図1および図2に示すように、活物質層3が、粘着材料5を含む点に特徴を有する。   A battery electrode (hereinafter also simply referred to as “electrode”) 1 of the present invention is characterized in that an active material layer 3 includes an adhesive material 5 as shown in FIGS. 1 and 2.

本発明の粘着材料は、活物質層3において、粒子を捕集することを特徴としている。図1に示す形態において、粘着材料5は、活物質層3の最表面に含まれている。活物質層3において活物質4の粒子の移動を妨げ、捕集するためには、少なくとも最表面部分に粘着材料が含まれていればよい。図2は、本発明の電池用電極の他の実施形態を示す概略断面図である。図2に示す実施形態においては、活物質層3の全体に分布するように粘着材料5を含ませることで活物質層3の全体からの活物質4の粒子の剥離、脱落を防ぐ。   The pressure-sensitive adhesive material of the present invention is characterized in that particles are collected in the active material layer 3. In the form shown in FIG. 1, the adhesive material 5 is included on the outermost surface of the active material layer 3. In order to prevent and collect the particles of the active material 4 in the active material layer 3, it is only necessary that at least the outermost surface portion contains an adhesive material. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the battery electrode of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 2, the adhesive material 5 is included so as to be distributed throughout the active material layer 3, thereby preventing the particles of the active material 4 from peeling and dropping from the entire active material layer 3.

本発明の電極においては、粘着材料のみを用いて活物質を保持してもよく、粘着材料をバインダと併用して用いてもよい。電極をより強固な構造にするために、初期の結着力の強いバインダと、剥離、脱落した粒子を捕集する能力のある粘着材料を併用することが好ましい。粘着材料をバインダと併用して用いる場合、バインダのみを用いる場合に比べて、少ない量のバインダで活物質の粒子を保持することができる。   In the electrode of the present invention, the active material may be held using only an adhesive material, or the adhesive material may be used in combination with a binder. In order to make the electrode a stronger structure, it is preferable to use a binder having a strong initial binding force and an adhesive material capable of collecting the separated and dropped particles. When the adhesive material is used in combination with a binder, the particles of the active material can be held with a small amount of binder as compared with the case where only the binder is used.

本発明の電極によれば、活物質層において、従来、比表面積の大きい、ナノサイズの活物質を用いた場合、バインダが活物質の表面を十分に覆って活物質を固定することができず、その結果、活物質の脱落が生じる問題が解決される。   According to the electrode of the present invention, when a nano-size active material having a large specific surface area is conventionally used in the active material layer, the binder cannot sufficiently fix the active material by covering the surface of the active material. As a result, the problem that the active material falls off is solved.

本発明の電池用電極は、例えば、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「バイポーラ電池」とも称する)に採用されうる。その他の電池に採用されても、勿論よい。   The battery electrode of the present invention can be employed in, for example, a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “bipolar battery”). Of course, it may be adopted for other batteries.

以下、リチウムイオン二次電池に採用される場合を例に挙げて、本発明の電池用電極の構成について説明する。本発明の電池用電極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層が粘着材料を含むことを特徴とする電池用電極である。集電体、活物質、バインダ、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー、その他必要に応じて添加される化合物の選択について、特に制限はない。使用用途に応じて、従来公知の知見を適宜参照することにより、選択すればよい。また、本発明の電池用電極は、正極および負極の双方に適用可能であるが、例えば正極に適用する場合には、集電体および活物質として、正極用の集電体および正極活物質として作用することが知られている化合物を採用すればよい。   Hereinafter, the configuration of the battery electrode of the present invention will be described by taking as an example a case where it is employed in a lithium ion secondary battery. The battery electrode of the present invention is a battery electrode having a current collector and an active material layer containing an active material formed on a surface of the current collector, wherein the active material layer includes an adhesive material. This is an electrode for a battery. There is no particular limitation on the selection of the current collector, active material, binder, supporting salt (lithium salt), ion-conducting polymer, and other compounds added as necessary. Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge. The battery electrode of the present invention can be applied to both the positive electrode and the negative electrode. For example, when applied to the positive electrode, the current collector and the active material are used as the current collector and the positive electrode active material for the positive electrode. A compound known to act may be employed.

[集電体]
集電体2は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μm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。
[Current collector]
The current collector 2 is made of a conductive material such as an aluminum foil, a nickel foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 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.

