JP2003257496A - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP2003257496A
JP2003257496A JP2002283568A JP2002283568A JP2003257496A JP 2003257496 A JP2003257496 A JP 2003257496A JP 2002283568 A JP2002283568 A JP 2002283568A JP 2002283568 A JP2002283568 A JP 2002283568A JP 2003257496 A JP2003257496 A JP 2003257496A
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secondary battery
lithium secondary
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剛 飯島
Atsushi Sano
篤史 佐野
Satoru Maruyama
哲 丸山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery having superior self-safety function even in trouble without sacrificing battery characteristics. <P>SOLUTION: The lithium secondary battery comprises positive electrodes 3a, 3b, negative electrodes 2a, 2b, an electrolytic solution and a separator. A back-coat layer 11 is formed on the outermost-layer electrode of an electrode structure with the positive electrodes 3a, 3b and the negative electrodes 2a, 2b arranged in plural. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン二次
電池等のリチウム二次電池の安全機構に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a safety mechanism for a lithium secondary battery such as a lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の携帯機器の発展には目覚しいもの
があり、その原動力の一つとして、リチウムイオン二次
電池を初めとする高エネルギー電池が寄与するところも
大きなものである。現在リチウムイオン二次電池の市場
は年間3000億を越え、今後とも様々な携帯機器の発
展が予測でき、それに伴う電池製造技術の進歩も要請さ
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, the development of portable devices has been remarkable, and one of the driving forces thereof is that high energy batteries such as lithium ion secondary batteries make a great contribution. At present, the market for lithium-ion secondary batteries exceeds 300 billion a year, and it is expected that various mobile devices will continue to develop in the future, and there is a demand for advances in battery manufacturing technology accordingly.

【0003】このようなリチウムイオン二次電池は、通
常、正極、液体あるいは固体状電解質層、負極から構成
される。この正負極電極材料は、正極活物質、負極活物
質を導電助剤、結着剤と混合し、集電体上に塗布したも
のである。このようなリチウムイオン二次電池におい
て、開発動向として電池の高エネルギー密度化が要請さ
れており、その方策として薄型の電池の開発が進んでい
る。
Such a lithium ion secondary battery is usually composed of a positive electrode, a liquid or solid electrolyte layer, and a negative electrode. This positive and negative electrode material is obtained by mixing a positive electrode active material and a negative electrode active material with a conductive auxiliary agent and a binder and applying the mixture on a current collector. In such a lithium-ion secondary battery, there is a demand for higher energy density of the battery as a development trend, and development of a thin battery is progressing as a measure for that.

【0004】このような薄型軽量の電池を得る手法とし
て、溶液であった電解質部分を固体状にし、薄型化を図
ったポリマー電池がある。この技術については、例えば
米国特許第5418091号等、既に公知の技術である
が、近年特性の改善が進み、技術が開示された当初とは
比較できないほど電池特性は向上している。
As a method of obtaining such a thin and lightweight battery, there is a polymer battery in which the electrolyte portion, which was a solution, is made into a solid state so as to make the battery thinner. Although this technology is already known, for example, in US Pat. No. 5,418,091, the characteristics of the battery have been improved in recent years, and the battery characteristics have been improved to such an extent that they cannot be compared with the beginning when the technology was first disclosed.

【0005】このような固体状電解質を用いた電池につ
いては種々の形態があるが、大別すると以下の3種類に
分けられる。
There are various types of batteries using such solid electrolytes, which are roughly classified into the following three types.

【0006】(1) 電解質としてポリマー高分子中の
リチウムイオン伝導を用いるタイプ (2) 電解質として可塑化したポリマー高分子中のリ
チウムイオン伝導を用いるタイプ (3) 電解質として有機溶媒、可塑剤で可塑化したポ
リマー高分子中のリチウムイオン伝導を用いるタイプ この中で(3)に属する溶媒成分と、有機高分子成分、
電解質塩を混合しゲル化(固体化)した電池が溶液系電
池に劣らない特性を示すため実用化が進んでいる。
(1) Type using lithium ion conduction in polymer polymer as electrolyte (2) Type using lithium ion conduction in plasticized polymer polymer as electrolyte (3) Plasticizing with organic solvent and plasticizer as electrolyte Type using lithium ion conduction in polymerized polymer, solvent component belonging to (3) among these, organic polymer component,
Batteries that have been gelled (solidified) by mixing an electrolyte salt have characteristics comparable to solution batteries and are being put to practical use.

【0007】(3)のタイプのゲル化した固体状の電池
を作製する方法の代表的な例として、例えば米国特許第
5296318号,米国特許第5418091号に記載
されている電池の製造方法がある。これは固体状のポリ
フツ化ビニリデン系の固体電解質媒体を作製し、これを
正極負極と接合し、電池素体全体から可塑剤を抽出し、
さらに電解液溶液を注液して全体をゲル化するものであ
る。
As a typical example of a method for producing a gelled solid-state battery of the type (3), there is a battery manufacturing method described in, for example, US Pat. No. 5,296,318 and US Pat. No. 5,418,091. . This is to prepare a solid polyvinylidene fluoride solid electrolyte medium, join this with the positive and negative electrodes, and extract the plasticizer from the entire battery body,
Further, an electrolytic solution is injected to gelate the whole.

【0008】このように電池素体全体をゲル化すること
により、電池内部には遊離した電解液が存在しなくな
る。したがって、従来の溶液系電池とは全く異なった形
態となっているといってもよい。さらに、この米国特許
第5296318号、米国特許第5418091号が開
示する内容によれば、電池特性においても優れている。
By gelling the entire battery body in this manner, the liberated electrolytic solution does not exist inside the battery. Therefore, it can be said that the configuration is completely different from that of the conventional solution type battery. Further, according to the contents disclosed in US Pat. No. 5,296,318 and US Pat. No. 5,418,091, the battery characteristics are also excellent.

【0009】しかしながら、上記固体状のゲル化電解質
を用いた場合、通常使用時には問題が生じないが、異常
時には解決すべき問題点がある。すなわち、電池の安全
性試験中には過充電試験、内部短絡(所謂ハードショー
トをいう)を模擬した釘さし試験、加熱試験等がある。
この中でも内部短絡試験は、満充電状態において釘さし
等により強制的に内部短絡を起こすもので、特に電池の
容量が大きくなるにつれて、短絡電流も大きくなり、そ
の結果電池の急激な温度上昇が起こり、電池自体が熱暴
走に至る。この対策として、例えばシャツトダウン機能
のあるセパレータを用いる方法もあるが、この方法はセ
パレータ膜のシャツトダウン応答性に依存するため、急
激な短絡を生じる釘さし試験に対しては、この方法のみ
では限界がある。
However, when the above solid gelled electrolyte is used, no problem occurs during normal use, but there is a problem to be solved in the case of an abnormality. That is, during the battery safety test, there are an overcharge test, a nailing test simulating an internal short circuit (so-called hard short circuit), a heating test, and the like.
Among these, the internal short-circuit test is one in which an internal short circuit is forcibly caused by nailing in a fully charged state, and especially as the capacity of the battery increases, the short-circuit current also increases, resulting in a rapid temperature rise of the battery. It happens and the battery itself goes into thermal runaway. As a countermeasure, for example, there is a method of using a separator having a shirt down function. However, this method depends on the shirt down response of the separator film, and therefore only this method is used for the nailing test that causes a sudden short circuit. Then there is a limit.

【0010】また、電池内部のインピーダンスを大きく
するという方策も考えられるが、この場合は電池の充放
電特性を犠牲にすることになり、用途によっては実施可
能でも、現実的には限界があるといえる。
A measure to increase the internal impedance of the battery is also conceivable, but in this case, the charge / discharge characteristics of the battery are sacrificed, and although it can be implemented depending on the application, there is a practical limit. I can say.

【0011】ところで、電極構造体が積層型のリチウム
二次電池は巻回型のリチウム二次電池に比べて形状自由
度が高く、薄型、大面積の電池を構成できる特徴があ
る。
By the way, a lithium secondary battery having a laminated type electrode structure has a higher degree of freedom in shape than a wound type lithium secondary battery, and is characterized in that a thin battery having a large area can be constructed.

