JP2006173000A - Method for manufacturing lithium polymer battery and battery obtained by the same - Google Patents

Method for manufacturing lithium polymer battery and battery obtained by the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium polymer battery which can reduce an amount of gas generated in the first charging of batteries and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The method is offered in which an electrode active material is degassed by performing a first charging/discharging (pre-charging/pre-discharging) in a condition of ink before being coated on a current collector foil. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、リチウムポリマー電池の製法およびそれにより得られたリチウムポリマー電池に係り、特に燃料電池やハイブリッド自動車等のモータ駆動電源として好適な高出力型のリチウムポリマー電池の製法およびそれにより得られたリチウムポリマー電池に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a lithium polymer battery and a lithium polymer battery obtained thereby, and more particularly to a method for producing a high output type lithium polymer battery suitable as a motor drive power source for a fuel cell, a hybrid vehicle, etc. The present invention relates to a lithium polymer battery.

近年、環境保護運動の高まりを背景として電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池車(FCV;ハイブリッド燃料電池車を含む)の導入を促進すべく、これらのモータ駆動電源やハイブリッド用補助電源等の開発が行われている。こうした用途では、繰り返し充放電可能なリチウムイオン二次電池が使用されている。EV、HEV、FCVのモータ駆動のような高出力及び高エネルギー密度が要求される用途では、単一の大型電池は事実上作れず、複数個の電池を直列に接続して構成した組電池を使用することが一般的である。このような組電池を構成する一個の電池として、薄型ラミネートタイプのリチウムイオン電池を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Recently, in order to promote the introduction of electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV; including hybrid fuel cell vehicles) against the backdrop of the increasing environmental protection movement, these motor drive power supplies and hybrid Auxiliary power supplies are being developed. In such applications, lithium ion secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged are used. In applications that require high output and high energy density, such as EV, HEV, and FCV motor drives, a single large battery cannot be made in practice, and an assembled battery composed of a plurality of batteries connected in series. It is common to use. As one battery constituting such an assembled battery, it has been proposed to use a thin laminate type lithium ion battery (see, for example, Patent Document 1).

このような組電池を構成する一個のリチウムイオン電池の基本構成は、正極と負極をセパレータを介して配置し、これに非水電解液(液体電解質)を満たしたものとなっている。   The basic configuration of one lithium ion battery constituting such an assembled battery is that a positive electrode and a negative electrode are arranged via a separator and filled with a non-aqueous electrolyte (liquid electrolyte).

さらに上記液体電解質に比して液絡現象が生じ難く安全性が向上したポリマー電解質を用いて、正極、負極及びを重ね合わせる方法で作製されたポリマー電解質電池(ポリマー電池)が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。ポリマー電池は電池外部への液漏れが生じにくいので、安全性の高い電池を形成することができる。
特開2003−151526号公報 特開2002−305028号公報
Furthermore, there has been proposed a polymer electrolyte battery (polymer battery) produced by a method in which a positive electrode, a negative electrode, and a polymer electrolyte are overlapped using a polymer electrolyte that is less likely to cause a liquid junction phenomenon than the liquid electrolyte and has improved safety ( For example, see Patent Document 2.) Since the polymer battery does not easily leak to the outside of the battery, a highly safe battery can be formed.
JP2003-151526A JP 2002-305028 A

上記特許文献1、2に記載のような従来電では、電極活物質を集電箔に塗工した後に電池を組み立てて充電を行なっていたので、初充電時に発生するガスを除去する必要があった。   In the conventional electric power described in Patent Documents 1 and 2, since the battery is assembled and charged after the electrode active material is applied to the current collector foil, it is necessary to remove the gas generated during the initial charge. It was.

しかしながら、特許文献2に記載のようなポリマー電池では、ポリマー電解質層内での高分子固体電解質や高分子ゲル電解質(該高分子ゲル電解質中の電解液)の流動性が低いため一度発生したガスを除去するのが困難であった。そのため、初充電時に発生したガスが電極表面に溜まったままとなり、電極反応面積が減少し、内部抵抗が増大することにもなるなど、充放電性能が低下するという問題があった。   However, in the polymer battery as described in Patent Document 2, the gas generated once because the fluidity of the polymer solid electrolyte or polymer gel electrolyte (electrolyte solution in the polymer gel electrolyte) in the polymer electrolyte layer is low. It was difficult to remove. Therefore, there is a problem that the charge / discharge performance is deteriorated, for example, gas generated at the time of initial charge remains on the electrode surface, the electrode reaction area decreases, and the internal resistance increases.

そこで、本発明が目的は、電池の初充電時に発生するガス量を低減することができるリチウムポリマー電池およびその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium polymer battery capable of reducing the amount of gas generated when the battery is initially charged, and a method for manufacturing the lithium polymer battery.

本発明は、電極活物質を集電箔に塗工する前にインクの状態で初充電/放電を行うことを特徴とするリチウムポリマー電池の製法により達成できる。   The present invention can be achieved by a method for producing a lithium polymer battery, characterized in that initial charge / discharge is performed in an ink state before the electrode active material is applied to the current collector foil.

本発明のリチウムポリマー電池およびその製造方法では、電極活物質を集電箔に塗工する前にインクないしスラリーの状態で初充電/初放電(以下、プレ充電/プレ放電ともいう)を行うことで、初充電時に発生するガスを予め発生させ、除去しておくことができる。そのため、電池の初充電時に発生するガス量を低減することができる。   In the lithium polymer battery and the method for producing the same of the present invention, the initial charge / initial discharge (hereinafter also referred to as precharge / predischarge) is performed in an ink or slurry state before the electrode active material is applied to the current collector foil. Thus, the gas generated during the initial charging can be generated and removed in advance. Therefore, it is possible to reduce the amount of gas generated when the battery is initially charged.

同時にプレ充電/プレ放電により、活物質外のLiイオン供給源を用いて、活物質の不可逆容量サイトと反応させることにより、活物質由来のLiイオンが不可逆容量サイトにトラップされて可逆容量が減少することを防ぐこともできる。その結果、初充電時に発生するガス量を格段に低減することができ、電池製造時に設定した高い充放電性能を初充電時に大きく低減させることなく、長期の充放電サイクルにわたって保持することができる。   At the same time, by reacting with the irreversible capacity site of the active material by using a Li ion supply source outside the active material by precharge / predischarge, the active material-derived Li ions are trapped at the irreversible capacity site and the reversible capacity is reduced. Can also be prevented. As a result, the amount of gas generated during the initial charge can be significantly reduced, and the high charge / discharge performance set during battery manufacture can be maintained over a long charge / discharge cycle without greatly reducing during the initial charge.

本発明のリチウムポリマー電池の製法は、電極活物質、特に非晶質炭素を活物質とした負極を集電箔に塗工する前にインクの状態でプレ充電/プレ放電を行うことを特徴とするものである。これにより、初充電時に発生するガス量を低減することができる。また、電極活物質が粉の状態でプレ充電/プレ放電を行うと以下のような問題もない。(i)従来の集電体に電極を形成後に初充電/放電を行う場合、集電体と電極の間にガスがたまることで、この間で剥離するおそれがあったが、粉の状態で行うためこうした問題もない。(ii)従来の集電体に電極を形成後に初充電/放電を行う場合、体積効率が良くなかったが、粉の状態で行うため体積効率も上がる。   The method for producing a lithium polymer battery according to the present invention is characterized in that pre-charging / pre-discharging is performed in an ink state before applying a negative electrode using an electrode active material, particularly amorphous carbon as an active material, to a current collector foil. To do. Thereby, the amount of gas generated at the time of initial charge can be reduced. In addition, when pre-charging / pre-discharging is performed with the electrode active material in a powder state, there is no problem as described below. (I) When initial charge / discharge is performed after forming an electrode on a conventional current collector, gas may accumulate between the current collector and the electrode. Therefore, there is no such problem. (Ii) When the initial charge / discharge is performed after forming an electrode on a conventional current collector, the volume efficiency is not good, but the volume efficiency is also increased because it is performed in a powder state.

以下、本発明のリチウムポリマー電池の製法につき、図面を用いて説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the lithium polymer battery of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のリチウムポリマー電池の製法の代表的な実施形態(第1の実施形態ともいう)の工程フローチャートを示す図面である。   FIG. 1 is a process flowchart of a representative embodiment (also referred to as a first embodiment) of a method for producing a lithium polymer battery of the present invention.

図1に示すように、本発明のリチウムポリマー電池の第1の実施形態による製法では;
(1)正極の形成工程として、(i)正極プレインク作製工程101と、(ii)正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程103と、(iii)正極プレインクの洗浄・乾燥工程105と、(iv)正極インク作製工程107と、(v)正極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程109と、(vi)正極へのプレゲル塗布工程111と、を有するものである。
As shown in FIG. 1, in the manufacturing method according to the first embodiment of the lithium polymer battery of the present invention;
(1) As a positive electrode forming step, (i) a positive electrode pre-ink preparation step 101, (ii) a pre-charge / degassing / pre-discharge step 103 of the positive electrode pre-ink, and (iii) a cleaning / drying step 105 of the positive electrode pre-ink, (Iv) a positive ink preparation step 107, (v) a positive ink coating / drying / pressing / cutting step 109, and (vi) a pregel application step 111 on the positive electrode.

同様に、(2)負極の形成工程として、(i)負極プレインク作製工程121と、(ii)負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程123と、(iii)負極プレインクの洗浄・乾燥工程125と、(iv)負極インク作製工程127と、(v)負極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程129と、(vi)負極へのプレゲル溶液の塗布工程131と、を有するものである。   Similarly, (2) the negative electrode forming step includes (i) a negative electrode pre-ink preparation step 121, (ii) a pre-charge / degassing / pre-discharge step 123 for the negative electrode pre-ink, and (iii) a cleaning / drying step for the negative electrode pre-ink. 125, (iv) a negative electrode ink preparation step 127, (v) a negative electrode application / drying / pressing / cutting step 129, and (vi) a pregel solution application step 131 to the negative electrode.

また、(3)ポリマー電解質層の形成工程として、(i)プレゲル溶液の作製工程141と、(ii)セパレータへのプレゲル塗布工程143と、を有するものである。   Moreover, (3) As a formation process of a polymer electrolyte layer, it has (i) preparation process 141 of a pregel solution, and (ii) pregel application | coating process 143 to a separator.

次に、(4)電池作製工程として、(i)正極、負極、ポリマー電解質層の組立工程151と、(ii)再充電工程153と、(iii)エージング・検査工程155と、を有するものである。   Next, (4) the battery manufacturing process includes (i) an assembly process 151 of a positive electrode, a negative electrode, and a polymer electrolyte layer, (ii) a recharging process 153, and (iii) an aging / inspection process 155. is there.

以下、上記した第1の実施形態による各工程につき、詳しく説明する。   Hereinafter, each process according to the first embodiment will be described in detail.

(1)正極の形成工程
(i)正極プレインク作製工程
正極プレインク作製工程101では、正極を構成する成分のうち、正極活物質及び電子伝導性を高めるための導電材を所定の配合比率で配合し、これにプレ充電/プレ放電に適した必要量の電解液を加え、懸濁させて正極プレインクを作製する。この段階では、正極を構成する他の成分は加えないほうがよい。特に、NMPのような粘度調整用の溶媒を含む場合には、電位がかかっている状態で該溶媒があると反応してガス発生してしまい、電極活物質のプレ充電/プレ放電の妨げになるおそれがあるためである。
(1) Positive electrode formation step (i) Positive electrode pre-ink preparation step In the positive electrode pre-ink preparation step 101, among the components constituting the positive electrode, a positive electrode active material and a conductive material for enhancing electronic conductivity are mixed at a predetermined mixing ratio. Then, a necessary amount of electrolyte suitable for precharge / predischarge is added and suspended therein to prepare a positive electrode pre-ink. At this stage, it is better not to add other components constituting the positive electrode. In particular, when a viscosity adjusting solvent such as NMP is included, if the solvent is present in a state where a potential is applied, it reacts to generate gas, which hinders precharge / predischarge of the electrode active material. This is because there is a possibility of becoming.

上記正極活物質としては、特に制限されるものではなく、既存のリチウムイオン二次電池に使用可能なものを適宜利用することができる。好ましくは、容量、出力特性に優れた電池を構成できることから、遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属複合酸化物)である。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn4、LiMnOなどのLi・Mn系複合酸化物、LiCr、LiCrOなどのLi・Cr系複合酸化物、LiFeO、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物、LiなどのLi・V系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの(例えば、LiNiCo1−x(0<x<1)等)などが挙げられるが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル耐久性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することができる点で有利である。バイポーラ電池では、上記正極活物質の中でLi−Mn系複合酸化物が望ましい。これは、Li−Mn系複合酸化物を用いることにより、プロファイルを傾けることが可能となり、異常時信頼性が向上するためである。その結果、各単電池層及びバイポーラ電池全体の電圧の検知が容易になる利点を有する。この他、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなどを用いることもできる。 The positive electrode active material is not particularly limited, and those usable for existing lithium ion secondary batteries can be appropriately used. Preferably, it is a composite oxide of a transition metal and lithium (lithium-transition metal composite oxide) because a battery having excellent capacity and output characteristics can be formed. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, spinel LiMn 2 O 4, Li · Mn-based composite oxide such as LiMnO 2, Li 2 Cr Li · Cr composite oxides such as 2 O 7 and Li 2 CrO 4 , Li · Fe composite oxides such as LiFeO 2 and Li x FeO y, and Li · V composite oxides such as Li x V y O z And those obtained by substituting some of these transition metals with other elements (for example, LiNi x Co 1-x O 2 (0 <x <1), etc.), but the present invention is limited to these materials. Is not to be done. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle durability and are low-cost materials. Therefore, using these materials for the electrodes is advantageous in that a battery having excellent output characteristics can be formed. In the bipolar battery, Li—Mn composite oxide is desirable among the positive electrode active materials. This is because by using the Li—Mn-based composite oxide, the profile can be tilted, and the reliability at the time of abnormality is improved. As a result, there is an advantage that the voltage of each single cell layer and the entire bipolar battery can be easily detected. In addition, transition metal and lithium phosphate compounds and sulfate compounds such as LiFePO 4 ; transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH or the like can also be used.

上記正極活物質の粒径は、特に制限されないが、以下に説明する正極インクの塗布方法に応じて、最適な粒径のものを選択するのが望ましい。例えば、従来のコーターなどの塗布方法、あるいはスプレーコートやスクリーン印刷方式などの薄膜製造技術による塗布方法等を用いる場合には、正極活物質の粒径は、1〜100μm、好ましくは1〜10μmの範囲である。一方、本出願人が提案する新規なインクジェット方式による塗布方法(詳しくは後述する)では、正極活物質の粒径は、1μm以下、好ましくは0.05〜1μm、より好ましくは0.05〜0.5μm、特に好ましくは0.05〜0.1μmの範囲である。正極活物質の粒径が1μmを超える場合には、正極インク中において正極活物質粒子の分散状態が保たれず沈澱してしまいため、安定したインクジェット塗布が困難となる。また電極のより一層の薄膜化を達成するのも困難となる。また、正極活物質の粒径の下限値については特に制限されるものではないが、0.05μm未満の場合には、製造が困難で好ましい放電特性を得ることができないおそれがある。   The particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but it is desirable to select one having an optimal particle size according to the method of applying the positive electrode ink described below. For example, when using a coating method such as a conventional coater or a coating method using a thin film manufacturing technique such as spray coating or screen printing, the particle size of the positive electrode active material is 1 to 100 μm, preferably 1 to 10 μm. It is a range. On the other hand, in a novel ink jet coating method proposed by the present applicant (details will be described later), the particle size of the positive electrode active material is 1 μm or less, preferably 0.05 to 1 μm, more preferably 0.05 to 0. 0.5 μm, particularly preferably in the range of 0.05 to 0.1 μm. When the particle size of the positive electrode active material exceeds 1 μm, the dispersed state of the positive electrode active material particles is not maintained in the positive electrode ink, but it is precipitated, so that stable ink jet coating becomes difficult. In addition, it is difficult to achieve further thinning of the electrode. Further, the lower limit value of the particle size of the positive electrode active material is not particularly limited. However, when the particle size is less than 0.05 μm, it is difficult to produce and preferable discharge characteristics may not be obtained.

上記電子伝導性を高めるための導電材としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、種々炭素繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。   Examples of the conductive material for increasing the electron conductivity include acetylene black, carbon black, graphite, various carbon fibers, and carbon nanotubes. However, it is not necessarily limited to these.

また、導電材の粒径は、特に制限されないが、以下に説明する正極インクの塗布方法に応じて、最適な粒径のものを選択するのが望ましい。例えば、従来のコーターなどの塗布方法、あるいはスプレーコートやスクリーン印刷方式などの薄膜製造技術による塗布方法等を用いる場合には、導電材の粒径は、1〜100μm、好ましくは1〜10μmの範囲である。一方、本出願人が提案する新規なインクジェット方式による塗布方法(詳しくは後述する)では、1μm以下であればよいが、好ましくは0.005〜0.1μm、より好ましくは0.01〜0.05μmの範囲である。導電材の粒径が1μmを超える場合には、正極インク中で導電材粒子の分散状態が保たれず沈澱してしまいため、安定したインクジェット塗布が困難となる。また正極のより一層の薄膜化を達成するのも困難となる。一方、導電材の平均粒径の下限値は、正極のより一層の薄膜化の観点からは特に制限されるものではない。   Further, the particle size of the conductive material is not particularly limited, but it is desirable to select one having an optimum particle size according to the method for applying positive electrode ink described below. For example, when using a coating method such as a conventional coater or a coating method using a thin film manufacturing technique such as spray coating or screen printing, the particle size of the conductive material is in the range of 1 to 100 μm, preferably 1 to 10 μm. It is. On the other hand, in the coating method by the novel ink jet method proposed by the present applicant (details will be described later), it may be 1 μm or less, preferably 0.005 to 0.1 μm, more preferably 0.01 to 0.00. The range is 05 μm. When the particle diameter of the conductive material exceeds 1 μm, the dispersed state of the conductive material particles is not maintained in the positive electrode ink, and the conductive ink particles are precipitated, so that stable ink jet coating becomes difficult. In addition, it is difficult to achieve further thinning of the positive electrode. On the other hand, the lower limit value of the average particle diameter of the conductive material is not particularly limited from the viewpoint of further thinning of the positive electrode.

なお、上記正極活物質および導電材の粒径は、いずれも平均粒径をいうものとする。   The particle diameters of the positive electrode active material and the conductive material are both average particle diameters.

上記正極活物質および導電材の粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などを用いて観察することにより測定されうる。   The particle diameters of the positive electrode active material and the conductive material can be measured, for example, by observing using a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or the like.

上記正極活物質および導電材の粒子の形状としては、いずれも球状の形態のみに制限されず、板状、針状、柱状、角状などの形態であってもよい。これらの粒子の形状は、所望の電池特性(例えば、充放電特性やサイクル耐久性など)を考慮して適宜選択されうる。粒子の形状が球状以外の場合には粒子の形状が一様ではないため、かような場合には粒子の絶対最大長を粒子の平均粒子径とする。ここで「絶対最大長」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離をいう。絶対最大長を測定する際には、電子顕微鏡写真の一定の領域中に存在する各粒子の絶対最大長の平均値を用いることが好ましい。あるいは、本発明に用いる活物質粒子および導電材粒子をそれぞれ篩分けにより選別する場合には、篩分けに用いる篩の篩い目(メッシュスルーサイズまたはメッシュパスサイズ)を絶対最大長として採用してもよい。なお、電極活物質粒子は、1次粒子が凝集してなる2次粒子であってもよい。   The shape of the particles of the positive electrode active material and the conductive material is not limited to a spherical shape, and may be a plate shape, a needle shape, a column shape, a square shape, or the like. The shape of these particles can be appropriately selected in consideration of desired battery characteristics (for example, charge / discharge characteristics and cycle durability). When the particle shape is other than spherical, the particle shape is not uniform. In such a case, the absolute maximum length of the particle is taken as the average particle diameter of the particle. Here, the “absolute maximum length” refers to the maximum distance among the distances between any two points on the particle outline. When measuring the absolute maximum length, it is preferable to use the average value of the absolute maximum length of each particle present in a certain region of the electron micrograph. Alternatively, when each of the active material particles and conductive material particles used in the present invention is selected by sieving, the sieve mesh used for sieving (mesh-through size or mesh path size) may be adopted as the absolute maximum length. Good. The electrode active material particles may be secondary particles obtained by aggregating primary particles.

正極活物質及び導電材粒子としては、自ら調製したものを用いてもよいし、所望の粒径の商品が市販されている場合には、商品を購入して用いてもよい。   As the positive electrode active material and the conductive material particles, those prepared by themselves may be used, and when a product having a desired particle diameter is commercially available, the product may be purchased and used.

また、「正極活物質粒径/導電材粒径」の比が、「10/1」以上であることが好ましい。「正極活物質粒径/導電材粒径」の比を「10/1」以上とすることにより、正極インク中の導電材の割合を特に規定することなく、電池特性を同等以上にすることができる。例えば、「正極活物質粒径/導電材粒径」の比が「1/1」では、正極インク中の導電材の割合を正極活物質量の7割(質量比)まで増やしても、正極活物質粒子表面に吸着する導電材の粒子間接触によって形成される導電ネットワークがつながりにくくなる(部分的に切断される箇所ができる)。その結果、十分な電池特性を発現させることができない。一方、「正極活物質粒径/導電材粒径」の比が「10/1」以上では、正極インク中の導電材の割合が正極活物質量の数%(質量比)程度と極少量であっても、正極活物質粒子表面に吸着する導電材の粒子間接触によって形成される導電ネットワークがつながるようになる。その結果、十分な電池特性を発現させることができる。かかる関係は、特に正極活物質及び導電材粒径1μm以下のものを用いて、正極インクをインクジェット方式による塗布方法で行う場合に有用である。   The ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” is preferably “10/1” or more. By setting the ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” to “10/1” or more, the battery characteristics can be made equal or higher without particularly specifying the ratio of the conductive material in the positive electrode ink. it can. For example, when the ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” is “1/1”, the positive electrode active material ratio in the positive electrode ink is increased to 70% (mass ratio) of the positive electrode active material amount. The conductive network formed by the contact between the particles of the conductive material adsorbed on the surface of the active material particles is less likely to be connected (parts are partially cut). As a result, sufficient battery characteristics cannot be expressed. On the other hand, when the ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” is “10/1” or more, the proportion of the conductive material in the positive electrode ink is as small as several percent (mass ratio) of the positive electrode active material amount. Even if it exists, the conductive network formed by the contact between the particles of the conductive material adsorbed on the surface of the positive electrode active material particles will be connected. As a result, sufficient battery characteristics can be exhibited. Such a relationship is particularly useful when a positive electrode ink is applied by an inkjet method using a positive electrode active material and a conductive material having a particle size of 1 μm or less.

また、導電材の割合は、発明の目的、更には導電材や正極活物質の粒子サイズ等に応じて適宜決定されるものである。導電材の割合(質量比)は、上記「正極活物質粒径/導電材粒径」の比を満足すれば、正極活物質全量に対して10質量%あればよいが、これらの範囲に制限されるものではない。   Further, the proportion of the conductive material is appropriately determined according to the purpose of the invention and, further, the particle size of the conductive material and the positive electrode active material. The ratio (mass ratio) of the conductive material may be 10% by mass with respect to the total amount of the positive electrode active material as long as the ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” is satisfied, but is limited to these ranges. Is not to be done.

電解液としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。通常リチウムイオン電池で用いられるものであればよく、リチウム塩(電解質塩)と有機溶媒(可塑剤)とを含むものなどを用いることができる。具体的には、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩ないし支持塩)を含み、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン(GBL)等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 The electrolytic solution is not particularly limited, and a conventionally known electrolytic solution can be used. What is necessary is just normally used with a lithium ion battery, and what contains lithium salt (electrolyte salt) and an organic solvent (plasticizer) can be used. Specifically, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( CF 3 SO 2 ) 2 N, including at least one lithium salt (electrolyte salt or supporting salt) selected from organic acid anion salts such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, propylene carbonate (PC), Cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC); chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate (DEC); tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2- Ethers such as dimethoxyethane and 1,2-dibutoxyethane Lactones such as γ-butyrolactone (GBL); nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; one or more selected from at least one selected from methyl acetate and methyl formate And those using an organic solvent (plasticizer) such as an aprotic solvent. However, it is not necessarily limited to these.

上記電解液の含有量は、正極プレインク全量に対して50質量%以上であればよい。本件においてはプレ充電後には電解液を除去するので電解液は活物質より多ければよく、活物質及び導電材の乾燥状態の空隙率をおおよそ50%とした場合、空隙分の電解質液を注入すればすべての活物質を電解液に接触させることができる。   Content of the said electrolyte solution should just be 50 mass% or more with respect to positive electrode preink whole quantity. In this case, since the electrolyte solution is removed after precharging, the electrolyte solution should be more than the active material. When the porosity of the dry state of the active material and the conductive material is approximately 50%, the electrolyte solution for the void is injected. All active materials can be brought into contact with the electrolyte.

(ii)正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程
プレ充電・ガス抜き・プレ放電工程103では、従来の電池における初充電/初放電と同様に、上記(i)の工程で得られた正極プレインクについて、フル(満)充放電を行う。本工程では、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。これは、電池の初充電時に発生するガスを予め抜き出しても、その後に少量ではあるが該インク中に水分や大気中のガス成分が混入してしまい、電池の初充電時に発生するガスの一因となるおそれがあるためである。
(Ii) Pre-charging / degassing / pre-discharging process of positive electrode pre-ink In pre-charging / degassing / pre-discharging process 103, similar to the initial charge / initial discharge in the conventional battery, it was obtained in the process (i) above. The positive electrode pre-ink is fully charged / discharged. In this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like. This is because, even if the gas generated at the time of the initial charge of the battery is extracted in advance, water and atmospheric gas components are mixed in the ink, but a small amount of the gas generated at the time of the initial charge of the battery. This is because there is a possibility that it becomes a cause.

図2は、本発明の電極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電に用いられる装置の一実施形態を模式的に表した概略断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an embodiment of an apparatus used for precharging, degassing and predischarging of the electrode preink of the present invention.