[活物質層]
集電体2上には、活物質層3が形成される。活物質層3は、充放電反応の中心を担う集電体の表面に形成された活物質を含む層である。本発明の電極が正極として用いられる場合、活物質層は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合、活物質層は負極活物質を含む。
[Active material layer]
An active material layer 3 is formed on the current collector 2. The active material layer 3 is a layer containing an active material formed on the surface of the current collector that plays a central role in the charge / discharge reaction. When the electrode of the present invention is used as a positive electrode, the active material layer contains a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode, the active material layer contains a negative electrode active material.

正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、LiMn24などのLi−Mn系複合酸化物やLiNiO2などのLi−Ni系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。 As the positive electrode active material, a lithium-transition metal composite oxide is preferable, and examples thereof include a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4 and a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2 . In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料、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、ハードカーボン等が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。   As the negative electrode active material, the above lithium transition metal-composite oxide or carbon is preferable. Examples of carbon include graphite-based carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.

活物質の形状は、特に制限されず、粒子状、板状、繊維状、不定形状をとりうるが、好ましくは粒子状である。粒子状の活物質を用いる場合、活物質層からの脱落が起こりやすく、粘着材料を含むことで活物質の脱落を防ぐ本発明の効果が顕著に発揮される。   The shape of the active material is not particularly limited, and may be particulate, plate-like, fibrous, or indefinite, but is preferably particulate. When the particulate active material is used, the active material layer easily falls off, and the effect of the present invention that prevents the active material from falling off is significantly exhibited by including an adhesive material.

粒子状の活物質を用いる場合、活物質の平均粒子径は特に制限されない。ただし、この平均粒子径が小さくなればなるほど、活物質層からの脱落が起こりやすくなる。したがって、活物質の平均粒子径が小さいほど、本発明の作用効果は顕著に発揮されうる。かような観点から、活物質の平均粒子径は、好ましくは10μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、特に好ましくは1μm以下である。ただし、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、本願において活物質の平均粒子径は、レーザ回折散乱法により測定された値を採用するものとする。   When using a particulate active material, the average particle diameter of the active material is not particularly limited. However, the smaller the average particle diameter, the easier it is to drop out of the active material layer. Therefore, the smaller the average particle diameter of the active material, the more the effects of the present invention can be exhibited. From such a viewpoint, the average particle diameter of the active material is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. However, forms outside these ranges can also be employed. In the present application, the average particle diameter of the active material is a value measured by a laser diffraction scattering method.

活物質層3には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layer 3 may contain other materials if necessary. For example, a binder, a conductive additive, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder.

粘着材料とは、接着材料の一種で、特徴として水、溶剤、熱などを使用せず、常温で短時間、わずかな圧力を加えるだけで接着する材料である。粘着材料としては、電解液に膨潤し、イオン透過性のある材料を用いることが好ましい。例えば、粘着材料としては、ポリエチレンオキシド構造をもつポリマー、またはシリコーン系粘着材料が用いられうる。特に、シリコーン系の粘着材料は、化学的な安定性が高く、充放電に対しても十分な安定性があり、粘着性が高い。例えば、ポリエチレンオキシド構造をもつポリマーとしては、分子量50,000〜10,000,000のポリアルキレンオキシドが挙げられる。特に、分子量100,000〜5,000,000のポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシドのホウ酸エステル化合物などが好ましい。シリコーン系の粘着材料としては、例えば、メチル系、フェニル系があり、分子量50,000〜5,000,000のポリジメチルシロキサンが挙げられる。なお、前記分子量は、液体クロマトグラフィ法により測定した重量平均分子量の値を採用するものとする。   The pressure-sensitive adhesive material is a kind of adhesive material, and is a material that does not use water, solvent, heat, or the like, and adheres by applying a slight pressure at room temperature for a short time. As the adhesive material, it is preferable to use a material that swells in the electrolyte and has ion permeability. For example, as the adhesive material, a polymer having a polyethylene oxide structure or a silicone-based adhesive material can be used. In particular, the silicone-based adhesive material has high chemical stability, sufficient stability against charge / discharge, and high adhesiveness. For example, the polymer having a polyethylene oxide structure includes polyalkylene oxide having a molecular weight of 50,000 to 10,000,000. In particular, polyethylene oxide having a molecular weight of 100,000 to 5,000,000, a boric acid ester compound of polyethylene oxide, and the like are preferable. Examples of the silicone-based pressure-sensitive adhesive material include methyl-based and phenyl-based materials, and include polydimethylsiloxane having a molecular weight of 50,000 to 5,000,000. In addition, the value of the weight average molecular weight measured by the liquid chromatography method shall be employ | adopted for the said molecular weight.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF)等の種々の炭素繊維などが挙げられる。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon powder such as graphite and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF).

