JP2007026725A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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一希 宮竹
Osamu Shimamura
修 嶋村
Kenji Hosaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery having higher output and capacity by sucking (absorbing) gas trapped by an electrode active substance layer/electrolyte layer interface and an electrode active substance layer/collector interface causing an output drop. <P>SOLUTION: In the lithium ion secondary battery in a structure; an electrode in which a positive electrode active substance layer is provided at one collector, and a negative electrode active substance layer is provided at the other through an electrolyte layer. An active substance layer containing gas adsorbent is formed on at least one surface of the active substance layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、初回充電時、電池長期使用時にガス発生が生じ、電極と電解質層又は電極と集電体の界面でトラップされ接触面積が減少して高出力を得にくくなることが問題であった。この対策として、電池密封工程時において真空下で密封を行うことで、ガスの除去を行ってきた。また、電極活物質層全体に吸着剤を添加することでガス吸収、水分吸収を行ってきた。   Lithium ion secondary battery has a problem that gas generation occurs during the initial charge and long-term use of the battery, and trapped at the interface between the electrode and the electrolyte layer or the electrode and the current collector, reducing the contact area and making it difficult to obtain high output Met. As a countermeasure, gas has been removed by sealing under vacuum during the battery sealing process. Further, gas absorption and moisture absorption have been performed by adding an adsorbent to the entire electrode active material layer.

しかしながら、電解質層にポリマー電解質又はゲル電解質を用いたバイポーラ(双極)型のリチウムイオン二次電池では発生したガスは移動しにくく電極活物質層/電解質層、電極活物質層/集電体界面でトラップされてしまう。そのため、上記に記載したような従来の手法では完全なガス抜きが行えず電池セル内にガスが残るという問題点と吸着剤を活物質層全体に添加すると活物質量が減少し反応表面積、電池容量が低下する問題点があった。   However, in a bipolar (bipolar) type lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte or gel electrolyte as an electrolyte layer, the generated gas is difficult to move at the electrode active material layer / electrolyte layer, electrode active material layer / current collector interface. I get trapped. Therefore, the conventional method as described above cannot completely degas and the gas remains in the battery cell, and when the adsorbent is added to the entire active material layer, the amount of active material is reduced, and the reaction surface area, battery There was a problem that capacity decreased.

そこで本発明では、出力低下の原因となる電極活物質層/電解質層界面、電極活物質層/集電体界面でトラップされたガスを吸収(吸着)し、より高出力な且つ高容量なリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention absorbs (adsorbs) the gas trapped at the electrode active material layer / electrolyte layer interface and the electrode active material layer / current collector interface, which causes a decrease in the output, and has a higher output and a higher capacity lithium. An object is to provide an ion secondary battery.

本発明の目的は、一方の集電体に正極活物質層が設けられ、もう一方の集電体に負極活物質層が設けられた(一対の)電極が、電解質層を介した構造のリチウムイオン二次電池において、
前記活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤を含んでいる活物質層を形成したことを特徴とするリチウムイオン二次電池により達成できる。
An object of the present invention is to provide a lithium battery having a structure in which a positive electrode active material layer is provided on one current collector and a pair of electrodes provided with a negative electrode active material layer is provided on the other current collector via an electrolyte layer. In ion secondary batteries,
This can be achieved by a lithium ion secondary battery in which an active material layer containing a gas adsorbent is formed on at least one surface of the active material layer.

本発明では、正負極の少なくとも一方にガス吸着剤を含まない活物質層とガス吸着剤を含んでいる活物質層を配置させることで、該ガス吸着剤が電池密封時のガス抜きを行う際に活物質層と電解質層界面ないし集電体界面でトラップされたガスを吸収(吸着)することができる。更に該ガス吸着剤が初回充電時、電池長期使用時に電池内部で発生し、活物質層と電解質層界面ないし集電体界面でトラップされ移動できないガスを吸着することができる。その結果、電池内で除去することのできなかったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができ、より高出力な且つ高容量なリチウムイオン二次電池を提供することができる。   In the present invention, when an active material layer not containing a gas adsorbent and an active material layer containing a gas adsorbent are arranged on at least one of the positive and negative electrodes, the gas adsorbent performs degassing when the battery is sealed. In addition, the gas trapped at the interface between the active material layer and the electrolyte layer or the current collector interface can be absorbed (adsorbed). Further, the gas adsorbent is generated inside the battery at the time of initial charge or when the battery is used for a long time, and the gas that is trapped at the interface between the active material layer and the electrolyte layer or the current collector and cannot move can be adsorbed. As a result, a gas that could not be removed in the battery can be adsorbed, the internal resistance of the battery can be reduced, and a lithium ion secondary battery with higher output and higher capacity can be provided.

本発明のリチウムイオン二次電池は、一方の集電体に正極活物質層が設けられ、もう一方の集電体に負極活物質層が設けられた(一対の)電極が電解質層を介した構造のリチウムイオン二次電池において、前記活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤を含んでいる活物質層(以下、単にガス吸着剤含有活物質層ともいう)を形成したことを特徴とするものである。よって、活物質層の一方の面には、活物質を含まず、ガス吸着剤を含んでいる層(単にガス吸着剤単独含有層ともいう)が形成されていてもよい。本発明では、ガス吸着剤含有活物質層とガス吸着剤単独含有層を総称してガス吸着剤含有層ともいう。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, one current collector is provided with a positive electrode active material layer, and the other current collector is provided with a negative electrode active material layer (a pair of electrodes) via an electrolyte layer. In a lithium ion secondary battery having a structure, an active material layer containing a gas adsorbent (hereinafter also simply referred to as a gas adsorbent-containing active material layer) is formed on at least one surface of the active material layer. To do. Therefore, on one surface of the active material layer, a layer that does not contain an active material and contains a gas adsorbent (also simply referred to as a gas adsorbent single-containing layer) may be formed. In the present invention, the gas adsorbent-containing active material layer and the gas adsorbent single-containing layer are collectively referred to as a gas adsorbent-containing layer.

まずは、本発明の特徴部分であるガス吸着剤を含んでいる活物質層を形成してなる活物質層の構造(配置構成)につき、図面を用いて説明する。   First, the structure (arrangement configuration) of an active material layer formed by forming an active material layer containing a gas adsorbent, which is a characteristic part of the present invention, will be described with reference to the drawings.

図1(A)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/電解質層界面に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。図1(B)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/集電体界面に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。図1(C)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/電解質層界面および活物質層/集電体界面の両方に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。図2は、図1(A)の単電池構造を3層分積層してなるバイポーラ型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の電極積層体(バイポーラ電池本体)を模式的に表した概略断面図である。また、本発明では、特に断らない限り、活物質層と電解質層との界面を「活物質層/電解質層界面」と略記し、活物質層と集電体との界面を「活物質層/集電体界面」と略記して表す。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when a gas adsorbent-containing active material layer is provided at the active material layer / electrolyte layer interface. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when a gas adsorbent-containing active material layer is provided at the active material layer / current collector interface. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when the gas adsorbent-containing active material layer is provided at both the active material layer / electrolyte layer interface and the active material layer / current collector interface. FIG. FIG. 2 schematically shows an electrode laminate (bipolar battery main body) of a bipolar flat type (laminated type) lithium ion secondary battery obtained by laminating three cell structures of FIG. 1A. FIG. In the present invention, unless otherwise specified, the interface between the active material layer and the electrolyte layer is abbreviated as “active material layer / electrolyte layer interface”, and the interface between the active material layer and the current collector is referred to as “active material layer / electrolyte layer”. This is abbreviated as “current collector interface”.