【0012】電極積層体の最外層は負極または正極であ
るが、集電体の片面に電極活物質を塗布した電極を最外
層に用いた場合、最外層の電極の反りが起こる。特に集
電体となる金属箔が30μm より薄く、電極活物質層が
50μm より厚い場合には電極の反りが著しくなり、電
極構造体の製造上で大きな問題となる。また、最外層の
電極に反りがおきると電極間の密着性が悪くなり、サイ
クル特性等の電池特性が劣る原因となる。
The outermost layer of the electrode laminate is a negative electrode or a positive electrode, but when an electrode having an electrode active material applied to one surface of a current collector is used as the outermost layer, the outermost electrode is warped. In particular, when the metal foil serving as a current collector is thinner than 30 μm and the electrode active material layer is thicker than 50 μm, the warpage of the electrode becomes remarkable, which is a serious problem in manufacturing the electrode structure. In addition, when the outermost electrode is warped, the adhesion between the electrodes is deteriorated, which causes the battery characteristics such as cycle characteristics to be deteriorated.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電池
特性を犠牲にすることなく、異常時においても自己安全
性の機能に優れたリチウム二次電池を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery which is excellent in self-safety function even in an abnormal state without sacrificing battery characteristics.

【0015】また、積層構造の電極構造体を備えるリチ
ウム二次電池において、最外層の電極の反りを防止し
し、製造工程上の取り扱いに優れ、サイクル特性の優れ
たリチウム二次電池を提供することである。
Further, in a lithium secondary battery provided with an electrode structure of a laminated structure, the outermost electrode of the lithium secondary battery is prevented from warping, and the lithium secondary battery is excellent in handling in the manufacturing process and excellent in cycle characteristics. That is.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】すなわち上記目的は、以
下の本発明の構成により達成される。 (1) 正極と負極と、電解液およびセパレータを有
し、前記正極および負極が複数配置された電極構造体の
最外層の電極にバックコート層が形成されているリチウ
ム二次電池。 (2) 前記バックコート層は、電極同士の短絡を防止
する短絡防止機能を有する上記(1)のリチウム二次電
池。 (3) 前記バックコート層は、電極の反りを防止する
機能を有する上記(1)または(2)のリチウム二次電
池。 (4) 前記バックコート層が、少なくともフィラーと
しての無機物材料および/または樹脂を含有する上記
(1)〜(3)のいずれかのリチウム二次電池。 (5) 前記フィラーは、電極活物質と同一の材料であ
る上記(1)〜(4)のいずれかのリチウム二次電池。 (6) 前記セパレータの突き刺し強度が50gf以上
である上記(1)〜(5)のいずれかのリチウム二次電
池。 (7) 前記バックコート層は、厚みが50〜500μ
m である上記(1)〜(6)のいずれかのリチウム二次
電池。 (8) 電極構造体が積層構造である上記(1)〜
(7)のいずれかのリチウム二次電池。
That is, the above object is achieved by the following constitution of the present invention. (1) A lithium secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, wherein a back coat layer is formed on the outermost electrode of the electrode structure in which the positive electrode and the negative electrode are arranged in plural. (2) The lithium secondary battery according to (1), wherein the back coat layer has a function of preventing short circuit between electrodes. (3) The lithium secondary battery according to (1) or (2), wherein the back coat layer has a function of preventing the electrode from warping. (4) The lithium secondary battery according to any one of (1) to (3) above, wherein the backcoat layer contains at least an inorganic material and / or a resin as a filler. (5) The lithium secondary battery according to any of (1) to (4) above, wherein the filler is the same material as the electrode active material. (6) The lithium secondary battery according to any one of (1) to (5), wherein the separator has a puncture strength of 50 gf or more. (7) The back coat layer has a thickness of 50 to 500 μm.
The lithium secondary battery according to any one of (1) to (6) above, wherein m is m. (8) The above (1) to (1) in which the electrode structure has a laminated structure.
The lithium secondary battery according to any one of (7).

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明のリチウム二次電池は、正
極と負極と、電解液あるいは固体状電解質を有し、前記
正極および負極が複数配置された電極構造体の最外層の
電極にバックコート層が形成されているものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution or a solid electrolyte, and a back electrode is provided on the outermost electrode of the electrode structure in which the positive electrode and the negative electrode are arranged in plural. The coat layer is formed.

【0018】また、好ましくはこのバックコート層は、
電極活物質および/または無機絶縁性材料を含有するも
のである。
Preferably, the back coat layer is
It contains an electrode active material and / or an inorganic insulating material.

【0019】このように、電極構造体の最外層部の電極
にバックコート層を設けることにより、釘さし試験など
において想定されているような異常状態においても、ハ
ードな内部短絡を生じることなく、安全に内部放電し、
安全性の極めて高いリチウム二次電池を得ることができ
る。しかも、バックコート層は電極構造体の最外層にの
み設けられるので、電池特性を犠牲にすることもない。
つまり、バックコート層は、電池構成要素としては、機
能しない。
As described above, by providing the back coat layer on the outermost layer electrode of the electrode structure, a hard internal short circuit does not occur even in an abnormal state assumed in a nailing test or the like. , Discharge inside safely,
An extremely safe lithium secondary battery can be obtained. Moreover, since the back coat layer is provided only on the outermost layer of the electrode structure, the battery characteristics are not sacrificed.
That is, the back coat layer does not function as a battery constituent element.

【0020】すなわち、通常の状態では電極構造体の最
外層は、電池特性に全く寄与しないが、釘さし等、内部
の電極構造体がハードな内部短絡する状態に陥った時
に、内部の各構成要素(特に電極同士)の短絡を防止す
る。特に、電池構造が積層型電池の場合、最外層を金属
集電体のみにした場合、釘さし等で強制的にハードな内
部短絡を起こすことを試みると、金属集電体箔が釘と一
緒に巻き込まれて内部で短絡を起こしている。これに対
して、本発明の構造では、外側層表面がハードな内部短
絡を防止する材料層で覆われているため、釘さしを行っ
ても集電体箔の巻き込みは少なくなり、ハードな内部短
絡を起こさない。
That is, in the normal state, the outermost layer of the electrode structure does not contribute to the battery characteristics at all, but when the internal electrode structure falls into a hard internal short-circuiting state such as nailing, each internal Prevent short-circuiting of components (especially between electrodes). In particular, when the battery structure is a stack type battery and the outermost layer is made of only a metal current collector, if a hard internal short circuit is forcibly attempted with a nail clipper, the metal current collector foil will be They get caught together and cause an internal short circuit. On the other hand, in the structure of the present invention, since the outer layer surface is covered with the material layer that prevents a hard internal short circuit, even if nailing is performed, the current collector foil is less entangled and hard. Does not cause an internal short circuit.

【0021】本発明のリチウム二次電池の基本構成を図
1に示す。図示例の電池は、負極を構成する負極集電体
2aと負極活物質含有層2bと、正極を構成する正極集
電体3aと正極活物質含有層3bと、これらの電極間に
セパレータ4aを挟んで固体電解質4bを有する電解質
が配置されている。そして、これらが負極/電解質/正
極/電解質/負極・・・負極/電解質/正極/電解質/
負極と順次積層されている。そして、この電極積層体の
最外層(図の最上端と最下端)には、バックコート層1
1が形成・配置されている。なお、図1の電池におい
て、積層体が収納される外装体は省略している。
The basic structure of the lithium secondary battery of the present invention is shown in FIG. The battery of the illustrated example has a negative electrode collector 2a and a negative electrode active material-containing layer 2b that form a negative electrode, a positive electrode collector 3a and a positive electrode active material-containing layer 3b that form a positive electrode, and a separator 4a between these electrodes. An electrolyte having a solid electrolyte 4b is arranged in between. Then, these are negative electrode / electrolyte / positive electrode / electrolyte / negative electrode ... negative electrode / electrolyte / positive electrode / electrolyte /
It is sequentially laminated with the negative electrode. The back coat layer 1 is formed on the outermost layers (the uppermost end and the lowermost end in the figure) of this electrode laminate.
1 is formed and arranged. In addition, in the battery of FIG. 1, the exterior body in which the stacked body is housed is omitted.

【0022】バックコート層は、釘さし試験において、
集電体金属箔に孔が開いた際にバリの発生を防ぐ機能を
有する。このバックコート層は、好ましくは電極の集電
体上に直接形成されている。また、バックコート層は、
電極構造体の最外層、つまり電極構造体が積層型のもの
であれば、上下端の集電体の表面に形成されていればよ
く、その裏面側は何れの極の電極となっていてもよい。
しかしながら、より安全性と、製造効率を高めるために
は、負極集電体の最表面に形成されることが好ましい。
The back coat layer is used in the nailing test.
It has the function of preventing the formation of burrs when holes are opened in the collector metal foil. This back coat layer is preferably formed directly on the current collector of the electrode. Also, the back coat layer is
If the outermost layer of the electrode structure, that is, the electrode structure is a laminated type, it may be formed on the surface of the current collector at the upper and lower ends, and the back surface side may be an electrode of any pole. Good.
However, in order to improve safety and production efficiency, it is preferable that the negative electrode current collector is formed on the outermost surface.