支持塩(リチウム塩)としては、Li(C25SO22N(LiBETI)、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等が挙げられる。 Examples of the supporting salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (LiBETI), LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , and LiCF 3 SO 3 .

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。このポリマーは、本発明の電極が採用される電池の電解質層において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。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. This polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the electrolyte layer of the battery in which the electrode of the present invention is employed, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマー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)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the 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, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

活物質層3に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layer 3 is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

(製造方法)
本発明の電極は、例えば、活物質および粘着材料を有機溶媒に添加して活物質スラリーを調製し、当該活物質スラリーを集電体の表面に塗布して、塗膜を形成することにより、製造されうる。かような方法によれば、図2に示すような電極が作製されうる。以下、かような製造方法を工程順に詳細に説明する。
(Production method)
The electrode of the present invention is prepared by, for example, preparing an active material slurry by adding an active material and an adhesive material to an organic solvent, applying the active material slurry to the surface of a current collector, and forming a coating film. Can be manufactured. According to such a method, an electrode as shown in FIG. 2 can be produced. Hereinafter, such a manufacturing method will be described in detail in the order of steps.

本工程においては、所望の正極活物質、および必要に応じて他の成分(例えば、バインダ、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー、重合開始剤など)および結着材料を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、正極を作製するにはスラリー中に正極活物質を添加し、負極を作製するにはスラリー中に負極活物質を添加すべきであることは当然である。   In this step, a desired positive electrode active material, and other components (for example, a binder, a conductive auxiliary agent, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, a polymerization initiator, etc.) and a binder as necessary. Mix in a solvent to prepare an active material slurry. The specific form of each component blended in the active material slurry is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here. In addition, it is natural that a positive electrode active material should be added to the slurry to produce the positive electrode, and a negative electrode active material should be added to the slurry to produce the negative electrode.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、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などが用いられうる。バインダ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 kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

続いて、活物質層3を形成するための集電体2を準備する。本工程において準備する集電体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   Subsequently, a current collector 2 for forming the active material layer 3 is prepared. Since the specific form of the current collector prepared in this step is as described in the section of the electrode configuration of the present invention, detailed description thereof is omitted here.

続いて、上記で調製した活物質スラリーを、上記で準備した集電体2の表面に塗布し、塗膜を形成する。その後、乾燥処理を施す。これにより、塗膜中の溶媒が除去され、活物質層となるべき塗膜が形成される。形成される塗膜の厚さは特に制限されないが、通常は10〜100μm程度である。   Subsequently, the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector 2 prepared above to form a coating film. Thereafter, a drying process is performed. Thereby, the solvent in a coating film is removed and the coating film which should become an active material layer is formed. Although the thickness of the coating film to be formed is not particularly limited, it is usually about 10 to 100 μm.

活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されない。例えば、コーターなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。   The application means for applying the active material slurry is not particularly limited. For example, a commonly used means such as a coater can be adopted.

続いて、図1に示す形態の電極の製造方法について、説明する。図1に示す電極は、粘着材料を含まない活物質スラリーを集電体に塗布した後に、粘着材料を塗布し、最終的に塗膜全体をプレスすることにより、製造可能である。   Then, the manufacturing method of the electrode of the form shown in FIG. 1 is demonstrated. The electrode shown in FIG. 1 can be manufactured by applying an active material slurry not containing an adhesive material to a current collector, applying the adhesive material, and finally pressing the entire coating film.

したがって、活物質スラリー調製工程については、活物質スラリーに粘着材料を含まないことを除いては、上記と同様であるため、ここでは説明を省略する。   Therefore, the active material slurry preparation step is the same as described above except that the active material slurry does not contain an adhesive material, and thus the description thereof is omitted here.

図2の電極の上述した製造方法では、粘着材料を混合して調製した活物質スラリーを集電体に均一に塗布している。これに対し、図1の電極を製造する際には、粘着材料を含まない活物質スラリーを、一般的なコーターにより集電体に塗布して均一な塗膜を形成した後に、粘着材料をさらに溶媒に溶解させてコーターで塗布するか、溶媒に溶解させずに基材シートに塗布し、電極に押し当て、基材シートを剥離させて転写して作製できる。   In the above-described manufacturing method of the electrode of FIG. 2, the active material slurry prepared by mixing the adhesive material is uniformly applied to the current collector. On the other hand, when the electrode of FIG. 1 is manufactured, an active material slurry not containing an adhesive material is applied to a current collector by a general coater to form a uniform coating film, and then the adhesive material is further added. It can be prepared by dissolving in a solvent and applying with a coater, or applying to a substrate sheet without dissolving in the solvent, pressing against the electrode, peeling off the substrate sheet and transferring.