図1(A)〜(C)では、正極活物質層側および負極活物質層側のそれぞれにガス吸着剤含有活物質層を形成した実施形態を表しているが、本発明ではかかる実施形態に制限されるのではない。即ち、正極活物質層側または負極活物質層側のいずれか一方にのみガス吸着剤含有活物質層を形成するようにしてもよい。好ましくは、初回充電時、長期使用時にガス発生が多く認められる正極活物質層側には少なくともガス吸着剤含有活物質層を形成するのが望ましく、より望ましくは、正極活物質層および負極活物質層のそれぞれに、初回充電時、長期使用時に発生するガス量から、必要となる量のガス吸着剤含有活物質層を形成するのがより望ましいといえる。   1A to 1C show an embodiment in which a gas adsorbent-containing active material layer is formed on each of the positive electrode active material layer side and the negative electrode active material layer side. In the present invention, such an embodiment is used. It is not limited. That is, the gas adsorbent-containing active material layer may be formed only on either the positive electrode active material layer side or the negative electrode active material layer side. Preferably, it is desirable to form at least a gas adsorbent-containing active material layer on the positive electrode active material layer side where a large amount of gas generation is observed during initial charge and long-term use, and more desirably, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material It can be said that it is more desirable to form a necessary amount of the gas adsorbent-containing active material layer in each of the layers based on the amount of gas generated during the initial charge and long-term use.

本発明では、活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤含有活物質層を形成していることを特徴とするものである。この点につき、第1〜第3形態に分けて説明する。   The present invention is characterized in that a gas adsorbent-containing active material layer is formed on at least one surface of the active material layer. This point will be described separately in first to third embodiments.

(a)第1形態
ここで、ガス吸着剤含有活物質層は、活物質層/電解質層界面に発生したガス近傍に配置することが望ましいことから、活物質層の電解質層と接する面にガス吸着剤含有活物質層を形成するのが望ましい一形態(以下、第1形態とも言う)と言える。かかる第1形態では、電池容量の低下を来たすことなく、電池密封工程で除去することのできなかった電極/電解質界面に溜まったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる(実施例1と比較例1の「抵抗値/比較例1抵抗値」及び「容量値/比較例1容量値」を対比参照のこと。)。
(A) 1st form Here, since it is desirable to arrange | position a gas adsorbent containing active material layer in the gas vicinity generate | occur | produced in the active material layer / electrolyte layer interface, it is gas on the surface which contacts the electrolyte layer of an active material layer. It can be said that it is desirable to form the adsorbent-containing active material layer (hereinafter also referred to as a first embodiment). In such a first embodiment, without reducing the battery capacity, the gas accumulated at the electrode / electrolyte interface that could not be removed in the battery sealing step can be adsorbed and the internal resistance of the battery can be reduced ( Refer to the comparison between “resistance value / comparative example 1 resistance value” and “capacitance value / comparative example 1 capacitance value” in Example 1 and Comparative Example 1.

該第1形態では、ガス吸着剤含有活物質層に電極活物質も含まれることがより効果的であることから、活物質層が、ガス吸着剤を含まない活物質層と活物質層/電解質層界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層とを設けた構造をとるのが望ましい。具体的には、図1(A)に示すように、単電池層11は、電解質層14を挟み隣合う(一対の)電極である正極活物質層13と負極活物質層15とが対向するようになっている。この正極活物質層13と負極活物質層15は、共に集電体12上に、ガス吸着剤を含まない活物質層13a、15a、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層13b、15bが順に積層されてなる2層構造を有するものである。即ち、当該第1形態では、正極活物質層13及び負極活物質層15共に、ガス吸着剤含有活物質層13b、15bが、活物質層/電解質層界面に形成されているものである。   In the first embodiment, since it is more effective that the gas adsorbent-containing active material layer also includes an electrode active material, the active material layer includes an active material layer containing no gas adsorbent and an active material layer / electrolyte. It is desirable to adopt a structure in which an active material layer containing a gas adsorbent is provided at the layer interface. Specifically, as shown in FIG. 1A, in the single cell layer 11, the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 which are adjacent (a pair of) electrodes with the electrolyte layer 14 interposed therebetween are opposed to each other. It is like that. The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 are both on the current collector 12, active material layers 13 a and 15 a not containing a gas adsorbent, and an active material layer 13 b containing a gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which 15b are laminated in order. That is, in the first embodiment, both the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 are such that the gas adsorbent-containing active material layers 13b and 15b are formed at the active material layer / electrolyte layer interface.

かかる構造を有する第1形態では、電池容量の低下を招くことなく、ガス吸着剤が初回充放電時、電池長期使用時に発生し、活物質層/集電体界面にたまって移動できないガスを吸着することができる点で優れている。なお、各層の塗布の手法は、自走式ダイコータによる塗布または、インクジェット式等による塗布がある(電池の製法については、後述する)。   In the first embodiment having such a structure, the gas adsorbent is generated at the time of first charge / discharge and the battery is used for a long time without adhering to the active material layer / current collector interface without causing a decrease in battery capacity. Excellent in that it can be done. In addition, the application | coating method of each layer has the application | coating by a self-propelled die coater, the application | coating by an inkjet type | mold, etc. (The manufacturing method of a battery is mentioned later).

(b)第2形態
上記ガス吸着剤含有活物質層は、活物質層/集電体界面に発生したガス近傍に配置することが望ましいことから、活物質層の集電体と接する面にガス吸着剤含有活物質層を形成するのが望ましい形態(以下、第2形態とも言う)と言える。かかる第2形態では、電池容量の低下を来たすことなく、電池密封工程で除去することのできなかった電極/電解質界面に溜まったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる(実施例6と比較例1の「抵抗値/比較例1抵抗値」及び「容量値/比較例1容量値」を対比参照のこと。)。
(B) Second embodiment Since the gas adsorbent-containing active material layer is preferably disposed in the vicinity of the gas generated at the active material layer / current collector interface, the gas adsorbed on the surface of the active material layer in contact with the current collector It can be said that it is desirable to form the adsorbent-containing active material layer (hereinafter also referred to as a second embodiment). In the second embodiment, without reducing the battery capacity, the gas accumulated at the electrode / electrolyte interface that could not be removed in the battery sealing step can be adsorbed and the internal resistance of the battery can be reduced ( Refer to the comparison of “resistance value / comparative example 1 resistance value” and “capacitance value / comparative example 1 capacitance value” in Example 6 and Comparative Example 1.)

該第2形態では、ガス吸着剤含有活物質層に電極活物質も含まれることがより効果的であることから、活物質層が、ガス吸着剤を含まない活物質層と活物質層/集電体界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層とを設けた構造をとるのが望ましい。具体的には、図1(B)に示すように、単電池層11は、電解質層14を挟み隣合う電極の正極活物質層13と負極活物質層15とが対向するようになっている。この正極活物質層13と負極活物質層15は、共に集電体12上に、ガス吸着剤を含んでいる活物質層13b、15b、その上にガス吸着剤を含まない活物質層13a、15aが順に積層されてなる2層構造を有するものである。即ち、当該第2形態では、正極活物質層13及び負極活物質層15共に、ガス吸着剤含有活物質層13b、15bが、活物質層/集電体界面に形成されているものである。   In the second embodiment, since it is more effective that the gas adsorbent-containing active material layer also includes an electrode active material, the active material layer includes an active material layer not containing a gas adsorbent and an active material layer / collector. It is desirable to adopt a structure in which an active material layer containing a gas adsorbent is provided at the electrical interface. Specifically, as shown in FIG. 1B, the single cell layer 11 is configured such that the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 of the adjacent electrodes sandwiching the electrolyte layer 14 face each other. . The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 are both on the current collector 12, active material layers 13 b and 15 b containing a gas adsorbent, and an active material layer 13 a containing no gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which 15a is laminated in order. That is, in the second embodiment, both the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 are such that the gas adsorbent-containing active material layers 13b and 15b are formed at the active material layer / current collector interface.