【0023】バックコート層の材料としては、電気化学
的に不活性なもの、特に電池電解液に対する耐溶剤性が
あればよく、具体的には電池の固体電解質材料、あるい
は電極バインダーとして使用される樹脂、例えばPVD
F等を好ましく挙げることができる。
The material for the back coat layer may be any material which is electrochemically inactive, particularly solvent resistance to the battery electrolyte, and is specifically used as a solid electrolyte material for the battery or as an electrode binder. Resin, eg PVD
Preferred examples include F and the like.

【0024】しかし、バックコート層を樹脂材料だけで
形成した場合、膜厚が不十分になったり、短絡防止機能
が低下する場合がある。このため、バックコート層は、
所定の無機材料からなるフィラーを含有することが好ま
しい。
However, when the back coat layer is formed only of the resin material, the film thickness may be insufficient or the short-circuit preventing function may be deteriorated. Therefore, the back coat layer is
It is preferable to contain a filler made of a predetermined inorganic material.

【0025】フィラーとしては、電極活物質と同様な材
料を用いることができる。具体的には、カーボンブラッ
クやグラファイトなどの炭素材料が挙げられる。
As the filler, the same material as the electrode active material can be used. Specific examples thereof include carbon materials such as carbon black and graphite.

【0026】バックコート層は、便宜的に、電極、特に
負極材料と同一組成、すなわち電極活物質含有層と同じ
ものであっても構わない。具体的には炭素質材料と樹脂
との混合体であってもよい。特に、摩擦を減らし、滑り
性を増すことができるグラファイトと樹脂の複合体が好
ましい。また、生産性を考えると、最外層用の特別な電
極を作製することなく、その効果の得られる両面塗布負
極を最外層に用いることがより好ましい。
The back coat layer may conveniently have the same composition as the electrode, especially the negative electrode material, that is, the same as the electrode active material-containing layer. Specifically, it may be a mixture of a carbonaceous material and a resin. In particular, a composite of graphite and resin, which can reduce friction and increase slidability, is preferable. Further, from the viewpoint of productivity, it is more preferable to use a double-sided coated negative electrode, which has the effect, for the outermost layer without producing a special electrode for the outermost layer.

【0027】一方、電極活物質材料を、電池として寄与
しないバックコート層に用いた場合、種々の弊害が生じ
る場合もある。特に、炭素質材料をバックコート層のフ
ィラーに用いた場合、使用する電解液の種類によって
は、炭素材料、特に黒鉛、さらには塊状黒鉛の分解を促
し、サイクル特性が悪化する場合がある。このような現
象は、特にプロピレンカーボネート(PC)を主溶媒と
するか、あるいはPCの含有量が多い混合溶媒などにお
いて顕著である。
On the other hand, when the electrode active material is used for the back coat layer which does not contribute to the battery, various adverse effects may occur. In particular, when a carbonaceous material is used as the filler of the back coat layer, depending on the type of electrolyte used, the carbon material, particularly graphite, and further the agglomerated graphite may be decomposed to deteriorate the cycle characteristics. Such a phenomenon is remarkable especially when propylene carbonate (PC) is used as a main solvent or a mixed solvent containing a large amount of PC.

【0028】このように、電極活物質材料をフィラーと
して用いることが困難な場合、あるいはサイクル特性な
ど電池特性を重視する場合には、無機絶縁性材料をフィ
ラーに用いるとよい。
As described above, when it is difficult to use the electrode active material as a filler or when battery characteristics such as cycle characteristics are important, it is preferable to use an inorganic insulating material as the filler.

【0029】無機絶縁性材料としては、ワラスナイト、
セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、ベントナイ
ト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどの珪
酸塩、アルミナ、塩化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化チタンなどの金属化合物、炭酸カルシ
ウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、ドロマイトな
どの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸
塩、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、Si34 などの
窒化物、ガラスビーズ、炭化珪素およびシリカなどが挙
げられ,これらは中空であってもよい。
As the inorganic insulating material, wallacenite,
Silicates such as sericite, kaolin, mica, clay, bentonite, asbestos, talc, alumina silicate, metal compounds such as alumina, silicon chloride, magnesium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, lithium carbonate, dolomite Examples thereof include carbonates, calcium sulfate, sulfates such as barium sulfate, boron nitride, aluminum nitride, nitrides such as Si 3 N 4 , glass beads, silicon carbide and silica, which may be hollow. .

【0030】これらのフィラーは球状でも、破砕粉のよ
うな不定形状でも、いずれの形状でもよいが、好ましく
は球状ないし塊状である。フィラーは1次粒子であって
も、2次粒子であってもよい。
These fillers may have a spherical shape, an irregular shape such as crushed powder, or any shape, but are preferably spherical or lumpy. The filler may be primary particles or secondary particles.

【0031】フィラーの粒径としては、形状や材質によ
っても異なるが、前記無機絶縁性材料を球形に換算した
ときの平均粒径で、好ましくは0.1〜10μm 、特に
0.5〜6μm の範囲がよい。また、BET比表面積と
しては、好ましくは0.1〜60m2/g 、より好ましく
は0.5〜40m2/g である。また、アセチレンブラッ
クなどの炭素材料を用いる場合、平均粒径で、好ましく
は10nm〜1μm 、特に10〜200nmの範囲がよい。
また、BET比表面積としては、好ましくは10〜20
0m2/g 、より好ましくは20〜100m2/g である。
The particle size of the filler varies depending on the shape and the material, but is an average particle size when the inorganic insulating material is converted into a spherical shape, preferably 0.1 to 10 μm, and particularly 0.5 to 6 μm. The range is good. The BET specific surface area is preferably 0.1 to 60 m 2 / g, more preferably 0.5 to 40 m 2 / g. When a carbon material such as acetylene black is used, the average particle size is preferably 10 nm to 1 μm, particularly 10 to 200 nm.
The BET specific surface area is preferably 10 to 20.
0 m 2 / g, more preferably from 20 to 100 m 2 / g.

【0032】これらフィラーは2種以上を併用すること
が可能であり、添加量は質量比で樹脂成分を100とし
たときに、20〜99質量%、特に50〜98質量%程
度が好ましい。また、必要によりビニルモノマーグラフ
ト処理やシラン系、クロム系およびチタン系などの各種
のカップリング剤で表面処理して使用することができ
る。添加量が少なすぎると、バックコート層の膜厚が薄
くなり、反りの抑制、釘差し時の内部短絡防止効果が得
難くなってくる。フィラーが多すぎると、集電体上に坦
持する事が困難となってくる。
These fillers can be used in combination of two or more kinds, and the addition amount is preferably 20 to 99% by mass, particularly preferably 50 to 98% by mass, when the resin component is 100 by mass ratio. Further, if necessary, it can be used after being subjected to a vinyl monomer graft treatment or a surface treatment with various coupling agents such as silane type, chromium type and titanium type. If the amount of addition is too small, the film thickness of the back coat layer becomes thin, and it becomes difficult to obtain the effect of suppressing warpage and preventing internal short-circuiting during nailing. If there is too much filler, it becomes difficult to carry it on the current collector.

【0033】本発明は、特に積層型の電池を構成した場
合、ハードな内部短絡に対して効果的に機能する。
The present invention works effectively against a hard internal short circuit, especially when a laminated battery is constructed.

【0034】バックコート層の厚さは特に限定されるも
のではないが、薄すぎると短絡防止効果が得られにくく
なり、厚すぎると電池特性に寄与しない部分の専有堆積
が増大するなどの弊害が生じてくる。具体的には電極と
同様に50〜500μm程度が好ましく、より好ましく
は80〜200μm である。
The thickness of the back coat layer is not particularly limited, but if it is too thin, it becomes difficult to obtain the short-circuit preventing effect, and if it is too thick, there is an adverse effect such as an increase in the exclusive deposition of the portion that does not contribute to the battery characteristics. Will occur. Specifically, it is preferably about 50 to 500 μm, more preferably 80 to 200 μm, like the electrode.

【0035】バックコート層の製造法としては、まず、
無機物質を結着剤溶液に分散してスラリーを作製する。
得られたスラリーを電極最外層部に塗布する。スラリー
を塗布する手段としては、後述する電極の製造方法と同
様にすればよい。バックコート層を塗布した後にバック
コート層の反対側の面に電極活物質層を塗布してもよい
し、電極活物質層を塗布した後にバックコート層を塗布
してもよい。
As the method for producing the back coat layer, first,
An inorganic substance is dispersed in a binder solution to prepare a slurry.
The obtained slurry is applied to the outermost layer of the electrode. The means for applying the slurry may be the same as in the electrode manufacturing method described later. After applying the back coat layer, the electrode active material layer may be applied to the surface opposite to the back coat layer, or the back coat layer may be applied after applying the electrode active material layer.