粘着材料を溶解させる溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒は、活物質スラリーの作製に用いられる溶媒と同じものであっても異なっていてもよい。粘着材料を溶解させる溶媒としては、例えば、粘着材料としてポリエチレンオキシド構造を持つポリマーを用いる場合には、アセトニトリルなどが、シリコーン系粘着材料を用いる場合には、トルエンなどが用いられうる。   The type of solvent and the mixing means for dissolving the adhesive material are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to. The solvent may be the same as or different from the solvent used for preparing the active material slurry. As a solvent for dissolving the adhesive material, for example, acetonitrile or the like can be used when a polymer having a polyethylene oxide structure is used as the adhesive material, and toluene or the like can be used when a silicone adhesive material is used.

形成される粘着材料の膜の厚さは、特に制限されないが、通常は0.1〜30μm程度である。この際、粘着材料の塗布は、粘着材料を含まない活物質スラリーの塗布により形成された塗膜を乾燥させた後に行うとよい。   Although the thickness of the film | membrane of the adhesive material formed is not restrict | limited in particular, Usually, it is about 0.1-30 micrometers. At this time, the adhesive material may be applied after the coating film formed by applying the active material slurry not containing the adhesive material is dried.

上述したような手法によれば、図1および図2に示すような電極が形成されうる。   According to the method described above, the electrodes as shown in FIGS. 1 and 2 can be formed.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の電池用電極を用いて、電池を構成する。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, a battery is comprised using the battery electrode of said 1st Embodiment.

すなわち、本発明の第2実施形態は、正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が本発明の電極である、電池である。本発明の電極は、正極、負極、バイポーラ電極のいずれにも適用されうる。本発明の電極を、少なくとも1つの電極として含む電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、電池を構成する電極の全てが本発明の電極である。かような構成を採用することにより、電池の耐久性を効果的に向上させうる。   That is, the second embodiment of the present invention is a battery having at least one single cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the present invention. It is a battery which is an electrode. The electrode of the present invention can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode. A battery including the electrode of the present invention as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the durability of the battery can be effectively improved.

本発明の電池は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、「バイポーラ電池」とも称する)でありうる。図3は、バイポーラ電池である、本発明の電池を示す断面図である。以下、図3に示すバイポーラ電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。   The battery of the present invention may be a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”). FIG. 3 is a cross-sectional view showing a battery of the present invention which is a bipolar battery. Hereinafter, although the bipolar battery shown in FIG. 3 will be described in detail as an example, the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図3に示す本実施形態のバイポーラ電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。   The bipolar battery 10 of this embodiment shown in FIG. 3 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior.

図3に示すように、本実施形態のバイポーラ電池10の電池要素21は、正極活物質層13と、負極活物質層15とが集電体11のそれぞれの面に形成されたバイポーラ電極を複数個有する。各バイポーラ電極は、電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層13と前記一のバイポーラ電極に隣接する他のバイポーラ電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各バイポーラ電極および電解質層17が積層されている。   As shown in FIG. 3, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of this embodiment includes a plurality of bipolar electrodes in which a positive electrode active material layer 13 and a negative electrode active material layer 15 are formed on each surface of a current collector 11. Have one. Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar electrode and electrolyte layer are arranged such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. 17 are stacked.

そして、隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、バイポーラ電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周には、隣接する集電体11間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、11b)には、片面のみに、正極活物質層13(正極側最外層集電体11a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11b)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are laminated. In addition, an insulating layer 31 for insulating adjacent current collectors 11 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 11b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 13 (positive electrode side outermost layer current collector 11a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (negative electrode side outermost layer current collector 11b) is formed.

さらに、図3に示すバイポーラ電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極タブ25とされ、外装であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bが延長されて負極タブ27とされ、同様にラミネートシート29から導出している。   Further, in the bipolar battery 10 shown in FIG. 3, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to form a positive electrode tab 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 b is extended to form a negative electrode tab 27, which is similarly derived from the laminate sheet 29.

以下、本実施形態のバイポーラ電池10を構成する部材について簡単に説明する。ただし、電極を構成する成分については上記で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明の技術的範囲が下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, members constituting the bipolar battery 10 of the present embodiment will be briefly described. However, since the components constituting the electrode are as described above, the description thereof is omitted here. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms, and conventionally known forms can be similarly adopted.

[電解質層]
電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
[Electrolyte layer]
A liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte constituting the electrolyte layer 17.