かかる構造を有する第2形態では、電池容量の低下を招くことなく、ガス吸着剤が初回充放電時、電池長期使用時に発生し、活物質層/電解質界面にたまって移動できないガスを吸着することができる点で優れている。なお、各層の塗布の手法は、自走式ダイコータによる塗布または、インクジェット式等による塗布がある(電池の製法については、後述する)。   In the second embodiment having such a structure, the gas adsorbent is adsorbed on the active material layer / electrolyte interface and cannot move due to the gas adsorbent generated during the first charge / discharge and the battery for a long time without causing a decrease in battery capacity. It is excellent in that it can. In addition, the application | coating method of each layer has the application | coating by a self-propelled die coater, the application | coating by an inkjet type | mold, etc. (The manufacturing method of a battery is mentioned later).

(c)第3形態
上記ガス吸着剤含有活物質層は、活物質層/電解質界面および活物質層/集電体界面に発生したガス近傍に配置することが望ましいことから、活物質層の電解質層と接する面及び活物質層の集電体と接する面の両面にガス吸着剤含有活物質層を形成する形態(以下、第3形態とも言う)が望ましい。かかる第3形態では、電池容量の低下を来たすことなく、電池密封工程で除去することのできなかった電極/電解質界面および電極/集電体界面に溜まったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる(表1の実施例7と比較例1の「抵抗値/比較例1抵抗値」及び「容量値/比較例1容量値」を対比参照のこと。)。
(C) Third Embodiment Since the gas adsorbent-containing active material layer is desirably disposed in the vicinity of the gas generated at the active material layer / electrolyte interface and the active material layer / current collector interface, the electrolyte of the active material layer It is desirable that the gas adsorbent-containing active material layer be formed on both the surface in contact with the layer and the surface of the active material layer in contact with the current collector (hereinafter also referred to as the third embodiment). In the third embodiment, the battery internal resistance can be adsorbed on the electrode / electrolyte interface and the electrode / current collector interface that could not be removed in the battery sealing step without causing a decrease in battery capacity. (Refer to “resistance value / comparative example 1 resistance value” and “capacitance value / comparative example 1 capacitance value” in Example 7 and Comparative Example 1 in Table 1).

該第3形態においても、ガス吸着剤含有活物質層に電極活物質も含まれることがより効果的であることから、活物質層が、ガス吸着剤を含まない活物質層と活物質層/集電体界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層とを設けた構造をとるのが望ましい。具体的には、図1(C)に示すように、単電池層11は、電解質層14を挟み隣合う電極の正極活物質層13と負極活物質層15とが対向するようになっている。この正極活物質層13と負極活物質層15は、共に集電体12上に、ガス吸着剤含有活物質層でない活物質層13b、15b、その上にガス吸着剤を含まない活物質層13a、15a、更にその上にガス吸着剤を含んでいる活物質層13b、15bが順に積層されてなる3層構造を有するものである。即ち、第3形態では、正極活物質層13及び負極活物質層15共に、ガス吸着剤含有活物質層13b、15bが、活物質層/電解質界面と、活物質層/集電体界面に形成されている。   Also in the third embodiment, since it is more effective that the gas adsorbent-containing active material layer also contains an electrode active material, the active material layer includes an active material layer containing no gas adsorbent and an active material layer / It is desirable to adopt a structure in which an active material layer containing a gas adsorbent is provided at the current collector interface. Specifically, as shown in FIG. 1C, the single cell layer 11 is configured such that the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 of the adjacent electrodes sandwiching the electrolyte layer 14 face each other. . The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 are both on the current collector 12, active material layers 13 b and 15 b that are not gas adsorbent-containing active material layers, and an active material layer 13 a that does not contain a gas adsorbent thereon. , 15a, and further, active material layers 13b, 15b containing a gas adsorbent thereon are stacked in order. That is, in the third embodiment, the gas adsorbent-containing active material layers 13b and 15b are formed at the active material layer / electrolyte interface and the active material layer / current collector interface in both the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15. Has been.

かかる第3形態では、電池容量の低下を招くことなく、ガス吸着剤が初回充放電時、電池長期使用時に発生し、活物質層/電解質界面及び活物質層/電解質界面にたまった移動できないガスを吸着することができる点で優れている。なお、各層の塗布の手法は、自走式ダイコータによる塗布または、インクジェット式等による塗布がある(電池の製法については、後述する)。   In the third embodiment, the gas adsorbent is generated during the first charge / discharge or long-term use of the battery without causing a decrease in battery capacity, and cannot be accumulated in the active material layer / electrolyte interface and the active material layer / electrolyte interface. It is excellent in that it can be adsorbed. In addition, the application | coating method of each layer has the application | coating by a self-propelled die coater, the application | coating by an inkjet type | mold, etc. (The manufacturing method of a battery is mentioned later).

本発明に係るリチウムイオン二次電池では、例えば、図2に示すように、正極活物質層13側と、負極活物質層15側とで、活物質層の積層構造が同じ電極(例えば、図1(A)の電極)を、電解質層14を挟んで複数枚積層した構造の電極積層体(電池本体)21を形成することができる。但し、本発明では、正極活物質層側と、負極活物質層側とで、活物質層の積層構造が異なっていてもよい。例えば、正極活物質層側は、図1(A)の電極活物質層の積層構造をとり、負極活物質層側は、図1(A)の電極活物質層の積層構造以外の図1(B)や図1(C)の電極活物質層の積層構造をとってもよい。同様に、正極活物質層側が、図1(B)の電極活物質層の積層構造をとり、負極活物質層側は、図1(B)の電極活物質層の積層構造以外の図1(A)や図1(C)の電極活物質層の積層構造をとってもよい。更に、正極活物質層側が、図1(C)の電極活物質層の積層構造をとり、負極活物質層側は、図1(C)の電極活物質層の積層構造以外の図1(A)や図1(B)の電極活物質層の積層構造をとってもよい。更に、本発明では、正極活物質層側または負極活物質層側のいずれか一方にのみ、上記した第1〜3形態に示すような本発明のガス吸着剤含有活物質層を形成した電極構造としてもよい。また、電池を構成する各単電池層(単セル)ごとに異なる電極構造としてもよい。ただし、本発明では、これらの電極活物質層の積層構造に何ら制限されるものではない。   In the lithium ion secondary battery according to the present invention, for example, as shown in FIG. 2, electrodes having the same stacked structure of active material layers on the positive electrode active material layer 13 side and the negative electrode active material layer 15 side (for example, FIG. An electrode laminate (battery body) 21 having a structure in which a plurality of 1 (A) electrodes) are laminated with the electrolyte layer 14 interposed therebetween can be formed. However, in the present invention, the laminated structure of the active material layer may be different between the positive electrode active material layer side and the negative electrode active material layer side. For example, the positive electrode active material layer side has the stacked structure of the electrode active material layer of FIG. 1A, and the negative electrode active material layer side has the structure shown in FIG. B) or the laminated structure of the electrode active material layers shown in FIG. Similarly, the positive electrode active material layer side has the stacked structure of the electrode active material layer of FIG. 1B, and the negative electrode active material layer side of FIG. 1B other than the stacked structure of the electrode active material layer of FIG. A laminated structure of the electrode active material layer of A) or FIG. Further, the positive electrode active material layer side has the stacked structure of the electrode active material layer in FIG. 1C, and the negative electrode active material layer side has the structure other than the stacked structure of the electrode active material layer in FIG. ) Or the stacked structure of the electrode active material layers shown in FIG. Furthermore, in the present invention, an electrode structure in which the gas adsorbent-containing active material layer of the present invention as shown in the above first to third embodiments is formed only on either the positive electrode active material layer side or the negative electrode active material layer side. It is good. Moreover, it is good also as a different electrode structure for every single battery layer (single cell) which comprises a battery. However, the present invention is not limited to the laminated structure of these electrode active material layers.