装置201では、充放電用電源(図示せず)に電気的に接続されてなる、上面が開放されたSUS製のプレインク収納容器203及び、表面にLi金属(一方の電極)をつけたSUS製の容器蓋205とを備えてなるものである。なお、容器及び蓋の材質は、電気伝導性の材料であれば良いが、銅では、プレ充電/放電により溶け出すおそれがあるため、上記したSUS等を用いるのが望ましい。   In the apparatus 201, a SUS pre-ink storage container 203 having an open upper surface, which is electrically connected to a charging / discharging power source (not shown), and a SUS product with Li metal (one electrode) attached to the surface. The container lid 205 is provided. The container and the lid may be made of an electrically conductive material. However, since copper may be melted by precharge / discharge, it is desirable to use SUS or the like described above.

本工程103の正極プレインクのプレ充電工程103aでは、図2に示すプレ充放電装置201を用いて行う。詳しくは、装置201の収納容器203内に上記(i)の工程で得られた活物質103’及び導電材105’を含む上記プレインク101’を充填し、その上からセパレータ207を被せて、セパレータに電解液を含浸させる。更に該セパレータ207上面に容器蓋205を設置し、上記した減圧雰囲気下において、プレ充電として、正極プレインクが所定電圧(例えば、正極活物質の理論充電電圧4.2V)になるまでフル充電を行う。これにより、初充電時に発生するガスを、本工程で予め発生させることができる。   In the precharge step 103a of the positive electrode pre-ink in this step 103, the precharge / discharge device 201 shown in FIG. 2 is used. Specifically, the storage container 203 of the apparatus 201 is filled with the pre-ink 101 ′ including the active material 103 ′ and the conductive material 105 ′ obtained in the step (i), and the separator 207 is covered from above. Is impregnated with an electrolyte. Furthermore, a container lid 205 is installed on the upper surface of the separator 207, and full charge is performed until the positive electrode pre-ink reaches a predetermined voltage (for example, a theoretical charge voltage of 4.2 V of the positive electrode active material) as pre-charge in the above-described reduced pressure atmosphere. . Thereby, the gas generated at the time of the first charge can be generated in advance in this step.

プレ充電条件としては、特に制限されるものではないが、電池の初充電と同様の充電条件として、初充電時と同程度のガス発生を促すことが望ましい。かかる観点から、例えば、後述する実施例1に示すように、およそ20μA/cmの範囲で定電流定電圧充電を行うのが望ましいが、かかる範囲に制限されるものではない。 The precharge condition is not particularly limited, but it is desirable to promote the generation of gas at the same level as the initial charge as the same charge condition as the initial charge of the battery. From this point of view, for example, as shown in Example 1 described later, it is desirable to perform constant current and constant voltage charging in a range of about 20 μA / cm 2 , but the range is not limited thereto.

次に、ガス抜き工程103bとしては、プレ充電に伴って発生したガスを除去する。これにより、プレ充電工程で予め発生させたガスを外部に抜き出すことができる。該ガス抜き工程としては、特に制限されるものではないが、好ましくは、超音波を用いるのが望ましい。この際、超音波で加振しながら減圧するのがより望ましい。これは、プレ充電工程により活物質粒子表面や粒子間の隙間にガス(気泡)が付着しているような場合もあり、こうした場合でも確実にガス(気泡)をインク外部に除去することができるためである。従来技術では塗布後にガス抜きを行なうため、超音波を使うことが出来ないこともあり、一度発生したガスを流動性が低いポリマー電解質層を通じて外部に除去するのが困難であった。本発明では、懸濁液のプレインクを超音波で加振しながら、好ましくは更に減圧することで、活物質粒子表面や粒子間に付着しているガスを素早く確実に取り除くことができ、ガス除去効果を高めることができる。該超音波発生装置としては、上記図2に示す装置201の収納容器203に内臓してもよい。あるいは、図2に示す装置201とは別に、着脱自在な超音波発生装置を用意し、ガス抜き工程の際に収納容器203内に設置するようにしてもよいなど、特に制限されるものではない。   Next, as the degassing step 103b, the gas generated with the precharge is removed. Thereby, the gas previously generated in the precharge process can be extracted outside. The degassing step is not particularly limited, but it is preferable to use ultrasonic waves. At this time, it is more desirable to reduce the pressure while vibrating with ultrasonic waves. This is because gas (bubbles) may adhere to the surface of the active material particles or the gaps between the particles due to the precharging step, and even in such cases, the gas (bubbles) can be reliably removed outside the ink. Because. In the prior art, since degassing is performed after coating, it may be impossible to use ultrasonic waves, and it has been difficult to remove the generated gas through the polymer electrolyte layer having low fluidity. In the present invention, the gas adhering to the surface of the active material particles or between the particles can be quickly and surely removed by preferably reducing the pressure while vibrating the suspension pre-ink with ultrasonic waves. The effect can be enhanced. The ultrasonic generator may be incorporated in the storage container 203 of the apparatus 201 shown in FIG. Alternatively, a detachable ultrasonic generator may be prepared separately from the apparatus 201 shown in FIG. 2 and installed in the storage container 203 during the degassing process. .

本ガス抜き工程103bを行うことで、実施例2に示すように、該ガス抜きを行わない実施例3に比して、電池性能が向上する。特に大電流での出力特性を大幅に向上させることができる点で優れていることがわかる。   By performing the degassing step 103b, as shown in Example 2, the battery performance is improved as compared with Example 3 in which the degassing is not performed. In particular, it can be seen that the output characteristics at a large current can be greatly improved.

次に、プレ放電工程103cでは、ガス抜き工程103b終了後に、正極プレインクのプレ放電を行う。   Next, in the pre-discharge process 103c, the pre-discharge of the positive electrode pre-ink is performed after the degassing process 103b.

該プレ放電工程でも、上記した装置201をそのまま用い、正極側と負極側をプレ充電時とは逆転させて、プレ放電として正極プレインクが所定電圧(例えば、正極活物質の理論放電電圧2.5V)になるまでフル放電を行う。これにより、初充電時に発生するガス抜きをしておくことができる。同時に上記プレ充電/プレ放電により、活物質以外のLiイオン供給源(容器蓋205表面に付けたLi金属)を用いて、活物質の不可逆容量サイトと反応させることにより、活物質由来のLiイオンが不可逆容量サイトにトラップされて可逆容量が減少することを防ぐこともできる。ただし、かかる効果は、後述する負極側においてより顕著であるため、本工程103では、容器蓋205表面にLiイオン供給源となるLi金属等を必ずしも付けなくても良いといえるが、好ましくはLi金属等を付けておくのが望ましい。特に、正極及び負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程に同じ装置を用いる場合には、部品の共通化による部品点数の低減及び部品の取り違え等などが防止できる点でも優れている。   Also in the pre-discharge step, the above-described apparatus 201 is used as it is, and the positive electrode side and the negative electrode side are reversed from those at the time of pre-charging, and the positive electrode pre-ink has a predetermined voltage (for example, a theoretical discharge voltage of 2.5 V of the positive electrode active material) as pre-discharge. ) Full discharge until. Thereby, the degassing generated at the time of initial charge can be removed. At the same time, Li ion derived from the active material is reacted with the irreversible capacity sites of the active material by using the Li ion supply source (Li metal attached to the surface of the container lid 205) other than the active material by the precharge / predischarge. It is also possible to prevent the reversible capacity from being reduced due to being trapped at the irreversible capacity site. However, since this effect is more conspicuous on the negative electrode side described later, in this step 103, it can be said that it is not always necessary to attach Li metal or the like as a Li ion supply source to the surface of the container lid 205. It is desirable to attach metal or the like. In particular, when the same apparatus is used for the precharge, degassing, and predischarge processes of the positive electrode and the negative electrode preink, it is also excellent in that the number of parts can be reduced due to the common use of the parts and the mixing of parts can be prevented.

プレ放電条件としては、特に制限されるものではないが、電池の初放電と同様の放電条件とするのが望ましい。具体的には、活物質内に充電で蓄えた蓄電エネルギーを全て放出した状態(空の状態)にする。こうすることでインクや電極を取り扱い易い状態にすることできる。かかる観点から、例えば、後述する実施例1に示すように、およそ20μA/cmの範囲で定電流放電を行うのが望ましいが、かかる範囲に制限されるものではない。 The pre-discharge conditions are not particularly limited, but are preferably the same discharge conditions as the initial discharge of the battery. Specifically, the state is made such that all the stored energy stored in the active material by charging is released (empty state). By doing so, the ink and the electrode can be easily handled. From this point of view, for example, as shown in Example 1 described later, it is desirable to perform constant current discharge in a range of about 20 μA / cm 2 , but the range is not limited thereto.

なお、本工程103では、上記した、プレ充電工程103a、ガス抜き工程103b、プレ放電工程103cの順のほか、例えば、プレ充電工程103a、プレ放電工程103c、ガス抜き工程103bの順で行ってもよい(実施例1参照)。更に、プレ充電工程103a、ガス抜き工程103b、プレ放電工程103c、ガス抜き工程103bの順でガス抜き工程を2回行ってもよいなど、本発明の目的に合致し、その作用効果を達成することができるものであれば、いかなる順序であってもよい。   In this process 103, in addition to the order of the precharge process 103a, the degassing process 103b, and the predischarge process 103c described above, for example, the precharge process 103a, the predischarge process 103c, and the degassing process 103b are performed in this order. (See Example 1). Further, the degassing process may be performed twice in the order of the precharging process 103a, the degassing process 103b, the predischarge process 103c, and the degassing process 103b. Any order can be used.

(iii)正極プレインクの洗浄・乾燥工程
正極プレインクの洗浄・乾燥工程105では、工程103終了後、上記装置201から正極プレインクを取り出し、適当な溶媒、例えば、DEC等で洗浄して、真空乾燥させることにより揮発成分を除去して、プレ充電/プレ放電済の活物質及び導電材を得る。
(Iii) Positive electrode pre-ink cleaning / drying step In the positive electrode pre-ink cleaning / drying step 105, after the completion of step 103, the positive electrode pre-ink is taken out from the apparatus 201, washed with an appropriate solvent such as DEC, and vacuum dried. Thus, the volatile component is removed, and the precharged / predischarged active material and conductive material are obtained.

詳しくは、後述する実施例のように、上記装置201から正極プレインクを取り出し、適当な溶媒、例えば、DECを満たした溶媒槽に沈め、正極プレインク中に残存する電解質(例えば、LiPFなど)を溶媒側に溶出させ、その後再び減圧乾燥を行えばよい。ただし、本発明では、これらに制限されるものではない。 Specifically, as in the examples described later, the positive electrode pre-ink is taken out from the apparatus 201 and submerged in a solvent tank filled with a suitable solvent, for example, DEC, and the electrolyte (for example, LiPF 6 ) remaining in the positive electrode pre-ink is removed. It may be eluted to the solvent side and then dried under reduced pressure again. However, the present invention is not limited to these.

本工程では、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。   In this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like.

本実施形態では、正極プレインクの洗浄・乾燥工程105を施すことにより、後述する4に示すように、正極プレインクの洗浄・乾燥工程105を行わない第2の実施形態(実施例2、3)に比して、電池性能が向上する事がわかる。特に大電流での出力特性が大幅に向上することができる点で優れている。   In this embodiment, the positive electrode pre-ink cleaning / drying step 105 is performed, so that the positive electrode pre-ink cleaning / drying step 105 is not performed, as shown in 4 described later. It can be seen that the battery performance is improved. In particular, it is excellent in that the output characteristics at a large current can be greatly improved.

(iv)正極インク作製工程
正極インク作製工程107では、上記工程105で得られたプレ充電/プレ放電済の正極活物質及び導電材に、必要に応じて他の成分を加え、粘度調整用の溶媒を適量加えて混合し、正極活物質及び導電材粒子が十分に均一に分散された正極インクを作製する。
(Iv) Positive electrode ink preparation step In the positive electrode ink preparation step 107, other components are added to the precharged / predischarged positive electrode active material and conductive material obtained in the above step 105 as necessary to adjust the viscosity. An appropriate amount of a solvent is added and mixed to prepare a positive electrode ink in which the positive electrode active material and the conductive material particles are sufficiently uniformly dispersed.

上記混合攪拌手段は、溶媒中に電極活物質粒子や導電材粒子を十分に均一に分散することができるものであればよく、従来公知の各種の攪拌・混合・攪拌装置を用いることができるなど、特に制限されるものではない。好ましくは、これらの混合攪拌操作を迅速且つ確実に行えるものが望ましい。こうした好適な混合攪拌手段としては、例えば、ホモジナイザー、攪拌脱泡機などの装置を用いることができる。   The mixing and stirring means may be any means as long as it can sufficiently disperse the electrode active material particles and the conductive material particles in the solvent, and various conventionally known stirring, mixing and stirring devices can be used. There is no particular limitation. Preferably, those capable of performing the mixing and stirring operation quickly and reliably are desirable. As such a suitable mixing and stirring means, for example, a device such as a homogenizer or a stirring deaerator can be used.

また、上記必要に応じて用いられる他の成分には、例えば、バインダ、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、ポリマー電解質(高分子原料や電解液など)、重合開始剤、添加剤などが含まれ得るが、これらに制限されるものではない。本実施形態では、図1に示すように、プレゲル溶液を電極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程109後に塗布することもできる。そのため、プレゲル溶液の組成成分である、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、ポリマー電解質(高分子原料や電解液など)、重合開始剤などは、正極インクとして含まなくてよい。即ち、本実施形態では、正極インクに必要に応じて用いられる他の成分には、バインダ、添加剤などが含まれ得るものとする。ただし、正極インクに必要に応じて用いられる他の成分には、これらプレゲル溶液成分も含めても良いことはいうまでもない。   In addition, other components used as necessary include, for example, a binder, a lithium salt for increasing ion conductivity, a polymer electrolyte (polymer raw material, electrolytic solution, etc.), a polymerization initiator, an additive, and the like. However, it is not limited to these. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the pregel solution can be applied after the electrode ink application / drying / pressing / cutting step 109. Therefore, a lithium salt for increasing ion conductivity, a polymer electrolyte (polymer raw material, electrolytic solution, etc.), a polymerization initiator, and the like, which are constituent components of the pregel solution, may not be included as the positive electrode ink. That is, in the present embodiment, it is assumed that the other components used as necessary for the positive electrode ink may include a binder, an additive, and the like. However, it goes without saying that these pregel solution components may be included in other components used as necessary for the positive electrode ink.

なお、本工程でも、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。   It should be noted that this step is preferably performed in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like.

上記粘度調整用の溶媒としては、特に制限されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、アセトニトリルが挙げられる。ただし、その他の溶媒が用いられても、勿論よい。   The solvent for adjusting the viscosity is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and acetonitrile. Of course, other solvents may be used.

上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、ポリイミドなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。   As the binder, polyvinylidene fluoride (PVdF), SBR (styrene-butadiene rubber), polyimide, or the like can be used. However, it is not necessarily limited to these.

上記添加剤としては、例えば、電池の性能や寿命を高めるためのトリフルオロプロピレンカーボネート、補強材として各種フィラーなどが挙げられる。これらは、必要に応じて適量含まれる。   Examples of the additive include trifluoropropylene carbonate for enhancing battery performance and life, and various fillers as reinforcing materials. These are included in appropriate amounts as necessary.

正極インク中の、正極活物質、導電材、粘度調整用の溶媒、バインダ、添加剤等の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。   The blending amount of the positive electrode active material, the conductive material, the viscosity adjusting solvent, the binder, the additive, and the like in the positive electrode ink should be determined in consideration of the purpose of use of the battery (output priority, energy priority, etc.).

(v)正極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程
正極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程109では、まず、塗布工程109aとして、集電体(または適当な基材)上に、適当な方法にて正極インクを塗布する。
(V) Application / drying / pressing / cutting process of positive electrode ink In the application / drying / pressing / cutting process 109 of positive electrode ink, first, as an application process 109a, an appropriate material is collected on a current collector (or an appropriate substrate). The positive electrode ink is applied by the method.

ここで、集電体としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。例えば、アルミニウム箔、ステンレス(SUS)箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、SUSとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウム箔を集電体として用いることが好ましい。   Here, the current collector is not particularly limited, and a conventionally known one can be used. For example, aluminum foil, stainless steel (SUS) foil, nickel-aluminum clad material, copper-aluminum clad material, SUS-aluminum clad material, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a current collector in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded 2 or more metal foil depending on the case. From the viewpoint of corrosion resistance, ease of production, economy, etc., it is preferable to use an aluminum foil as a current collector.

正極と負極集電体を分けて用いる場合、正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、SUS、チタンなどの導電性金属を用いることができる。アルミニウムが特に好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、SUSなどの導電性金属を用いることができる。SUS及びニッケル等が特に好ましい。また、正極集電体と負極集電体とは、互いに直接あるいは第三の材料からなる導電性を有する中間層を介して電気的に接続していれば良い。   When the positive electrode and the negative electrode current collector are used separately, as the material of the positive electrode current collector, for example, a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, SUS, or titanium can be used. Aluminum is particularly preferred. On the other hand, as a material of the negative electrode current collector, for example, a conductive metal such as copper, nickel, silver, or SUS can be used. SUS and nickel are particularly preferable. In addition, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be electrically connected to each other directly or via a conductive intermediate layer made of a third material.

さらに、集電体についても、スプレーコート、更にはスクリーン印刷方式やインクジェット方式などの薄膜製造技術により、所望の形状に製膜して形成したものを利用することもできる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの金属粉末を主成分として、これにバインダ(樹脂)、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものである。これら金属粉末は1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよいし、さらに、製法上の特徴を生かして金属粉末の種類の異なるものを多層に積層したものであってもよい。上記バインダとしては、特に制限されるべきものではなく、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダ材料を用いることができるほか、導電性高分子材料を用いても良い。   Further, the current collector may be formed by forming a film into a desired shape by spray coating, and further by a thin film manufacturing technique such as a screen printing method or an ink jet method. For example, a current collector metal paste containing a metal powder such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), or an alloy thereof as a main component and containing a binder (resin) and a solvent is formed by heating. It will be. These metal powders may be used singly or as a mixture of two or more, and moreover, by utilizing the characteristics of the manufacturing method, different types of metal powders are laminated in multiple layers. There may be. The binder is not particularly limited. For example, a conventionally known resin binder material such as an epoxy resin can be used, and a conductive polymer material may be used.

集電体の厚さは、通常通りでよく特に限定されないが、1〜100μm程度である。好ましくは電極の薄膜化の観点から、集電体の厚さは100μm以下、好ましくは1〜50μmであるのが望ましい。   The thickness of the current collector may be as usual and is not particularly limited, but is about 1 to 100 μm. Preferably, from the viewpoint of thinning the electrode, the thickness of the current collector is 100 μm or less, preferably 1 to 50 μm.

また、集電体上ではなく、適当な離型可能な基材上に正極インクを塗布・乾燥・プレス・裁断して正極を作成してもよい。該適当な離型可能な基材としては、例えば、ガラス、ポリエチレンなどの離型フィルム等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。この場合には、正極インクを塗布・乾燥・プレス・裁断した後、集電体上に貼り付けた後、表面の基材を剥離すればよい。   Alternatively, the positive electrode may be formed by applying, drying, pressing, and cutting positive electrode ink on a suitable releasable base material instead of on the current collector. Examples of the appropriate releasable base material include, but are not limited to, release films such as glass and polyethylene. In this case, the positive electrode ink may be applied, dried, pressed, cut, attached to the current collector, and then the substrate on the surface may be peeled off.

次に、正極インクの塗布方法としては、特に制限されるものではなく、例えば、従来のアプリケーターやコーターなどの塗布方法、あるいはスプレーコート、スクリーン印刷方式、インクジェット方式などの薄膜製造技術による塗布方法等を用いることができる。なかでも本出願人が提案する新規なインクジェット方式による塗布方法では、上記した活物質及び導電材粒径1μm以下とすることで長持間放置しても安定したインクジェット塗布が可能となる。そのため、数μm以下の膜厚の薄膜電極であっても、厚さ、密度を精密に制御した薄膜電極を提供することができる。その結果、得られた薄膜電極を用いたリチウムポリマー電池の抵抗は、コーターを用いる従来の電極塗工で得られた電極を用いた電池の抵抗より小さくすることができる。そのため超高出力型のリチウムポリマー電池として高い電流レートで充放電した場合でも、必要なエネルギーをとり出すことができるなど、電池の充放電性能の向上を図ることができる。以下、好適な塗布方法の1つである方式で印刷する塗布方法を例にとり説明する。   Next, the method for applying the positive electrode ink is not particularly limited. For example, a conventional application method such as an applicator or a coater, or a coating method using a thin film manufacturing technique such as a spray coating, a screen printing method, or an ink jet method. Can be used. In particular, in the coating method by the novel ink jet method proposed by the present applicant, stable ink jet coating is possible even when left for a long time by setting the particle size of the active material and the conductive material to 1 μm or less. Therefore, even a thin film electrode having a thickness of several μm or less can be provided with a thin film electrode having a precisely controlled thickness and density. As a result, the resistance of the lithium polymer battery using the obtained thin film electrode can be made smaller than the resistance of the battery using the electrode obtained by conventional electrode coating using a coater. Therefore, even when charging / discharging at a high current rate as an ultra-high output type lithium polymer battery, it is possible to improve the charging / discharging performance of the battery, for example, necessary energy can be taken out. Hereinafter, an example of a coating method for printing by a method which is one of the preferred coating methods will be described.

ここで、インクジェット方式で印刷する塗布方法(インクジェット法)とは、インクジェットプリンタのノズルからインクを液滴として集電体等の基材上に塗布する方法である。   Here, the application method (inkjet method) for printing by an inkjet method is a method of applying ink as droplets from a nozzle of an inkjet printer onto a substrate such as a current collector.

上記インクジェット法には、ピエゾ素子方式、サーマルインクジェット方式、continuance方式の3つの方式があり、そのいずれをも採用しえるものであるが、電池材料の熱安定性の観点から、ピエゾ素子方式を用いるのが望ましい。ピエゾ素子方式は、一般にドロップオンデマンド方式として知られている、電圧を印加すると変形するセラミックス(ピエゾ素子)を用いて液体を吐出する、ピエゾ型を用いる方式をいう。ピエゾ素子方式は、正極インクに含まれるバインダや電解質材料等の熱安定性に優れ、塗布する各インク量を可変することができる。さらには、比較的高粘度の液体を他のインクジェットヘッドに比べて確実・安定に、かつ精確に吐出することができ、粘度10〜100Pa・s(10〜100cP)程度の液体の吐出に有効に用いることができる点で優れている。   The ink jet method includes three methods, ie, a piezo element method, a thermal ink jet method, and a continuance method, and any of these methods can be adopted. From the viewpoint of thermal stability of the battery material, the piezo element method is used. Is desirable. The piezo element method is a method using a piezo type, which is generally known as a drop-on-demand method, and discharges a liquid using ceramics (piezo elements) that deform when a voltage is applied. The piezo element method is excellent in thermal stability of a binder, an electrolyte material, and the like included in the positive electrode ink, and can vary the amount of each ink applied. Furthermore, it can discharge liquid with relatively high viscosity reliably, stably and accurately compared to other inkjet heads, and is effective for discharging liquid with a viscosity of about 10-100 Pa · s (10-100 cP). It is excellent in that it can be used.

上記ピエゾ型のインクジェットヘッド内部は、一般的に、インクを貯留する液室が形成され、この液室はインク導入部を介して前記液室に連なっている構造を有する。インクジェットヘッドの下方部位には、ノズルが多数配列形成されている。また、インクジェットヘッドの上方部位には、前記液室内のインクをノズルから吐出するための圧電素子と、この圧電素子を動作させるためのドライバーとが配備されている。かようなインクジェットヘッドの構造は一実施形態に過ぎず、特に限定されない。   In the piezo-type ink jet head, a liquid chamber for storing ink is generally formed, and the liquid chamber has a structure connected to the liquid chamber via an ink introduction portion. A large number of nozzles are arranged in a lower portion of the inkjet head. In addition, a piezoelectric element for ejecting ink in the liquid chamber from the nozzle and a driver for operating the piezoelectric element are disposed in an upper part of the inkjet head. The structure of such an inkjet head is merely an embodiment and is not particularly limited.

インク導入部がプラスチックであった場合、インクに含まれ得る溶媒が、前記プラスチック部分を溶解させる恐れがある。従って、インク導入部は耐溶媒性に優れた金属製のものが好ましい。   When the ink introduction part is made of plastic, a solvent that can be contained in the ink may dissolve the plastic part. Therefore, the ink introduction part is preferably made of metal having excellent solvent resistance.

上記正極インクをインクジェット方式で塗布する方法としては、特に限定されない。例えば、正極インク用のインクジェットヘッドを一つ設け、該ヘッドに設けた複数の微小径ノズルの液体吐出動作を、それぞれ独立に制御することにより、集電体(または基材)表面に液滴を塗布する方法が挙げられる。あるいは、正極インク用にインクジェットヘッドを複数設けると共に、各ヘッドに設けた複数の微小径ノズルの液体吐出動作を独立に制御して、集電体(または基材)表面に一度に複数の液滴を同時に塗布する方法等が挙げられる。かような塗布方法により塗布の速度を上げることができ、短時間で電極を作成することができる。また、かような塗布方法において、液体吐出動作を独立に制御するには、特に限定されない。例えば、上述のインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタを、市販のコンピュータなどに連結させ、適当なソフトにより所望するパターンを作成して、かようなソフトからの電気信号により制御を行えばよい。適当なソフトとしては、Power Point(マイクロソフト社製)、AutoCAD(AutoDesk社製)などの市販のソフトを用いることができる。ただし、市販ソフトに制限されるものではなく、新たに開発したソフトを用いてもよい。   The method for applying the positive electrode ink by an inkjet method is not particularly limited. For example, by providing one inkjet head for positive ink, and controlling the liquid discharge operation of a plurality of micro-diameter nozzles provided on the head independently of each other, droplets are applied to the surface of the current collector (or base material). The method of apply | coating is mentioned. Alternatively, a plurality of ink-jet heads are provided for the positive ink, and a plurality of droplets are simultaneously applied to the surface of the current collector (or base material) by independently controlling the liquid discharge operation of the plurality of micro-diameter nozzles provided on each head. The method of apply | coating simultaneously is mentioned. By such a coating method, the coating speed can be increased, and an electrode can be formed in a short time. Further, in such a coating method, there is no particular limitation for independently controlling the liquid ejection operation. For example, an inkjet printer using the above-described inkjet head may be connected to a commercially available computer or the like, a desired pattern may be created by appropriate software, and control may be performed using an electrical signal from such software. As suitable software, commercially available software such as Power Point (manufactured by Microsoft) and AutoCAD (manufactured by AutoDesk) can be used. However, the software is not limited to commercially available software, and newly developed software may be used.