液体電解質は、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。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、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、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、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)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

なお、電解質層17が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層17にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In the case where the electrolyte layer 17 is composed of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer 17. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、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、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層17が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。   The intrinsic 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 that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer 17 is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

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は、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、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。   The matrix polymer of the gel electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

[絶縁層]
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起きたりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
[Insulation layer]
In the bipolar battery 10, an insulating layer 31 is usually provided around each unit cell layer 19. The insulating layer 31 is provided for the purpose of preventing the adjacent current collectors 11 in the battery from contacting each other and short-circuiting due to a slight unevenness at the end of the battery cell layer 19 in the battery element 21. It is done. The installation of such an insulating layer 31 ensures long-term reliability and safety, and can provide a high-quality bipolar battery 10.

絶縁層31としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating layer 31 only needs to have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance under battery operating temperature, etc. Urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, urethane resins and epoxy resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming properties), economy, and the like.

[タブ]
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装であるラミネートシート29の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、ラミネートシート29の外部に取り出される。
[tab]
In the bipolar battery 10, the tab (positive electrode tab 25 and negative electrode tab 27) electrically connected to the outermost layer current collector (11a, 11b) is used for taking out the current outside the battery. Take out to the outside. Specifically, the positive electrode tab 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11 a and the negative electrode tab 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11 b are formed on the laminate sheet 29. Take out to the outside.

タブ(正極タブ25および負極タブ27)の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池用のタブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極タブ25と負極タブ27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。なお、本実施形態のように、最外層集電体(11a、11b)を延長することによりタブ(25、27)としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。   The material of the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a tab for a bipolar battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. Note that the same material may be used for the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27, or different materials may be used. As in the present embodiment, the outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form tabs (25, 27), or a separately prepared tab may be connected to the outermost layer current collector. Good.

[外装]
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、好ましくはラミネートシート29などの外装内に収容される。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the bipolar battery 10, the battery element 21 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 29 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

本実施形態のバイポーラ電池10によれば、本発明の電極が集電体11の両面に形成されてなるバイポーラ電極が採用されている。このため、本実施形態のバイポーラ電池は出力特性に優れる。   According to the bipolar battery 10 of the present embodiment, a bipolar electrode in which the electrode of the present invention is formed on both surfaces of the current collector 11 is employed. For this reason, the bipolar battery of this embodiment is excellent in output characteristics.

ここで、上述したような本発明の作用効果は、高出力条件下において用いられる二次電池において特に顕著に発現しうる。したがって、本発明の二次電池は、高出力条件下において用いられることが好ましい。具体的には、本発明の二次電池は、好ましくは20C以上、より好ましくは50C以上、さらに好ましくは100C以上の出力を必要とする条件下において用いられる。   Here, the operational effects of the present invention as described above can be particularly remarkably exhibited in a secondary battery used under high output conditions. Therefore, the secondary battery of the present invention is preferably used under high output conditions. Specifically, the secondary battery of the present invention is used under conditions that require an output of preferably 20 C or higher, more preferably 50 C or higher, and even more preferably 100 C or higher.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a plurality of the bipolar batteries of the second embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.

図4は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図4に示すように、組電池40は、上記の第2実施形態のバイポーラ電池が複数個接続されることにより構成される。具体的には、各バイポーラ電池10の正極タブ25および負極タブ27がバスバーを用いて接続されることにより、各バイポーラ電池10が接続されている。組電池40の一の側面には、組電池40全体の電極として、電極ターミナル(42、43)が設けられている。   As shown in FIG. 4, the assembled battery 40 is configured by connecting a plurality of the bipolar batteries of the second embodiment. Specifically, each bipolar battery 10 is connected by connecting the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 of each bipolar battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 40, electrode terminals (42, 43) are provided as electrodes of the entire assembled battery 40.

組電池40を構成する複数個のバイポーラ電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池40の長期信頼性が向上しうる。   The connection method when connecting the plurality of bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 40 can be improved.

本実施形態の組電池40によれば、組電池40を構成する個々のバイポーラ電池10が出力特性に優れることから、出力特性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 40 of the present embodiment, each bipolar battery 10 constituting the assembled battery 40 is excellent in output characteristics, and therefore, an assembled battery excellent in output characteristics can be provided.

なお、組電池40を構成するバイポーラ電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The connection of the bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be all connected in parallel, all may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection may be used. Also good.