また、当該ガス吸着剤含有活物質層は、便宜的に活物質層の一部として説明するが、通常の活物質層とは別の独立した層として捉えてもよいことはいうまでもない。また、電解質層の一部、または集電体の一部として捉えても良い。こうした場合にも本発明の技術範囲に含まれると解すべきであり、いずれに属するかで異なる発明と捉えるべきものではない。   Further, the gas adsorbent-containing active material layer is described as a part of the active material layer for convenience, but it goes without saying that the gas adsorbent-containing active material layer may be regarded as an independent layer different from the normal active material layer. Moreover, you may catch as a part of electrolyte layer or a part of electrical power collector. Such cases should also be understood as being included in the technical scope of the present invention, and should not be regarded as different inventions depending on which one they belong to.

次に、本発明に係るリチウムイオン二次電池の全体構成の説明及び各構成要件に分けて説明する。   Next, the overall configuration of the lithium ion secondary battery according to the present invention and the components will be described separately.

まず、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、より高出力且つ高容量とできることから、車両の駆動電源用等として好適に利用できるほか、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。すなわち、本発明の対象となるリチウムイオン二次電池は、活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤含有活物質層を形成しているものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。即ち、「(一対の)電極が電解質層を介した構造」としたのは、これら積層型(扁平型)電池と巻回型(円筒型)電池の双方の形態を含めた最も広義に解釈し得るようにするためのものである。よって、当該要件を意図的に狭く解釈すべきものではない。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、上述したバイポーラ型ではない(内部並列接続タイプ)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。即ち、「一方の集電体に正極活物質層が設けられ、もう一方の集電体に負極活物質層が設けられた(一対の)電極」としたのは、これらバイポーラ型ではない(内部並列接続タイプ)電池とバイポーラ型(内部直列接続タイプ)電池の双方の形態を含めた最も広義に解釈し得るようにするためのものである。よって、当該要件を意図的に狭く解釈すべきものではない。バイポーラ型ではない電池では、通常の電池に比べて単電池の電圧が高く、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。リチウムイオン二次電池内の電解質(層)の種類で区別した場合には、電解質(層)に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質(層)に高分子電解質を用いたポリマー電池(該ポリマー電池は、更に高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる)など、従来公知のいずれの電解質(層)にも適用し得るものである。このうち、ポリマー電池、なかでも固体高分子(全固体)型電池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は有利である。また、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   First, since the lithium ion secondary battery according to the present invention can have a higher output and a higher capacity, it can be suitably used for a drive power source of a vehicle, and also as a lithium ion secondary battery for portable devices such as a mobile phone. Is also fully applicable. In other words, the lithium ion secondary battery that is the subject of the present invention is only required to have a gas adsorbent-containing active material layer formed on at least one surface of the active material layer. It should not be restricted. For example, when the lithium ion secondary battery is distinguished by form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. Is. That is, “a structure in which (a pair of) electrodes are interposed via an electrolyte layer” is interpreted in the broadest sense including both the stacked (flat) battery and the wound (cylindrical) battery. It is for getting. Therefore, the requirement should not be intentionally interpreted narrowly. In addition, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it is not a bipolar type (internal parallel connection type) battery or a bipolar type (internal series connection type) battery. It can be applied. That is, it is not these bipolar types that “a pair of electrodes in which one current collector is provided with a positive electrode active material layer and the other current collector is provided with a negative electrode active material layer” (internal This is intended to be interpreted in the broadest sense, including both forms of a parallel connection type battery and a bipolar type (internal series connection type) battery. Therefore, the requirement should not be intentionally interpreted narrowly. A battery that is not a bipolar type has a higher cell voltage than a normal battery, and can have a high capacity and output characteristics. When distinguished by the type of electrolyte (layer) in the lithium ion secondary battery, a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte as the electrolyte (layer), or a polymer electrolyte as the electrolyte (layer) A polymer battery using a polymer battery (the polymer battery is a gel electrolyte battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as gel electrolyte), a solid polymer using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as polymer electrolyte) (all It can be applied to any conventionally known electrolyte (layer). Among them, polymer batteries, especially solid polymer (all solid) batteries, do not leak, so that there is no problem of liquid junction, high reliability, and a simple configuration with excellent output characteristics. It is advantageous in that it can. In addition, by adopting a laminated (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

したがって、以下の説明では、本発明のガス吸着剤含有活物質層を用いてなるバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池及びバイポーラ型のリチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。   Therefore, in the following description, a non-bipolar type lithium ion secondary battery using the gas adsorbent-containing active material layer of the present invention and a bipolar type lithium ion secondary battery will be described very simply with reference to the drawings. It should never be restricted to these.

図3に、バイポーラ型でない扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の断面概略図を示す。図3に示すリチウムイオン二次電池31では、電池外装材32に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素38を収納し密封した構成を有している。ここで、発電要素38は、正極集電体33の両面に、本発明の特徴部分であるガス吸着剤含有活物質層を設けた正極活物質層34が形成された正極板、電解質層35、および負極集電体36の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に本発明の特徴部分であるガス吸着剤含有活物質層を設けた負極活物質層37が形成された負極板を積層した構成を有している。なお、ガス吸着剤含有活物質層を設けた正極活物質層および負極活物質層の詳しい構造(配置構成)に関しては、既に図1(A)〜(C)を用いて説明しているため、ここでは図示及び図解せず省略する。また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極(端子)リード39および負極(端子)リード40が、各電極板の正極集電体33及び負極集電体36に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材32の外部に露出される構造を有している。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a flat (stacked) lithium ion secondary battery that is not a bipolar type. In the lithium ion secondary battery 31 shown in FIG. 3, the power generation element 38 is formed by joining all of the peripheral part by thermal fusion using a laminate film in which a polymer-metal is combined with the battery exterior material 32. Contained and sealed. Here, the power generation element 38 includes a positive electrode plate in which a positive electrode active material layer 34 provided with a gas adsorbent-containing active material layer which is a characteristic part of the present invention is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33, an electrolyte layer 35, And a negative electrode plate in which a negative electrode active material layer 37 provided with a gas adsorbent-containing active material layer, which is a characteristic part of the present invention, is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 36 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element) It has the structure which laminated | stacked. In addition, since it has already demonstrated using FIG. 1 (A)-(C) about the detailed structure (arrangement structure) of the positive electrode active material layer which provided the gas adsorbent containing active material layer, and a negative electrode active material layer, Here, illustration and illustration are omitted. In addition, the positive electrode (terminal) lead 39 and the negative electrode (terminal) lead 40 that are electrically connected to the electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate) are connected to the positive electrode current collector 33 and the negative electrode current collector 36 of each electrode plate. It is attached by sonic welding, resistance welding, or the like, and has a structure that is sandwiched between the heat fusion parts and exposed to the outside of the battery outer packaging material 32.