また、本発明の正極インクの粘度は、インクジェットで塗布するのに適した粘度であればよく特に制限されるものではないが、100cP以下であることが好ましく、より好ましくは0.1〜100cPである。正極インクの粘度が100cPを超えるとノズルを通過できない恐れがある。一方、正極インクの粘度の下限値は特に制限されるものではないが、0.1cP未満であると流量を制御することが困難となる恐れがある。なお、本発明でいう正極インクの粘度は、特に断らない場合には、25℃での粘度をいうものとする。   The viscosity of the positive electrode ink of the present invention is not particularly limited as long as it is a viscosity suitable for application by inkjet, but is preferably 100 cP or less, more preferably 0.1 to 100 cP. is there. If the viscosity of the positive ink exceeds 100 cP, there is a possibility that it cannot pass through the nozzle. On the other hand, the lower limit of the viscosity of the positive ink is not particularly limited, but if it is less than 0.1 cP, it may be difficult to control the flow rate. In addition, the viscosity of the positive electrode ink as referred to in the present invention means a viscosity at 25 ° C. unless otherwise specified.

さらに、本発明では、本実施形態の製法(具体的には、上記プレ充電/放電工程103及び以下で説明するプレ充電/放電工程123)でプレ充電/放電処理した正極及び負極活物質を用い、不可逆容量を除いた後の可逆容量の値を用いて負極/正極の容量バランスを所定の値、望ましくは負極容量/正極容量=1.0〜1.2に設計することが望ましい。具体的には、正極インクの塗布工程109aと負極インクの塗布工程129aにより塗布される正極及び負極インク量、ひいては正極及び負極の厚さを上記負極容量/正極容量の範囲となるように調整する。これは後述する第2の実施形態においても同様である。これは、例えば、正極及び負極共に同じ容量となるように従来の製法にて電極を作製した場合、初充電時に正極側では不可逆容量が3%程度生じる(可逆容量97%程度に低下する)のに対し、負極側では不可逆容量が20%程度にもなる(可逆容量80%程度にまで低下する)。そのため、以後の電池全体の充放電では、初充電の際に生じた負極側の不可逆容量により、電池の充放電容量が制限されることになり、正極側では17%程度が未利用のままとなっていた。本発明の製法では、プレ充電/プレ放電により、活物質外のLiイオン供給源を用いて、活物質の不可逆容量サイトと反応させることにより、活物質由来のLiイオンが不可逆容量サイトにトラップされて可逆容量が減少することを防ぐこともできる。その結果、上記した負極容量/正極容量の範囲で調整することで、正極及び負極の未利用な活物質量を低減することができる。なお、負極容量/正極容量=1.0未満の場合には金属リチウムの析出の恐れがあり、負極容量/正極容量=1.2を超える場合には従来技術と同様に未使用の正極活物質が増加してしまい電池容量の向上が期待できない。   Furthermore, in the present invention, the positive electrode and the negative electrode active material pre-charged / discharged in the manufacturing method of the present embodiment (specifically, the pre-charge / discharge step 103 and the pre-charge / discharge step 123 described below) are used. Using the reversible capacity value after removing the irreversible capacity, it is desirable to design the negative electrode / positive electrode capacity balance to a predetermined value, preferably negative electrode capacity / positive electrode capacity = 1.0 to 1.2. Specifically, the positive and negative ink amounts applied by the positive ink application step 109a and the negative ink application step 129a, and thus the thicknesses of the positive electrode and the negative electrode, are adjusted to be in the above negative electrode capacity / positive electrode capacity range. . The same applies to the second embodiment described later. This is because, for example, when an electrode is produced by a conventional manufacturing method so that both the positive electrode and the negative electrode have the same capacity, an irreversible capacity of about 3% is generated on the positive electrode side at the time of initial charging (reversible capacity is reduced to about 97%). On the other hand, on the negative electrode side, the irreversible capacity is about 20% (reduced to about 80% reversible capacity). Therefore, in the subsequent charge / discharge of the entire battery, the charge / discharge capacity of the battery is limited by the irreversible capacity on the negative electrode side generated at the time of initial charge, and about 17% remains unused on the positive electrode side. It was. In the production method of the present invention, Li ions derived from the active material are trapped at the irreversible capacity site by reacting with the irreversible capacity site of the active material by using a Li ion supply source outside the active material by precharge / predischarge. Thus, the reversible capacity can be prevented from decreasing. As a result, the amount of unused active materials of the positive electrode and the negative electrode can be reduced by adjusting the negative electrode capacity / positive electrode capacity in the above range. In addition, when negative electrode capacity / positive electrode capacity = less than 1.0, metal lithium may be precipitated, and when negative electrode capacity / positive electrode capacity = 1.2 is exceeded, an unused positive electrode active material as in the prior art. As a result, the battery capacity cannot be improved.

次に、正極インクの塗布後の乾燥工程109bでは、集電体(または基材)上に塗布した正極インクを適当な乾燥条件で乾燥させる。   Next, in the drying step 109b after applying the positive ink, the positive ink applied on the current collector (or substrate) is dried under appropriate drying conditions.

該乾燥条件としては、通常雰囲気、好ましくは真空雰囲気下、20〜200℃、好ましくは80〜150℃で、1分〜8時間、好ましくは3分〜1時間行えばよい。しかし、これに限定されず、塗布した正極インクに含まれる溶媒量などに応じて適宜決定すればよい。なお、正極インクに、分子内に架橋性の官能基(炭素−炭素二重結合など)を有する高分子原料(ポリマー電解質)及び重合開始剤が含まれている場合には、正極インクを塗布後に該高分子原料(ポリマー電解質)を重合硬化(化学架橋)する。かかる重合硬化条件は、重合開始剤の種類に応じて適宜決定すればよい。例えば、光重合開始剤を用いた場合には、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気下、好ましくは真空雰囲気下、0〜150℃、好ましくは20〜40℃で、1分〜8時間、好ましくは3分〜1時間、紫外線を照射して行う。また、熱重合開始剤では、上記乾燥条件下で、同時に熱重合硬化させればよい。   The drying may be performed in a normal atmosphere, preferably in a vacuum atmosphere at 20 to 200 ° C., preferably 80 to 150 ° C., for 1 minute to 8 hours, preferably 3 minutes to 1 hour. However, the present invention is not limited to this, and may be appropriately determined according to the amount of solvent contained in the applied positive electrode ink. In addition, when the positive electrode ink contains a polymer raw material (polymer electrolyte) having a crosslinkable functional group (such as a carbon-carbon double bond) in the molecule and a polymerization initiator, after applying the positive electrode ink The polymer raw material (polymer electrolyte) is polymerized and cured (chemical crosslinking). Such polymerization curing conditions may be appropriately determined according to the type of the polymerization initiator. For example, when a photopolymerization initiator is used, it is 0 to 150 ° C., preferably 20 to 40 ° C. under an inert atmosphere such as argon or nitrogen, preferably under a vacuum atmosphere, preferably 1 minute to 8 hours, preferably It is performed by irradiating with ultraviolet rays for 3 minutes to 1 hour. Moreover, the thermal polymerization initiator may be thermally polymerized and cured at the same time under the above drying conditions.

また、正極インクの塗布・乾燥後のプレス工程109cとして、上記の方法により塗布乾燥された正極にプレス操作を行うのが望ましい。このプレス操作を行うことで、得られる正極の表面をより平坦化させることが可能となる。プレス操作に用いられる装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および方法が適宜用いられうる。   Further, as the pressing step 109c after the application and drying of the positive electrode ink, it is desirable to perform a pressing operation on the positive electrode that has been applied and dried by the above method. By performing this pressing operation, the surface of the obtained positive electrode can be further flattened. The apparatus and conditions used for the press operation are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and methods can be appropriately used.

さらに、工業的な生産過程においては、正極インクの塗布・乾燥・プレス後の裁断工程109dとして、生産性を向上させるために、最終的な電池のサイズよりも大きい正極を作製し、これを所定の大きさにカットする裁断工程を採用してもよい。   Further, in the industrial production process, as a cutting step 109d after applying, drying, and pressing the positive electrode ink, a positive electrode larger than the final battery size is prepared to improve productivity. You may employ | adopt the cutting process cut to the magnitude | size.

(vi)正極へのプレゲル塗布工程
本実施形態では、正極へのプレゲル塗布工程111として、正極インクを塗布・乾燥・プレス・裁断した後の正極に、プレゲル溶液を塗布・硬化するのが望ましい。本発明では、正極にもポリマー電解質が含まれていることが望ましいためである。プレゲル溶液を塗布・硬化させて作製した正極では、活物質粒子や導電材粒子間の空隙等にポリマー電解質を充填することができ、正極におけるイオン伝導がスムーズになり、電池全体としての出力向上が図れるためである。ただし、必ずしも正極にプレゲル溶液を塗布しなくてもよい。例えば、高分子ゲル電解質層側から、正極内の活物質や導電材粒子間等の空隙部にも高分子ゲル電解質層中の電解液が浸透させることができためである。あるいは、正極インク中に、これらプレゲル溶液成分を配合して正極を作製しても良い。これによりプレゲル塗布工程を省くことができる。
(Vi) Pregel Application Step to Positive Electrode In this embodiment, as the pregel application step 111 to the positive electrode, it is desirable to apply and cure the pregel solution to the positive electrode after applying, drying, pressing and cutting the positive electrode ink. In the present invention, it is desirable that the positive electrode also contains a polymer electrolyte. In the positive electrode produced by applying and curing the pregel solution, the polymer electrolyte can be filled in the gaps between the active material particles and the conductive material particles, the ion conduction at the positive electrode becomes smooth, and the output of the entire battery is improved. It is because it can plan. However, it is not always necessary to apply the pregel solution to the positive electrode. This is because, for example, the electrolyte solution in the polymer gel electrolyte layer can penetrate from the polymer gel electrolyte layer side into voids such as between the active material and conductive material particles in the positive electrode. Or you may mix these pregel solution components in positive electrode ink, and may produce a positive electrode. Thereby, a pregel application process can be omitted.

ここで、プレゲル溶液には、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩、ポリマー電解質(高分子原料や電解液など)、重合開始剤などが含まれる。   Here, the pregel solution contains a lithium salt for increasing ion conductivity, a polymer electrolyte (polymer raw material, electrolytic solution, etc.), a polymerization initiator, and the like.

上記イオン伝導性を高めるためのリチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);LiBETIとも記載)、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)等の有機酸陰イオン塩、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 As the lithium salts to increase the ionic conductivity, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3 , Organic acids such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (also described as lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); LiBETI), LiBOB (lithium bisoxide borate) An anion salt or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

上記ポリマー電解質には、全固体電解質と全固体高分子電解質と高分子ゲル電解質とがある。全固体高分子電解質と、高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)との違いは、以下のとおりである。   Examples of the polymer electrolyte include an all-solid electrolyte, an all-solid polymer electrolyte, and a polymer gel electrolyte. The difference between the all solid polymer electrolyte and the polymer gel electrolyte (also simply referred to as gel electrolyte) is as follows.

1)ポリエチレンオキシド(PEO)などの全固体高分子電解質に、通常のリチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものが高分子ゲル電解質である。   1) A polymer gel electrolyte is an all-solid polymer electrolyte such as polyethylene oxide (PEO) containing an electrolytic solution used in a normal lithium ion battery.

2)ポリフッ化ビニリデン(PVdF)など、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも高分子ゲル電解質にあたる。   2) A polymer gel electrolyte that holds a similar electrolyte in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity, such as polyvinylidene fluoride (PVdF).

3)高分子ゲル電解質を構成するポリマー(ホストポリマーないしポリマーマトリックス)と電解液の比率は幅広く、ポリマー100質量%を全固体高分子電解質、電解液100質量%を液体電解質とすると、その中間体はすべて高分子ゲル電解質にあたる。   3) The ratio of the polymer (host polymer or polymer matrix) constituting the polymer gel electrolyte to the electrolyte is wide. When 100% by mass of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% by mass of the electrolyte is a liquid electrolyte, the intermediate Are all polymer gel electrolytes.

4)ポリエチレンオキシド(PEO)などの全固体高分子電解質には、更にリチウム塩(電解質塩)を含むものも含まれる。   4) All solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO) further include those containing a lithium salt (electrolyte salt).

上記全固体電解質としては、セラミック系の無機のリチウムイオン導電体、例えば、LiN、ナシコン型(Li1+xAlTi2−x(PO))、ペロブスカイト型(La2/3−xLi3xTiO)、リシコン型(Li4−xGe1−x)などが挙げられる。全固体電解質にも、更にリチウム塩(電解質塩)を含んでいてもよい。 Examples of the all solid electrolyte include ceramic inorganic lithium ion conductors such as Li 3 N, NASICON type (Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 )), and perovskite type (La 2-3-x Li). 3x TiO 3 ), silicon type (Li 4-x Ge 1-x P x S 4 ), and the like. The all solid electrolyte may further contain a lithium salt (electrolyte salt).

上記全固体高分子電解質としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体などのポリアルキレンオキシド系高分子が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子は、BETI、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SOなどのリチウム塩をよく溶解しうる。また、正極インク中に、架橋前の高分子原料(電解質ポリマー)及び重合開始剤を加えておき、正極インクをインクジェット塗布して作成した正極を熱や光などで架橋重合を促進させることで、架橋構造を形成し、優れた機械的強度が発現するようにするのが望ましい。 The all solid polymer electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyalkylene oxide polymers such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Such a polyalkylene oxide polymer can well dissolve lithium salts such as BETI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 . In addition, in the positive electrode ink, by adding a polymer raw material (electrolyte polymer) and a polymerization initiator before cross-linking, the positive electrode prepared by inkjet application of the positive ink is promoted by cross-linking polymerization with heat or light, It is desirable to form a cross-linked structure so as to exhibit excellent mechanical strength.

上記高分子ゲル電解質は、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。具体的には、イオン導伝性を有する高分子(いわば、固体高分子電解質)に、通常リチウムイオン二次電池で用いられる電解液を含んだもの、さらにリチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。   The polymer gel electrolyte refers to an electrolyte solution held in a polymer matrix. Specifically, a polymer having ion conductivity (so-called solid polymer electrolyte) containing an electrolyte solution usually used in a lithium ion secondary battery, and a polymer not having lithium ion conductivity. A structure in which a similar electrolytic solution is held in the skeleton is also included.

上記高分子ゲル電解質の高分子原料(ポリマーマトリックス)としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。好ましくは、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、分子内に架橋性の官能基(炭素−炭素二重結合など)を有するものがより好ましい。この架橋性の官能基を用いて高分子原料を架橋することによって、機械的強度が向上するためである。   The polymer material (polymer matrix) of the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and conventionally known materials can be used. Preferably, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) (PMMA) and the like A copolymer having a crosslinkable functional group (such as a carbon-carbon double bond) in the molecule is more preferable. This is because the mechanical strength is improved by crosslinking the polymer raw material using the crosslinkable functional group.

このうち、イオン導伝性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のようなポリアルキレンオキシド系高分子などの公知のポリマー電解質が挙げられる。PEO、PPOのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SOなどのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。 Among these, examples of the polymer having ion conductivity include known polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and polyalkylene oxide polymers such as copolymers thereof. A polyalkylene oxide polymer such as PEO and PPO can dissolve lithium salts such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 well. Moreover, excellent mechanical strength is exhibited by forming a crosslinked structure.

上記リチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのゲル化ポリマーを形成するモノマーが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできる。ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。   Examples of the polymer having no lithium ion conductivity include monomers that form gelling polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). Can be used. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, and the like are in a class that has almost no ionic conductivity, and thus can be a polymer having the ionic conductivity. Here, the polymer used for the polymer gel electrolyte is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

上記高分子ゲル電解質に含まれる電解液としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用することができる。詳しくは、上記プレインクに用いられる電解液と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   The electrolyte solution contained in the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and conventionally known electrolyte solutions can be used. In detail, since the thing similar to the electrolyte solution used for the said pre ink can be used, description here is abbreviate | omitted.

上記高分子ゲル電解質におけるホストポリマーと電解液との比率(質量比)は、使用目的などに応じて決定すればよいが、イオン伝導度などの観点から、2:98〜90:10の範囲である。   The ratio (mass ratio) between the host polymer and the electrolytic solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use and the like, but in the range of 2:98 to 90:10 from the viewpoint of ion conductivity and the like. is there.

上記重合開始剤としては、イオン伝導性ポリマー等の高分子原料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。重合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、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(熱重合用)やベンジルジメチルケタール(BDK)(光重合用)等が挙げられる。重合開始剤の添加量は、上記高分子原料に含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は高分子原料に対して0.01〜1質量%程度である。   The polymerization initiator is blended in order to act on a crosslinkable group of a polymer raw material such as an ion conductive polymer to advance a crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as a polymerization initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN) (for thermal polymerization) and benzyldimethyl ketal (BDK) (for photopolymerization). The addition amount of the polymerization initiator is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the polymer raw material. Usually, it is about 0.01-1 mass% with respect to a polymeric raw material.

プレゲル溶液の使用量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。例えば、プレゲル溶液を塗布・硬化後の正極内のポリマー電解質の配合量が少なすぎると、正極内でのイオン伝導抵抗やイオン拡散抵抗が大きくなり、電池性能が低下してしまう。一方、正極内におけるポリマー電解質の配合量が多すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまう。従って、これらの要因を考慮して、目的に合致したプレゲル溶液量を決定すればよい。   The amount of the pregel solution used should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, importance on energy, etc.). For example, if the blending amount of the polymer electrolyte in the positive electrode after applying and curing the pregel solution is too small, the ion conduction resistance and the ion diffusion resistance in the positive electrode are increased, and the battery performance is deteriorated. On the other hand, if the amount of the polymer electrolyte in the positive electrode is too large, the energy density of the battery is lowered. Therefore, in consideration of these factors, the amount of the pregel solution that matches the purpose may be determined.

プレゲル溶液の塗布方法としては、特に限定されず、アプリケーターやコーターなどを用いれば微量の供給も可能である。   The method for applying the pregel solution is not particularly limited, and a small amount can be supplied by using an applicator or a coater.

上記プレゲル溶液には、高分子原料(分子内に架橋性の官能基(炭素−炭素二重結合など)を有するポリマー電解質材料)及び重合開始剤が含まれる。そのため、プレゲル溶液を塗布後に該高分子原料を重合硬化(化学架橋)する。かかる重合硬化条件は、重合開始剤の種類に応じて適宜決定すればよい。例えば、光重合開始剤を用いた場合には、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気下、好ましくは真空雰囲気下、0〜150℃、好ましくは20〜40℃で、1分〜8時間、好ましくは3分〜1時間、紫外線を照射して行う。また、熱重合開始剤を用いた場合には、通常雰囲気、好ましくは真空雰囲気下、電解液が揮発しない程度の温度で行うのが良く、20〜200℃、好ましくは80〜150℃で、1分〜8時間、好ましくは3分〜1時間、熱重合硬化させればよい。   The pregel solution contains a polymer raw material (polymer electrolyte material having a crosslinkable functional group (such as a carbon-carbon double bond) in the molecule) and a polymerization initiator. Therefore, after the pregel solution is applied, the polymer raw material is polymerized and cured (chemical crosslinking). Such polymerization curing conditions may be appropriately determined according to the type of the polymerization initiator. For example, when a photopolymerization initiator is used, it is 0 to 150 ° C., preferably 20 to 40 ° C. under an inert atmosphere such as argon or nitrogen, preferably under a vacuum atmosphere, preferably 1 minute to 8 hours, preferably It is performed by irradiating with ultraviolet rays for 3 minutes to 1 hour. Further, when a thermal polymerization initiator is used, it is preferably carried out in a normal atmosphere, preferably a vacuum atmosphere, at a temperature at which the electrolytic solution does not volatilize, 20 to 200 ° C., preferably 80 to 150 ° C. What is necessary is just to heat-polymerize and harden for minutes to 8 hours, preferably 3 minutes to 1 hour.

本工程プレゲル塗布工程111により得られる正極の厚さは、特に限定するものではなく、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。本発明では、正極をインクジェット方式で塗布形成することから薄膜電極に適しているが、厚い膜厚の電極であっても問題なく形成することができる。したがって、従来のコーター塗布方法による場合と同様の正極の厚さ10〜500μm程度であってもよい。更に、従来のコーター塗布では形成困難な数μm以下の薄膜電極とすることもできる。正極の薄膜化の観点からが、正極の厚さは、15μm以下、好ましくは1〜15μm、より好ましくは5〜15μmの範囲であることが望ましい。これにより、正極の薄膜化、ひいては電池の薄型・小型軽量化を図ることができるためである。正極の厚さが15μmを超える場合には、正極の薄膜化が困難となるおそれがある。なお、正極の厚さの下限値は特に制限されるものではない。ここでいう正極の厚さとは、集電体の片側に形成される正極層の厚さを言うものとする。   The thickness of the positive electrode obtained by the pregel application step 111 in this step is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.). In the present invention, since the positive electrode is applied and formed by an ink jet method, it is suitable for a thin film electrode, but even a thick electrode can be formed without any problem. Accordingly, the thickness of the positive electrode may be about 10 to 500 μm, similar to the case of the conventional coater coating method. Furthermore, a thin film electrode having a thickness of several μm or less, which is difficult to be formed by conventional coater coating, can be obtained. From the viewpoint of thinning the positive electrode, the thickness of the positive electrode is desirably 15 μm or less, preferably 1 to 15 μm, more preferably 5 to 15 μm. This is because the positive electrode can be made thinner, and the battery can be made thinner, smaller, and lighter. When the thickness of the positive electrode exceeds 15 μm, it may be difficult to reduce the thickness of the positive electrode. Note that the lower limit of the thickness of the positive electrode is not particularly limited. The thickness of the positive electrode here refers to the thickness of the positive electrode layer formed on one side of the current collector.

(2)負極の形成工程
(i)負極プレインク作製工程
負極プレインク作製工程121では、負極を構成する成分のうち、負極活物質、更に負極活物質が電子伝導性を有しない場合には電子伝導性を高めるための導電材を所定の配合比率で配合し、これにプレ充電/プレ放電に適した必要量の電解液を加え、懸濁させて負極プレインクを作製する。この段階では、負極を構成する他の成分は加えないほうがよい。特に、NMPのような粘度調整用の溶媒を含む場合には、電位がかかっている状態で該溶媒があると反応してガス発生してしまい、電極活物質のプレ充電/プレ放電の妨げになるおそれがあるためである。
(2) Negative electrode formation step (i) Negative electrode pre-ink preparation step In the negative electrode pre-ink preparation step 121, among the components constituting the negative electrode, when the negative electrode active material and further the negative electrode active material do not have electronic conductivity, the electron conductivity A conductive material for increasing the viscosity is blended at a predetermined blending ratio, and a necessary amount of electrolytic solution suitable for precharge / predischarge is added and suspended therein to prepare a negative electrode preink. At this stage, it is better not to add other components constituting the negative electrode. In particular, when a viscosity adjusting solvent such as NMP is included, if the solvent is present in a state where a potential is applied, it reacts to generate gas, which hinders precharge / predischarge of the electrode active material. This is because there is a possibility of becoming.

上記負極活物質としては、特に制限されるものではなく、既存のリチウムイオン二次電池に使用可能なものを適宜利用することができる。具体的には、カーボン、金属化合物、金属酸化物、Li金属化合物、リチウム−金属複合酸化物、ホウ素添加炭素などを用いることができる。これらは1種単独で使用しても良いし、2種以上を併用して用いても良い。好ましくはカーボンもしくはリチウム−遷移金属複合酸化物である。これらを用いることで、容量、出力特性(例えば、電池電圧が高くできるなど)に優れた電池を構成できるからである。なお、リチウム−遷移金属複合酸化物としては、例えば、LiTi12などLiTiで表されるリチウム−チタン複合酸化物などを用いることができる。また、カーボンとしては、例えば、各種の天然黒鉛や人造黒鉛、例えば繊維状黒鉛、鱗片状黒鉛、球状黒鉛などの黒鉛類、グラファイトカーボン、ハードカーボン、ソフトカーボン、アセチレンブラック、カーボンブラックなどを用いることができる。また、金属酸化物としては、例えば、チタン酸化物のほか、SnO、SnO、GeO、GeO、InO、In、PbO、PbO、Pb、Pb、AgO、AgO、Ag、Sb、Sb、Sb、SiO、ZnO、CoO、NiO、FeOなどの遷移金属酸化物などを用いることができる。上記金属化合物としては、LiAl、LiZn、LiBi、LiCd、LiSd、LiSi、Li4.4Pb、Li4.4Sn、Li0.17C(LiC)等が挙げられる。Li金属化合物としては、LiFeN、Li2.6Co0.4N、Li2.6Cu0.4N等が挙げられる。上記ホウ素添加炭素としては、ホウ素添加カーボン、ホウ素添加グラファイト等が挙げられる。ただし、本発明では、これらに制限されるべきものではなく従来公知のものを適宜利用することができる。上記ホウ素添加炭素中のホウ素の含有量は0.1〜10質量%の範囲が望ましいが、これに制限されるべきものではない。バイポーラ電池の場合には、負極活物質として、結晶性炭素材、非結晶性炭素材から選ばれるものが好ましい。これらを用いることで、プロファイルを傾けることが可能となり、各単電池層及びバイポーラ電池全体の電圧の検知が容易になるからである。ここでいう結晶性炭素材とは、グラファイト系炭素材料をいい、上記グラファイトカーボンなどがこれに含まれる。非結晶性炭素材とは、ハードカーボン系炭素材料をいい、上記ハードカーボンなどがこれに含まれる。 The negative electrode active material is not particularly limited, and a material usable for an existing lithium ion secondary battery can be appropriately used. Specifically, carbon, a metal compound, a metal oxide, a Li metal compound, a lithium-metal composite oxide, boron-added carbon, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Carbon or lithium-transition metal composite oxide is preferable. This is because a battery excellent in capacity and output characteristics (for example, the battery voltage can be increased) can be configured by using these. As the lithium-transition metal composite oxide, for example, a lithium-titanium composite oxide represented by Li x Ti y O z such as Li 4 Ti 5 O 12 can be used. In addition, as the carbon, for example, various natural graphites and artificial graphites, for example, graphites such as fibrous graphite, flake graphite, and spherical graphite, graphite carbon, hard carbon, soft carbon, acetylene black, carbon black, and the like are used. Can do. Examples of the metal oxide include, in addition to titanium oxide, SnO, SnO 2 , GeO, GeO 2 , In 2 O, In 2 O 3 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Transition metal oxides such as Ag 2 O, AgO, Ag 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , SiO, ZnO, CoO, NiO, and FeO can be used. Examples of the metal compound include LiAl, LiZn, Li 3 Bi, Li 3 Cd, Li 3 Sd, Li 4 Si, Li 4.4 Pb, Li 4.4 Sn, and Li 0.17 C (LiC 6 ). It is done. Examples of the Li metal compound include Li 3 FeN 2 , Li 2.6 Co 0.4 N, Li 2.6 Cu 0.4 N, and the like. Examples of the boron-added carbon include boron-added carbon and boron-added graphite. However, in this invention, it should not be restrict | limited to these but a conventionally well-known thing can be utilized suitably. The boron content in the boron-added carbon is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass, but should not be limited to this. In the case of a bipolar battery, the negative electrode active material is preferably selected from a crystalline carbon material and an amorphous carbon material. By using these, the profile can be tilted, and the voltage of each single cell layer and the entire bipolar battery can be easily detected. The crystalline carbon material here refers to a graphite-based carbon material, and includes the above-described graphite carbon and the like. The non-crystalline carbon material refers to a hard carbon-based carbon material, and includes the hard carbon and the like.