(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池10、または第3実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載している輸送機関を構成する。バイポーラ電池10または組電池40をモータ用電源として用いる輸送機関としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車のほか、列車、二輪車、船舶、航空機などが挙げられる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a transportation system is provided in which the bipolar battery 10 of the second embodiment or the assembled battery 40 of the third embodiment is mounted as a motor driving power source. As a transportation system using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle that does not use gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, a wheel motor is used. In addition to cars driven by, trains, motorcycles, ships, aircraft and the like.

参考までに、図5に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池40を搭載する自動車50は出力特性に優れ、長期間にわたって使用した後であっても充分な出力を提供しうる。   For reference, FIG. 5 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 50 equipped with the assembled battery 40 has excellent output characteristics and can provide sufficient output even after being used for a long period of time.

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。例えば、以上の説明ではバイポーラ型のリチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)を例に挙げて説明したが、本発明の電池の技術的範囲がバイポーラ電池のみに制限されることはなく、例えば、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池であってもよい。参考までに、図6に、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池60の概要を示す断面図を示す。なお、図6に示すリチウムイオン二次電池60においては、負極活物質層15が正極活物質層13よりも一回り小さいが、かような形態のみには制限されない。正極活物質層13と同じかまたは一回り大きい負極活物質層15もまた、用いられうる。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. . For example, in the above description, a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been described as an example. However, the technical scope of the battery of the present invention is not limited to a bipolar battery. A non-type lithium ion secondary battery may be used. For reference, FIG. 6 is a cross-sectional view showing an outline of a lithium ion secondary battery 60 that is not bipolar. In the lithium ion secondary battery 60 shown in FIG. 6, the negative electrode active material layer 15 is slightly smaller than the positive electrode active material layer 13, but is not limited to such a form. A negative electrode active material layer 15 that is the same as or slightly larger than the positive electrode active material layer 13 may also be used.

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に示す形態のみに制限されるわけではない。なお、粘着材料の重量平均分子量は、以下の方法により測定した。   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 to only the forms shown in the following examples. The weight average molecular weight of the adhesive material was measured by the following method.

装置としては液体クロマトグラフィの一種であるゲル浸透クロマトグラフィ法を用いた。多孔質のスチレンジビニルベンゼン共重合体カラムを用い、溶媒としてアセトニトリル、試料10mgの混合物を通じ測定を行なった。   As the apparatus, a gel permeation chromatography method, which is a kind of liquid chromatography, was used. A porous styrene divinylbenzene copolymer column was used, and measurement was performed through a mixture of acetonitrile and a sample of 10 mg as a solvent.

参考例1>
<正極の作製>
正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCo24)(平均粒子径:10μm)(85質量部)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
< Reference Example 1>
<Preparation of positive electrode>
Lithium cobaltate (LiCo 2 O 4 ) (average particle size: 10 μm) (85 parts by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder (5 parts by mass) was mixed, and then an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent was added to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、正極用の集電体として、アルミニウム箔(厚さ:20μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した正極活物質スラリーをドクターブレード法により塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜をプレスして、20μm厚の活物質層を有する正極を作製した。   On the other hand, an aluminum foil (thickness: 20 μm) was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode active material slurry prepared above was applied to one surface of the prepared current collector by a doctor blade method to form a coating film. Subsequently, this coating film was pressed to produce a positive electrode having an active material layer having a thickness of 20 μm.

<負極の作製>
負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:9μm)(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。
<Production of negative electrode>
Hard carbon (average particle size: 9 μm) (90 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 parts by mass) as a binder are mixed, and then N-methyl- as a slurry viscosity adjusting solvent. An appropriate amount of 2-pyrrolidone (NMP) was added to prepare a negative electrode active material slurry.

一方、負極用の集電体として、銅箔(厚さ:20μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した負極活物質スラリーをドクターブレード法により塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜をプレスして、30μm厚の活物質層を有する負極を作製した。   On the other hand, a copper foil (thickness: 20 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry prepared above was applied to one surface of the prepared current collector by the doctor blade method to form a coating film. Next, this coating film was pressed to produce a negative electrode having an active material layer having a thickness of 30 μm.

さらに、正極、負極には、それぞれ、粘着材料として、重量平均分子量約3,000,000のポリエチレンオキシド15gをアセトニトリル85gに溶解させたものを、電極上にキャストして真空乾燥することにより、活物質層表面にポリエチレンオキシドを含ませた。   Furthermore, for the positive electrode and the negative electrode, an adhesive material in which 15 g of polyethylene oxide having a weight average molecular weight of about 3,000,000 was dissolved in 85 g of acetonitrile was cast on an electrode and vacuum-dried. Polyethylene oxide was included on the surface of the material layer.