図4に、バイポーラ型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単にバイポーラ電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図4に示したように、バイポーラ電池41では、1枚または2枚以上で構成されるバイポーラ電極45で電解質層46を挟み、隣合うバイポーラ電極45の正極活物質43と負極活物質層44とが対向するようになっている。ここで、バイポーラ電極45は、集電体42の片面に正極活物質層43を設け、もう一方の面に本発明の負極活物質層44を設けた構造を有している。すなわち、バイポーラ電池41では、集電体42の片方の面上に正極活物質層43を有し、他方の面上に負極活物質層44を有するバイポーラ電極45を、電解質層46を介して複数枚積層した構造の電極積層体(バイポーラ電池本体)47を具備してなるものである。また、該電極積層体47の最上層と最下層の電極45a、45bは、バイポーラ電極構造でなくてもよく、集電体42(または端子板)に必要な片面のみの正極活物質層43または負極活物質層44を配置した構造としてもよい。また、バイポーラ電池41では、上下両端の集電体42にそれぞれ正極および負極リード48、49が接合されている。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar flat (stacked) lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a bipolar battery). As shown in FIG. 4, in the bipolar battery 41, the electrolyte layer 46 is sandwiched between one or two or more bipolar electrodes 45, and the positive electrode active material 43 and the negative electrode active material layer 44 of the adjacent bipolar electrode 45 Are designed to face each other. Here, the bipolar electrode 45 has a structure in which the positive electrode active material layer 43 is provided on one surface of the current collector 42 and the negative electrode active material layer 44 of the present invention is provided on the other surface. That is, in the bipolar battery 41, a plurality of bipolar electrodes 45 having the positive electrode active material layer 43 on one surface of the current collector 42 and the negative electrode active material layer 44 on the other surface are disposed via the electrolyte layer 46. An electrode laminate (bipolar battery main body) 47 having a laminated structure is provided. Further, the uppermost layer and the lowermost layer electrode 45a, 45b of the electrode laminate 47 may not have a bipolar electrode structure, and the positive electrode active material layer 43 of only one side required for the current collector 42 (or terminal plate) or A structure in which the negative electrode active material layer 44 is disposed may be employed. In the bipolar battery 41, positive and negative electrode leads 48 and 49 are joined to current collectors 42 at both upper and lower ends, respectively.

なお、バイポーラ電極45(電極45a、45bを含む)の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、バイポーラ電池41では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、バイポーラ電極45の積層回数を少なくしてもよい。また、バイポーラ電池41でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電極積層体47部分を電池外装材(外装パッケージ)50に減圧封入し、電極リード48、49を電池外装材50の外部に取り出した構造とするのがよい。このバイポーラ電池41の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)が直列に接続された構成ともいえるものである。バイポーラ型のリチウムイオン二次電池は、その電極構造が異なることを除いては、基本的には上述したバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池と同様であるため、各構成要素につき以下にまとめて説明する。   Note that the number of stacked bipolar electrodes 45 (including the electrodes 45a and 45b) is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar battery 41, the number of lamination of the bipolar electrode 45 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the battery is made as thin as possible. Also in the bipolar battery 41, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the electrode laminate 47 portion is sealed under reduced pressure in a battery outer package (outer package) 50, and the electrode leads 48 and 49 are connected to the battery. It is preferable that the structure is taken out of the exterior material 50. The basic configuration of the bipolar battery 41 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers (single cells) are connected in series. The bipolar lithium ion secondary battery is basically the same as the above-described non-bipolar lithium ion secondary battery except that its electrode structure is different. To do.

[集電体]
本発明で用いることのできる集電体としては、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。
[Current collector]
The current collector that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known current collectors 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.

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(複合集電体)を用いてもよい。該複合集電体を用いる場合、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が、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が、SUS及びニッケル等が特に好ましい。また、複合集電体においては、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。また、正極集電体及び負極集電体には、平板(箔)のほか、ラスプレート、すなわちプレートに切目を入れたものをエキスパンドすることにより網目空間が形成されるプレートにより構成されているものを用いることもできる。   In some cases, a current collector (composite current collector) in which two or more metal foils are bonded together may be used. When the composite current collector is used, as a material for the positive electrode current collector, for example, a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, SUS, or titanium can be used, and aluminum is particularly preferable. On the other hand, as the material of the negative electrode current collector, for example, conductive metals such as copper, nickel, silver, and SUS can be used, and SUS and nickel are particularly preferable. Further, in the composite current collector, 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. In addition to the flat plate (foil), the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are constituted by a lath plate, that is, a plate in which a mesh space is formed by expanding a plate with a cut. Can also be used.

集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。   Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.

[正極活物質層(正極)]
本発明では、正極活物質層(以下、ガス吸着剤含有層でない正極活物質層という)の少なくとも一方の面にガス吸着剤含有活物質層が形成されているものである。ただし、負極活物質層側にガス吸着剤含有活物質層が形成されている場合には、必ずしもガス吸着剤含有層は必要ではない。
[Positive electrode active material layer (positive electrode)]
In the present invention, a gas adsorbent-containing active material layer is formed on at least one surface of a positive electrode active material layer (hereinafter referred to as a positive electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer). However, when the gas adsorbent-containing active material layer is formed on the negative electrode active material layer side, the gas adsorbent-containing layer is not necessarily required.

ここで、ガス吸着剤含有層とは、少なくとも隣接する電極活物質層に比べて、炭素材料が多い層である。これは、本発明の技術範囲に該当するか否か、製品を分解ないし分析して判断する上で最も簡便な方法なためである。即ち、本発明に用いることのできるガス吸着剤には、後述するような炭素材料が使用され得るが、導電助剤や負極活物質材料にも炭素材料が使用されることもある。こうした他の使用目的で添加される導電助剤や負極活物質の炭素材料は、従来の技術と同様に電極活物質層全体に添加されるものである。したがって、こうした異なる使用形態で用いられる炭素材料と本発明のガス吸着剤とを明確かつ簡単に区別するために、ガス吸着剤含有層の定義を上記のように規定したものである。ただし、本発明では、上記定義によらなくても導電助剤や負極活物質に使用する炭素材料と簡単に区別(判別)できる場合には、上記定義によらなくてもよい。この場合、本発明で言うガス吸着剤含有層は、ガス吸着剤となり得る活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンシート等の炭素材料および/または炭素材料以外のガス吸着剤を含んでいる層と言えるものである。   Here, the gas adsorbent-containing layer is a layer that contains more carbon material than at least the adjacent electrode active material layer. This is because it is the simplest method for determining whether the product falls within the technical scope of the present invention by decomposing or analyzing the product. That is, a carbon material as described later can be used for the gas adsorbent that can be used in the present invention, but a carbon material may also be used for the conductive additive and the negative electrode active material. The conductive aid and the carbon material of the negative electrode active material added for other purposes of use are added to the entire electrode active material layer in the same manner as in the prior art. Therefore, the definition of the gas adsorbent-containing layer is defined as described above in order to clearly and easily distinguish between the carbon material used in such different usage forms and the gas adsorbent of the present invention. However, in the present invention, it is not necessary to use the above definition if it can be easily distinguished (discriminated) from the carbon material used for the conductive additive and the negative electrode active material without using the above definition. In this case, the gas adsorbent-containing layer referred to in the present invention can be said to be a layer containing a carbon adsorbent and / or a gas adsorbent other than the carbon material such as activated carbon, carbon nanotube, and carbon sheet that can be a gas adsorbent. .

よって、ガス吸着剤含有活物質層とは、上記に規定するガス吸着剤含有層に更に活物質が含まれている層を言う。   Therefore, the gas adsorbent-containing active material layer refers to a layer in which an active material is further contained in the gas adsorbent-containing layer defined above.

以下では、(1)ガス吸着剤含有層でない正極活物質層(単に正極活物質層ともいう)、ガス吸着剤含有層の1形態である(2)ガス吸着剤を含んでいる正極活物質層(単にガス吸着剤含有正極活物質層ともいう)、ガス吸着剤含有層の他の1形態である(3)正極活物質を含まず、ガス吸着剤を含んでいる層(単にガス吸着剤単独含有層ともいう)の順に説明する。   In the following, (1) a positive electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer (also simply referred to as a positive electrode active material layer) or a form of a gas adsorbent-containing layer (2) a positive electrode active material layer containing a gas adsorbent (Also referred to simply as a gas adsorbent-containing positive electrode active material layer), which is another form of the gas adsorbent-containing layer (3) a layer that does not contain a positive electrode active material and contains a gas adsorbent (simply gas adsorbent alone This will be described in the order of the content layer.