上記負極活物質の粒径は、特に制限されないが、以下に説明する負極インクの塗布方法に応じて、最適な粒径のものを選択するのが望ましい。例えば、従来のコーターなどの塗布方法、あるいはスプレーコートやスクリーン印刷方式などの薄膜製造技術による塗布方法等を用いる場合には、負極活物質の粒径は、1〜100μm、好ましくは1〜10μmの範囲である。一方、本出願人が提案する新規なインクジェット方式による塗布方法(詳しくは後述する)では、負極活物質の粒径は、1μm以下、好ましくは0.05〜1μm、より好ましくは0.05〜0.1μmの範囲である。負極活物質の粒径が1μmを超える場合には、正極インク中において正極活物質粒子の分散状態が保たれず沈澱してしまいため、安定したインクジェット塗布が困難となる。また電極のより一層の薄膜化を達成するのも困難となる。また、負極活物質の粒径の下限値については特に制限されるものではないが、0.05μm未満の場合には、製造が困難で好ましい放電特性を得ることができないおそれがある。   The particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but it is desirable to select one having an optimum particle size according to the negative electrode ink application method described below. For example, when using a coating method such as a conventional coater or a coating method using a thin film manufacturing technique such as spray coating or screen printing, the particle size of the negative electrode active material is 1 to 100 μm, preferably 1 to 10 μm. It is a range. On the other hand, in a novel inkjet method coating method proposed by the present applicant (details will be described later), the particle size of the negative electrode active material is 1 μm or less, preferably 0.05 to 1 μm, more preferably 0.05 to 0. The range is 1 μm. When the particle size of the negative electrode active material exceeds 1 μm, the dispersed state of the positive electrode active material particles is not maintained in the positive electrode ink, but it is precipitated, so that stable ink jet coating becomes difficult. In addition, it is difficult to achieve further thinning of the electrode. Further, the lower limit value of the particle size of the negative electrode active material is not particularly limited. However, when it is less than 0.05 μm, it is difficult to produce and preferable discharge characteristics may not be obtained.

負極活物質粒子としては、自ら調製したものを用いてもよいし、所望の粒径の商品が市販されている場合には、商品を購入して用いてもよい。   As the negative electrode active material particles, those prepared by themselves may be used, and when a product having a desired particle diameter is commercially available, the product may be purchased and used.

上記負極活物質の粒子の形状については、上記正極プレインク作製工程101で説明した正極活物質の粒子の形状と同様であるため、ここでの説明は省略する。   The shape of the particles of the negative electrode active material is the same as the shape of the particles of the positive electrode active material described in the positive electrode pre-ink preparation step 101, and thus description thereof is omitted here.

上記導電材の種類、粒径、形状、割合については、上記正極プレインク作製工程101で説明した導電材の種類、粒径、形状、割合と同様であるため、ここでの説明は省略する。   Since the type, particle size, shape, and ratio of the conductive material are the same as the type, particle size, shape, and ratio of the conductive material described in the positive electrode pre-ink preparation step 101, description thereof is omitted here.

また、「負極活物質粒径/導電材粒径」の比に関しても、上記正極プレインク作製工程101の「正極活物質粒径/導電材粒径」の比と同様であるため、ここでの説明は省略する。   Further, the ratio of “negative electrode active material particle size / conductive material particle size” is also the same as the ratio of “positive electrode active material particle size / conductive material particle size” in the positive electrode pre-ink preparation step 101, and therefore the description here. Is omitted.

上記負極活物質の粒径も、平均粒径をいうものとする。また、該負極活物質の粒径も、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などを用いて観察することにより測定されうる。   The particle size of the negative electrode active material also refers to the average particle size. In addition, the particle size of the negative electrode active material can also be measured by observing using a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or the like.

上記電解液の種類、含有量については、上記正極プレインク作製工程101で説明した電解液の種類、含有量と同様であるため、ここでの説明は省略する。   About the kind and content of the said electrolyte solution, since it is the same as that of the kind and content of the electrolyte solution demonstrated in the said positive electrode pre-ink preparation process 101, description here is abbreviate | omitted.

(ii)負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程
プレ充電・ガス抜き・プレ放電工程123では、従来の電池における初充電/初放電と同様に、上記(i)の工程で得られた負極プレインクについて、フル(満)充放電を行う。本工程では、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。この点は、正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程で説明したと同様の理由による。
(Ii) Pre-charging / degassing / pre-discharge process of negative electrode pre-ink In pre-charging / degassing / pre-discharge process 123, similar to the initial charge / initial discharge in the conventional battery, the above-mentioned (i) was obtained. The negative pre-ink is fully charged / discharged. In this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like. This point is due to the same reason as described in the precharge / degas / predischarge process of the positive electrode preink.

本工程203の負極プレインクのプレ充電工程123aでも、図2に示すプレ充放電装置201を用いて行うことができる。詳しくは、装置201の収納容器203内にレインク101’を充填し、その上からセパレータ207を被せて、セパレータに電解液を含浸させる。更に該セパレータ207上面に容器蓋205を設置し、上記した減圧雰囲気下において、プレ充電として、負極プレインクが所定電圧(例えば、負極活物質の理論充電電圧0V)になるまでフル充電を行う。これにより、初充電時に発生するガスを、本工程で予め発生させることができる。   The pre-charging step 123a of the negative electrode pre-ink in this step 203 can also be performed using the pre-charging / discharging device 201 shown in FIG. Specifically, the storage container 203 of the apparatus 201 is filled with the reink 101 ′, and the separator 207 is placed thereon, and the separator is impregnated with the electrolytic solution. Furthermore, a container lid 205 is installed on the upper surface of the separator 207, and full charge is performed until the negative electrode pre-ink reaches a predetermined voltage (for example, a theoretical charge voltage of 0 V for the negative electrode active material) as pre-charge in the above-described reduced pressure atmosphere. Thereby, the gas generated at the time of the first charge can be generated in advance in this step.

プレ充電条件としては、正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程で説明したプレ充電条件と同様にして行うことができるため、ここでの説明は省略する。   The precharge conditions can be performed in the same manner as the precharge conditions described in the precharge, degassing, and predischarge processes of the positive electrode pre-ink, and thus the description thereof is omitted here.

次に、ガス抜き工程123bとしては、プレ充電に伴って発生したガスを除去する。該ガス抜き工程123bに関しても、正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程で説明したガス抜き工程103bと同様の作用効果を奏し、同様にして行うことができるため、ここでの説明は省略する。   Next, as the degassing step 123b, the gas generated with the precharge is removed. The degassing step 123b can be performed in the same manner as the degassing step 103b described in the precharge, degassing, and predischarge steps of the positive electrode pre-ink, and the description thereof is omitted here. To do.

次に、プレ放電工程123cでは、ガス抜き工程123b終了後に、負極プレインクのプレ放電を行う。   Next, in the pre-discharge process 123c, the pre-discharge of the negative electrode pre-ink is performed after the degassing process 123b.

該プレ放電工程でも、上記した装置201をそのまま用い、正極側と負極側をプレ充電時とは逆転させて、プレ放電として正極プレインクが所定電圧(例えば、負極活物質の理論放電電圧2.5V)になるまでフル放電を行う。   Also in the pre-discharge step, the above-described apparatus 201 is used as it is, and the positive electrode side and the negative electrode side are reversed from those at the time of pre-charging, so that the positive electrode pre-ink has a predetermined voltage (for example, a theoretical discharge voltage of 2.5 V of the negative electrode active material) as pre-discharge. ) Full discharge until.

該プレ放電工程123cに関しても、正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程で説明したプレ放電工程103cと同様の作用効果を奏し、同様にして行うことができるため、ここでの説明は省略する。プレ放電条件についても同様である。   The pre-discharge step 123c can be performed in the same manner as the pre-discharge step 103c described in the pre-charge / degas / pre-discharge step of the positive electrode pre-ink, and can be performed in the same manner. To do. The same applies to pre-discharge conditions.

なお、本工程123でも、上記したプレ充電工程123a、ガス抜き工程123b、プレ放電工程123cの順のほか、例えば、プレ充電工程123a、プレ放電工程123c、ガス抜き工程123bの順で行ってもよい(実施例1参照)。更に、プレ充電工程123a、ガス抜き工程123b、プレ放電工程123c、ガス抜き工程123bの順でガス抜き工程を2回行ってもよいなど、本発明の目的に合致し、その作用効果を達成することができるものであれば、いかなる順序であってもよい。   In addition, in this process 123, in addition to the order of the precharge process 123a, the degassing process 123b, and the predischarge process 123c, for example, the precharge process 123a, the predischarge process 123c, and the degassing process 123b may be performed in this order. Good (see Example 1). Further, the degassing step may be performed twice in the order of the precharging step 123a, the degassing step 123b, the predischarge step 123c, and the degassing step 123b. Any order can be used.

(iii)負極プレインクの洗浄・乾燥工程
負極プレインクの洗浄・乾燥工程125では、工程123終了後、上記装置201から負極プレインクを取り出し、適当な溶媒、例えば、DEC等で洗浄して、真空乾燥させることにより揮発成分を除去して、プレ充電/プレ放電済の活物質、更には導電材を得る。
(Iii) Negative electrode pre-ink cleaning / drying step In the negative electrode pre-ink cleaning / drying step 125, after the step 123 is completed, the negative electrode pre-ink is taken out from the device 201, washed with an appropriate solvent such as DEC, and vacuum dried. As a result, the volatile components are removed to obtain a precharged / predischarged active material, and further a conductive material.

詳しくは、後述する実施例のように、上記装置201から負極プレインクを取り出し、適当な溶媒、例えば、DECを満たした溶媒槽に沈め、負極プレインク中に残存する電解質(例えば、LiPFなど)を溶媒側に溶出させ、その後再び減圧乾燥を行えばよい。
本工程でも、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。
Specifically, as in the examples described later, the negative electrode pre-ink is taken out from the apparatus 201 and submerged in a solvent tank filled with a suitable solvent, for example, DEC, and an electrolyte (for example, LiPF 6 ) remaining in the negative electrode pre-ink is removed. It may be eluted to the solvent side and then dried under reduced pressure again.
Also in this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like.

(iv)負極インク作製工程
負極インク作製工程127では、上記工程125で得られたプレ充電/プレ放電済の負極活物質、更には導電材に必要に応じて他の成分を加え、粘度調整用の溶媒を適量加えて混合し、負極活物質、更には導電材粒子が十分に均一に分散された負極インクを作製する。なお、負極インクでは、上記導電材は必須成分ではなく、負極活物質が電子伝導性を持たない場合等に用いればよい。
(Iv) Negative electrode ink preparation step In the negative electrode ink preparation step 127, the precharged / predischarged negative electrode active material obtained in the above step 125, and other components are added to the conductive material as necessary to adjust the viscosity. An appropriate amount of the above solvent is added and mixed to prepare a negative electrode ink in which the negative electrode active material and further the conductive material particles are sufficiently uniformly dispersed. In the negative electrode ink, the conductive material is not an essential component, and may be used when the negative electrode active material does not have electronic conductivity.

上記混合攪拌手段に関しては、正極インク作製工程107で説明した混合攪拌手段と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   Regarding the mixing and stirring means, since the same mixing and stirring means as described in the positive electrode ink preparation step 107 can be used, description thereof is omitted here.

また、上記粘度調整用の溶媒、必要に応じて用いられる他の成分に関しても、正極インク作製工程107で説明した粘度調整用の溶媒、必要に応じて用いられる他の成分と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   The viscosity adjusting solvent and other components used as necessary are the same as the viscosity adjusting solvent described in the positive electrode ink preparation step 107 and other components used as necessary. Therefore, the description here is omitted.

負極インク中の、負極活物質、導電材、粘度調整用の溶媒、バインダ、添加剤等の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。   The amount of the negative electrode active material, conductive material, viscosity adjusting solvent, binder, additive, and the like in the negative electrode ink should be determined in consideration of the intended use of the battery (output priority, energy priority, etc.).

(v)負極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程
負極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程129では、まず、塗布工程129aとして、集電体(または適当な基材)上に、適当な方法にて負極インクを塗布する。
(V) Application / drying / pressing / cutting process of negative electrode ink In the application / drying / pressing / cutting process 129 of negative electrode ink, first, as a coating process 129a, an appropriate material is collected on a current collector (or an appropriate substrate). The negative electrode ink is applied by the method.

上記集電体の種類、厚さ、基材の説明、負極インクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、負極インクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離については、上記正極インクの塗布工程109aで説明した集電体の種類、厚さ、基材の説明、正極インクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、正極インクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離と同様であるため、ここでの説明は省略する。   Type, thickness, and description of the current collector, negative electrode ink application method (including ink-jet application method), negative ink viscosity, droplet size, between adjacent droplet centers Regarding the distance, the type, thickness, and description of the current collector described in the positive ink application process 109a, the positive electrode ink application method (including the ink jet application method), the positive ink viscosity, and the liquid Since it is the same as the particle size of a droplet and the distance between the centers of adjacent droplets, description here is omitted.

次に、負極インクの塗布後の乾燥工程129bでは、集電体(または基材)上に塗布した負極インクを適当な乾燥条件で乾燥させる。   Next, in the drying step 129b after application of the negative electrode ink, the negative electrode ink applied on the current collector (or substrate) is dried under appropriate drying conditions.

上記乾燥条件については、上記正極インクの乾燥工程109bで説明した乾燥手段と同様であるため、ここでの説明は省略する。   The drying conditions are the same as the drying means described in the positive electrode ink drying step 109b, and thus the description thereof is omitted here.

また、負極インクの塗布・乾燥後のプレス工程109cとして、上記の方法により塗布乾燥された負極にプレス操作を行うのが望ましい。このプレス操作を行うことで、得られる負極の表面をより平坦化させることが可能となる。プレス操作に用いられる装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および方法が適宜用いられうる。   In addition, as the pressing step 109c after applying and drying the negative electrode ink, it is desirable to perform a pressing operation on the negative electrode that has been applied and dried by the above method. By performing this pressing operation, the surface of the obtained negative electrode can be further flattened. The apparatus and conditions used for the press operation are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and methods can be appropriately used.

さらに、工業的な生産過程においては、負極インクの塗布・乾燥・プレス後の裁断工程129dとして、生産性を向上させるために、最終的な電池のサイズよりも大きい負極を作製し、これを所定の大きさにカットする裁断工程を採用してもよい。   Further, in an industrial production process, as a cutting process 129d after application, drying, and pressing of the negative electrode ink, a negative electrode larger than the final battery size is prepared to improve productivity. You may employ | adopt the cutting process cut to the magnitude | size.

(vi)負極へのプレゲル塗布工程
本実施形態では、負極へのプレゲル塗布工程131として、負極インクを塗布・乾燥・プレス・裁断した後の正極に、プレゲル溶液を塗布・硬化するのが望ましい。
(Vi) Pregel Application Step to Negative Electrode In this embodiment, as the pregel application step 131 to the negative electrode, it is desirable to apply and cure the pregel solution to the positive electrode after applying, drying, pressing and cutting the negative electrode ink.

該プレゲル塗布工程131に関しても、正極へのプレゲル塗布工程111と同様の作用効果を奏し、同様のプレゲル溶液の成分(リチウム塩、ポリマー電解質(高分子原料や電解液など)、重合開始剤)、使用量、塗布方法、重合硬化条件を用いて行うことができるため、ここでの説明は省略する。   Regarding the pregel application step 131, the same effects as the pregel application step 111 on the positive electrode are achieved, and the components of the same pregel solution (lithium salt, polymer electrolyte (polymer raw material, electrolyte, etc.), polymerization initiator), Since it can carry out using the usage-amount, the application | coating method, and polymerization hardening conditions, description here is abbreviate | omitted.

負極へのプレゲル塗布工程131により作製された負極の厚さに関しては、正極へのプレゲル塗布工程111により作製された正極の厚さと同様であるため、ここでの説明は省略する。   The thickness of the negative electrode produced by the pregel application step 131 on the negative electrode is the same as the thickness of the positive electrode produced by the pregel application step 111 on the positive electrode, and thus the description thereof is omitted here.

(3)ポリマー電解質層の形成工程
(i)プレゲル溶液の作製工程
プレゲル溶液の作製工程141では、リチウム塩、ポリマー電解質(高分子原料や電解液など)、重合開始剤からなるプレゲル溶液を作製する。
(3) Formation process of polymer electrolyte layer (i) Preparation process of pregel solution In the preparation process 141 of the pregel solution, a pregel solution made of a lithium salt, a polymer electrolyte (polymer raw material, electrolyte, etc.), and a polymerization initiator is prepared. .

上記プレゲル溶液については、上記正極のプレゲル塗布工程111で説明したと同様のプレゲル溶液の成分を用いて作製することができるので、ここではその説明を省略する。   About the said pregel solution, since it can produce using the component of the pregel solution similar to having demonstrated at the pregel application | coating process 111 of the said positive electrode, the description is abbreviate | omitted here.

上記プレゲル溶液の組成成分やその配合量などについては、使用目的に応じて適宜決定されるべきものである。例えば、上記プレゲル溶液中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。   About the composition component of the said pregel solution, its compounding quantity, etc., it should be suitably determined according to the intended purpose. For example, the ratio of the electrolytic solution in the pregel solution is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ion conductivity and the like.

(ii)セパレータへのプレゲル溶液の塗布工程
セパレータへのプレゲル塗布工程143では、まず、所望のセパレータを用意する。
(Ii) Application process of pregel solution to separator In the pregel application process 143 to the separator, first, a desired separator is prepared.

上記セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができるものであり、例えば、(1)電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔質セパレータ(例えば、ポリオレフィン系微多孔質セパレータなど)や(2)電解質を保持させる為に用いる不織布セパレータなどを用いることができる。   The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. For example, (1) a porous separator made of a polymer that absorbs and retains an electrolyte (for example, polyolefin microporous) Or a non-woven separator used to hold the electrolyte.

このうち、上記(1)の多孔質セパレータでは、有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータが、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。   Among these, in the porous separator of the above (1), the polyolefin microporous separator having the property of being chemically stable with respect to the organic solvent suppresses the reactivity with the electrolyte (electrolyte). It has the outstanding effect that it can do.

上記(1)の電解質を吸収保持するポリマーの材質としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。   Examples of the material of the polymer that absorbs and holds the electrolyte of (1) include polyethylene (PE), polypropylene (PP), a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP, and polyimide.

上記(1)のセパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできないが、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。セパレータの厚さが、かかる範囲にあることでセパレータに微粒が食い込むことによって発生する短絡の防止と、高出力のために電極間を狭くすることが望ましいという理由から、厚さ方向の機械的強度と高出力性の確保という効果がある。また電池を複数接続する場合には、電極面積が増大することから、電池の信頼性を高めるために上記範囲のなかでも厚形のセパレータを用いることが望ましい。   The thickness of the separator in (1) above cannot be unambiguously defined because it varies depending on the usage, but in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Is preferably 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. The mechanical strength in the thickness direction is desirable because the thickness of the separator is within such a range, and it is desirable to narrow the gap between the electrodes for high output and prevention of short-circuiting caused by fine particles entering the separator. And there is an effect of ensuring high output performance. In addition, when a plurality of batteries are connected, the electrode area increases, so that it is desirable to use a thick separator in the above range in order to increase the reliability of the battery.

上記(1)のセパレータの微細孔の径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。セパレータの微細孔の平均径が、上記範囲にあることで熱によってセパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きるという理由から、異常時信頼性が上がり、その結果として耐熱性が向上するという効果がある。すなわち、過充電で電池温度が上昇していったとき(異常時)に、セパレータが溶融して微細孔が閉じる「シャットダウン現象」が速やかに起きることで、電池(電極)の正極(+)から負極(−)側にLiイオンが通れなくなり、それ以上は充電できなくなる。そのため過充電できなくなり、過充電が解消する。その結果、電池の耐熱性(安全性)が向上するほか、ガスがでて電池外装材の熱融着部(シール部)が開くのを防止できる。ここでセパレータの微細孔の平均径は、セパレータを走査電子顕微鏡等で観察し、その写真をイメージアナライザ等で統計的に処理した平均径として算出される。   It is desirable that the fine pore diameter of the separator (1) is 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm). Due to the fact that the average diameter of the micropores in the separator is within the above range, the “shutdown phenomenon” that the separator melts due to heat and the micropores close quickly occurs, resulting in higher reliability during abnormalities, resulting in heat resistance. Has the effect of improving. In other words, when the battery temperature rises due to overcharging (in an abnormal state), the “shutdown phenomenon” that the separator melts and closes the micropores occurs quickly, so that the positive electrode (+) of the battery (electrode) Li ions cannot pass through to the negative electrode (−) side, and no further charge is possible. As a result, overcharging cannot be performed and overcharging is eliminated. As a result, the heat resistance (safety) of the battery is improved, and it is possible to prevent gas from being released and the heat fusion part (seal part) of the battery exterior material from being opened. Here, the average diameter of the micropores of the separator is calculated as an average diameter obtained by observing the separator with a scanning electron microscope or the like and statistically processing the photograph with an image analyzer or the like.

上記(1)のセパレータの空孔率は20〜50%であることが望ましい。セパレータの空孔率が、上記範囲にあることで電解質(電解液)の抵抗による出力低下の防止と、微粒がセパレータの空孔(微細孔)を貫くことによる短絡の防止という理由から出力と信頼性の両方を確保するという効果がある。ここでセパレータの空孔率とは、原材料レジンの密度と最終製品のセパレータの密度から体積比として求められる値である。   The porosity of the separator (1) is preferably 20 to 50%. The separator's porosity is within the above range, preventing output from being reduced due to the resistance of the electrolyte (electrolyte), and preventing the short circuit caused by fine particles penetrating the separator's pores (micropores). It has the effect of securing both sexes. Here, the porosity of the separator is a value obtained as a volume ratio from the density of the raw material resin and the density of the separator of the final product.

上記(1)のセパレータへのポリマー電解質の含浸量は、セパレータの保持能力範囲まで含浸させればよいが、当該保持能力範囲を超えて含浸させてもよい。これは、電解質にシール部を設け、電解質層からの電解液の染み出しを防止できるため、該電解質層に保持できる範囲であれば含浸可能である。   The amount of impregnation of the polymer electrolyte into the separator of (1) may be impregnated up to the holding capacity range of the separator, but it may be impregnated beyond the holding capacity range. This can be impregnated as long as it can be retained in the electrolyte layer because a seal portion is provided in the electrolyte and the electrolyte solution can be prevented from exuding from the electrolyte layer.

上記(2)の電解質を保持させる為に用いる不織布セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、繊維を絡めてシート化することにより製造することができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンド等も用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ(薄綿)状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。上記接着剤としては、製造及び使用時の温度下で十分な耐熱性を有し、ゲル電解質に対しても反応性や溶解性等がなく安定したものであれば、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを利用できる。また、使用繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができ、使用目的(電解質層に要求される機械強度など)に応じて、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性を得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。すなわち、あまり不織布のかさ密度が大きすぎると、電解質層中の非電解質材料が占める割合が大きくなりすぎ、電解質層におけるイオン伝導度などを損なうおそれがあるためである。   The nonwoven fabric separator used to hold the electrolyte of (2) is not particularly limited, and can be produced by entwining fibers into a sheet. Moreover, the spun bond etc. which are obtained by fusing fibers by heating can also be used. In other words, it may be in the form of a sheet formed by arranging fibers in a web (thin cotton) shape or mat shape by an appropriate method, and joining them using an appropriate adhesive or the fusing force of the fibers themselves. The adhesive is not particularly limited as long as it has sufficient heat resistance at the temperature during manufacture and use, and is stable without any reactivity or solubility with respect to the gel electrolyte. In addition, conventionally known ones can be used. In addition, the fiber used is not particularly limited, and for example, conventionally known fibers such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene such as polyethylene, polyimide, and aramid can be used. Depending on (such as mechanical strength required for the electrolyte layer), they are used alone or in combination. Further, the bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. That is, if the bulk density of the nonwoven fabric is too large, the proportion of the non-electrolyte material in the electrolyte layer becomes too large, which may impair the ionic conductivity in the electrolyte layer.