【0036】本発明のリチウム二次電池の構造は特に限
定されないが、通常、正極、負極及び固体電解質・セパ
レータから構成され、積層型電池や巻回型電池等に適用
される。
The structure of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode, a negative electrode and a solid electrolyte / separator, and is applied to a laminated battery, a wound battery or the like.

【0037】また、高分子固体電解質と組み合わせる電
極は、リチウム二次電池の電極として公知のものの中か
ら適宜選択して使用すればよく、好ましくは電極活物質
とゲル電解質、必要により導電助剤との組成物を用い
る。
The electrode to be combined with the solid polymer electrolyte may be appropriately selected and used from those known as electrodes for lithium secondary batteries, preferably an electrode active material, a gel electrolyte and, if necessary, a conductive auxiliary agent. Is used.

【0038】負極には、炭素材料、リチウム金属、リチ
ウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用
い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デ
インターカレート可能な酸化物または炭素材料のような
正極活物質を用いることが好ましい。このような電極を
用いることにより、良好な特性のリチウム二次電池を得
ることができる。
For the negative electrode, a negative electrode active material such as carbon material, lithium metal, lithium alloy or oxide material is used, and for the positive electrode, oxide or carbon material capable of intercalating / deintercalating lithium ions. It is preferable to use a positive electrode active material such as By using such an electrode, a lithium secondary battery having good characteristics can be obtained.

【0039】電極活物質として用いる炭素材料は、例え
ば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、天然あ
るいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラッ
ク、炭素繊維などから適宜選択すればよい。これらは粉
末として用いられる。中でも黒鉛、特に高容量化を実現
するためには塊状黒鉛が好ましく、その平均粒子径は1
〜30μm 、特に5〜25μm であることが好ましい。
また、人造黒鉛が好ましい。平均粒子径が小さすぎる
と、充放電サイクル寿命が短くなり、また、容量のばら
つき(個体差)が大きくなる傾向にある。平均粒子径が
大きすぎると、容量のばらつきが著しく大きくなり、平
均容量が小さくなってしまう。平均粒子径が大きい場合
に容量のばらつきが生じるのは、黒鉛と集電体との接触
や黒鉛同士の接触にばらつきが生じるためと考えられ
る。
The carbon material used as the electrode active material may be appropriately selected from, for example, mesocarbon microbeads (MCMB), natural or artificial graphite, resin-fired carbon material, carbon black, carbon fiber and the like. These are used as powder. Among them, graphite is preferable, and bulk graphite is preferable in order to realize a high capacity, and its average particle size is 1
It is preferably from 30 to 30 μm, particularly preferably from 5 to 25 μm.
Also, artificial graphite is preferable. If the average particle size is too small, the charge / discharge cycle life tends to be short, and the capacity variation (individual difference) tends to increase. If the average particle size is too large, the variation in capacity becomes extremely large and the average capacity becomes small. When the average particle diameter is large, the variation in capacity is considered to be due to the variation in the contact between graphite and the current collector and the contact between graphite.

【0040】リチウムイオンがインターカレート・デイ
ンターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む
複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO2、LiM
2 4、LiNiO2、LiV24などが挙げられる。
これらの酸化物の粉末の平均粒子径は1〜40μm 程度
であることが好ましい。
Lithium ion is an intercalating day
Intercalatable oxides include lithium
Complex oxides are preferred, for example LiCoO 2.2, LiM
n2O Four, LiNiO2, LiV2OFourAnd so on.
The average particle size of these oxide powders is about 1-40 μm
Is preferred.

【0041】電極には、必要により導電助剤が添加され
る。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラ
ック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の
金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好まし
い。
A conductive aid is added to the electrode, if necessary. Examples of the conductive aid include graphite, carbon black, carbon fibers, metals such as nickel, aluminum, copper, silver and the like, and graphite and carbon black are particularly preferable.

【0042】電極組成は正極では、質量比で活物質:導
電助剤:結着剤=80〜94:2〜8:2〜18の範囲
が好ましく、負極では、質量比で活物質:導電助剤:結
着剤=70〜97:0〜25:3〜10の範囲が好まし
い。
The electrode composition of the positive electrode is preferably in the range of active material: conductive auxiliary agent: binder = 80 to 94: 2 to 8: 2 to 18 by mass ratio, and in the negative electrode, the active material: conductive auxiliary agent is in mass ratio. Agent: Binder = The range of 70 to 97:00 to 25: 3 to 10 is preferable.

【0043】結着剤としては、フッ素系樹脂、ポリオレ
フイン樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂のような
熱可塑性エラストマー系樹脂、またはフッ素ゴムのよう
なゴム系樹脂を用いることができる。具体的には、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
エチレン、ポリアクリロニトリル、ニトリルゴム、ポリ
ブタジエン、ブチレンゴム、ポリスチレン、スチレンー
ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シア
ノエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が
挙げられる。
As the binder, a thermoplastic elastomer resin such as a fluororesin, a polyolefin resin, a styrene resin, an acrylic resin, or a rubber resin such as fluororubber can be used. Specific examples thereof include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polyacrylonitrile, nitrile rubber, polybutadiene, butylene rubber, polystyrene, styrene-butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like.

【0044】電極の製造は、まず、活物質と必要に応じ
て導電助剤を、結着剤溶液に分散し、塗布液を調製す
る。
To manufacture the electrode, first, an active material and, if necessary, a conductive auxiliary agent are dispersed in a binder solution to prepare a coating solution.

【0045】そして、この電極塗布液を集電体に塗布す
る。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形
状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマ
スク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレー
コート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラ
ビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。
その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール
等により圧延処理を行う。
Then, the electrode coating solution is applied to the current collector. The means for applying is not particularly limited and may be appropriately determined depending on the material and shape of the current collector. Generally, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method and the like are used.
Then, if necessary, rolling treatment is performed by a flat plate press, a calendar roll, or the like.

【0046】集電体は、電池の使用するデバイスの形状
やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通
常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアル
ミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。
なお、集電体は、通常、金属箔、金属メッシュなどが使
用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接
触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗
が得られる。
The current collector may be appropriately selected from ordinary current collectors depending on the shape of the device used by the battery, the method of arranging the current collector in the case, and the like. Generally, aluminum or the like is used for the positive electrode and copper, nickel or the like is used for the negative electrode.
A metal foil, a metal mesh, or the like is usually used as the current collector. Although the metal mesh has a smaller contact resistance with the electrode than the metal foil, the metal foil can also obtain a sufficiently small contact resistance.

【0047】そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製す
る。塗布厚は、50〜400μm 程度とすることが好ま
しい。
Then, the solvent is evaporated to produce an electrode. The coating thickness is preferably about 50 to 400 μm.

【0048】固体電解質を構成するマトリクス樹脂とし
ては、(1)ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレン
オキサイド等のポリアルキレンオキサイド、(2)エチ
レンオキサイドとアクリレートの共重合体、(3)エチ
レンオキサイドとグリシルエーテルの共重合体、(4)
エチレンオキサイドとグリシルエーテルとアリルグリシ
ルエーテルとの共重合体、(5)ポリアクリレート (6)ポリアクリロニトリル (7)ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−塩
化3フッ化エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキ
サフルオロプロビレンフッ素ゴム、フッ化ビニリデン
“テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン
フッ素ゴム等のフッ素系高分子等が挙げられる。
The matrix resin constituting the solid electrolyte includes (1) polyalkylene oxide such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, (2) copolymer of ethylene oxide and acrylate, (3) copolymer of ethylene oxide and glycyl ether. Coalescing, (4)
Copolymer of ethylene oxide, glycyl ether and allyl glycyl ether, (5) polyacrylate (6) polyacrylonitrile (7) polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-3 fluoride Examples thereof include fluoropolymers such as ethylene oxide copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber, and vinylidene fluoride "tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluororubber."

【0049】これらの樹脂のなかでもポリフッ化ビニリ
デン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド、ポリアク
リロニトリル等が好ましく、特にポリフッ化ビニリデン
ホモポリマーが好ましい。PVDFホモポリマーは、酸
化還元窓が広く、電気化学的に安定であり、優れた長期
安定性を有している。
Among these resins, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene oxide, polyacrylonitrile and the like are preferable, and polyvinylidene fluoride homopolymer is particularly preferable. The PVDF homopolymer has a wide redox window, is electrochemically stable, and has excellent long-term stability.