(1)ガス吸着剤含有層でない正極活物質層(通常の一般的な正極活物質層)
当該(1)のガス吸着剤含有層でない正極活物質層とは、上記定義による場合には、ガス吸着剤含有層よりも炭素材料が少ない層をいう。また上記定義によらない場合には、ガス吸着剤となり得る活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンシート等の炭素材料および/または炭素材料以外のガス吸着剤を含んでいない層をいう。
(1) Positive electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer (ordinary general positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer that is not the gas adsorbent-containing layer of (1) refers to a layer that contains less carbon material than the gas adsorbent-containing layer, according to the above definition. Further, when not based on the above definition, it refers to a layer that does not contain a carbon adsorbent that can be a gas adsorbent, such as activated carbon, carbon nanotube, and carbon sheet and / or a gas adsorbent other than the carbon material.

当該(1)のガス吸着剤含有層でない正極活物質層には、正極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩、バインダ、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。電解質層に高分子ゲル電解質を用いる場合には、従来公知のバインダ、電子伝導性を高めるための導電助剤などが含まれていればよく、高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくても良い。電解質層に溶液電解質を用いる場合にも、当該正極活物質層には高分子電解質の原料のホストポリマー、電解液やリチウム塩などは含まれていなくてもよい。   The positive electrode active material layer that is not the gas adsorbent-containing layer (1) contains a positive electrode active material. In addition to this, a conductive assistant for enhancing electron conductivity, an electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity, a binder, a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.) and the like can be included. When a polymer gel electrolyte is used for the electrolyte layer, it is sufficient that a conventionally known binder, a conductive auxiliary agent for enhancing electronic conductivity, and the like are contained. Salt etc. may not be included. Even when a solution electrolyte is used for the electrolyte layer, the positive electrode active material layer may not contain a host polymer, an electrolytic solution, a lithium salt, or the like as a raw material of the polymer electrolyte.

上記正極活物質としては、特に制限されるものではなく、従来公知の正極活物質を用いことができる。なかでも遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属酸化物)を用いることが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。こうしたリチウム−遷移金属酸化物としては、具体的には、LiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiCr、LiCrOなどのLi・Cr系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの(例えば、LiNiCo1−x(0<x<1)等)などが挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。 The positive electrode active material is not particularly limited, and a conventionally known positive electrode active material can be used. Among these, it is preferable to use a composite oxide of lithium and transition metal (lithium-transition metal oxide). This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured. Specifically, as such a lithium-transition metal oxide, Li · Mn based composite oxide such as LiMn 2 O 4 , Li · Co based composite oxide such as LiCoO 2 , Li 2 Cr 2 O 7 , Li 2 Li / Cr-based composite oxides such as CrO 4 , Li / Ni-based composite oxides such as LiNiO 2 , Li / Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 , and some of these transition metals were substituted with other elements (For example, LiNi x Co 1-x O 2 (0 <x <1) and the like). However, it is not necessarily limited to these.

また、正極活物質の平均粒径は、特に制限されるものではないが、反応性、サイクル耐久性の観点からは、0.01〜20μmの範囲であるのが望ましい。ただし、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ここでいう、正極活物質の平均粒径とは、正極活物質材料中に含有されている正極活物質粒子の平均粒径をいう。従って、正極活物質材料中に1次粒子の状態で含まれている正極活物質粒子については、当該1次粒子の粒径とし、1次粒子が複数集まって2次粒子を構成して存在する正極活物質粒子については、当該2次粒子の粒径としてこれらの平均値を算出すればよい。   The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 20 μm from the viewpoint of reactivity and cycle durability. However, the present invention is not necessarily limited to the above range. Here, the average particle diameter of the positive electrode active material refers to the average particle diameter of the positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material. Therefore, the positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material material in the state of primary particles have the primary particle size and a plurality of primary particles are collected to form secondary particles. For the positive electrode active material particles, these average values may be calculated as the particle size of the secondary particles.

上記2次粒子を構成する1次粒子の平均粒径は、0.01〜5μmの範囲であるのが望ましく、より望ましくは0.05〜2μmの範囲である。上記2次粒子の平均粒径は、0.05〜20μmの範囲であるのが望ましく、より望ましくは0.1〜5μmの範囲である。ただし、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。   The average particle size of the primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 0.01 to 5 μm, and more desirably in the range of 0.05 to 2 μm. The average particle size of the secondary particles is desirably in the range of 0.05 to 20 μm, and more desirably in the range of 0.1 to 5 μm. However, the present invention is not necessarily limited to the above range.

かかる正極活物質粒子(1次粒子及び2次粒子を含む)の粒径は、例えば、SEM観察、TEM観察により測定することができる。なお、正極活物質粒子の中には、縦横比が違う1次粒子及び該1次粒子で構成された2次粒子(概ね球状となる)を有するものが含まれている。したがって、上記でいう粒径などは、粒子の形状が一様でないことから、絶対最大長で表すものとし、篩い分けする場合には篩い目(メッシュスルーサイズまたはメッシュパスサイズ)を用いてもよい。この点は、後述する負極活物質粒子の粒径等においても同様である。ここで、絶対最大長とは、図9に示すように、1次粒子ないし2次粒子91の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の長さLをとるものとする。   The particle diameter of the positive electrode active material particles (including primary particles and secondary particles) can be measured by, for example, SEM observation or TEM observation. The positive electrode active material particles include those having primary particles having different aspect ratios and secondary particles (substantially spherical) composed of the primary particles. Accordingly, the particle size and the like referred to above are expressed by the absolute maximum length because the shape of the particles is not uniform, and a sieve mesh (mesh through size or mesh pass size) may be used when sieving. . This also applies to the particle size of negative electrode active material particles, which will be described later. Here, the absolute maximum length is assumed to take the maximum length L among the distances between any two points on the contour lines of the primary particles or the secondary particles 91, as shown in FIG.

本発明では、正極活物質の2次粒子の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なるが、概ね球状に形成されるものである。但し、この他にも球状に近い不定形状などに形成される場合もあるなど、特に限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できることから、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   In the present invention, the shape of the secondary particles of the positive electrode active material is approximately spherical, although the shapes that can be taken vary depending on the type and manufacturing method. However, it is not particularly limited as it may be formed in an indefinite shape close to a sphere, etc., and any shape can be used without any problem, improving battery characteristics such as charge / discharge characteristics. It is desirable to select the optimum shape to be obtained as appropriate.

上記導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボンファイバー(VGCF)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 aid include acetylene black, carbon black, graphite, and vapor grown carbon fiber (VGCF). However, it is not necessarily limited to these.

上記バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、SBR、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, polyimide, or the like can be used. However, it is not necessarily limited to these.

上記高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、従来公知の非水電解質リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、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ものである。   The polymer gel electrolyte includes a solid polymer electrolyte having ion conductivity and an electrolyte used in a conventionally known non-aqueous electrolyte lithium ion battery, and further has lithium ion conductivity. A structure in which a similar electrolyte solution is held in a non-polymeric skeleton is also included.

ここで、高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質支持塩および可塑剤)としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。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(電解質支持塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート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可塑剤(有機溶媒)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。 Here, the electrolytic solution (electrolyte supporting salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte is not particularly limited, and various conventionally known electrolytic solutions can be appropriately used. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) selected from organic acid anion salts such as 2 N, wherein at least one lithium salt (electrolyte support salt), propylene carbonate, cyclic carbonates such as ethylene carbonate; dimethyl carbonate Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ-butyrolactone, etc. Lactones; Nitto such as acetonitrile Lyls; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Plasticizers such as aprotic solvents (organic) mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate Those using a solvent) can be used. However, it is not necessarily limited to these.

イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。   Examples of the solid polymer electrolyte having ion conductivity include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

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は、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、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。   For example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), etc. are used as the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte. it can. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be a polymer having the above ionic conductivity, but here, they are used for a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

上記イオン伝導性を高めるための電解質支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、Li(CFSON、Li(CSON(LiBETI)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 an electrolyte support salt 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, Li ( An organic acid anion salt such as CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (LiBETI), or a mixture thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

高分子ゲル電解質中の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、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, but is in the range of 2:98 to 90:10.

当該正極活物質層における、正極活物質、導電助剤、バインダ、高分子電解質(ホストポリマー、電解液など)、電解質支持塩(リチウム塩)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)、イオン伝導性を考慮して適宜決定すべきである。   The amount of positive electrode active material, conductive additive, binder, polymer electrolyte (host polymer, electrolyte, etc.), and electrolyte support salt (lithium salt) in the positive electrode active material layer depends on the intended use of the battery (emphasis on output, energy Should be determined appropriately in consideration of ion conductivity.

上記した(1)の正極活物質層の膜厚は、特に制限されるべきものではなく、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。具体的には、上記(1)の一般的な正極活物質層の厚さは、1〜500μmである。この範囲内であれば、本発明のガス吸着剤含有活物質層を併用した場合でも、十分な容量を確保することができる。   The film thickness of the positive electrode active material layer of the above (1) is not particularly limited, and should be determined in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ion conductivity. Specifically, the thickness of the general positive electrode active material layer (1) is 1 to 500 μm. Within this range, a sufficient capacity can be ensured even when the gas adsorbent-containing active material layer of the present invention is used in combination.

また上記に定義した関係から、上記(1)の正極活物質層では、上記(2)や(3)のガス吸着剤含有層よりも炭素材料が少なければよく、この関係を満足する範囲内であれば、正極活物質層に含まれる炭素材料の一部として本発明のガス吸着剤を含んでいてもよい。あるいは、本発明のガス吸着剤として用いる炭素材料において、導電助剤としての性能を有するような場合には、当該導電助剤の一部または全部に本発明のガス吸着剤を利用してもよいといえる。こうすることで、容量低下を招くことなく、例えば、集電体との界面にだけガス吸着剤含有活物質層を形成した場合でも、電解質層との界面のガスを当該(1)の活物質層中のガス吸着剤により吸着することができる。また、電池長期使用時に当該(1)の活物質層内で発生したガスを当該(1)の活物質層中のガス吸着剤でも吸着できる。かかるガス吸着剤については、以下の(2)のガス吸着剤含有正極活物質層において説明する。   In addition, from the relationship defined above, the positive electrode active material layer of (1) should have less carbon material than the gas adsorbent-containing layer of (2) or (3), and within the range satisfying this relationship. If present, the gas adsorbent of the present invention may be included as a part of the carbon material contained in the positive electrode active material layer. Alternatively, when the carbon material used as the gas adsorbent of the present invention has a performance as a conductive auxiliary, the gas adsorbent of the present invention may be used for a part or all of the conductive auxiliary. It can be said. By doing so, for example, even when the gas adsorbent-containing active material layer is formed only at the interface with the current collector without reducing the capacity, the gas at the interface with the electrolyte layer is used as the active material of (1). It can be adsorbed by the gas adsorbent in the layer. Further, the gas generated in the active material layer (1) during long-term use of the battery can be adsorbed by the gas adsorbent in the active material layer (1). The gas adsorbent will be described in the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer (2) below.

(2)ガス吸着剤を含んでいる正極活物質層(ガス吸着剤含有正極活物質層)
当該ガス吸着剤含有正極活物質層には、正極活物質及びガス吸着剤を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩、バインダ、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。
(2) Positive electrode active material layer containing gas adsorbent (gas adsorbent-containing positive electrode active material layer)
The gas adsorbent-containing positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a gas adsorbent. In addition to this, a conductive assistant for enhancing electron conductivity, an electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity, a binder, a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.) and the like can be included.

ガス吸着剤以外の各構成成分については、上記(1)の正極活物質層において説明したとおりである。本発明では、上記第1〜3形態で説明したように、ガス吸着剤含有活物質層には電極活物質も含まれることがより効果的であることから、後述する(3)のガス吸着剤単独含有層よりも当該(2)のガス吸着剤含有正極活物質層の方が、高容量化の観点から望ましいといえる。   Each component other than the gas adsorbent is as described in the positive electrode active material layer of (1) above. In the present invention, as described in the first to third embodiments, it is more effective that the gas adsorbent-containing active material layer also includes an electrode active material. It can be said that the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer (2) is more preferable than the single-containing layer from the viewpoint of increasing the capacity.

ここで、上記ガス吸着剤としては、特に制限されるものではないが、初回充放電時、電池長期使用時に発生したガスを吸着し電池内部抵抗を低減することに優れていることから、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンシート等の炭素材料を好適に利用することができる。なお、カーボンシートとしては、従来公知のものを用いることができ、活性カーボンシート、例えば、Kyonlの様な活性炭繊維の織布などが利用できる。ガス吸着剤は1種単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いても良い。ただし、本発明のガス吸着剤は、これらに制限されるものではなく、例えば、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、各種粘土、酸化鉄、過塩素酸マグネシウム、イオン交換樹脂、各種金属塩等の従来公知のものが挙げられる。こうした中から、リチウムイオン二次電池の充放電反応に影響したり、電解質層への影響しない材料を適宜選択して用いてもよい。これらのガス吸着剤を初回充放電時、電池長期使用時に発生したガスを吸着し電池内部抵抗を低減させることができる。特に、カーボンナノチューブなどのように、電解質層に刺さりやすい材料は、集電体側に用いるのがよい。一方、電解質膜側には、活性炭やカーボンシートなどの電解質層に影響の少ないものを選択するのが望ましい。ただし、カーボンナノチューブの電解質膜側への使用を制限するものではなく、例えば、カーボンナノチューブの長さなどをコントロールすることで利用可能である。   Here, the gas adsorbent is not particularly limited, but is excellent in reducing the internal resistance of the battery by adsorbing the gas generated during the first charge / discharge and long-term use of the battery, activated carbon, Carbon materials such as carbon nanotubes and carbon sheets can be suitably used. In addition, as a carbon sheet, a conventionally well-known thing can be used, An activated carbon sheet, for example, the woven fabric of activated carbon fiber like Kyonl, etc. can be utilized. A gas adsorbent may be used alone or in combination of two or more. However, the gas adsorbent of the present invention is not limited thereto, and conventionally known, for example, silica gel, activated alumina, zeolite, various clays, iron oxide, magnesium perchlorate, ion exchange resins, various metal salts and the like. Can be mentioned. Among these, a material that affects the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery or does not affect the electrolyte layer may be appropriately selected and used. When these gas adsorbents are charged and discharged for the first time, the gas generated during long-term use of the battery can be adsorbed to reduce the internal resistance of the battery. In particular, a material that is easily stuck in the electrolyte layer, such as a carbon nanotube, is preferably used on the current collector side. On the other hand, for the electrolyte membrane side, it is desirable to select one that has little influence on the electrolyte layer such as activated carbon or carbon sheet. However, the use of the carbon nanotubes on the electrolyte membrane side is not limited. For example, the carbon nanotubes can be used by controlling the length of the carbon nanotubes.