上記(2)の不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。空孔率が50%未満では、電解質の保持性が悪化し、90%超では強度が不足する。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは1〜200μmであり、特に好ましくは1〜50μmである。厚さが1μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。   The porosity of the nonwoven fabric separator (2) is preferably 50 to 90%. If the porosity is less than 50%, the electrolyte retention deteriorates, and if it exceeds 90%, the strength is insufficient. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 1 to 200 μm, and particularly preferably 1 to 50 μm. When the thickness is less than 1 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases.

上記セパレータに上記プレゲル溶液を塗布する方法としては、例えば、プレゲル溶液中にセパレータを含浸して塗布してもよいし、該セパレータにプレゲル溶液をスプレーコートしてもよいなど、特に制限されるものではなく従来公知の方法を用いることができる。   The method of applying the pregel solution to the separator is particularly limited, for example, the pregel solution may be impregnated and applied, or the separator may be spray coated with the pregel solution. Instead, a conventionally known method can be used.

また、本発明では、セパレータに含まれるプレゲル溶液中の電解液の量は、セパレータ内部で略均一になるようにしてもよいし、中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていってもよい。前者は、より広範囲で反応性を得ることができるため好ましく、後者は、セパレータ外周部の電解液に対するシール性を高めることができる点で好ましい。セパレータの中心部から外周部に向けて傾斜的に少なくしていく場合には、プレゲル溶液中のホストポリマーには、リチウムイオン伝導性のあるPEO、PPOおよびそれらの共重合体を用いることが望ましい。   In the present invention, the amount of the electrolytic solution in the pregel solution contained in the separator may be substantially uniform inside the separator, or may be decreased in an inclined manner from the central portion toward the outer peripheral portion. Also good. The former is preferable because reactivity can be obtained in a wider range, and the latter is preferable in that the sealing performance of the separator outer peripheral portion with respect to the electrolyte can be improved. In the case of decreasing the inclination from the center to the outer periphery of the separator, it is desirable to use PEO, PPO and copolymers thereof having lithium ion conductivity as the host polymer in the pregel solution. .

セパレータに上記プレゲル溶液を塗布して形成された電解質層の厚さは、特に限定するものではなく、通常、1〜200μmであり、特に好ましくは1〜50μmである。厚さが1μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。しかしながら、コンパクトな積層式でバイポーラ型のリチウムイオン二次電池を得るためには、電解質としての機能が確保できる範囲で極力薄くすることが好ましい。特に従来にない数μm以下の薄膜電極を利用する場合には、これに対応する薄い電解質層を採用するのが望ましい。   The thickness of the electrolyte layer formed by applying the pregel solution to the separator is not particularly limited, and is usually 1 to 200 μm, particularly preferably 1 to 50 μm. When the thickness is less than 1 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases. However, in order to obtain a compact lithium-ion secondary battery with a stacked type, it is preferable to make it as thin as possible within a range that can ensure the function as an electrolyte. In particular, when using a thin film electrode of several μm or less, which is not conventionally used, it is desirable to employ a thin electrolyte layer corresponding to this.

次に、上記セパレータに上記プレゲル溶液を適当な塗布方法にて塗布し、不活性雰囲気下で乾燥硬化(光重合)または加熱乾燥(熱重合)させることによってポリマー電解質層を作製する。   Next, the pregel solution is applied to the separator by an appropriate application method, and then dried and cured (photopolymerization) or heat-dried (thermal polymerization) in an inert atmosphere to produce a polymer electrolyte layer.

上記乾燥硬化または加熱乾燥は、真空乾燥機(真空オーブン)や紫外線照射装置などを用いることができる。乾燥硬化または加熱乾燥の条件は上記プレゲル溶液の重合形態に応じて決定され、一義的に規定できないが、加熱乾燥(熱重合)では、通常は30〜110℃で0.5〜12時間である。光重合開始剤を用いた乾燥硬化(光重合)の場合には、光透過性のギャップに流し込み、乾燥及び光重合ができるような紫外線照射装置を用いて紫外線を照射して、セパレータに含浸させたプレゲル溶液中の高分子原料(架橋性ポリマー)を光重合させ架橋反応を進行させて製膜するとよい。ただし、この方法に限定されないことは勿論である。重合開始剤の種類に応じて、放射線重合、電子線重合、熱重合などを使いわける。   For the drying and curing or heat drying, a vacuum dryer (vacuum oven), an ultraviolet irradiation device or the like can be used. The conditions of dry curing or heat drying are determined according to the polymerization form of the pregel solution and cannot be uniquely defined, but in heat drying (thermal polymerization), it is usually 30 to 110 ° C. for 0.5 to 12 hours. . In the case of dry curing (photopolymerization) using a photopolymerization initiator, the separator is impregnated by irradiating with ultraviolet rays using an ultraviolet irradiation device that can be poured into a light-transmitting gap and capable of drying and photopolymerization. The polymer raw material (crosslinkable polymer) in the pregel solution may be photopolymerized to advance the crosslinking reaction to form a film. However, it is needless to say that the method is not limited to this. Depending on the type of polymerization initiator, radiation polymerization, electron beam polymerization, thermal polymerization, etc. are used properly.

ポリマー電解質層の幅は、電極の集電体サイズよりも若干小さくすることが多い。   The width of the polymer electrolyte layer is often slightly smaller than the current collector size of the electrode.

なお、上記(1)正極の形成、(2)負極の形成、(3)ポリマー電解質層の形成の順序は、特に制限されるものではなく、これらを積層するまでに準備すればよい。   The order of (1) formation of the positive electrode, (2) formation of the negative electrode, and (3) formation of the polymer electrolyte layer is not particularly limited, and may be prepared before they are laminated.

(4)電池作製工程
(i)正極、負極、ポリマー電解質層の組立工程151では、正極及び負極を高真空下で十分加熱乾燥してから、電極の種類に応じて、正極ないしバイポーラ電極、ポリマー電解質層、負極ないしバイポーラ電極の順で複数枚積層した構造の電極積層体(電池要素部)を形成する。
(4) Battery manufacturing process (i) In the assembly process 151 of the positive electrode, the negative electrode, and the polymer electrolyte layer, the positive electrode and the negative electrode are sufficiently heated and dried under high vacuum, and then the positive electrode or bipolar electrode, polymer An electrode laminate (battery element portion) having a structure in which a plurality of electrolyte layers, negative electrodes or bipolar electrodes are laminated in this order is formed.

これは、本発明では上記(1)正極の形成及び(2)負極の形成の仕方によっては、バイポーラ型電池に用いるバイポーラ電極、及びバイポーラ型でない電池(一般電池という)に用いる電極(一般電極という)のいずれをも作製することができるためである。   In the present invention, depending on how (1) the positive electrode is formed and (2) the negative electrode is formed, an electrode (referred to as a general electrode) used in a bipolar electrode used in a bipolar battery and a non-bipolar battery (referred to as a general battery). This is because any of the above can be produced.

ここで、一般電極は、正極集電体の両側の表面に正極インクを用いて作成された正極と、負極集電体の両側の表面に負極インクを用いて作成された負極の2種類がある。ただし、電池の両端に位置する一般電極では、正極ないし負極集電体の片側の表面にのみ、正極インクないし負極インクを用いて作成された正極ないし負極を用いてもよい。   Here, there are two types of general electrodes: a positive electrode created using positive electrode ink on both surfaces of the positive electrode current collector and a negative electrode created using negative electrode ink on both surfaces of the negative electrode current collector. . However, in the general electrodes located at both ends of the battery, a positive electrode or a negative electrode prepared using a positive electrode ink or a negative electrode ink may be used only on the surface of one side of the positive electrode or the negative electrode current collector.

一方、バイポーラ電極は、集電体の一方の面に、正極インクを用いて作成された正極と、該集電体の他方の面に、負極インクを用いて作成された負極との双方を備えたものである。ただし、電池の両端に位置するバイポーラ電極では、集電体の片側の表面にのみ、正極インクないし負極インクを用いて作成された電極を用いてもよい。   On the other hand, the bipolar electrode has both a positive electrode made using a positive electrode ink on one surface of a current collector and a negative electrode made using a negative ink on the other surface of the current collector. It is a thing. However, in the bipolar electrodes located at both ends of the battery, electrodes made using positive electrode ink or negative electrode ink may be used only on one surface of the current collector.

上記電極積層体の積層数は、電池に求める電池特性を考慮して決定される。また、バイポーラ型の電池では、正極側の最外層には、集電体上に正極層のみを形成した電極(電流取り出し用の正極)を配置する。負極側の最外層には、集電体上に負極層のみを形成した電極(電流取り出し用の負極)を配置する。電極とポリマー電解質層とを積層させてリチウムポリマー電池を得る段階は、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば、アルゴン雰囲気下や窒素雰囲気下でリチウムポリマー電池を作製するとよい。   The number of stacked electrode laminates is determined in consideration of battery characteristics required for the battery. In a bipolar battery, an electrode (a positive electrode for current extraction) in which only a positive electrode layer is formed on a current collector is disposed on the outermost layer on the positive electrode side. In the outermost layer on the negative electrode side, an electrode (negative electrode for current extraction) in which only the negative electrode layer is formed on the current collector is disposed. The step of obtaining the lithium polymer battery by laminating the electrode and the polymer electrolyte layer is preferably performed in an inert atmosphere from the viewpoint of preventing moisture and the like from being mixed into the battery. For example, a lithium polymer battery may be manufactured under an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.

本工程では、電極積層体の電極の周囲を、所定の幅でエポキシ樹脂(前駆体溶液)等に浸漬または樹脂を注入ないし含浸してもよい。いずれの場合にも、事前に電圧検知タブや電極タブや電極リード、あるいはこれらを接続する必要のある集電体部分等を離型性マスキング材等を用いてマスキング処理しておく。その後エポキシ樹脂を硬化させて、絶縁シール像を形成し、その後、マスキング材を剥がせばよい。   In this step, the periphery of the electrode of the electrode laminate may be immersed in epoxy resin (precursor solution) or the like with a predetermined width, or resin may be injected or impregnated. In any case, the voltage detection tab, the electrode tab, the electrode lead, or the current collector portion to which these need to be connected are masked in advance using a releasable masking material or the like. Thereafter, the epoxy resin is cured to form an insulating seal image, and then the masking material is peeled off.

本工程では、例えば、バイポーラ型の電池では、最後に電極積層体の両最外層の電流取り出し用の電極の集電体上にそれぞれ、正極強電タブ、負極強電タブを設置し、該正極強電タブ、負極強電タブに、さらに正極リード、負極リードを接合(電気的に接続)して電池外部に取り出す。一般電池では、各電極集電体に正極リード、負極リードを接合(電気的に接続)し、これらをまとめて正極及び負極端子タブに接合(電気的に接続)して該正極及び負極端子タブを電池外部に取り出す。   In this step, for example, in the case of a bipolar battery, finally, a positive high voltage tab and a negative high voltage tab are respectively installed on the current collectors for current extraction of both outermost layers of the electrode stack, Then, a positive electrode lead and a negative electrode lead are further joined (electrically connected) to the negative electrode high voltage tab and taken out of the battery. In a general battery, a positive electrode lead and a negative electrode lead are joined (electrically connected) to each electrode current collector, and these are collectively joined to a positive electrode and a negative electrode terminal tab (electrically connected). Remove the battery from the outside.

正極及び負極強電タブ、正極及び負極リード、正極及び負極端子タブの各接合方法としては特に制限されるべきものではないが、接合温度の低い超音波溶接等が好適に利用し得るものであるが、これに限定されるべきものではなく、従来公知の接合方法を適宜利用することができる。   There are no particular limitations on the method of joining the positive and negative high-voltage tabs, the positive and negative lead, the positive and negative terminal tabs, but ultrasonic welding with a low joining temperature can be suitably used. However, the present invention is not limited to this, and a conventionally known joining method can be appropriately used.

電極積層体全体を、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池外装材ないし電池ケースで封止し、リチウムポリマー電池を完成させる。電池外装材(電池ケース)の材質は、内面がポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆された金属(アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅など)が好適である。   In order to prevent external impact and environmental degradation, the entire electrode laminate is sealed with a battery exterior material or battery case to complete a lithium polymer battery. The material of the battery exterior material (battery case) is preferably a metal (aluminum, stainless steel, nickel, copper, etc.) whose inner surface is covered with an insulator such as a polypropylene film.

(ii)再充電工程
再充電工程153では、従来の電池の初充電と同様の条件でリチウムポリマー電池の再充電を行うのが望ましい。これにより、以降のエーシング・検査工程を行うことができる。
(Ii) Recharging Step In the recharging step 153, it is desirable to recharge the lithium polymer battery under the same conditions as the initial charging of the conventional battery. Thereby, the subsequent ace / inspection process can be performed.

(iii)エージング・検査工程
エージング・検査工程155では、再充電工程153によるリチウムポリマー電池のエージング・検査を行うのが望ましい。
(Iii) Aging / Inspection Step In the aging / inspection step 155, it is desirable to perform aging / inspection of the lithium polymer battery in the recharging step 153.

図3は、本発明のリチウムポリマー電池の製法の代表的な実施形態(第2の実施形態ともいう)の工程フローチャートを示す図面である。   FIG. 3 is a process flowchart of a representative embodiment (also referred to as a second embodiment) of a method for producing a lithium polymer battery of the present invention.

図3に示すように、本発明のリチウムポリマー電池の第2の実施形態による製法では;
(1)正極の形成工程として、(i)正極プレインク作製工程201と、(ii)正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程203と、(iii)正極プレインクの塗布・乾燥工程205と、(iv)正極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程207と、(v)正極のプレス・裁断工程209と、(vi)正極へのプレゲル溶液の塗布工程211と、を有するものである。
As shown in FIG. 3, in the manufacturing method according to the second embodiment of the lithium polymer battery of the present invention;
(1) As a positive electrode forming step, (i) a positive electrode preink preparation step 201, (ii) a precharge / degassing / predischarge step 203 of the positive electrode preink, (iii) a coating / drying step 205 of the positive electrode preink, (Iv) a binder solution applying / drying step 207 to the positive electrode, (v) a positive electrode pressing / cutting step 209, and (vi) a pregel solution applying step 211 to the positive electrode.

同様に、(2)負極の形成工程として、(i)負極プレインク作製工程221と、(ii)負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程223と、(iii)負極プレインクの塗布・乾燥工程225と、(iv)負極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程207と、(v)負極のプレス・裁断工程209と、(vi)負極へのプレゲル溶液の塗布工程211と、を有するものである。   Similarly, (2) the negative electrode forming step, (i) the negative electrode pre-ink preparation step 221; (ii) the negative electrode pre-ink precharge / degassing / pre-discharge step 223; and (iii) the negative electrode pre-ink application / drying step. 225, (iv) a binder solution application / drying step 207 to the negative electrode, (v) a negative electrode pressing / cutting step 209, and (vi) a pregel solution application step 211 to the negative electrode. .

また、(3)ポリマー電解質層の形成工程として、(i)プレゲル溶液の作製工程241と、(ii)セパレータへのプレゲル塗布工程243と、を有するものである。   Moreover, (3) As a formation process of a polymer electrolyte layer, it has (i) preparation process 241 of a pregel solution, and (ii) pregel application | coating process 243 to a separator.

次に、(4)電池作製工程として、(i)正極、負極、ポリマー電解質層を組み立てる工程251と、(ii)再充電工程253と、(iii)エージング・検査工程255と、を有するものである。   Next, (4) the battery manufacturing process includes (i) a process 251 for assembling a positive electrode, a negative electrode, and a polymer electrolyte layer, (ii) a recharging process 253, and (iii) an aging / inspection process 255. is there.

即ち、第2の実施形態が、第1の実施形態と違う点は、洗浄・乾燥工程105を行なわず、工程103の放電後のプレインクを、集電体上に塗布・乾燥し、その後、バインダ溶液を塗布・乾燥するものである。よって、プレインク中の電解液の揮発成分は、工程205の塗布後の乾燥工程205bで蒸発するので、工程211で調製するプレゲル溶液中の揮発成分を調整しておく必要がある。また、従来、電極スラリーを作製するには、活物質とバインダを均一に分散させる必要があり、調製時間がかなりの時間かかっていた。しかしながら、第2の実施形態では、活物質とバインダを別々に塗布することが可能となるため、こうした課題を解決する事ができる。   That is, the second embodiment is different from the first embodiment in that the pre-ink after the discharge in step 103 is applied and dried on the current collector without performing the cleaning / drying step 105, and then the binder. The solution is applied and dried. Therefore, the volatile component of the electrolytic solution in the pre-ink evaporates in the drying step 205b after the application in step 205. Therefore, it is necessary to adjust the volatile component in the pre-gel solution prepared in step 211. Conventionally, in order to produce an electrode slurry, it is necessary to uniformly disperse the active material and the binder, and the preparation time has taken a considerable time. However, in the second embodiment, since the active material and the binder can be applied separately, such a problem can be solved.

また、第2の実施形態では、工程203でプレ充電/プレ放電処理した活物質と、工程207で調製したバインダ溶液とを別々に塗布する(工程205と工程207)。これにより、一度充電した活物質とバインダ溶液中のNMPとが長時間接触することなく、NMPの分解による電池特性の劣化を抑制できる点で優れている。   In the second embodiment, the active material pre-charged / pre-discharged in step 203 and the binder solution prepared in step 207 are separately applied (step 205 and step 207). Thereby, it is excellent at the point which can suppress the deterioration of the battery characteristic by decomposition | disassembly of NMP, without the active material once charged and NMP in a binder solution contacting for a long time.

なお、第1及び第2の実施形態では、正極及び負極共にプレ充電/プレ放電処理した最も好ましい例を示したが、本発明では、これらに制限されるものではなく、いずれか一方の電極だけでも良い。いずれか一方だけの場合には負極をプレ充電/プレ放電処理するのが望ましい。   In the first and second embodiments, the most preferable examples in which both the positive electrode and the negative electrode are precharged / predischarged are shown. However, the present invention is not limited to these, and only one of the electrodes is used. But it ’s okay. In either case, it is desirable to precharge / predischarge the negative electrode.

以下、上記した第2の実施形態による各工程につき、詳しく説明する。   Hereinafter, each process according to the second embodiment will be described in detail.

(1)正極の形成工程
(i)正極プレインク作製工程
第2の実施形態による正極プレインク作製工程201は、第1の実施形態による正極プレインク作製工程101と同様であるため、ここでの説明は省略する。
(1) Positive electrode formation step (i) Positive electrode pre-ink preparation step The positive electrode pre-ink preparation step 201 according to the second embodiment is the same as the positive electrode pre-ink preparation step 101 according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted here. To do.

(ii)正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程
第2の実施形態による正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程203は、第1の実施形態による正極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程103と同様であるため、ここでの説明は省略する。
(Ii) Precharging / Degassing / Pre-Discharging Step of Positive Electrode Preink Precharging / degassing / pre-discharging step 203 of the positive electrode preink according to the second embodiment includes precharging / degassing of the positive electrode preink according to the first embodiment. -Since it is the same as that of the pre-discharge process 103, description here is abbreviate | omitted.

(iii)正極プレインクの塗布・乾燥工程
第2の実施形態による正極プレインクの塗布・乾燥工程205では、第1の実施形態による(v)正極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程109で説明したと同様にして、集電体に正極プレインクを塗布・乾燥する。本工程では、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。これは、電池の初充電時に発生するガスを予め抜き出しても、その後に少量ではあるが該インク中に水分や大気中のガス成分が混入してしまい、電池の初充電時に発生するガスの一因となるおそれがあるためである。
(Iii) Positive Preink Ink Application / Drying Step In the positive electrode preink application / drying step 205 according to the second embodiment, (v) the positive electrode ink application / drying / pressing / cutting step 109 according to the first embodiment has been described. In the same manner as described above, the positive electrode pre-ink is applied to the current collector and dried. In this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like. This is because, even if the gas generated at the time of the initial charge of the battery is extracted in advance, water and atmospheric gas components are mixed in the ink, but a small amount of the gas generated at the time of the initial charge of the battery. This is because there is a possibility that it becomes a cause.

まず、塗布工程205aとして、集電体(または適当な基材)上に、適当な方法にて正極プレインクを塗布する。   First, as a coating process 205a, a positive electrode pre-ink is coated on a current collector (or a suitable base material) by a suitable method.

上記集電体の種類、厚さ、基材の説明、正極プレインクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、正極プレインクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離については、第1の実施形態の上記正極インクの塗布工程109aで説明した集電体の種類、厚さ、基材の説明、正極インクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、正極インクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離と同様にして行うことができるため、ここでの説明は省略する。   Type of collector, thickness, description of base material, positive electrode pre-ink application method (including ink-jet application method), positive electrode pre-ink viscosity, droplet size, between adjacent droplet centers For the distance, the type, thickness, and description of the current collector described in the positive ink application step 109a of the first embodiment, the description of the base material, and the positive ink application method (including the ink jet method), Since it can be performed in the same manner as the viscosity of the positive electrode ink, the particle size of the droplets, and the distance between the centers of adjacent droplets, description thereof is omitted here.

次に、正極プレインクの塗布後の乾燥工程205bでは、集電体(または基材)上に塗布した正極プレインクを適当な乾燥条件で乾燥させ、正極を形成する。   Next, in the drying step 205b after the application of the positive electrode pre-ink, the positive electrode pre-ink applied on the current collector (or substrate) is dried under appropriate drying conditions to form the positive electrode.

上記乾燥条件としては、第1の実施形態の上記正極インクの乾燥工程109bで説明した乾燥条件と同様に行うことができるため、ここでの説明は省略する。   The drying conditions can be the same as the drying conditions described in the positive ink drying step 109b of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

(iv)正極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程
正極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程207では、まず、バインダ溶液を調製する。該バインダ溶液には、バインダ及び粘度調整用の溶媒、更には添加剤等が含まれ得る。
(Iv) Binder Solution Application / Drying Step to Positive Electrode In the binder solution application / drying step 207 to the positive electrode, first, a binder solution is prepared. The binder solution may contain a binder, a solvent for adjusting viscosity, an additive, and the like.

上記バインダ、粘度調整用の溶媒及び添加剤については、第1の実施形態の正極インク作製工程107で説明したバインダ、粘度調整用の溶媒及び添加剤と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   The binder, the viscosity adjusting solvent, and the additive may be the same as the binder, the viscosity adjusting solvent, and the additive described in the positive electrode ink preparation step 107 of the first embodiment. The description in is omitted.

バインダ溶液中の、バインダ、粘度調整用の溶媒、添加剤等の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。   The blending amount of the binder, viscosity adjusting solvent, additive, etc. in the binder solution should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.).

次に、正極へのバインダ溶液の塗布工程207aでは、上記(iii)で作製した正極上に、適当な方法にて、調製したバインダ溶液を塗布する。   Next, in the step of applying a binder solution 207a to the positive electrode, the prepared binder solution is applied to the positive electrode prepared in (iii) by an appropriate method.

上記バインダ溶液の塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、バインダ溶液の粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離としては、第1の実施形態の正極インクの塗布工程109aで説明した正極インクの塗布方法、正極プレインクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離と同様にして行うことができるため、ここでの説明は省略する。   The binder solution coating method (including a method of coating by an ink jet method), the binder solution viscosity, the droplet particle size, and the distance between the centers of adjacent droplets are as follows. Since it can be performed in the same manner as the method for applying the positive electrode ink, the viscosity of the positive electrode pre-ink, the particle size of the liquid droplets, and the distance between the centers of adjacent liquid droplets described in Step 109a, description thereof is omitted here.

次に、バインダ溶液の塗布後の乾燥工程207bでは、正極上に塗布したバインダ溶液を適当な乾燥条件で乾燥させる。   Next, in a drying step 207b after applying the binder solution, the binder solution applied on the positive electrode is dried under appropriate drying conditions.

上記乾燥条件としては、第1の実施形態の上記正極インクの乾燥工程109bで説明した乾燥条件と同様に行うことができるため、ここでの説明は省略する。   The drying conditions can be the same as the drying conditions described in the positive ink drying step 109b of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

本工程207でも、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。   This step 207 is also preferably performed in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like.

(v)正極のプレス・裁断工程
正極のプレス・裁断工程209では、まず、バインダ溶液の塗布・乾燥後にプレス工程209aとして、上記の工程207により塗布・乾燥された正極にプレス操作を行うのが望ましい。このプレス操作を行うことで、得られる正極の表面をより平坦化させることが可能となる。プレス操作に用いられる装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および方法が適宜用いられうる。
(V) Positive electrode pressing / cutting step In the positive electrode pressing / cutting step 209, first, as a pressing step 209a after applying and drying the binder solution, the positive electrode applied and dried in the above step 207 is pressed. desirable. By performing this pressing operation, the surface of the obtained positive electrode can be further flattened. The apparatus and conditions used for the press operation are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and methods can be appropriately used.

さらに、工業的な生産過程においては、プレス後の裁断工程209bとして、生産性を向上させるために、最終的な電池のサイズよりも大きい正極を作製し、これを所定の大きさにカットする裁断工程を採用してもよい。   Furthermore, in an industrial production process, as a cutting step 209b after pressing, in order to improve productivity, a positive electrode larger than the final battery size is produced, and this is cut into a predetermined size. A process may be adopted.

(vi)正極へのプレゲル塗布工程
正極へのプレゲル塗布工程211では、正極のプレス・裁断工程209後の正極に、プレゲル溶液を塗布・硬化するのが望ましい。
(Vi) Pregel Application Step on the Positive Electrode In the pregel application step 211 on the positive electrode, it is desirable to apply and cure the pregel solution to the positive electrode after the positive electrode pressing / cutting step 209.

第2の実施形態による正極へのプレゲル塗布工程211は、第1の実施形態による正極へのプレゲル塗布工程111と同様であるため、ここでの説明は省略する。   The pregel application step 211 on the positive electrode according to the second embodiment is the same as the pregel application step 111 on the positive electrode according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.

(2)負極の形成工程
(i)負極プレインク作製工程
第2の実施形態による負極プレインク作製工程221は、第1の実施形態による負極プレインク作製工程121と同様であるため、ここでの説明は省略する。
(2) Negative electrode forming step (i) Negative electrode pre-ink preparation step The negative electrode pre-ink preparation step 221 according to the second embodiment is the same as the negative electrode pre-ink preparation step 121 according to the first embodiment, and a description thereof is omitted here. To do.