【0050】セパレータを形成するセパレータシート
は、その構成材料がポリエチレン、ポリプロピレンなど
のポリオレフイン類の一種又は二種以上(二種以上の場
合、二層以上のフィルムの張り合わせ物などがある)、
ポリエチレンテレフターレートのようなポリエステル
類、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体のよう
な熱可塑性フッ素樹脂類、セルロース類などである。シ
ートの形態はJIS−P8117に規定する方法で測定した通気
度が5〜2000秒/100cc程度、厚さが5〜100
μm 程度の微多孔膜フィルム、織布、不織布などがあ
る。
The separator sheet forming the separator has a constituent material of one or two or more kinds of polyolefins such as polyethylene and polypropylene (in the case of two or more, there is a laminate of two or more layers of film),
Examples thereof include polyesters such as polyethylene terephthalate, thermoplastic fluororesins such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and celluloses. The form of the sheet is such that the air permeability measured by the method specified in JIS-P8117 is about 5 to 2000 seconds / 100 cc, and the thickness is 5 to 100.
Examples include microporous film of about μm, woven fabric, and non-woven fabric.

【0051】本発明では、特にセパレータとして所謂シ
ャットダウンセパレータを用いることが望ましい。シャ
ットダウンセパレータを用いることにより、電気化学デ
バイス内部の温度上昇につれて、セパレータの微細孔が
閉じ、イオンの導通を抑制して電流を抑制し、熱暴走を
防止することができる。このようなシャットダウンセパ
レータとしては、例えば特許第2642206号公報に
記載されている低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低
密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDP
E)の中少なくとも一種を含む微細孔を有する合成樹脂
フィルムよりなるセパレータ、同2520316号公報
に記載されている重量平均分子量が7×105以上の超高
分子量ポリエチレンを1重量%以上含有し、重量平均分
子量/数平均分子量が10〜300のポリエチレン組成物か
らなる微多孔膜製で、厚さが0.1〜25μm、空孔率が40
〜95%、平均貫通孔径が0.001〜0.1μm、及び10mm幅の
破断強度が0.5kg以上であるリチウム電池用セパレータ
の製造方法であって、前記ポリエチレン組成物を脂肪族
炭化水素、環式炭化水素又は鉱油留分からなる不揮発性
の溶媒に加熱溶解して均一な溶液とし、前記溶液をダイ
スより押し出してゲル状シートとし、前記不揮発性溶媒
を除去した後、少なくとも1軸方向に2倍以上延伸する
ことを特徴とするリチウム電池用セパレータ等が挙げら
れる。
In the present invention, it is desirable to use a so-called shutdown separator as the separator. By using the shutdown separator, as the temperature inside the electrochemical device rises, the fine pores of the separator are closed, conduction of ions is suppressed, current is suppressed, and thermal runaway can be prevented. Examples of such a shutdown separator include low-density polyethylene (LDPE), linear low-density polyethylene (LLDPE), and high-density polyethylene (HDP) described in Japanese Patent No. 2642206.
E) A separator made of a synthetic resin film having at least one kind of fine pores, containing 1% by weight or more of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 7 × 10 5 or more described in JP-A-2520316, Made of a microporous membrane composed of polyethylene composition with an average molecular weight / number average molecular weight of 10 to 300, thickness of 0.1 to 25 μm, porosity of 40
A method for producing a lithium battery separator having an average through-hole diameter of 0.001 to 0.1 μm and a breaking strength of 10 mm width of 0.5 kg or more, wherein the polyethylene composition is an aliphatic hydrocarbon or a cyclic hydrocarbon. Alternatively, the solution is heated and dissolved in a non-volatile solvent composed of a mineral oil fraction to form a uniform solution, and the solution is extruded through a die to form a gel-like sheet. After removing the non-volatile solvent, the solution is stretched at least uniaxially by a factor of 2 or more. Examples thereof include a lithium battery separator and the like.

【0052】このようなセパレータに固体電解質を用い
ることで、セパレータの有する特徴と、固体電解質の有
する特徴を併せ持った高機能の電気化学デバイスを得る
ことができる。すなわち、電極との密着性が良好になる
と共に、膜強度も維持することができ、環境変化や機械
的強度に優れた電気化学デバイスが得られる。特に、製
造工程において、湿式相分離法により形成された固体電
解質とシャットダウンセパレータを用いることで、安全
性が高く電気特性が良好なデバイスが得られる。
By using a solid electrolyte for such a separator, it is possible to obtain a high-performance electrochemical device having both the characteristics of the separator and the characteristics of the solid electrolyte. That is, the adhesiveness with the electrode is improved, and the film strength can be maintained, and an electrochemical device excellent in environmental change and mechanical strength can be obtained. In particular, by using a solid electrolyte formed by a wet phase separation method and a shutdown separator in the manufacturing process, a device with high safety and good electric characteristics can be obtained.

【0053】この他の形態として、有機溶媒系の材料に
対しては膨潤せず、ある一定の温度で溶融する粒子層を
固体状電解質層内あるいは層表面に介在させてもよい。
As another form, a particle layer which does not swell with respect to an organic solvent-based material and melts at a certain temperature may be provided in the solid electrolyte layer or on the surface of the layer.

【0054】マトリックス樹脂の塗布方法としては、特
に限定されるものではなく、公知の塗布法法を用いるこ
とができる。具体的には、メタルマスク印刷法、静電塗
装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコ
ート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スク
リーン印刷法等が使用されている。このとき、セパレー
タとマトリクス樹脂の密着性を改善する目的から、界面
活性剤等表面濡れ性を改善する添加剤などを用いてもよ
い。
The coating method of the matrix resin is not particularly limited, and a known coating method can be used. Specifically, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method and the like are used. At this time, for the purpose of improving the adhesion between the separator and the matrix resin, an additive such as a surfactant which improves surface wettability may be used.

【0055】その後、必要に応じて、平板プレス、カレ
ンダーロール等により圧延処理を行ってもよい。
Thereafter, if necessary, rolling treatment may be carried out by a flat plate press, a calender roll or the like.

【0056】マトリックス樹脂を形成した後、最適な温
度で加熱、乾燥すればよい。
After the matrix resin is formed, it may be heated and dried at an optimum temperature.

【0057】乾燥工程の後、加熱処理によりマトリクス
樹脂をセパレータシートに熱接着してもよい。このとき
の加熱温度としては、用いるマトリクス樹脂により異な
るが、具体的には100〜120℃程度である。
After the drying step, the matrix resin may be heat-bonded to the separator sheet by heat treatment. The heating temperature at this time varies depending on the matrix resin used, but is specifically about 100 to 120 ° C.

【0058】得られたゲル電解質シート前駆体を、正極
と負極の間に挟み、積層し、積層体とする。この積層体
をアルミラミネートフィルム等の外装体に入れた後に電
解液を注液し、マトリクス樹脂に含浸させる。このよう
な後工程でのゲル化処理においては、上記のように十分
な開口をマトリクス樹脂に持たせることが必要である。
The obtained gel electrolyte sheet precursor is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode and laminated to form a laminated body. After putting this laminated body in an exterior body such as an aluminum laminated film, an electrolytic solution is injected to impregnate the matrix resin. In such gelling treatment in the subsequent step, it is necessary to provide the matrix resin with sufficient openings as described above.

【0059】最後に、外装体を密閉し、熱プレスをか
け、固体電解質状電気化学デバイスが得られる。
Finally, the outer package is sealed and hot pressed to obtain a solid electrolyte electrochemical device.

【0060】本発明のリチウム二次電池の構造として
は、巻き型構造、積層型構造どちらに対しても適用可能
であるが、積層型構造の場合、正極、負極、固体状電解
質層およびセパレータ層を順次積層する構造となるた
め、最外層にバックコート層を配置しやすい。また、巻
き型で必要とされるような膜強度が不要であり、セパレ
ータに対する材料の機械的な制約は少なくなる。
The structure of the lithium secondary battery of the present invention can be applied to both a wound type structure and a laminated type structure. In the case of the laminated type structure, the positive electrode, the negative electrode, the solid electrolyte layer and the separator layer are used. Since it has a structure in which the back coat layer is sequentially laminated, it is easy to arrange the back coat layer as the outermost layer. Further, the film strength required in the winding type is not required, and the mechanical restriction of the material for the separator is reduced.

【0061】このような正極、固体電解質・セパレー
タ、負極をこの順に積層し、圧着して電池素体とする。
Such a positive electrode, a solid electrolyte / separator, and a negative electrode are laminated in this order and pressure-bonded to obtain a battery body.

【0062】なお、巻き型に本発明を適用する場合、負
極部分を正極より長く形成し、巻回時に最外層を負極の
みで1回以上巻くようにすればよい。
When the present invention is applied to a winding type, the negative electrode portion may be formed longer than the positive electrode, and the outermost layer may be wound only once with the negative electrode at least once.