参考例2>
粘着材料として、ポリエチレンオキシドに代えて、重量平均分子量約500,000のポリジメチレンシロキサン15gを用いたこと以外は、上記の参考例1と同様の手法により、各電極を作製した。
< Reference Example 2>
Each electrode was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that 15 g of polydimethylenesiloxane having a weight average molecular weight of about 500,000 was used as the adhesive material instead of polyethylene oxide.

参考例3>
参考例1のポリエチレンオキシドを溶媒に溶解させずに、基材シートに塗布し、正極、負極に押し当て、基材シートを剥離させることで、活物質層の表面層にポリエチレンオキシドを転写したこと以外は、上記の参考例1と同様の手法により、各電極を作製した。
< Reference Example 3>
The polyethylene oxide of Reference Example 1 was applied to the base material sheet without being dissolved in the solvent, pressed against the positive electrode and the negative electrode, and the base material sheet was peeled off to transfer the polyethylene oxide to the surface layer of the active material layer. Except for the above, each electrode was produced in the same manner as in Reference Example 1 above.

<実施例4>
正極活物質の平均粒子径を0.8μm、負極活物質の平均粒子径を0.8μmとしたこと以外は、上記の参考例1と同様の手法により、各電極を作製した。
<Example 4>
Each electrode was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the average particle diameter of the positive electrode active material was 0.8 μm and the average particle diameter of the negative electrode active material was 0.8 μm.

<比較例1>
ポリエチレンオキシドを含ませずにセルを作製したこと以外は、上記の参考例1と同様の手法により、各電極を作製した。
<Comparative Example 1>
Each electrode was produced by the same method as in Reference Example 1 except that the cell was produced without including polyethylene oxide.

<比較例2>
ポリエチレンオキシドを含ませずにセルを作製したこと以外は、上記の実施例4と同様の手法により、各電極を作製した。
<Comparative Example 2>
Each electrode was produced by the same method as in Example 4 except that the cell was produced without including polyethylene oxide.

<試験用セルの作製>
試験用セルの正極および負極として用いるために、上記の各実施例および各比較例、参考例で作製した正極および負極を、ポンチを用いてそれぞれ68mm角および70mm角に打ち抜いた。
<Production of test cell>
In order to use as a positive electrode and a negative electrode of a test cell, the positive electrode and the negative electrode prepared in each of the above Examples , Comparative Examples , and Reference Example were punched into 68 mm square and 70 mm square using punches, respectively.

さらに、セパレータとして平均口径3μmのアラミド不織布を75mm角に打ち抜いたもの(厚さ:20μm)を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiPF6を1Mの濃度に溶解させたものを準備した。 Furthermore, a separator (thickness: 20 μm) prepared by punching an aramid nonwoven fabric having an average diameter of 3 μm into a 75 mm square was prepared. Further, as an electrolytic solution was prepared that the LiPF 6 is equal volume mixture of lithium salt of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) was dissolved in a concentration of 1M.

上記で得られた負極、セパレータ、および正極をこの順に積層し、セパレータに電解液を注入した。次いで、負極および正極にそれぞれ電流取り出し用端子(正極にはアルミニウム端子、負極にはニッケル端子)を接続し、電流取り出し用端子が外部に露出するように電池要素をアルミニウム製のラミネートフィルム中に入れ、真空に封止して、試験用セルを作製した。   The negative electrode, separator, and positive electrode obtained above were laminated in this order, and the electrolyte was injected into the separator. Next, a current extraction terminal (aluminum terminal for the positive electrode and a nickel terminal for the negative electrode) is connected to the negative electrode and the positive electrode, respectively, and the battery element is placed in an aluminum laminate film so that the current extraction terminal is exposed to the outside. The test cell was produced by sealing in a vacuum.

<試験用セルの電池特性の評価>
上記の各実施例および比較例、参考例について、それぞれ10個ずつ同一の試験用セルを作製し、それぞれの試験用セルに対して、7.5mAで4.2Vまで充電後、2.5Vまで放電を行い、一旦外装に穴をあけ真空シールを行った。その後、15mAで2.5Vから4.2Vで充放電を行い、100サイクル後の容量維持率および短絡率を測定した。
<Evaluation of battery characteristics of test cell>
For each of the above examples , comparative examples , and reference examples , 10 identical test cells were prepared, and each test cell was charged to 4.2 V at 7.5 mA and then to 2.5 V. After discharging, a hole was once formed in the exterior and vacuum sealing was performed. Thereafter, charging / discharging was performed from 2.5 V to 4.2 V at 15 mA, and the capacity retention rate and short-circuit rate after 100 cycles were measured.