(ii)負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程
第2の実施形態による負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程223は、第1の実施形態による負極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電工程123と同様であるため、ここでの説明は省略する。
(Ii) Precharging / degassing / pre-discharge step of negative electrode pre-ink The pre-charging / degassing / pre-discharge step 223 of the negative electrode pre-ink according to the second embodiment is performed in the pre-charging / degassing of the negative electrode pre-ink according to the first embodiment. -Since it is the same as that of the pre-discharge process 123, description here is abbreviate | omitted.

(iii)負極プレインクの塗布・乾燥工程
負極プレインクの塗布・乾燥工程225では、正極プレインクの塗布・乾燥工程205と同様の操作でよい。即ち、正極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程109及び負極インクの塗布・乾燥・プレス・裁断工程129で説明したと同様にして、集電体に負極プレインクを塗布・乾燥する。
(Iii) Application / Drying Step of Negative Electrode Preink In the application / drying step 225 of negative electrode preink, the same operation as the application / drying step 205 of positive electrode preink may be performed. That is, the negative electrode pre-ink is applied to the current collector and dried in the same manner as described in the positive electrode ink application / drying / pressing / cutting step 109 and the negative electrode ink application / drying / pressing / cutting step 129.

本工程では、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。これは、電池の初充電時に発生するガスを予め抜き出しても、その後に少量ではあるが該インク中に水分や大気中のガス成分が混入してしまい、電池の初充電時に発生するガスの一因となるおそれがあるためである。   In this step, it is desirable to carry out in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like. This is because, even if the gas generated at the time of the initial charge of the battery is extracted in advance, water and atmospheric gas components are mixed in the ink, but a small amount of the gas generated at the time of the initial charge of the battery. This is because there is a possibility that it becomes a cause.

まず、塗布工程225aとして、集電体(または適当な基材)上に、適当な方法にて負極プレインクを塗布する。   First, as the applying step 225a, a negative electrode pre-ink is applied on a current collector (or an appropriate base material) by an appropriate method.

上記集電体の種類、厚さ、基材の説明、負極プレインクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、負極プレインクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離については、負極プレインクの塗布・乾燥工程205で説明したのと同様である。即ち、上記正極インクの塗布工程109aで説明した集電体の種類、厚さ、基材の説明、正極インクの塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、正極インクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離と同様にして行うことができる。そのため、ここでの説明は省略する。   Type, thickness, description of base material, negative electrode pre-ink application method (including ink-jet application method), negative electrode pre-ink viscosity, droplet diameter, between adjacent droplet centers The distance is the same as that described in the negative electrode pre-ink application / drying step 205. That is, the type, thickness, and description of the current collector described in the positive ink application step 109a, the positive electrode ink application method (including the ink jet method), the positive ink viscosity, This can be done in the same manner as the particle size and the distance between the centers of adjacent droplets. Therefore, explanation here is omitted.

次に、負極プレインクの塗布後の乾燥工程225bでは、集電体(または基材)上に塗布した負極プレインクを適当な乾燥条件で乾燥させ、負極を形成する。   Next, in the drying step 225b after application of the negative electrode pre-ink, the negative electrode pre-ink applied on the current collector (or substrate) is dried under appropriate drying conditions to form a negative electrode.

上記乾燥条件としては、第1の実施形態の上記正極インクの乾燥工程109b、負極インクの乾燥工程129bで説明した乾燥条件と同様に行うことができるため、ここでの説明は省略する。   The drying conditions can be the same as the drying conditions described in the positive ink drying step 109b and the negative ink drying step 129b of the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

(iv)負極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程
負極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程227では、まず、バインダ溶液を調製する。該バインダ溶液には、バインダ及び粘度調整用の溶媒、更には添加剤等が含まれ得る。
(Iv) Binder Solution Application / Drying Step to Negative Electrode In the binder solution application / drying step 227 to the negative electrode, first, a binder solution is prepared. The binder solution may contain a binder, a solvent for adjusting viscosity, an additive, and the like.

上記バインダ、粘度調整用の溶媒及び添加剤については、正極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程207と同様である。即ち、第1の実施形態の正極インク作製工程107で説明したバインダ、粘度調整用の溶媒及び添加剤と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。   The binder, the viscosity adjusting solvent, and the additive are the same as those in the step of applying / drying the binder solution to the positive electrode. That is, since the same binder, viscosity adjusting solvent and additive described in the positive electrode ink preparation step 107 of the first embodiment can be used, description thereof is omitted here.

バインダ溶液中の、バインダ、粘度調整用の溶媒、添加剤等の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)を考慮して決定すべきである。   The blending amount of the binder, viscosity adjusting solvent, additive, etc. in the binder solution should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.).

次に、負極へのバインダ溶液の塗布工程227aでは、上記(iii)で作製した負極上に、適当な方法にて、調製したバインダ溶液を塗布する。   Next, in the binder solution application step 227a to the negative electrode, the prepared binder solution is applied to the negative electrode prepared in (iii) by an appropriate method.

上記バインダ溶液の塗布方法(インクジェット方式で塗布する方法を含む)、バインダ溶液の粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離としては、正極へのバインダ溶液の塗布・乾燥工程207で説明したと同様である。即ち、正極インクの塗布工程109aで説明した正極インクの塗布方法、正極プレインクの粘度、液滴の粒径、隣接する液滴の中心間の距離と同様にして行うことができる。そのため、ここでの説明は省略する。   The binder solution coating method (including the ink jet method), the binder solution viscosity, the droplet diameter, and the distance between the centers of adjacent droplets are the steps of applying and drying the binder solution on the positive electrode. This is the same as described in step 207. That is, it can be performed in the same manner as the positive electrode ink application method, the positive electrode pre-ink viscosity, the droplet diameter, and the distance between adjacent droplet centers described in the positive ink application step 109a. Therefore, explanation here is omitted.

次に、バインダ溶液の塗布後の乾燥工程227bでは、負極上に塗布したバインダ溶液を適当な乾燥条件で乾燥させる。   Next, in the drying step 227b after application of the binder solution, the binder solution applied on the negative electrode is dried under appropriate drying conditions.

上記乾燥条件としては、上記乾燥工程207で説明したと同様である。即ち、正極インクの乾燥工程109bで説明した乾燥条件と同様に行うことができる。そのため、ここでの説明は省略する。   The drying conditions are the same as described in the drying step 207. That is, it can be performed in the same manner as the drying conditions described in the positive ink drying step 109b. Therefore, explanation here is omitted.

本工程227でも、水分量が20ppm以下の雰囲気下、もしくは大気などには触れない雰囲気で行なうのが望ましい。   This step 227 is also preferably performed in an atmosphere having a moisture content of 20 ppm or less, or in an atmosphere that does not come into contact with air or the like.

(v)負極のプレス・裁断工程
負極のプレス・裁断工程229では、まず、バインダ溶液の塗布・乾燥後にプレス工程229aとして、上記の工程227により塗布・乾燥された負極にプレス操作を行うのが望ましい。このプレス操作を行うことで、得られる負極の表面をより平坦化させることが可能となる。プレス操作に用いられる装置および条件は特に制限されず、従来公知の装置および方法が適宜用いられうる。
(V) Negative electrode pressing / cutting step In the negative electrode pressing / cutting step 229, the negative electrode applied and dried in the above step 227 is first pressed as the pressing step 229a after the binder solution is applied and dried. desirable. By performing this pressing operation, the surface of the obtained negative electrode can be further flattened. The apparatus and conditions used for the press operation are not particularly limited, and conventionally known apparatuses and methods can be appropriately used.

さらに、工業的な生産過程においては、プレス後の裁断工程229bとして、生産性を向上させるために、最終的な電池のサイズよりも大きい負極を作製し、これを所定の大きさにカットする裁断工程を採用してもよい。   Furthermore, in an industrial production process, as a cutting step 229b after pressing, in order to improve productivity, a negative electrode larger than the final battery size is produced and cut into a predetermined size. A process may be adopted.

(vi)負極へのプレゲル塗布工程
負極へのプレゲル塗布工程231では、負極のプレス・裁断工程229後の正極に、プレゲル溶液を塗布・硬化するのが望ましい。
(Vi) Pregel application process to negative electrode In the pregel application process 231 to the negative electrode, it is desirable to apply and cure the pregel solution to the positive electrode after the negative electrode pressing / cutting process 229.

負極へのプレゲル塗布工程231は、正極へのプレゲル塗布工程211と同様の操作を行うことができる。即ち、正極へのプレゲル塗布工程111と同様の操作であるため、ここでの説明は省略する。   The pregel application step 231 on the negative electrode can be performed in the same manner as the pregel application step 211 on the positive electrode. That is, since it is the same operation as the pregel application process 111 to a positive electrode, description here is abbreviate | omitted.

以下の工程(3)及び(4)は、第1の実施形態で説明した工程(3)及び(4)と同様であるので、ここでの説明は省略する。   Since the following steps (3) and (4) are the same as steps (3) and (4) described in the first embodiment, description thereof is omitted here.

即ち、(3)ポリマー電解質層の形成工程のプレゲル溶液の作製工程241及びセパレータへのプレゲル溶液の塗布工程243は、プレゲル溶液の作製工程141及びセパレータへのプレゲル溶液の塗布工程143で説明したと同様である。そのため、ここでの説明は省略する。   That is, (3) the pregel solution preparation step 241 in the polymer electrolyte layer formation step and the pregel solution application step 243 on the separator are described in the pregel solution preparation step 141 and the pregel solution application step 143 on the separator. It is the same. Therefore, explanation here is omitted.

また(4)電池作製工程の正極、負極、ポリマー電解質層の組立工程251、再充電工程253及びエージング・検査工程255は、正極、負極、ポリマー電解質層の組立工程151、再充電工程153及びエージング・検査工程155で説明したと同様である。そのため、ここでの説明は省略する。   (4) The positive electrode, negative electrode, polymer electrolyte layer assembling step 251, recharging step 253, and aging / inspection step 255 in the battery manufacturing step are the positive electrode, negative electrode, polymer electrolyte layer assembling step 151, recharging step 153, and aging. The same as described in the inspection step 155. Therefore, explanation here is omitted.

以上が、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の代表的な実施形態についての説明であるが、本発明では、上記実施形態に何ら制限されるものではない。   The above is the description of a typical embodiment of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記ポリマー電解質層の形成では、好適な例として、第1及び第2の実施形態共に、セパレータにプレゲル溶液を含浸・塗布し、硬化させて高分子ゲル電解質を保持させてなるポリマー電解質層を示している。しかしながら、本発明では、セパレータを用いずに電解質層を形成させてもよい。   For example, in the formation of the polymer electrolyte layer, as a preferred example, in both the first and second embodiments, a polymer electrolyte layer is formed by impregnating and applying a pregel solution to a separator and curing it to retain a polymer gel electrolyte. Is shown. However, in the present invention, the electrolyte layer may be formed without using a separator.

例えば、(i)全固体高分子電解質を形成する場合には、例えば、全固体高分子電解質の原料高分子、リチウム塩等をNMPのような溶媒に溶解させて調製した溶液を、適当な基材上に塗布し、硬化させることによって製造される。   For example, when (i) an all solid polymer electrolyte is formed, for example, a solution prepared by dissolving a raw polymer of the all solid polymer electrolyte, a lithium salt, or the like in a solvent such as NMP is used. It is manufactured by applying on a material and curing.

(ii)高分子ゲル電解質層を形成する場合には、例えば、高分子ゲル電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等からなるプレゲル溶液を、適当な基材上に塗布し、不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。   (Ii) In the case of forming a polymer gel electrolyte layer, for example, as a raw material for the polymer gel electrolyte, a pregel solution comprising a host polymer and an electrolytic solution, a lithium salt, a polymerization initiator and the like is placed on a suitable substrate. It is produced by coating and polymerizing (accelerating the crosslinking reaction) simultaneously with heat drying in an inert atmosphere.

(iii)セパレータに全固体高分子電解質を保持させてなる全固体高分子電解質層を用いる場合には、例えば、全固体高分子電解質の原料として、ホストポリマーと電解液、リチウム塩、重合開始剤等を粘度調整溶媒に溶解してなる溶液を準備する。次に、セパレータに、準備した上記溶液を含浸させて、不活性雰囲気下で加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって製造される。   (Iii) When using an all-solid polymer electrolyte layer in which an all-solid polymer electrolyte is held in a separator, for example, as a raw material for the all-solid polymer electrolyte, a host polymer, an electrolytic solution, a lithium salt, a polymerization initiator Etc. are prepared in a viscosity adjusting solvent. Next, the separator is impregnated with the prepared solution and polymerized (accelerating the crosslinking reaction) simultaneously with heat drying in an inert atmosphere.

電解質層を形成するには、上記(i)〜(iii)によっても行うことができる。   Formation of the electrolyte layer can also be performed by the above (i) to (iii).

例えば、電極間に積層される電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を形成する。電解質層/膜ないしセパレータに全固体高分子電解質を保持してなる全固体高分子電解質層/膜は、上記溶液またはプレゲル溶液をPET製など適当なフィルム上に塗布し、不活性雰囲気下で乾燥硬化または加熱乾燥と同時に架橋反応を促進させることによって製造される。あるいは、上記溶液またはプレゲル溶液を、適当なセパレータに含浸塗布し、不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に架橋反応を促進させることによって製造してもよい。   For example, an electrolyte layer laminated between the electrodes or a part thereof (an electrolyte film having about half the thickness of the electrolyte layer) is formed. An all-solid polymer electrolyte layer / membrane having an electrolyte layer / membrane or separator holding an all-solid polymer electrolyte is coated with the above solution or pregel solution on a suitable film such as PET and dried in an inert atmosphere. Manufactured by promoting the crosslinking reaction simultaneously with curing or heat drying. Or you may manufacture by impregnating and apply | coating the said solution or pregel solution to a suitable separator, and promoting a crosslinking reaction simultaneously with hardening or heat-drying in inert atmosphere.

あるいは、ポリマー電解質層の形成と同時に次工程の電池組立工程を行うべく、正極および/または負極上に、調製された上記溶液またはプレゲル溶液を直接塗布し、所定の厚さのポリマー電解質層またはその一部(電解質層厚さの半分程度の電解質膜)を形成する。その後、電解質層/膜が積層された基材または電極を不活性雰囲気下で硬化または加熱乾燥と同時に重合(架橋反応を促進)させることによって、電解質の機械的強度を高め、電解質層/膜を電極上に積層して製膜形成してもよい。   Alternatively, in order to perform the next battery assembly step simultaneously with the formation of the polymer electrolyte layer, the prepared solution or pregel solution is directly applied on the positive electrode and / or the negative electrode, and the polymer electrolyte layer having a predetermined thickness or the A part (an electrolyte membrane having about half the thickness of the electrolyte layer) is formed. Thereafter, the substrate or electrode on which the electrolyte layer / membrane is laminated is cured or heated and dried in an inert atmosphere at the same time as polymerization (accelerating the crosslinking reaction) to increase the mechanical strength of the electrolyte. A film may be formed by laminating on the electrode.

上記乾燥硬化または加熱乾燥は、真空乾燥機(真空オーブン)などを用いることができる。加熱乾燥の条件は、上記溶液またはプレゲル溶液に応じて決定され、一義的に規定できないが、通常は30〜110℃で0.5〜12時間である。   A vacuum drier (vacuum oven) or the like can be used for the drying / curing or heat drying. The conditions for heat drying are determined according to the above solution or pregel solution and cannot be uniquely defined, but are usually 30 to 110 ° C. and 0.5 to 12 hours.

電解質層/膜の厚さは、スペーサなどを用いて制御できる。光重合開始剤を用いる場合には、光透過性のギャップに流し込み、乾燥及び光重合ができるような紫外線照射装置を用いて紫外線を照射して、電解質層内のポリマーを光重合させ架橋反応を進行させて製膜するとよい。ただし、この方法に限定されないことは勿論である。重合開始剤の種類に応じて、放射線重合、電子線重合、熱重合などを使いわける。   The thickness of the electrolyte layer / membrane can be controlled using a spacer or the like. In the case of using a photopolymerization initiator, it is poured into a light transmissive gap, irradiated with ultraviolet rays using an ultraviolet irradiation device capable of drying and photopolymerization, and the polymer in the electrolyte layer is photopolymerized to carry out a crosslinking reaction. It is good to advance and form a film. However, it is needless to say that the method is not limited to this. Depending on the type of polymerization initiator, radiation polymerization, electron beam polymerization, thermal polymerization, etc. are used properly.

また、上記基材で用いるフィルムは、製造過程で80℃程度に加熱されることもありえるため、当該温度程度での十分な耐熱性を有し、さらに溶液またはプレゲル溶液との反応性がなく、製造過程で剥離し除去する必要上、離型性に優れたものを用いるのが望ましい。例えば、PET、PP製のフィルムなどを使用することができるが、これらに制限されるべきものではない。   In addition, since the film used in the substrate may be heated to about 80 ° C. in the production process, it has sufficient heat resistance at the temperature, and has no reactivity with the solution or the pregel solution. In view of the necessity of peeling and removing during the manufacturing process, it is desirable to use a material having excellent releasability. For example, a film made of PET or PP can be used, but it should not be limited to these.

上記溶液またはプレゲル溶液の組成成分やその配合量などについては、使用目的に応じて適宜決定されるべきものである。   About the composition component of the said solution or pregel solution, its compounding quantity, etc., it should be suitably determined according to the intended purpose.

次に、本発明に係るリチウムポリマー電池は、上記製法により得られてなることを特徴とするものである。本発明に係るリチウムポリマー電池では、電池の初充電時に発生するガス量を低減することができる。また、活物質由来のLiイオンが不可逆容量サイトにトラップされて可逆容量が減少することも防ぐことができる。そのため、初充電時に発生するガス量を格段に低減することができ、電池製造時に設定した高い充放電性能を初充電時に大きく低減させることなく、長期の充放電サイクルにわたって保持することができる。   Next, the lithium polymer battery according to the present invention is obtained by the above-described manufacturing method. In the lithium polymer battery according to the present invention, the amount of gas generated when the battery is initially charged can be reduced. It is also possible to prevent the reversible capacity from being reduced due to trapping of the active material-derived Li ions at the irreversible capacity site. Therefore, the amount of gas generated at the time of initial charge can be significantly reduced, and the high charge / discharge performance set at the time of battery manufacture can be maintained over a long charge / discharge cycle without greatly reducing at the time of initial charge.

本発明のリチウムポリマー電池の種類としては、特に制限されるものではない。   The type of the lithium polymer battery of the present invention is not particularly limited.

例えば、電池の構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、捲回型(円筒型)電池など特に制限されるべきものではなく、従来公知のいずれの構造にも適用し得るものである。好ましくは、積層型(扁平型)電池である。これは、捲回型の電池では、電解質層にも捲回方向に引張り応力がかかるため当該方向の強度が必要となるが、積層型では捲回型と比較して当該方向の強度が必要ないためである。   For example, when distinguished by the structure of the battery, it is not particularly limited, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery, and can be applied to any conventionally known structure. It is. Preferably, it is a stacked type (flat type) battery. This is because, in a wound type battery, the electrolyte layer is also subjected to tensile stress in the winding direction, and thus the strength in that direction is required, but in the laminated type, the strength in that direction is not required compared to the wound type. Because.

同様に電池のポリマー電解質層の種類で区別した場合にも、特に制限されるべきものではなく、電解質層にポリマー電解質を用いるポリマー電池であればよい。即ち、電解質層に、高分子ゲル電解質を用いる高分子ゲル電解質型電池および電解質層に全固体高分子電解質を用いる全固体高分子電解質型電池のいずれにも適用しえるものである。全固体高分子電解質型電池では、液漏れが生じないので、液絡の問題が無く信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れた電池を形成することができる点で優れている。また、高分子ゲル電解質型電池では、イオン伝導性が高く、且つ液漏れが生じにくく、液絡の問題も絶縁シール層を設けることで解消でき信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れた電池を形成することができる点で優れている。   Similarly, when the battery is distinguished by the type of the polymer electrolyte layer of the battery, it should not be particularly limited as long as it is a polymer battery using a polymer electrolyte for the electrolyte layer. That is, the present invention can be applied to both a polymer gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte as an electrolyte layer and an all solid polymer electrolyte type battery using an all solid polymer electrolyte as an electrolyte layer. The all solid polymer electrolyte type battery is excellent in that a liquid leakage does not occur, and there is no problem of a liquid junction, the reliability is high, and a battery having excellent output characteristics can be formed with a simple configuration. In addition, polymer gel electrolyte type batteries have high ionic conductivity and are unlikely to leak, and the problem of liquid junctions can be eliminated by providing an insulating seal layer, providing high reliability and simple output characteristics. It is excellent in that an excellent battery can be formed.

同様に、電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、バイポーラ型ではない(内部並列接続タイプ)電池(一般電池)およびバイポーラ型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。バイポーラ型ではない一般電池を積層する場合は正極、負極それぞれからリード線をとり、そのリード線を介して隣の電池と接続される。そのため、リード線の長さに相当する電子伝導のパスが長くなり、電池の出力が低くなる。それに対して、バイポーラ型電池は、集電体を介して、電極の積層方法に電流が流れるため、バイポーラ型でない電池に比して、電流の流れる距離が短くて電流が流れる部分の断面積も大きいので、電子伝導のパスが格段に短くなり、ロスが少なくできる。その分、高出力になるためである。よって、バイポーラ型でない電池に比べて電池の電圧が高く、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。   Similarly, in terms of the electrical connection form (electrode structure) in the battery, it is applicable to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries (general batteries) and bipolar (internal series connection type) batteries. It is possible. When stacking non-bipolar general batteries, lead wires are taken from each of the positive electrode and the negative electrode and connected to the adjacent battery via the lead wires. For this reason, the path of electron conduction corresponding to the length of the lead wire becomes long, and the output of the battery becomes low. On the other hand, in a bipolar battery, current flows through the electrode stacking method through a current collector. Therefore, compared to a non-bipolar battery, the current flowing distance is short and the cross-sectional area of the current flowing portion is also small. Since it is large, the path of electron conduction is remarkably shortened and loss can be reduced. This is because the output is increased accordingly. Therefore, the battery voltage is higher than that of a non-bipolar battery, and a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured.

電池の電極材料ないし電極間を移動する金属イオンで見た場合には、リチウムイオン電池である。これは、リチウムイオン電池では、1電極単位(セルないし単電池層ともいう)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。ただし、本発明の製法によりプレ充電/放電により、電池の初充電時のガス発生を低減できるものであれば、リチウムイオン電池に制限されるものではなく、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など、従来公知のいずれの電極材料等にも適用し得るものである。   When viewed in terms of battery electrode material or metal ions moving between electrodes, it is a lithium ion battery. This is because in a lithium ion battery, the voltage of one electrode unit (also referred to as a cell or a single battery layer) is large, high energy density and high output density can be achieved, and it is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source. It is. However, the present invention is not limited to lithium ion batteries as long as the gas generation at the time of initial charging of the battery can be reduced by precharging / discharging, the sodium ion battery, the potassium ion battery, the nickel hydrogen battery. The present invention can be applied to any conventionally known electrode material such as a battery, a nickel cadmium battery, and a nickel metal hydride battery.

本発明の電池は、一次電池および二次電池のいずれにも適用し得るものであるが、燃料電池やハイブリッド自動車等のモータ駆動電源として、繰り返し充放電して用いることができる点で便利であることから、二次電池に適用するのが望ましい。   The battery of the present invention can be applied to both a primary battery and a secondary battery, but is convenient in that it can be repeatedly charged and discharged as a motor drive power source for a fuel cell, a hybrid vehicle, or the like. Therefore, it is desirable to apply to a secondary battery.

したがって、以下の説明では、積層式でバイポーラ型のリチウムイオンポリマー二次電池を例にとり説明するが、本発明のリチウムポリマー電池はこれらに何ら制限されるべきものではない。   Therefore, in the following description, a laminated bipolar bipolar ion polymer secondary battery will be described as an example, but the lithium polymer battery of the present invention should not be limited to these.

以下、本発明に係るリチウムイオン電池の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a lithium ion battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図4〜7に本発明のリチウムイオン電池の好適な実施形態の1つである積層式でバイポーラ型のリチウムイオンポリマー二次電池(以下、単にバイポーラ電池と略記する)の基本構成の概略を説明する。図4は、バイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図5は、バイポーラ電池を構成する電解質層を挟んでリチウムイオンを挿入脱離できる正極および負極を対向させた電池素子(以下、単に単電池層ともいう)の構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図6は、バイポーラ電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図7は、バイポーラ電池内に複数積層された単電池層が直列に接続されてなることを(記号化して)概念的に表わした概略図を示す。   4 to 7 schematically illustrate the basic configuration of a stacked bipolar lithium ion polymer secondary battery (hereinafter simply referred to as a bipolar battery), which is one of the preferred embodiments of the lithium ion battery of the present invention. To do. FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing the structure of the bipolar electrode constituting the bipolar battery. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of a battery element (hereinafter also simply referred to as a single cell layer) in which a positive electrode and a negative electrode that can insert and desorb lithium ions are sandwiched between electrolyte layers constituting a bipolar battery. The figure is shown. FIG. 6 is a schematic sectional view schematically showing the entire structure of the bipolar battery. FIG. 7 is a schematic diagram conceptually showing (symbolized) that a plurality of unit cell layers stacked in a bipolar battery are connected in series.