【0063】固体電解質・セパレータに含浸させる電解
液は一般に電解質塩と溶媒よりなる。電解質塩として
は、例えば、LiBF4 、LiPF6 、LiAsF6
LiSO3 CF3 、LiClO4 、LiN(SO2 CF
32 等のリチウム塩が適用できる。
The electrolytic solution with which the solid electrolyte / separator is impregnated generally comprises an electrolyte salt and a solvent. Examples of the electrolyte salt include LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 ,
LiSO 3 CF 3 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF
3 ) Lithium salts such as 2 can be applied.

【0064】電解液の溶媒としては、前述の高分子固体
電解質、電解質塩との相溶性が良好なものであれば特に
制限はされないが、リチウム電池等では高い動作電圧で
も分解の起こらない極性有機溶媒、例えば、エチレンカ
ーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(P
C)、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート
(DMC)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカー
ボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフラン(T
HF)、2−メチルテトラヒドロフラン等の環式エーテ
ル、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン等
の環式エーテル、γ−ブチロラクトン等のラクトン、ス
ルホラン等が好適に用いられる。3−メチルスルホラ
ン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エトキシメ
トキシエタン、エチルジグライム等を用いてもよい。
The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it has good compatibility with the above-mentioned solid polymer electrolyte and electrolyte salt, but it is a polar organic solvent that does not decompose even at a high operating voltage in a lithium battery or the like. Solvents such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (P
C), butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, tetrahydrofuran (T
HF), cyclic ethers such as 2-methyltetrahydrofuran, cyclic ethers such as 1,3-dioxolane and 4-methyldioxolane, lactones such as γ-butyrolactone, and sulfolane are preferably used. 3-Methylsulfolane, dimethoxyethane, diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, ethyl diglyme and the like may be used.

【0065】溶媒と電解質塩とで電解液を構成すると考
えた場合の電解質塩の濃度は、好ましくは0.3〜5mo
l/lである。通常、0.8〜1.5mol/l辺りで最も高い
イオン伝導性を示す。
The concentration of the electrolyte salt when considering that the solvent and the electrolyte salt constitute the electrolytic solution is preferably 0.3 to 5 mol.
l / l. Usually, the highest ionic conductivity is shown around 0.8 to 1.5 mol / l.

【0066】外装体は、例えばアルミニウム等の金属層
の両面に、熱接着性樹脂層としてのポリプロピレン、ポ
リエチレン等のポリオレフィン樹脂層や耐熱性のポリエ
ステル樹脂層が積層されたラミネートフィルムから構成
されている。外装体は、予め2枚のラミネートフィルム
をそれらの3辺の端面の熱接着性樹脂層相互を熱接着し
て第1のシール部を形成し、1辺が開口した袋状に形成
される。あるいは、一枚のラミネートフィルムを折り返
して両辺の端面を熱接着してシール部を形成して袋状と
してもよい。
The outer package is composed of a laminate film in which a polyolefin resin layer such as polypropylene or polyethylene as a heat-adhesive resin layer or a heat-resistant polyester resin layer is laminated on both surfaces of a metal layer such as aluminum. . The exterior body is formed in a bag shape in which one side is opened by previously heat-bonding two laminated films to each other by thermally adhering the thermoadhesive resin layers on the end faces of the three sides. Alternatively, a single laminated film may be folded back and the end faces of both sides may be heat-bonded to form a seal portion to form a bag shape.

【0067】本発明は、特に積層型電池を構成する場
合、もしくは積層型でなおかつ高容量の電池を構成する
場合に効果的である。
The present invention is particularly effective in the case of forming a laminated battery, or in the case of forming a laminated type and high capacity battery.

【0068】また、本発明とシャツトダウンセパレータ
との組み合わせ、あるいは高インピーダンス方策と組み
合わせればさらに安全性の高いものとなる。
Further, if the present invention is combined with a shirt down separator or with a high impedance measure, the safety is further enhanced.

【0069】[0069]

【実施例】次ぎに、具体的な実施例を挙げて本発明をよ
り詳細に説明する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

【0070】〔実施例1〕正極活物質としてLiCoO
2 90重量部と、導電助剤としてカーボンブラック6
重量部および結着剤としてPVDF:Kynar761A 4重
量部を混合して正極合剤とし、N−メチル−2−ピロリ
ドン(NMP)を溶剤として分散させ、スラリー状にし
た。集電体であるAl箔上に得られたスラリーを塗布、
乾燥し、正極とした。
[Example 1] LiCoO 2 as a positive electrode active material
2 90 parts by weight and carbon black 6 as a conduction aid
Parts by weight and 4 parts by weight of PVDF: Kynar761A as a binder were mixed to form a positive electrode mixture, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was dispersed as a solvent to form a slurry. Coating the resulting slurry on an Al foil which is a current collector,
It was dried and used as a positive electrode.

【0071】負極活物質として人造黒鉛粉末90重量部
と、結着剤としてPVDF:Kynar761A 10重量部と
をN−メチル−2−ピロリドンで分散させ、スラリー状
とした。このスラリーを負極集電体であるCu箔上に塗
布して乾燥し、負極とした。
90 parts by weight of artificial graphite powder as a negative electrode active material and 10 parts by weight of PVDF: Kynar761A as a binder were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. This slurry was applied onto a Cu foil, which is a negative electrode current collector, and dried to obtain a negative electrode.

【0072】固体電解質成分として下記のものを用い
た。 マトリックスポリマー:Kynar761A ポリオレフインフイルム:旭化成製 ポリエチレン(PE)
H6022 25μm 成膜原液:2wt%Kynar761A/NMP+1wt%L−77
(日本ユニカー(株)製)
The following were used as solid electrolyte components. Matrix polymer: Kynar761A Polyolefin film: Asahi Kasei Polyethylene (PE)
H6022 25μm Stock solution: 2wt% Kynar761A / NMP + 1wt% L-77
(Made by Nippon Unicar Co., Ltd.)

【0073】上記ポリオレフインフイルムを成膜原液に
浸漬し、その後浸漬物をロールでしごき、余分な成膜原
液を除去した。そのシートを水中に投下することによ
り、成膜原液中のポリマーをポリオレフインフイルム上
に多孔質状態でゲル化させた。
The above-mentioned polyolefin film was dipped in a film-forming stock solution, and then the dipped product was squeezed with a roll to remove excess film-forming stock solution. The polymer in the stock solution for film formation was gelated in a porous state on the polyolefin film by dropping the sheet in water.

【0074】上記、正極、負極、固体電解質セパレータ
を両面塗布負極を最下層にし、その上にセパレータ、続
いて両面塗布正極、セパレータ、両面塗布負極、・・・
と繰り返し積層し、最上層に両面塗布負極がくる構造で
積層を行った。電極、セパレータの接着にはエチレン−
メタクリル酸の共重合体を用いた。
The positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte separator described above are used as the lowermost layer of the double-sided coated negative electrode, and then the separator, followed by the double-sided coated positive electrode, the separator, the double-sided coated negative electrode, ...
Was repeatedly laminated, and the laminated structure was such that the double-sided coated negative electrode came to the uppermost layer. Ethylene-
A methacrylic acid copolymer was used.

【0075】得られた積層体の正極にAlリード、負極
にNiリードを接合し、一方だけ開口した状態でアルミ
ラミネートフィルムに包んだ。
An Al lead was bonded to the positive electrode of the obtained laminate and a Ni lead was bonded to the negative electrode, and the laminate was wrapped in an aluminum laminate film with only one open.

【0076】電解液としてエチレンカーボネート70体
積部とジエチルカーボネート30体積部とを混合溶媒と
し、LiPF6 を2mol dm-3 の割合で溶質とした非水
電解液を調整し、上記アルミラミネートフィルムの開口
部から所定量注入、含浸後、真空シールを行った。
As a non-aqueous electrolytic solution, a mixed solvent of 70 parts by volume of ethylene carbonate and 30 parts by volume of diethyl carbonate was used as an electrolytic solution, and LiPF 6 was used as a solute at a ratio of 2 mol dm −3 , and the aluminum laminate film was opened. After injecting a predetermined amount from the part and impregnating, vacuum sealing was performed.

【0077】その後、80℃の熱プレスをかけ積層型固
体電解質リチウム電池を作製した。
Thereafter, a hot pressing at 80 ° C. was applied to produce a laminated solid electrolyte lithium battery.

【0078】〔実施例2〕正極活物質としてLiNi
0.33Mn0.33Co0.332 を使用した。以下、実施例1
と同様に積層型固体電解質リチウム電池を作製した。
Example 2 LiNi as a positive electrode active material
0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 was used. Hereinafter, Example 1
A laminated solid electrolyte lithium battery was produced in the same manner as in.