以上の各測定値について得られた結果を、それぞれ10個の試験用セルの平均値として、下記の表1に示す。   The results obtained for each of the above measured values are shown in Table 1 below as average values of 10 test cells.

各実施例と比較例、参考例との比較から、電極の活物質層に粘着材料を含ませることにより、充放電を繰り返した後の容量が維持され、短絡率が低い値に抑えられうる。この効果は、主に粘着材料を用いることによって、活物質が活物質層中に安定に維持されたためと推測される。さらに、実施例4と比較例との比較から、本発明の効果は、活物質の平均粒径が1μm以下の場合に顕著である。活物質の平均粒径が小さい場合、相対的に表面積が大きくなるため、少量のバインダでは十分に活物質を固定できなくなるためと考えられる。
From the comparison between each example, the comparative example , and the reference example , by including an adhesive material in the active material layer of the electrode, the capacity after repeated charge and discharge can be maintained, and the short circuit rate can be suppressed to a low value. This effect is presumed to be because the active material was stably maintained in the active material layer mainly by using the adhesive material. Furthermore, from the comparison between Example 4 and Comparative Example 2 , the effect of the present invention is remarkable when the average particle size of the active material is 1 μm or less. When the average particle size of the active material is small, the surface area becomes relatively large, and thus it is considered that the active material cannot be sufficiently fixed with a small amount of binder.

このように、本発明の電極は、従来、特に平均粒径が1μm以下の場合、バインダだけでは安定に固定することが困難であった電極活物質を活物質層に保持し、その結果、電池の容量維持、および短絡の減少に有効に寄与しうる。   As described above, the electrode of the present invention retains the electrode active material in the active material layer, which has been difficult to fix stably with a binder alone, particularly when the average particle size is 1 μm or less. It is possible to effectively contribute to maintaining the capacity of the battery and reducing short circuits.

1 電極、
2 集電体、
3 活物質層、
4 活物質、
5 粘着材料、
10 バイポーラ電池、
11 集電体、
11a、11b 最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車、
60 バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池、
1 electrode,
2 current collector,
3 active material layer,
4 active materials,
5 Adhesive materials,
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
11a, 11b outermost layer current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
33 positive electrode current collector,
35 negative electrode current collector,
40 battery packs,
42, 43 electrode terminals,
50 cars,
60 Lithium ion secondary battery that is not bipolar,

Claims (4)

集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層が粘着材料を含み、
前記粘着材料がポリエチレンオキシド構造をもつポリマーのみからなり
前記活物質の平均粒径が1μm以下であり、
前記活物質層の少なくとも最表面に前記粘着材料が含まれることを特徴とする電池用電極。
A battery electrode having a current collector and an active material layer including an active material formed on a surface of the current collector, wherein the active material layer includes an adhesive material;
The adhesive material consists only of a polymer having a polyethylene oxide structure,
The active material has an average particle size of 1 μm or less,
The battery electrode, wherein the adhesive material is contained at least on the outermost surface of the active material layer.
前記活物質層がバインダをさらに含み、前記バインダがポリフッ化ビニリデン(PVdF)または合成ゴム系バインダである、請求項1に記載の電池用電極。   The battery electrode according to claim 1, wherein the active material layer further includes a binder, and the binder is polyvinylidene fluoride (PVdF) or a synthetic rubber binder. 正極である、請求項1または2に記載の電池用電極。   The battery electrode according to claim 1, wherein the battery electrode is a positive electrode. 正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池用電極である二次電池。   The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the battery has at least one single battery layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is a battery. Battery that is an electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022240211A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 삼성에스디아이 주식회사 Electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62222569A (en) * 1986-03-20 1987-09-30 Hitachi Maxell Ltd Lithium battery
US5919587A (en) * 1996-05-22 1999-07-06 Moltech Corporation Composite cathodes, electrochemical cells comprising novel composite cathodes, and processes for fabricating same
FR2766970B1 (en) * 1997-08-04 1999-09-24 Alsthom Cge Alcatel POLYMER BINDER FOR ELECTRODE, MANUFACTURING METHOD AND ELECTROCHEMICAL SYSTEM COMPRISING SAME
WO1999026306A1 (en) * 1997-11-19 1999-05-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Lithium ion secondary battery and manufacture thereof
JP4559587B2 (en) * 2000-05-08 2010-10-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Solid lithium polymer battery
JP4492177B2 (en) * 2004-03-29 2010-06-30 日油株式会社 Electrode for polymer electrolyte secondary battery and polymer electrolyte secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022240211A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-17 삼성에스디아이 주식회사 Electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same

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