図4に示したように、本発明のバイポーラ電池では、図4〜7に示したように、1枚の集電体11の片面に正極12を設け、もう一方の面に負極13を設けたバイポーラ電極15を、電解質層14を挟み隣合うバイポーラ電極15の正極12と負極13が対向するようになっている。すなわち、バイポーラ電池21では、集電体11の片方の面上に正極12を有し、他方の面上に負極13を有するバイポーラ電極15を、電解質層14を介して複数枚積層した構造の電極積層体(電池要素部)17からなるものである。また、電極積層体17の最上層と最下層の電極(電流取り出し用の電極)15a、15bは、集電体11に必要な片面のみの電極(正極12または負極13)を形成した構造としてもよい(図6参照のこと)。該電流取り出し用の電極15a、5bも、バイポーラ電極の1種とみることもできる。また、バイポーラ電池21では、最上層と最下層の電極の集電体11ないし強電タブにそれぞれ正極および負極リード18、19が接合されている。   As shown in FIG. 4, in the bipolar battery of the present invention, as shown in FIGS. 4 to 7, a positive electrode 12 is provided on one surface of one current collector 11, and a negative electrode 13 is provided on the other surface. The positive electrode 12 and the negative electrode 13 of the bipolar electrode 15 adjacent to each other with the electrolyte layer 14 sandwiched between the bipolar electrode 15 are opposed to each other. That is, in the bipolar battery 21, an electrode having a structure in which a plurality of bipolar electrodes 15 having the positive electrode 12 on one surface of the current collector 11 and the negative electrode 13 on the other surface are stacked via the electrolyte layer 14. A laminate (battery element part) 17 is formed. The uppermost and lowermost electrodes (current extraction electrodes) 15a and 15b of the electrode laminate 17 may have a structure in which electrodes (positive electrode 12 or negative electrode 13) on only one side necessary for the current collector 11 are formed. Good (see FIG. 6). The current extraction electrodes 15a and 5b can also be regarded as a kind of bipolar electrode. In the bipolar battery 21, positive and negative electrode leads 18 and 19 are joined to the current collector 11 or the high voltage tab of the uppermost and lowermost electrodes, respectively.

バイポーラ電極の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。シート状電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できるのであれば、バイポーラ電極の積層回数を少なくしてもよい。   The number of stacked bipolar electrodes is adjusted according to the desired voltage. If sufficient output can be ensured even if the thickness of the sheet-like battery is made as thin as possible, the number of laminated bipolar electrodes may be reduced.

また、バイポーラ電池21では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体17部分を電池外装材20に減圧封入し、電極リード18、19を電池外装材20の外部に取り出した構造とするのがよい(図6、7参照のこと)。軽量化の観点からは、該外装材20に高分子−金属複合ラミネートフィルムを用い、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電極積層体7を収納し減圧封入(密封)し、電極リード18、19を外装材20の外部に取り出した構成とするのが好ましい。このバイポーラ電池21の基本構成は、図7に示すように、電解質層を挟んで正極および負極を対向させた電池素子(単電池層(単セル))16が直列に接続された構成ともいえるものである。   Further, in the bipolar battery 21, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the electrode laminate 17 portion is sealed under reduced pressure in the battery exterior material 20, and the electrode leads 18 and 19 are connected to the battery exterior material 20. A structure taken out to the outside is preferable (see FIGS. 6 and 7). From the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate film is used for the outer packaging material 20, and a part or all of the peripheral portion thereof is joined by thermal fusion, so that the electrode laminate 7 is accommodated and sealed under reduced pressure. It is preferable that the electrode leads 18 and 19 be taken out of the exterior material 20 (sealed). As shown in FIG. 7, the basic configuration of the bipolar battery 21 can be said to be a configuration in which battery elements (single cell layers (single cells)) 16 having a positive electrode and a negative electrode facing each other with an electrolyte layer interposed therebetween are connected in series. It is.

以下、本発明の電池の構成要素ごとに簡単に説明するが、本発明がこれらに何ら制限されるべきものでないことは言うまでもない。即ち、本発明では、図4〜7で説明した好適な態様の1つである積層式でバイポーラ型のリチウムイオンポリマー二次電池と、バイポーラ型でないリチウムイオンポリマー二次電池の構成要素とは、電池内の電気的な接続形態(電極構造)以外は同じである。そのため、以下にまとめて説明する。ただし、本発明がこれらに制限されるべきものではないことはいうまでもない。   Hereinafter, although it demonstrates easily for every component of the battery of this invention, it cannot be overemphasized that this invention should not be restrict | limited to these at all. That is, in the present invention, the laminated bipolar lithium ion polymer secondary battery, which is one of the preferred embodiments described in FIGS. 4 to 7, and the components of the non-bipolar lithium ion polymer secondary battery are: It is the same except for the electrical connection form (electrode structure) in the battery. Therefore, it will be described collectively below. However, it goes without saying that the present invention should not be limited to these.

[集電体]
集電体については、既に本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
[Current collector]
Since the current collector is as already described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, description thereof is omitted here.

[正極層]
正極層に関しても、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
[Positive electrode layer]
Since the positive electrode layer is also as described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, the description thereof is omitted here.

[負極層]
負極層に関しては、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
[Negative electrode layer]
Since the negative electrode layer is as described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, description thereof is omitted here.

[ポリマー電解質層]
また、本発明の電解質層としては、特に制限されるべきものではない。その使用目的に応じて、(a)高分子ゲル電解質層、(b)全固体高分子電解質層または(c)これらポリマー電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)からなるポリマー電解質層のいずれにも適用し得るものである。
[Polymer electrolyte layer]
Further, the electrolyte layer of the present invention is not particularly limited. Depending on the purpose of use, any of (a) a polymer gel electrolyte layer, (b) an all solid polymer electrolyte layer or (c) a polymer electrolyte layer comprising a separator (including a nonwoven fabric separator) impregnated with these polymer electrolytes It can also be applied to.

ここで、上記(c)のポリマー電解質層に関しては、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。   Here, since the polymer electrolyte layer (c) is the same as that described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, the description thereof is omitted here.

(a)高分子ゲル電解質層
高分子ゲル電解質層は、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した高分子ゲル電解質からなるセパレータを用いない電解質層であればよいため、ここでの説明は省略する。
(A) Polymer gel electrolyte layer The polymer gel electrolyte layer may be any electrolyte layer that does not use a separator made of the polymer gel electrolyte described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention. Description is omitted.

(b)全固体高分子電解質層
全固体高分子電解質層は、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明した高分子固体電解質からなるセパレータを用いない電解質層であればよいため、ここでの説明は省略する。
(B) All-solid polymer electrolyte layer The all-solid polymer electrolyte layer may be any electrolyte layer that does not use a separator made of a polymer solid electrolyte described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention. The description in is omitted.

なお、上記(a)〜(c)のポリマー電解質層は、1つの電池の中で併用してもよい。   In addition, you may use together the polymer electrolyte layer of said (a)-(c) in one battery.

また、ポリマー電解質は、ポリマー電解質層、正極層、負極層に含まれ得るが、同一のポリマー電解質を使用してもよく、層によって異なるポリマー電解質を用いてもよい。   The polymer electrolyte may be contained in the polymer electrolyte layer, the positive electrode layer, and the negative electrode layer, but the same polymer electrolyte may be used, or different polymer electrolytes may be used depending on the layer.

ところで、現在好ましく使用されるポリマー電解質用のホストポリマーは、PEO、PPOのようなポリエーテル系高分子である。このため、高温条件下における正極側での耐酸化性が弱い。従って、溶液系のリチウムイオン電池で一般に使用される、酸化還元電位の高い正極剤を使用する場合には、負極の容量が、ポリマー電解質層を介して対向する正極の容量より少ないことが好ましい。負極の容量が対向する正極の容量より少ないと、充電末期に正極電位が上がり過ぎることを防止できる。なお、正極および負極の容量は、正極および負極を製造する際の理論容量として、製造条件から求めることができる。完成品の容量を測定装置で直接測定してもよい。   By the way, a host polymer for a polymer electrolyte that is preferably used at present is a polyether polymer such as PEO and PPO. For this reason, the oxidation resistance on the positive electrode side under high temperature conditions is weak. Therefore, when using a positive electrode agent having a high oxidation-reduction potential that is generally used in solution-type lithium ion batteries, the capacity of the negative electrode is preferably smaller than the capacity of the positive electrode facing through the polymer electrolyte layer. If the capacity of the negative electrode is less than the capacity of the opposing positive electrode, it is possible to prevent the positive electrode potential from rising excessively at the end of charging. In addition, the capacity | capacitance of a positive electrode and a negative electrode can be calculated | required from manufacturing conditions as theoretical capacity | capacitance at the time of manufacturing a positive electrode and a negative electrode. You may measure the capacity | capacitance of a finished product directly with a measuring device.

ただし、負極の容量を対向する正極の容量と比べて少ないと、負極電位が下がりすぎて電池の耐久性が損なわれる恐れがあるので充放電電圧に注意する必要がある。例えば、一のセル(単電池層)の平均充電電圧を使用する正極活物質の酸化還元電位に対して適切な値に設定して、耐久性が低下しないように注意する。具体的には、本発明に係るリチウムポリマー電池の製法の項で説明したように、プレ充電/放電処理した電極活物質を用い、不可逆容量を除いた後の可逆容量の値を用いて負極/正極の容量バランスを所定の値、望ましくは負極容量/正極容量=1.0〜1.2に設計するのが望ましい。   However, if the capacity of the negative electrode is smaller than the capacity of the opposing positive electrode, the negative electrode potential will be too low and the durability of the battery may be impaired, so it is necessary to pay attention to the charge / discharge voltage. For example, care should be taken not to lower the durability by setting the average charge voltage of one cell (single cell layer) to an appropriate value for the oxidation-reduction potential of the positive electrode active material. Specifically, as described in the section of the method for producing a lithium polymer battery according to the present invention, a negative charge / discharge capacity value after removing irreversible capacity using a precharge / discharge-treated electrode active material is used. It is desirable to design the positive electrode capacity balance to a predetermined value, desirably negative electrode capacity / positive electrode capacity = 1.0 to 1.2.

[絶縁シール層]
絶縁シール層(図6の符号14b参照)は、バイポーラ電池の場合に、集電体同士が接触したり、電解液が漏れ出したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で、各電極の周囲に形成されてなるものである。
[Insulating seal layer]
In the case of a bipolar battery, the insulating seal layer (see reference numeral 14b in FIG. 6) may cause a short circuit due to contact between current collectors, leakage of electrolyte, or slight unevenness at the end of the laminated electrode. In order to prevent this, it is formed around each electrode.

該絶縁シール層としては、絶縁性、電解液の漏出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、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが使用できるが、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点からは、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating seal layer may be any layer having insulating properties, sealing performance against leakage of electrolyte solution or moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, for example, epoxy Resin, rubber, polyethylene, polypropylene, and the like can be used, but an epoxy resin is preferable from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

[強電タブ]
強電タブは、バイポーラ電池の場合に、必要に応じて最外層の電極を構成する集電体に取り付けられる。用いる場合には、端子としての機能を有するほか、薄型化の観点からは極力薄い方がよい。しかしながら、積層されてなる正極、負極、ポリマー電解質層および集電体はいずれも機械的強度が弱いため、これらを両側から挟示し支持するだけの強度を持たせることが望ましい。さらに、強電タブでの内部抵抗を抑える観点からも、強電タブの厚さは、通常0.1〜2mm程度が望ましいといえる。
[High-power tab]
In the case of a bipolar battery, the high voltage tab is attached to a current collector constituting the outermost layer electrode as necessary. When used, it has a function as a terminal and is preferably as thin as possible from the viewpoint of thinning. However, since the laminated positive electrode, negative electrode, polymer electrolyte layer, and current collector are all weak in mechanical strength, it is desirable that they have sufficient strength to sandwich and support them from both sides. Furthermore, it can be said that the thickness of the high-power tab is usually preferably about 0.1 to 2 mm from the viewpoint of suppressing the internal resistance of the high-power tab.

強電タブの材質は、通常のリチウムポリマー電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。   As a material of the high voltage tab, a material used in a normal lithium polymer battery can be used. For example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like.

電流取り出し用の正極側の強電タブと負極用の強電タブとの材質は、同一の材質を用いてもよいし、異なる材質のものを用いてもよい。さらに、これら正極側および負極側の強電タブは、材質の異なるものを多層に積層したものであってもよい。   The material of the high-voltage tab for positive current extraction and the high-voltage tab for negative electrode may be the same material or different materials. Further, the high-voltage tabs on the positive electrode side and the negative electrode side may be formed by stacking different materials.

正極および負極側の強電タブは、集電体と同じサイズであればよいが、特に制限されるものではない。   The high-voltage tab on the positive electrode and negative electrode side may be the same size as the current collector, but is not particularly limited.

[正極および負極リード]
図7に示すように、正極リード18および負極リード19に関しては、通常リチウムポリマー電池で用いられる公知のリードを用いることができる。該正極および負極リードの材質も、通常のリチウムポリマー電池で用いられる材質を用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、鉄、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などを利用することができる。耐蝕性、作り易さ、経済性などの観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。電極リード全体の抵抗増加を抑える観点からは、Cuを用いることが望ましい。さらに電池外装材の高分子材料との密着性を向上させるために、電極リードに表面被覆層を形成してもよい。表面被覆層にはNiが最も好適に使用できるが、Ag、Auといった金属材料も同様に使用可能である
[電池外装材(電池ケース)]
リチウムポリマー電池は、外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、図7に示すように、電池積層体全体を電池外装材(電池ケース)20に収容するとよい。電池外装材としては、軽量化の観点から、金属を高分子絶縁体で被覆したアルミラミネートパックなどの高分子−金属を複合したラミネートフィルム(単に、高分子−金属複合ラミネートフィルムとも称する)のような従来公知の電池外装材が好ましい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
As shown in FIG. 7, for the positive electrode lead 18 and the negative electrode lead 19, known leads that are usually used in lithium polymer batteries can be used. As the material of the positive electrode and the negative electrode lead, a material used in a normal lithium polymer battery can be used. For example, aluminum, copper, iron, titanium, nickel, stainless steel (SUS), alloys thereof, and the like can be used. Aluminum is preferably used from the viewpoints of corrosion resistance, ease of production, economy, and the like. From the viewpoint of suppressing an increase in resistance of the entire electrode lead, it is desirable to use Cu. Furthermore, a surface coating layer may be formed on the electrode lead in order to improve the adhesion of the battery exterior material to the polymer material. Ni can be most suitably used for the surface coating layer, but metal materials such as Ag and Au can be used as well. [Battery exterior material (battery case)]
In order to prevent external impact and environmental degradation when using a lithium polymer battery, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the entire battery stack is assembled as shown in FIG. (Battery case) 20 may be accommodated. As a battery exterior material, from the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate film (also simply referred to as a polymer-metal composite laminate film) such as an aluminum laminate pack in which a metal is coated with a polymer insulator is used. Conventionally known battery exterior materials are preferred.

上記高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層(ラミネート最外層)、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層(ラミネート最内層)のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、外装材に用いられる高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。上記金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ナイロンフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ポリエチレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)、ポリプロピレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。   The polymer-metal composite laminate film is not particularly limited, and a conventionally known film in which a metal film is disposed between polymer films and the whole is laminated and integrated can be used. As specific examples, for example, an outer protective layer made of a polymer film (laminate outermost layer), a metal film layer, a heat-sealing layer made of a polymer film (laminate innermost layer), and the whole is laminated and integrated. The thing which becomes. Specifically, in the polymer-metal composite laminate film used for the exterior material, a heat-resistant insulating resin film is first formed as a polymer film on both surfaces of the metal film, and heat fusion is performed on at least one heat-resistant insulating resin film. An insulating insulating film is laminated. Such a laminate film is heat-sealed by an appropriate method, whereby the heat-welding insulating film portion is fused and joined to form a heat-sealing portion. An example of the metal film is an aluminum film. Moreover, as said insulating resin film, a polyethylene tetraphthalate film (heat-resistant insulating film), a nylon film (heat-resistant insulating film), a polyethylene film (heat-bonding insulating film), a polypropylene film (heat-bonding insulating film) ) Etc. can be illustrated. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these.

こうした高分子−金属複合ラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して1対ないし1枚(袋状)のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。よって、本発明では、こうした高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いて、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、高分子−金属複合ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。   In such a polymer-metal composite laminate film, one-to-one (bag-like) laminate film is bonded easily and reliably using a heat-welding insulating film by ultrasonic welding or the like. be able to. Therefore, in the present invention, by using such a polymer-metal composite laminate film, a part or all of the peripheral portion thereof is joined by heat fusion, so that the battery stack is housed and sealed. preferable. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are constituent elements of the polymer-metal composite laminate sheet may be directly joined. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.

電池外装材に高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いる場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて該電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。   When a polymer-metal composite laminate film is used for the battery exterior material, the positive electrode and the negative electrode lead may be sandwiched between the heat fusion parts and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, it is preferable to use a polymer-metal composite laminate film having excellent thermal conductivity in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be quickly heated to the battery operating temperature.

次に、本発明では、上記のリチウムポリマー電池を複数個接続して構成した組電池とすることができる。すなわち、本発明のリチウムポリマー電池(特にバイポーラ電池)を少なくとも2個以上を用いて直列および/または並列に接続して構成した組電池とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、比較的安価に対応することが可能になる。   Next, in this invention, it can be set as the assembled battery comprised by connecting two or more said lithium polymer batteries. That is, the battery capacity and output for each purpose of use can be met by using an assembled battery in which at least two lithium polymer batteries (especially bipolar batteries) of the present invention are connected in series and / or in parallel. Therefore, it is possible to cope with relatively low cost.

具体的には、例えば、上記のバイポーラ電池をN個並列に接続し、N個並列にしたバイポーラ電池をさらにM個直列にして金属製ないし樹脂製の組電池ケースに収納し、組電池とする(N、Mは2以上の整数)。この際、バイポーラ電池の直列/並列接続数は、使用目的に応じて決定する。例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車など大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両の駆動用電源に適用し得るように組み合わせればよい。また、組電池用の正極端子および負極端子と、各バイポーラ電池の電極リードとは、リード線等を用いて電気的に接続すればよい。また、バイポーラ電池同士を直列/並列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材を用いて電気的に接続すればよい。これにより、種々の車両用ごとの容量・電圧の要望を基本のバイポーラ電池の組み合わせで対応が可能になる。その結果、必要エネルギー、出力の設計選択性を容易にすることが可能になる。そのため種々の車両用ごとに異なるバイポーラ電池を設計、生産する必要がなく、基本となるバイポーラ電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。   Specifically, for example, N bipolar batteries are connected in parallel, and N parallel bipolar batteries are further connected in series in a metal or resin battery case to form a battery pack. (N and M are integers of 2 or more). At this time, the number of series / parallel connections of the bipolar battery is determined according to the purpose of use. For example, as a large-capacity power source such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle, it can be applied to a power source for driving a vehicle that requires high energy density and high output density. What is necessary is just to combine. Moreover, what is necessary is just to electrically connect the positive electrode terminal and negative electrode terminal for assembled batteries, and the electrode lead of each bipolar battery using a lead wire. Further, when the bipolar batteries are connected in series / parallel, they may be electrically connected using an appropriate connecting member such as a spacer or a bus bar. This makes it possible to meet the demands for capacity and voltage for various vehicles with a combination of basic bipolar batteries. As a result, it becomes possible to facilitate the design selectivity of required energy and output. Therefore, it is not necessary to design and produce different bipolar batteries for various vehicles, and the basic bipolar battery can be mass-produced, and the cost can be reduced by mass production.

また、本発明の組電池は、上記に説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。例えば、本発明の組電池では、本発明のバイポーラ電池と、該バイポーラ電池と正負極電極材料を同一とし該バイポーラ電池の構成単位数を直列することにより電圧を同一にした一般電池と、を並列に接続したものであってもよい。   Moreover, the assembled battery of this invention should not be restrict | limited to what was demonstrated above, A conventionally well-known thing can be employ | adopted suitably. For example, in the assembled battery of the present invention, the bipolar battery of the present invention and a general battery in which the bipolar battery and the positive and negative electrode materials are the same and the voltage is the same by connecting the number of structural units of the bipolar battery in series are arranged in parallel. It may be connected to.

上記バイポーラ電池と正負極電極材料を同一とし該バイポーラ電池の構成単位数を直列することにより電圧を同一にした一般電池としては、好ましくはバイポーラ型でないリチウムイオンポリマー二次電池が挙げられる。すなわち、組電池を形成する電池は、本発明のバイポーラ電池とバイポーラ型ではないリチウムイオンポリマー二次電池等の一般電池とを混在させても良い。これにより、出力重視のバイポーラ電池と、エネルギー重視の一般電池の組み合わせでお互いの弱点を補う組電池ができ、組電池の重量・サイズを小さくすることができる。それぞれのバイポーラ電池とバイポーラ型でない一般電池をどの程度の割合で混在させるかは、組電池として要求される安全性能、出力性能に応じて決める。   Examples of the general battery in which the bipolar battery and the positive and negative electrode materials are the same and the voltage is the same by connecting the number of structural units of the bipolar battery in series include a lithium ion polymer secondary battery which is preferably not a bipolar type. That is, the battery forming the assembled battery may be a mixture of the bipolar battery of the present invention and a general battery such as a non-bipolar lithium ion polymer secondary battery. As a result, an assembled battery that compensates for each other's weaknesses can be made by combining a bipolar battery that focuses on output and a general battery that focuses on energy, and the weight and size of the assembled battery can be reduced. The proportion of each bipolar battery and non-bipolar general battery to be mixed is determined according to the safety performance and output performance required for the assembled battery.

本発明の組電池には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。   The assembled battery of the present invention may be provided with various measuring devices and control devices according to the usage, for example, a voltage measuring connector may be provided to monitor the battery voltage, etc. There is no particular limitation.

また本発明では、上記組電池を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続した複合組電池とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに組電池を作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。すなわち、こうした複合組電池は、組電池を少なくとも2以上直列、並列、または直列と並列の複合接続したものであり、基準の組電池を製造し、それを組み合わせて複合組電池とすることで、組電池の仕様をチューニングできる。これにより、仕様の異なる沢山の組電池種を製造しなくてよいため、複合組電池コストを減少することができる。このように、組電池を複数直並列接続されてなる複合組電池は、一部の電池、組電池が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能である。なお、上記組電池には、本発明のバイポーラ電池だけで構成したものの他、本発明のバイポーラ電池と他のバイポーラ型でない一般電池とで構成したものを含んでいてもよい。   Further, in the present invention, a new assembled battery is produced to meet the requirements for battery capacity and output for each purpose of use by forming at least two or more of the above assembled batteries in series, parallel, or a series and parallel composite connection. Without having to do so, it becomes possible to cope with a relatively low cost. That is, such a composite battery is a battery in which at least two or more battery packs are connected in series, in parallel, or in series and parallel, and a standard battery pack is manufactured and combined to form a battery pack. The battery pack specifications can be tuned. Thereby, since it is not necessary to manufacture many assembled battery types with different specifications, the composite assembled battery cost can be reduced. In this way, a composite assembled battery in which a plurality of assembled batteries are connected in series and parallel can be repaired by simply replacing the failed part even if some of the batteries or the assembled battery fail. The assembled battery may include a battery composed of only the bipolar battery of the present invention, or a battery composed of the bipolar battery of the present invention and another non-bipolar battery.

本発明では、上記のリチウムポリマー電池および/または組電池(複合組電池を含む)を駆動用電源として搭載した車両とすることができる。本発明のリチウムポリマー電池および/または組電池は、上述のように各種特性を有し、特に、コンパクトな電池である。このため、エネルギー密度および出力密度に関して、とりわけ厳しい要求がなされる車両、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車等の駆動用電源として好適である。例えば、電気自動車ないしハイブリッド電気自動車の車体中央部の座席下に組電池を駆動用電源として搭載するのが、車内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、後部トランクルームの下部等に搭載してもよいし、あるいは電気自動車や燃料電池自動車のようにエンジンを搭載しないのであれば、車体前方のエンジンを搭載していた部分などに搭載することもできる。なお、本発明では、組電池だけではなく、使用用途によっては、バイポーラ電池を搭載するようにしてもよいし、これら組電池とバイポーラ電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明のバイポーラ電池および/または組電池を駆動用電源として搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車が好ましいが、これらに制限されるものではない。   In the present invention, it is possible to provide a vehicle in which the lithium polymer battery and / or the assembled battery (including the composite assembled battery) is mounted as a driving power source. The lithium polymer battery and / or the assembled battery of the present invention has various characteristics as described above, and is particularly a compact battery. For this reason, it is suitable as a driving power source for vehicles that are particularly demanding in terms of energy density and power density, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles. For example, it is convenient to install an assembled battery as a driving power source under the seat at the center of the body of an electric vehicle or hybrid electric vehicle because a large interior space and trunk room can be obtained. The present invention should not be limited to these, and may be mounted in the lower part of the rear trunk room, or if the engine is not mounted like an electric vehicle or a fuel cell vehicle, the engine in front of the vehicle body It can also be mounted on parts that had been mounted. In the present invention, not only the assembled battery but also a bipolar battery may be mounted depending on the intended use, or a combination of these assembled battery and bipolar battery may be mounted. In addition, as a vehicle on which the bipolar battery and / or the assembled battery of the present invention can be mounted as a driving power source, the above-described electric vehicle, hybrid electric vehicle, fuel cell vehicle, and hybrid fuel cell vehicle are preferable, but these are not limited thereto. Is not to be done.

以下の実施例および比較例を用いて本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

実施例1〜3、比較例1及び参考例1の電池の製造方法を以下に示す。これらの電池の製法では、図1に示す工程に従って作製した。   The manufacturing method of the battery of Examples 1-3, the comparative example 1, and the reference example 1 is shown below. These batteries were produced according to the steps shown in FIG.

(1)プレインク作製工程
(i)正極プレインクの作製工程
正極プレインクの作製を次にように行った。正極活物質として平均粒径1μmのLiMn95質量%、導電材として粒径50nmのアセチレンブラック5質量%をよく混合した後、電解液として、リチウム塩の1.0M LiPF及び有機溶媒(可塑剤)のEC+PC+DMC(EC:PC:DMC(体積比)=1:1:3)を加えて十分に攪拌して正極プレインクを調整した。
(1) Pre-ink preparation process (i) Positive electrode pre-ink preparation process Positive electrode pre-ink preparation was performed as follows. After thoroughly mixing 95% by mass of LiMn 2 O 4 having an average particle diameter of 1 μm as a positive electrode active material and 5% by mass of acetylene black having a particle diameter of 50 nm as a conductive material, 1.0M LiPF 6 of a lithium salt and an organic solvent as an electrolytic solution EC + PC + DMC (EC: PC: DMC (volume ratio) = 1: 1: 3) of (plasticizer) was added and stirred sufficiently to prepare a positive electrode pre-ink.