【0079】〔実施例3〕実施例1と同様に作製した正
極の裏面に実施例1と同様に作製した負極スラリーを塗
布した。得られた片面正極/片面負極の電極を最下層と
最上層に、負極が外側を向くような構造で電極、セパレ
ータを積層した。以下、実施例A−1と同様に積層型固
体電解質電池を作製した。
Example 3 The negative electrode slurry prepared in the same manner as in Example 1 was applied to the back surface of the positive electrode prepared in the same manner as in Example 1. The obtained single-sided positive electrode / single-sided negative electrode was laminated on the lowermost layer and the uppermost layer, and an electrode and a separator were laminated in such a structure that the negative electrode faces outward. Hereinafter, a laminated solid electrolyte battery was produced in the same manner as in Example A-1.

【0080】〔実施例4〕負極活物質およびバックコー
ト層のフイラーとして、天然黒鉛30重量部と繊維状人
造黒鉛(MCF)を70重量部混合したものを用いたこ
と以外は実施例2と同様にして電池を作製した。
Example 4 Same as Example 2 except that 30 parts by weight of natural graphite and 70 parts by weight of fibrous artificial graphite (MCF) were used as the filler for the negative electrode active material and the back coat layer. Then, a battery was manufactured.

【0081】〔実施例5〕負極活物質およびバックコー
ト層のフイラーとして、塊状人造黒鉛を用い、固体電解
質セパレータの基材として突き刺し強度が600gfの
ポリエチレン製セパレータを用いたこと以外は実施例2
と同様にして電池を作製した。
Example 5 Except that a bulk artificial graphite was used as the filler of the negative electrode active material and the back coat layer, and a polyethylene separator having a puncture strength of 600 gf was used as the base material of the solid electrolyte separator.
A battery was prepared in the same manner as in.

【0082】〔実施例6〕バックコート層として黒鉛以
外のフイラーを用いる場合について説明する。フイラー
としてAl23 90重量部、結着剤としてPVdF:K
ynar761A 10重量部をN−メチル−2−ピロリドンに
分散して混合し、スラリー状にした。集電体であるCu
箔上に得られたスラリーを塗布して乾燥し、バックコー
ト層を作製した。バックコート層は乾操後で55μm 厚
の塗膜とした。
Example 6 The case where a filler other than graphite is used as the back coat layer will be described. 90 parts by weight of Al 2 O 3 as filler, PVdF: K as binder
10 parts by weight of ynar761A was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone and mixed to form a slurry. Cu which is a collector
The resulting slurry was applied onto the foil and dried to form a back coat layer. The backcoat layer was a dry coating film having a thickness of 55 μm.

【0083】バックコート層を塗布した集電体の反対面
に負極活物質層を塗布した。負極活物層として人造黒鉛
粉末(MCF)90重量部と、結着剤としてPVdF:
Kynar761A 10重量部とをN−メチル−2−ピロリド
ンで分散させ、スラリー状とした。バックコート層を塗
布した側とは反対側の面にこのスラリーを塗布して乾燥
した。
A negative electrode active material layer was applied to the opposite surface of the current collector coated with the back coat layer. 90 parts by weight of artificial graphite powder (MCF) as a negative electrode active material layer and PVdF as a binder:
10 parts by weight of Kynar761A was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. This slurry was applied to the surface opposite to the side on which the back coat layer was applied and dried.

【0084】負極活物質層とバックコート層を塗布した
電極を圧延して、電極積層体の最外層に用いる電極とし
た。
The electrode coated with the negative electrode active material layer and the back coat layer was rolled into an electrode used as the outermost layer of the electrode laminate.

【0085】最外層以外の負極は集電体の両面に負極活
物質層を塗布した電極を用い、実施例2と同様にして電
池を作製した。
A battery was prepared in the same manner as in Example 2, except that the negative electrode other than the outermost layer was an electrode in which negative electrode active material layers were coated on both sides of a current collector.

【0086】〔実施例7〕バックコート層のフイラーと
してSiO2 を用いたこと以外は実施例6と同様にして
電池を作製した。
Example 7 A battery was prepared in the same manner as in Example 6 except that SiO 2 was used as the filler for the back coat layer.

【0087】〔実施例8〕バックコート層のフイラーと
してアセチレンブラックを用いたこと以外は実施例6と
同様にして電池を作製した。
Example 8 A battery was produced in the same manner as in Example 6 except that acetylene black was used as the filler for the back coat layer.

【0088】〔実施例9〕電解液としてプロピレンカー
ボネート(PC)、エチレンカーポネート(EC)、ジ
エチルカーボネー卜(DEC)を体積比2:1:7で混
合したものを溶媒とし、LiPF6 を1.5 mol dm-3
の割合で溶質として溶解した非水電解液を用いたこと以
外は実施例6と同様にして電池を作製した。
Example 9 A mixture of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 2: 1: 7 was used as a solvent, and LiPF 6 was used as a solvent. 1.5 mol dm -3
A battery was produced in the same manner as in Example 6 except that the nonaqueous electrolytic solution dissolved as the solute was used in the ratio of.

【0089】〔実施例10〕固体電解質セパレータとし
てPVdFの徽多孔膜を用いたこと以外は実施例2と同
様にして電池を作製した。
Example 10 A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that a PVdF porous porous membrane was used as the solid electrolyte separator.

【0090】〔比較例1〕実施例1と同様に作製した負
極において、片面のみを塗布したものを用意し、その片
面塗布負極を最外層に配置し、かつ未塗布部が外側を向
くような構造で電極、セパレータを積層した。以下、実
施例1と同様に積層型固体電解質電池を作製した。
[Comparative Example 1] A negative electrode prepared in the same manner as in Example 1 was prepared by coating only one side, and the one-side coated negative electrode was placed in the outermost layer, and the uncoated portion faced to the outside. The electrodes and the separator were laminated in the structure. Hereinafter, a laminated solid electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1.

【0091】〔比較例2〕セパレータとしてセルロース
製セパレータを用いたこと以外は実施例2と同様にして
電池を作製した。
Comparative Example 2 A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that a cellulose separator was used as the separator.

【0092】〔比較例3〕セパレータとしてSiO2
フイラーとして含有するPVdFを用いること以外は実
施例2と同様にして電池を作製した。
Comparative Example 3 A battery was prepared in the same manner as in Example 2 except that PVdF containing SiO 2 as a filler was used as the separator.

【0093】〔比較例4〕電池積層体の最外層として片
面塗布賓極を用い、バックコート層を設けなかったこと
以外は実施例9と同様にして電池を作製した。
Comparative Example 4 A battery was prepared in the same manner as in Example 9 except that a single-sided coated guest electrode was used as the outermost layer of the battery laminate and no back coat layer was provided.

【0094】上記、実施例1〜10、比較例1〜4で得
られた電池を初期評価後、4.2Vまで、定電流、定電
圧充電を行い、その後、直径1.5mmの釘を用いて釘さ
し試験を行った。また、セパレータの突き刺し強度試験
として3mm径で先端2.5mmが円錐状に尖った釘を、
突き刺し速度200mm/minでセパレータに貫通させる
突き刺し強度試験を行った。試験に際し、セパレータを
12mm径の穴のあいた治具に固定し、その中央部分に突
き刺し測定した。また、電池の容量は実施例、比較例と
も2.5Ah(1C放電)だった。結果を表1に示す。
After the initial evaluation of the batteries obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4, constant current and constant voltage charging up to 4.2 V was performed, and then a nail having a diameter of 1.5 mm was used. A nailing test was performed. In addition, as a separator puncture strength test, a nail with a 3 mm diameter and a 2.5 mm tip with a conical tip,
A puncture strength test was carried out by penetrating the separator at a puncture speed of 200 mm / min. At the time of the test, the separator was fixed to a jig having a hole with a diameter of 12 mm, and the center portion thereof was pierced and measured. The capacity of the battery was 2.5 Ah (1 C discharge) in both the example and the comparative example. The results are shown in Table 1.

【0095】[0095]

【表1】 [Table 1]

【0096】実施例1〜10の電池は釘さし試験時に釘
をさしても、ハードな内部短絡が起こらず、電池が破
裂、発火することはなかった。これに対して、比較例の
電池は釘を刺した瞬間に、ハードな内部短絡が起こり、
直後に電池が破裂、発火した。
The batteries of Examples 1 to 10 did not cause a hard internal short circuit even if they were nailed during the nailing test, and the batteries did not burst or ignite. On the other hand, in the battery of the comparative example, a hard internal short circuit occurs at the moment of piercing the nail,
Shortly after, the battery burst and ignited.

【0097】以上、結果から推察すると、比較例1〜4
で作製した電池では、釘さし時に集電体である箔の巻き
込みが起こり、電池がハードな内部短絡を起こし、電池
が破裂、発火に至ったと考えられる。これに対し、実施
例で作製した電池では、釘さし時に集電体である箔の巻
き込みが防止され、ハードな内部短絡が起こらず、安全
に試験を終了することができたと考えられる。
As can be seen from the above results, Comparative Examples 1 to 4
It is considered that the battery produced in (1) was engulfed by the foil as the current collector during nailing, causing a hard internal short circuit in the battery, causing the battery to burst and ignite. On the other hand, in the batteries produced in the examples, it is considered that the foil, which is the current collector, was prevented from being rolled up during nailing, the hard internal short circuit did not occur, and the test could be completed safely.

【0098】さらに、作製した電池のうち、実施例9,
11および比較例4は、2.5A(1C)、カットオフ
電圧4.2Vの定電圧定電流充電を行い、2.5Aの定
電流で2.5Vまで放電する充放電サイクルを繰り返し
た。初回の放電容量に対する200サイクル後の放電容
量の比を容量保持率とした。結果を表2に示す。
Furthermore, among the produced batteries, Example 9,
11 and Comparative Example 4 were subjected to constant-voltage constant-current charging at 2.5 A (1 C) and a cutoff voltage of 4.2 V, and a charge-discharge cycle of discharging to 2.5 V at a constant current of 2.5 A was repeated. The ratio of the discharge capacity after 200 cycles to the initial discharge capacity was defined as the capacity retention rate. The results are shown in Table 2.

【0099】[0099]

【表2】 [Table 2]

【0100】実施例1〜4はいずれも電極構造体の最外
層電極の反りが少ないため、製造工程上の取り扱いに優
れる。しかし、比較例1の電池は、バックコート層を設
けていないため、最外層電極の反りが大きく、取り扱い
が困難であった。また、実施例1〜4はいずれもサイク
ル特性に優れるが、比較例1はサイクル特性が劣ってい
る。これは最外層電極に反りがあるために、サイクルに
伴って最外層電極の密着性が悪くなり、正負極の電極間
距離に不均一が生じたためであると考えられる。
In each of Examples 1 to 4, since the outermost layer electrode of the electrode structure is less warped, it is excellent in handling in the manufacturing process. However, since the battery of Comparative Example 1 was not provided with the back coat layer, the warp of the outermost layer electrode was large and it was difficult to handle. Further, Examples 1 to 4 are all excellent in cycle characteristics, but Comparative Example 1 is inferior in cycle characteristics. It is considered that this is because the outermost layer electrode has a warp, and thus the adhesion of the outermost layer electrode deteriorates with the cycle, and the distance between the positive and negative electrodes becomes uneven.

【0101】また、実施例5では電池特性上有利である
が、釘差し試験で問題の生じやすい塊状黒鉛を用いた
が、突き刺し強度の高いセパレータを用いたため、釘差
し試験でも問題が生じていない。この結果から、突き刺
し強度の高いセパレータを用いることが、釘差し試験に
有効であることがわかる。しかし、突き刺し強度の高い
セパレータは、シャットダウン機能が低く、過充電保護
機能が下するため、バックコート層に無機絶縁性材料を
用い、シャットダウン機能に優れたセパレータと併用す
ることが、電池全体の安全性を高める上で望ましい。実
施例9は比較例4と比べて明らかにサイクル特性が向上
している。これはバックコート層が最外層電極の反りを
防止し、電極間距離を均一にするため、電流密度が均一
になり、サイクル特性が向上したと考えられる。
In Example 5, bulk graphite, which is advantageous in terms of battery characteristics but is likely to cause a problem in the nailing test, was used. However, since a separator having high piercing strength was used, no problem occurred in the nailing test. . From these results, it can be seen that using a separator with high puncture strength is effective for the nail insertion test. However, a separator with high puncture strength has a low shutdown function and a low overcharge protection function.Therefore, using an inorganic insulating material for the back coat layer and using it in combination with a separator with an excellent shutdown function will improve the overall battery safety. It is desirable to improve the sex. The cycle characteristics of Example 9 are clearly improved as compared with Comparative Example 4. It is considered that this is because the back coat layer prevents the outermost layer electrode from warping and makes the distance between the electrodes uniform, resulting in uniform current density and improved cycle characteristics.

【0102】さらに、実施例9において、Al23
PVdFを80:20(重量比)としたところ、圧延前
後の膜厚が半減し、サイクル特性が低下した。一方、A
23 :PVdFを95:5(重量比)としたとこ
ろ、圧延前後の膜厚が倍近くにまで増加し、サイクル特
性も向上した。このことから、フィラーの含有量が少な
すぎると、膜厚が低下して、反りの抑制効果と、サイク
ル特性が低下してくることがわかる。
Furthermore, in Example 9, Al 2 O 3 :
When PVdF was set to 80:20 (weight ratio), the film thickness before and after rolling was halved, and the cycle characteristics deteriorated. On the other hand, A
When l 2 O 3 : PVdF was set to 95: 5 (weight ratio), the film thickness before and after rolling was nearly doubled and the cycle characteristics were also improved. From this, it is understood that when the content of the filler is too small, the film thickness is reduced, the effect of suppressing warpage and the cycle characteristics are reduced.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電池特性
を犠牲にすることなく、異常時においても自己安全性の
機能に優れたリチウム二次電池を提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery having an excellent self-safety function even in an abnormal condition without sacrificing battery characteristics.

【0104】また、積層構造の電極構造体を備えるリチ
ウム二次電池において、最外層の電極の反りを防止し
し、製造工程上の取り扱いに優れ、サイクル特性の優れ
たリチウム二次電池を提供することができる。
Further, in a lithium secondary battery provided with an electrode structure having a laminated structure, the outermost layer of the electrode is prevented from being warped, and the lithium secondary battery is excellent in handling in the manufacturing process and has excellent cycle characteristics. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の電池の基本構成を示した概略断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic configuration of a battery of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2a 負極集電体 2b 負極活物質含有層 3a 正極集電体 3b 正極活物質含有層 4a セパレータ 4b 固体電解質 11 バックコート層 2a Negative electrode current collector 2b Layer containing negative electrode active material 3a Positive electrode current collector 3b Positive electrode active material-containing layer 4a separator 4b Solid electrolyte 11 Back coat layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 哲 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AK06 AL02 AL06 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 EJ03 EJ04 EJ12 HJ00 HJ04   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Satoshi Maruyama             1-13-1, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo             -In DC Inc. F term (reference) 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AK06 AL02                       AL06 AL07 AL08 AL12 AM02                       AM03 AM04 AM05 AM07 AM16                       EJ03 EJ04 EJ12 HJ00 HJ04

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極と負極と、電解液およびセパレータ
を有し、 前記正極および負極が複数配置された電極構造体の最外
層の電極にバックコート層が形成されているリチウム二
次電池。
1. A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, wherein a back coat layer is formed on an outermost electrode of an electrode structure in which a plurality of the positive electrodes and the negative electrodes are arranged.
【請求項2】 前記バックコート層は、電極同士の短絡
を防止する短絡防止機能を有する請求項1のリチウム二
次電池。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the back coat layer has a short circuit preventing function of preventing a short circuit between electrodes.
【請求項3】 前記バックコート層は、電極の反りを防
止する機能を有する請求項1または2のリチウム二次電
池。
3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the back coat layer has a function of preventing the electrode from warping.
【請求項4】 前記バックコート層が、少なくともフィ
ラーとしての無機物材料および/または樹脂を含有する
請求項1〜3のいずれかのリチウム二次電池。
4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the back coat layer contains at least an inorganic material and / or a resin as a filler.
【請求項5】 前記フィラーは、電極活物質と同一の材
料である請求項1〜4のいずれかのリチウム二次電池。
5. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the filler is the same material as the electrode active material.
【請求項6】 前記セパレータの突き刺し強度が50g
f以上である請求項1〜5のいずれかのリチウム二次電
池。
6. The piercing strength of the separator is 50 g.
It is f or more, The lithium secondary battery in any one of Claims 1-5.
【請求項7】 前記バックコート層は、厚みが50〜5
00μm である請求項1〜6のいずれかのリチウム二次
電池。
7. The back coat layer has a thickness of 50 to 5
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, which has a size of 00 µm.
【請求項8】 電極構造体が積層構造である請求項1〜
7のいずれかのリチウム二次電池。
8. The electrode structure according to claim 1, which has a laminated structure.
7. The lithium secondary battery according to any one of 7.
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