(ii)負極プレインクの作製工程
負極プレインクの作製を次にように行った。負極活物質として平均粒径10μmのグラファイトに、電解液として、リチウム塩の1.0M LiPF及び有機溶媒(可塑剤)のEC+PC+DMC(EC:PC:DMC(体積比)=1:1:3)を加えて十分に攪拌して負極プレインクを調整した。
(Ii) Production process of negative electrode pre-ink The production of negative electrode pre-ink was performed as follows. Graphite having an average particle diameter of 10 μm as the negative electrode active material, 1.0M LiPF 6 of lithium salt and EC + PC + DMC of organic solvent (plasticizer) as the electrolyte (EC: PC: DMC (volume ratio) = 1: 1: 3) Was added and sufficiently stirred to prepare a negative electrode pre-ink.

(2)プレ充電/プレ放電工程
(i)正極プレインクのプレ充電/プレ放電工程
上記正極プレインクを図2に示すプレ充電装置201に封入し、20μA/cmの定電流定電圧充電を上限電圧4.2Vで行い、次に20μA/cmの定電流放電を下限電圧2.5Vで行った。
(2) Pre-charge / pre-discharge step (i) Pre-charge / pre-discharge step of positive electrode pre-ink The positive-electrode pre-ink is sealed in the pre-charge device 201 shown in FIG. 2, and a constant current / constant-voltage charge of 20 μA / cm 2 is set to the upper limit voltage. Then, a constant current discharge of 20 μA / cm 2 was performed at a lower limit voltage of 2.5V.

(ii)負極プレインクのプレ充電/プレ放電工程
上記負極プレインクを図2に示すプレ充電装置201に封入し、20μA/cmの定電流定電圧充電を下限電圧0Vで行い、次に20μA/cmの定電流放電を上限電圧2.5Vで行った。
(Ii) Pre-charging / pre-discharging step of negative electrode pre-ink The negative electrode pre-ink is sealed in the pre-charging device 201 shown in FIG. 2, and constant current / constant-voltage charging of 20 μA / cm 2 is performed at a lower limit voltage of 0 V, and then 20 μA / cm. 2 constant current discharge was performed with the upper limit voltage of 2.5V.

(3)ガス抜き工程
(i)正極ガス抜き工程
上記プレ充電/プレ放電を行った正極プレインクを減圧雰囲気下において、プレ充電/プレ放電(初充電/初放電)に伴って発生したガスを除去した。この際、超音波で加振しながら減圧して行った。ガス抜き後は、減圧雰囲気下で密閉容器に封入し、外気に触れないようにした。
(3) Degassing step (i) Positive electrode degassing step The positive electrode pre-ink that has been precharged / predischarged is removed in a reduced-pressure atmosphere to remove gas generated with precharge / predischarge (initial charge / initial discharge). did. At this time, the pressure was reduced while being vibrated with ultrasonic waves. After degassing, it was sealed in a sealed container under a reduced pressure atmosphere so as not to touch the outside air.

(ii)負極ガス抜き工程
上記プレ充電/プレ放電を行った負極プレインクを減圧雰囲気下において、プレ充電/プレ放電(初充電/初放電)に伴って発生したガスを除去した。この際、超音波で加振しながら減圧して行った。ガス抜き後は、減圧雰囲気下で密閉容器に封入し、外気に触れないようにした。
(Ii) Negative electrode degassing step The negative electrode pre-ink that had been precharged / predischarged was removed in a reduced-pressure atmosphere and the gas generated accompanying precharge / predischarge (initial charge / initial discharge) was removed. At this time, the pressure was reduced while being vibrated with ultrasonic waves. After degassing, it was sealed in a sealed container under a reduced pressure atmosphere so as not to touch the outside air.

(4)洗浄・乾燥工程
(i)正極洗浄・乾燥工程
上記ガス抜き工程を行った正極プレインクをDECを満たした溶媒槽に沈め、プレインク中に残存する電解質(LiPF)を溶出させ、その後再び減圧乾燥を行った。
(4) Cleaning / drying step (i) Positive electrode cleaning / drying step The positive electrode pre-ink subjected to the above degassing step is submerged in a solvent tank filled with DEC to elute the electrolyte (LiPF 6 ) remaining in the pre-ink, and then again Vacuum drying was performed.

(ii)負極洗浄・乾燥工程
上記ガス抜き工程を行った負極プレインクをDECを満たした溶媒槽に沈め、プレインク中に残存する電解質(LiPF)を溶出させ、その後再び減圧乾燥を行った。
(Ii) Negative electrode cleaning / drying step The negative electrode pre-ink subjected to the above degassing step was submerged in a solvent tank filled with DEC to elute the electrolyte (LiPF 6 ) remaining in the pre-ink, and then dried under reduced pressure again.

(5)電極インクの調整
(i)正極インクの調整
上記正極洗浄・乾燥工程で得られた正極プレインクに、バインダとしてPVdFを下記正極インクの組成となるように量り取り、NMPを適量加えて分散を行い、粘度が100cPになる様に調整して、正極インクを作成した。得られた正極インクの組成は、LiMn85質量%、アセチレンブラック10質量%、PVdF5質量%であった。上記NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、上記インク粘度になるように適量を加えた。よって、上記正極インクの組成比率は、粘度調整溶媒のNMPを除く成分で換算した比率を示す。
(5) Adjustment of electrode ink (i) Adjustment of positive electrode ink The positive electrode pre-ink obtained in the positive electrode cleaning / drying step was weighed with PVdF as a binder so as to have the composition of the following positive electrode ink, and dispersed by adding an appropriate amount of NMP. And adjusting the viscosity to be 100 cP to prepare a positive electrode ink. The composition of the obtained positive electrode ink was 85% by mass of LiMn 2 O 4 , 10% by mass of acetylene black, and 5% by mass of PVdF. Since the NMP is volatilized and removed when the electrode is dried, an appropriate amount is added so that the ink viscosity is not the material constituting the electrode. Therefore, the composition ratio of the positive electrode ink indicates a ratio converted with components excluding NMP of the viscosity adjusting solvent.

(ii)負極インクの調整
上記負極洗浄・乾燥工程で得られた負極プレインクに、バインダとしてPVdFを下記負極インクの組成となるように量り取り、NMPを適量加えて分散を行い、粘度が100cPになる様に調整して、負極インクを作成した。得られた負極インクの組成は、グラファイト90質量%、PVdF10質量%であった。上記NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、上記インク粘度になるように適量を加えた。よって、上記負極インクの組成比率は、粘度調整溶媒のNMPを除く成分で換算した比率を示す。
(Ii) Preparation of negative electrode ink The negative electrode pre-ink obtained in the negative electrode cleaning / drying step was weighed with PVdF as a binder so as to have the following negative electrode ink composition, dispersed in an appropriate amount of NMP, and a viscosity of 100 cP. In this way, a negative electrode ink was prepared. The composition of the obtained negative electrode ink was 90% by mass of graphite and 10% by mass of PVdF. Since the NMP is volatilized and removed when the electrode is dried, an appropriate amount is added so that the ink viscosity is not the material constituting the electrode. Therefore, the composition ratio of the negative electrode ink indicates a ratio converted with components excluding NMP of the viscosity adjusting solvent.

(6)電極インクの塗布・乾燥・プレス工程
(i)正極インクの塗布・乾燥・プレス工程
上記で作成した正極インクをインクジェット塗布装置を用いて、厚さ20μmのAl箔上に規定の目付まで塗布を繰り返すことにより正極の作成を行った。
(6) Electrode ink application / drying / pressing process (i) Positive electrode ink application / drying / pressing process Using the ink-jet coating apparatus, the positive electrode ink prepared above is applied to a 20 m-thick Al foil to a specified basis weight. The positive electrode was prepared by repeating the application.

詳しくは、調製した正極インクおよび市販のインクジェットプリンタを用いて、以下の手順により行った。なお、上記の正極インクを使用した場合、溶媒がインクジェットプリンタのインク導入部分にあるプラスチック部品を溶解させてしまう問題があった。よって、以下の改造を施したプリンターで印刷を行った。すなわちインク導入部分にある部品を金属製の部品と交換し、インク溜から直接金属部品にインクを供給させた。また、正極インク中に活物質や導電材が均一に分散されていたが、念のためこれらの粒子が沈降しないように、インク溜りを常に回転翼を用いて攪拌した。また、インクジェットプリンタは、市販のコンピューターおよびソフトウェアによって制御した。本実施例では、規定の目付まで塗布を繰り返すことにより、正極層の厚さが5μmという従来では達成し得なかった薄膜になるように印刷塗布した。   In detail, it carried out with the following procedures using the prepared positive electrode ink and the commercially available inkjet printer. When the above positive electrode ink is used, there is a problem that the solvent dissolves the plastic parts in the ink introduction portion of the ink jet printer. Therefore, printing was performed with a printer with the following modifications. That is, the parts in the ink introduction part were replaced with metal parts, and ink was supplied directly from the ink reservoir to the metal parts. In addition, although the active material and the conductive material were uniformly dispersed in the positive electrode ink, the ink reservoir was always stirred using a rotating blade so that these particles did not settle down just in case. The inkjet printer was controlled by a commercially available computer and software. In this example, the coating was repeated so that the positive electrode layer had a thickness of 5 μm, which was not achieved in the past, by repeating the coating until the specified basis weight.

まず、改造を施したインクジェットプリンタに正極インクを導入し、コンピューター上で作成したパターン(本実施例では、正極形成部分を全面塗りつぶすように印刷塗布した。)を、集電体上に印刷塗布した。印刷塗布後、溶媒を乾燥させるために120℃の真空オーブン中で12時間乾燥を行った。乾燥後、プレス加工を行い、集電体上に正極層を形成させた。   First, positive ink was introduced into a modified ink jet printer, and a pattern created on a computer (in this example, printed and applied so as to fill the entire surface of the positive electrode forming part) was printed on the current collector. . After the printing application, drying was performed in a vacuum oven at 120 ° C. for 12 hours in order to dry the solvent. After drying, pressing was performed to form a positive electrode layer on the current collector.

(ii)負極インクの塗布・乾燥・プレス工程
上記で作成した負極インクをインクジェット塗布装置を用いて、厚さ20μmのSUS箔上に規定の目付まで塗布を繰り返すことにより負極の作成を行った。
(Ii) Application / drying / pressing step of negative electrode ink A negative electrode was prepared by repeatedly applying the negative electrode ink prepared above onto a SUS foil having a thickness of 20 μm to a specified basis weight using an inkjet coating apparatus.

詳しくは、調製した負極インクおよび市販のインクジェットプリンタを用いて、以下の手順により行った。なお、上記の負極インクを使用した場合、溶媒がインクジェットプリンタのインク導入部分にあるプラスチック部品を溶解させてしまう問題があった。よって、以下の改造を施したプリンターで印刷を行った。すなわちインク導入部分にある部品を金属製の部品と交換し、インク溜から直接金属部品にインクを供給させた。また、負極インク中に活物質が均一に分散されていたが、念のため該活物質粒子が沈降しないように、インク溜りを常に回転翼を用いて攪拌した。また、インクジェットプリンタは、市販のコンピューターおよびソフトウェアによって制御した。本実施例では、規定の目付まで塗布を繰り返すことにより、負極層の厚さが5μmという従来では達成し得なかった薄膜になるように印刷塗布した。   In detail, it carried out with the following procedures using the prepared negative electrode ink and the commercially available inkjet printer. When the above negative electrode ink is used, there is a problem that the solvent dissolves plastic parts in the ink introduction portion of the ink jet printer. Therefore, printing was performed with a printer with the following modifications. That is, the parts in the ink introduction part were replaced with metal parts, and ink was supplied directly from the ink reservoir to the metal parts. Further, although the active material was uniformly dispersed in the negative electrode ink, the ink reservoir was always stirred using a rotary blade so that the active material particles did not settle. The inkjet printer was controlled by a commercially available computer and software. In this example, the coating was applied so as to obtain a thin film having a negative electrode layer thickness of 5 μm, which could not be achieved in the past, by repeating the coating to a specified basis weight.

まず、改造を施したインクジェットプリンタに負極インクを導入し、コンピューター上で作成したパターン(本実施例では、負極形成部分を全面塗りつぶすように印刷塗布した。)を、集電体上に印刷塗布した。印刷塗布後、溶媒を乾燥させるために120℃の真空オーブン中で12時間乾燥を行った。乾燥後、ロールプレス機にてプレス加工を行い、集電体上に負極層を形成させた。   First, a negative electrode ink was introduced into a modified ink jet printer, and a pattern created on a computer (in this example, printed and applied so as to fill the entire surface of the negative electrode forming portion) was printed and applied on a current collector. . After the printing application, drying was performed in a vacuum oven at 120 ° C. for 12 hours in order to dry the solvent. After drying, pressing was performed with a roll press to form a negative electrode layer on the current collector.

本実施例では、上記製法でプレ充電/放電処理した正極及び負極活物質を用い、不可逆容量を除いた後の可逆容量の値を用いて負極/正極の容量バランスを、負極容量/正極容量=1となるように設計した。   In this example, using the positive electrode and negative electrode active material precharged / discharged by the above-described manufacturing method, the capacity balance of the negative electrode / positive electrode using the value of the reversible capacity after removing the irreversible capacity, the negative electrode capacity / positive electrode capacity = It was designed to be 1.

(7)ポリマー電解質層の作製工程
セパレータとして厚さ12μm、空隙率50%のPP/PE/PP三層構造の多孔性膜セパレータに、下記に示すプレゲル溶液をを浸漬させ、不活性雰囲気下で90℃で1時間熱重合させて、該セパレータに高分子ゲル電解質を保持させてなる厚さ30μmのポリマー電解質層を形成した。
(7) Production process of polymer electrolyte layer A pregel solution shown below is immersed in a porous membrane separator of PP / PE / PP three-layer structure having a thickness of 12 μm and a porosity of 50% as a separator, and in an inert atmosphere. A polymer electrolyte layer having a thickness of 30 μm was formed by thermal polymerization at 90 ° C. for 1 hour to hold the polymer gel electrolyte in the separator.

上記プレゲル溶液には、ポリマー[5質量%]と、電解液+リチウム塩[95質量%]と、重合開始剤[ポリマーに対して0.1質量%]とからなるものを用いた。ここで、上記ポリマーには、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体(共重合比が5:1、重量平均分子量が8000のものを用いた。上記電解液の有機溶媒には、EC+DMC(EC:DMC(体積比)=1:3)を用いた。上記電解液のリチウム塩には1.0M Li(CSONを用いた。また、リチウム塩の量は、電解液に対して1.0Mとした。重合開始剤にはAIBNを用いた。 The pregel solution used was composed of a polymer [5% by mass], an electrolytic solution + lithium salt [95% by mass], and a polymerization initiator [0.1% by mass with respect to the polymer]. Here, as the polymer, a copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide (a copolymerization ratio of 5: 1 and a weight average molecular weight of 8000 was used. As an organic solvent of the electrolytic solution, EC + DMC (EC: DMC (volume ratio) = 1: 3) 1.0M Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N was used as the lithium salt of the electrolyte. 1.0 M. The AIBN was used as the polymerization initiator.

(8)電池組立
次に、上記正極上に、上記ポリマー電解質層、更に上記負極を順に積層し、電池外装材としてのラミネートパックに収納して高分子ゲル電解質タイプのリチウムポリマー電池とした。
(8) Battery Assembly Next, the polymer electrolyte layer and the negative electrode were sequentially laminated on the positive electrode, and housed in a laminate pack as a battery outer packaging material to obtain a polymer gel electrolyte type lithium polymer battery.

上記に示す工程を全て行って作製した電池を実施例1とし、他の実施例2〜3、比較例1及び参考例1については、表1に示すように一部の工程を省略して行った。   A battery manufactured by performing all the steps described above is referred to as Example 1, and other Examples 2 to 3, Comparative Example 1, and Reference Example 1 are performed by omitting some of the steps as shown in Table 1. It was.

正極及び負極共に洗浄・乾燥工程を省略して作製した電池を実施例2とした。正極及び負極共にガス抜き工程及び洗浄・乾燥工程を省略して作製した電池を実施例3とした。正極及び負極共にプレ充電/プレ放電工程及びガス抜き工程を省略して作製した電池を参考例1とした。正極及び負極共にプレ充電/プレ放電工程、ガス抜き工程及び洗浄・乾燥工程を省略して作製した電池を比較例1とした。   A battery produced by omitting the cleaning and drying steps for both the positive electrode and the negative electrode was taken as Example 2. A battery produced by omitting the degassing step and the cleaning / drying step for both the positive electrode and the negative electrode was taken as Example 3. A battery prepared by omitting the precharge / predischarge step and the degassing step for both the positive electrode and the negative electrode was used as Reference Example 1. A battery prepared by omitting the precharge / predischarge step, the degassing step, and the cleaning / drying step for both the positive electrode and the negative electrode was used as Comparative Example 1.

(電池の評価試験)
実施例1〜3、参考例1及び比較例1の電池を用いて、出力特性を比較した。
(Battery evaluation test)
Using the batteries of Examples 1 to 3, Reference Example 1 and Comparative Example 1, output characteristics were compared.

出力特性試験では、1Cレートで充電を行い、1Cレート、10Cレート及び50Cレートでそれぞれ放電を行った。得られた結果を表2に示す。ここで、1Cレートでは、定電流で4.2Vまで充電し、10分間休止をして1C定電流で2.5Vまで放電し、10分間休止までを1サイクルとした。試験中は、温度管理はせず、室温(約25℃)環境下で行った。ここで、10Cレートでは、10C定電流で2.5Vまで放電した。50Cレートでは、50C定電流で2.5Vまで放電した。   In the output characteristic test, charging was performed at a 1C rate, and discharging was performed at a 1C rate, a 10C rate, and a 50C rate. The obtained results are shown in Table 2. Here, at the 1C rate, the battery was charged at a constant current to 4.2 V, paused for 10 minutes, discharged at a constant current of 1 C to 2.5 V, and one cycle from the 10-minute pause. During the test, the temperature was not controlled and the test was performed in a room temperature (about 25 ° C.) environment. Here, at a 10 C rate, the battery was discharged to 2.5 V at a 10 C constant current. At the 50 C rate, the battery was discharged to 2.5 V at a constant current of 50 C.

Figure 2006173000
Figure 2006173000

Figure 2006173000
Figure 2006173000

表2中の各レートにおける数値(%)は、比較例1(従来例)の電池の出力特性を100%(基準)とした。   The numerical value (%) at each rate in Table 2 is that the output characteristics of the battery of Comparative Example 1 (conventional example) is 100% (reference).

上記表2の結果から、比較例1では、従来と同様に初充電時にガスが発生し、該ガス抜きができないため、本発明に比して十分な出力特性が得られないことがわかった。特にCレートが大きくなるほど(即ち、大電流で充放電した場合に)、本実施例との出力特性の差異が顕著となった。これは大電流で充放電することで、ガス発生量が大きくなり、充放電性能が低下したものといえる。   From the results of Table 2 above, it was found that in Comparative Example 1, gas was generated at the time of initial charge as in the conventional case, and the gas could not be removed, so that sufficient output characteristics could not be obtained as compared with the present invention. In particular, as the C rate increases (that is, when charging / discharging with a large current), the difference in output characteristics from this example becomes more prominent. It can be said that charging / discharging with a large current increases the amount of gas generated and decreases the charging / discharging performance.

また、本実施例の中でも、実施例1の電池が極めて優秀であり、次いで実施例2の電池が優秀であった。このことから、上記した各工程を全て実施するのが、最も効果的であることが分かった。また、洗浄工程を省いた実施例2の電池では、実施例1と同様に高い出力特性を発揮できることが確認できた。一方、洗浄・乾燥工程及びガス抜き工程を行わず、プレ充電/プレ放電工程を行った実施例3では、実施例1、2に対して出力特性の低下が顕著となった。このことから、プレ充電/プレ放電工程に加えてガス抜き工程を併用することが極めて有効かつ効果的な組合せであり、これにより格段の出力向上効果が発揮できることがわかった。また、プレ充電/プレ放電工程及びガス抜き工程を行わなかった参考例1では、比較例1と出力特性に差異が認められなかったことから、洗浄・乾燥工程だけでは有効な解決手段となりえず、本発明のプレ充電/プレ放電工程及びガス抜き工程と組み合わせることで、初めて相乗効果を発現し得る事が分かった。   Among the examples, the battery of Example 1 was extremely excellent, and then the battery of Example 2 was excellent. From this, it was found that it is most effective to carry out all the steps described above. Further, it was confirmed that the battery of Example 2 omitting the cleaning process can exhibit high output characteristics as in Example 1. On the other hand, in Example 3 in which the precharging / pre-discharging process was performed without performing the cleaning / drying process and the degassing process, the output characteristics were significantly reduced as compared with Examples 1 and 2. From this, it was found that the combined use of the degassing step in addition to the precharge / predischarge step is an extremely effective and effective combination, and thereby a remarkable output improvement effect can be exhibited. Further, in Reference Example 1 in which the precharge / predischarge process and the degassing process were not performed, there was no difference in output characteristics from that of Comparative Example 1, and therefore the cleaning / drying process alone could not be an effective solution. It has been found that a synergistic effect can be expressed for the first time by combining with the precharge / predischarge process and the degassing process of the present invention.

なお、図3に示す工程に従って電池を作製してみたが、図1に示す製法で作製した電池の出力特性と殆ど変わらない結果となった。   In addition, although the battery was produced according to the process shown in FIG. 3, the result was almost the same as the output characteristics of the battery produced by the manufacturing method shown in FIG.

本発明のリチウムポリマー電池の製法の代表的な実施形態(第1の実施形態ともいう)の工程フローチャートを示す図面である。It is drawing which shows the process flowchart of typical embodiment (it is also called 1st Embodiment) of the manufacturing method of the lithium polymer battery of this invention. 本発明の電極プレインクのプレ充電・ガス抜き・プレ放電に用いられる装置の一実施形態を模式的に表した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which represented typically one Embodiment of the apparatus used for the pre-charge of the electrode pre-ink of this invention, degassing, and pre-discharge. 本発明のリチウムポリマー電池の製法の代表的な実施形態(第2の実施形態ともいう)の工程フローチャートを示す図面である。It is drawing which shows the process flowchart of typical embodiment (it is also called 2nd Embodiment) of the manufacturing method of the lithium polymer battery of this invention. 本発明のバイポーラ電池を構成するバイポーラ電極の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the basic structure of the bipolar electrode which comprises the bipolar battery of this invention. 本発明のバイポーラ電池を構成する単電池層(単セル)の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the basic structure of the single battery layer (single cell) which comprises the bipolar battery of this invention. 本発明のバイポーラ電池の基本構造を模式的に表わした断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic structure of a bipolar battery of the present invention. 本発明のバイポーラ電池の基本構成を模式的に表わしてなる概略図である。It is the schematic which represents the basic composition of the bipolar battery of this invention typically.

符号の説明Explanation of symbols

11 集電体、
12 正極、
13 負極、
14 電解質層、
15 バイポーラ電極、
15a 集電体の必要な片面のみに正極層を配置した電極、
15b 集電体の必要な片面のみに負極層を配置した電極、
16 単電池層(単セル)、
17 電極積層体、
18 正極リード、
19 負極リード、
20 電池外装材、
21 バイポーラリチウムイオン二次電池、
201 プレ充電・ガス抜き・プレ放電に用いられる装置、
203 プレインク収納容器、
205 プレインク収納容器蓋、
207 セパレータ、
101’ プレインク、
103’ 活物質、
105’ 導電材。
11 Current collector,
12 positive electrode,
13 negative electrode,
14 electrolyte layer,
15 bipolar electrodes,
15a An electrode having a positive electrode layer disposed only on one side of the current collector,
15b An electrode having a negative electrode layer disposed only on one side of the current collector,
16 Single battery layer (single cell),
17 electrode laminate,
18 Positive lead,
19 Negative lead,
20 Battery exterior material,
21 Bipolar lithium ion secondary battery,
201 Equipment used for pre-charging, degassing and pre-discharging,
203 Pre-ink storage container,
205 Pre-ink storage container lid,
207 separator,
101 'pre-ink,
103 'active material,
105 'Conductive material.

Claims (7)

電極活物質を集電箔に塗工する前にインクの状態で初充電/放電(プレ充電/プレ放電)を行うことを特徴とするリチウムポリマー電池の製法。   A method for producing a lithium polymer battery, wherein initial charge / discharge (pre-charge / pre-discharge) is performed in an ink state before applying an electrode active material to a current collector foil. 電極活物質を集電箔に塗工する前にインクの状態で初充電/放電(プレ充電/プレ放電)を行い、更にガス抜きをしておくことを特徴とするリチウムポリマー電池の製法。   A method for producing a lithium polymer battery, characterized by performing initial charge / discharge (pre-charge / pre-discharge) in an ink state and degassing before applying an electrode active material to a current collector foil. 上記製法でプレ充電/放電処理した電極活物質を用い、不可逆容量を除いた後の可逆容量の値を用いて負極/正極の容量バランスを所定の値に設計することを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムポリマー電池の製法。   2. The negative electrode / positive electrode capacity balance is designed to be a predetermined value using the reversible capacity value after removing the irreversible capacity using the electrode active material pre-charged / discharged by the above-mentioned manufacturing method. Or the manufacturing method of the lithium polymer battery of 2. 上記製法でプレ充電/放電処理した電極活物質と、バインダ溶液とを別々に塗布することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムポリマー電池の製法。   The method for producing a lithium polymer battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode active material precharged / discharged by the above production method and the binder solution are separately applied. 上記製法で、ガス抜き工程には超音波を印加することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムポリマー電池の製法。   In the said manufacturing method, an ultrasonic wave is applied to a degassing process, The manufacturing method of the lithium polymer battery of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 上記製法でプレ充電/放電処理した電極活物質の塗布を減圧下で行なうことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムポリマー電池の製法。   The method for producing a lithium polymer battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrode active material precharged / discharged by the above production method is applied under reduced pressure. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の製法で得られてなることを特徴とするリチウムポリマー電池。   It is obtained by the manufacturing method of any one of Claims 1-6, The lithium polymer battery characterized by the above-mentioned.
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