上記ガス吸着剤は、該ガス吸着剤含有正極活物質層の全量に対し7wt%以下の含有量を有するのが望ましい。電池容量、出力特性に優れた電池を構築できるからである。ガス吸着剤の種類にもよるが、該ガス吸着剤含有正極活物質層の全量に対し7wt%を越える場合には当該ガス吸着剤含有正極活物質層内の活物質量が減少し、電池容量及び出力の低下が生じるので、該ガス吸着剤は7wt%以下とするのが良い。また、ガス吸着剤量の量が少ないとガス吸着が十分に行えないのでガス吸着剤の含有量は、該ガス吸着剤を含んでいる活物質層の全量に対し2〜7wt%の範囲がより望ましい。   The gas adsorbent desirably has a content of 7 wt% or less based on the total amount of the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer. This is because a battery excellent in battery capacity and output characteristics can be constructed. Although depending on the type of gas adsorbent, when the amount exceeds 7 wt% with respect to the total amount of the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer, the amount of active material in the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer decreases, and the battery capacity Since the output is reduced, the gas adsorbent is preferably 7 wt% or less. Also, if the amount of the gas adsorbent is small, gas adsorption cannot be sufficiently performed, so the content of the gas adsorbent is more in the range of 2 to 7 wt% with respect to the total amount of the active material layer containing the gas adsorbent. desirable.

上記ガス吸着剤の大きさは、その形態によっても異なることから一義的に規定するのは困難であり、特に制限されるものではないが、当該(2)のガス吸着剤含有正極活物質層内における充放電反応に影響せずに程度の範囲内であって、以下に示す当該(2)のガス吸着剤含有正極活物質層の厚さの範囲を満足させることができる程度のものを適宜選択して利用するのが望ましい。   Since the size of the gas adsorbent varies depending on the form, it is difficult to uniquely define and is not particularly limited, but the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer of (2) As long as it does not affect the charge / discharge reaction in the above-mentioned range, it can be selected as appropriate so as to satisfy the thickness range of the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer (2) shown below. It is desirable to use it.

また、上記ガス吸着剤の形状(形態)としては、特に制限されるものではなく、上記したように、粉末状、顆粒状等の球状;ナノチューブ状、繊維状;シート状(不織布等も含む)等の各種形態が挙げられる。   Further, the shape (form) of the gas adsorbent is not particularly limited, and as described above, it is spherical, such as powder, granule, etc .; nanotube, fiber; sheet (including non-woven fabric, etc.) And various other forms.

上記した(2)のガス吸着剤含有正極活物質層の膜厚は、特に制限されるべきものではなく、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。具体的には、上記(2)のガス吸着剤含有正極活物質層の厚さは、1〜15μmの範囲内であれば、電池容量の低下を招くことなく、電池内で除去することのできなかったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる。   The film thickness of the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer described in (2) above is not particularly limited, and is determined in consideration of the intended use of the battery (output priority, energy priority, etc.) and ion conductivity. Should. Specifically, if the thickness of the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer (2) is in the range of 1 to 15 μm, it can be removed in the battery without causing a decrease in battery capacity. The gas that was not present can be adsorbed, and the internal resistance of the battery can be reduced.

(3)正極活物質を含まず、ガス吸着剤を含んでいる層(ガス吸着剤含有正極層)
当該ガス吸着剤含有正極層には、ガス吸着剤を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩、バインダ、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。
(3) Layer that does not contain a positive electrode active material but contains a gas adsorbent (gas adsorbent-containing positive electrode layer)
The gas adsorbent-containing positive electrode layer contains a gas adsorbent. In addition to this, a conductive assistant for enhancing electron conductivity, an electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity, a binder, a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.) and the like can be included.

これらの構成成分については、上記(1)の正極活物質層および(2)のガス吸着剤含有正極活物質層において説明したとおりである。   These constituent components are as described in the positive electrode active material layer (1) and the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer (2).

当該ガス吸着剤含有正極層では、正極活物質を含まないことから、高容量化に寄与し得ない。そのため、当該ガス吸着剤含有正極層は、ガス吸着効果を有効に発現でき、電池内部抵抗を低減できる範囲内で薄膜化するのが望ましい。   Since the gas adsorbent-containing positive electrode layer does not contain a positive electrode active material, it cannot contribute to an increase in capacity. Therefore, it is desirable that the gas adsorbent-containing positive electrode layer be thinned within a range in which the gas adsorption effect can be effectively exhibited and the battery internal resistance can be reduced.

かかる観点から、当該ガス吸着剤含有正極層の膜厚は、1〜15μmである。この範囲内であれば、電池容量の低下を抑えて、電池内で除去することのできなかったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる。また、ガス吸着剤の含有量は、当該ガス吸着剤含有正極層の全量に対し2〜7wt%範囲とするのが望ましい。電池容量、出力特性に優れた電池を構築できるからである。   From this viewpoint, the film thickness of the gas adsorbent-containing positive electrode layer is 1 to 15 μm. Within this range, it is possible to suppress a decrease in battery capacity, adsorb a gas that could not be removed within the battery, and reduce the battery internal resistance. The content of the gas adsorbent is desirably in the range of 2 to 7 wt% with respect to the total amount of the gas adsorbent-containing positive electrode layer. This is because a battery excellent in battery capacity and output characteristics can be constructed.

さらに、上記した(1)〜(3)の各層を適当に組み合わせてなる正極活物質層全体の膜厚は、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)、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層全体の厚さは、1〜500μmである。この範囲であれば本発明のガス吸着剤含有活物質層による機能を有効に発現することができる。   Further, the film thickness of the whole positive electrode active material layer formed by appropriately combining the layers (1) to (3) described above is not particularly limited, and the purpose of use of the battery (emphasis on output, importance on energy, etc.), ion It should be determined in consideration of conductivity. The total thickness of a general positive electrode active material layer is 1 to 500 μm. If it is this range, the function by the gas adsorbent containing active material layer of this invention can be expressed effectively.

また、上記(1)の活物質層の膜厚と、(2)ないし(3)のガス吸着剤含有層の膜厚との比率についても、特に限定するものではない。電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、電池容量の低下を抑えつつ、ガスを吸着して電池内部抵抗を低減し、より高出力且つ高容量なリチウムイオン二次電池を提供することができるように、これらの比率を決定すべきである。   Further, the ratio between the thickness of the active material layer (1) and the thickness of the gas adsorbent-containing layer (2) to (3) is not particularly limited. Taking into account the purpose of use of the battery (output priority, energy priority, etc.) and ion conductivity, while suppressing the decrease in battery capacity, gas is adsorbed to reduce the internal resistance of the battery. These ratios should be determined so that a secondary battery can be provided.

[負極活物質層(負極)]
本発明では、負極活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤含有活物質層が形成されているものである。ただし、正極活物質層側にガス吸着剤含有活物質層が形成されている場合には、必ずしもガス吸着剤含有層は必要ではない。
[Negative electrode active material layer (negative electrode)]
In the present invention, a gas adsorbent-containing active material layer is formed on at least one surface of the negative electrode active material layer. However, when the gas adsorbent-containing active material layer is formed on the positive electrode active material layer side, the gas adsorbent-containing layer is not necessarily required.

ここで、ガス吸着剤含有層とは、上記[正極活物質層(正極)]の項で定義したとおりである。   Here, the gas adsorbent-containing layer is as defined in the above section [Positive electrode active material layer (positive electrode)].

したがって、以下では、(1)ガス吸着剤含有層でない負極活物質層(単に負極活物質層ともいう)、ガス吸着剤含有層の1形態である(2)ガス吸着剤を含んでいる負極活物質層(単にガス吸着剤含有負極活物質層ともいう)、ガス吸着剤含有層の他の1形態である(3)負極活物質を含まず、ガス吸着剤を含んでいる層(単にガス吸着剤含有負極層ともいう)の順に説明する。   Therefore, in the following, (1) a negative electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer (also simply referred to as a negative electrode active material layer) and a form of a gas adsorbent-containing layer (2) a negative electrode active material containing a gas adsorbent A material layer (also simply referred to as a gas adsorbent-containing negative electrode active material layer), which is another form of the gas adsorbent-containing layer (3) a layer containing no gas active material and containing a gas adsorbent (simply gas adsorption) (Also referred to as an agent-containing negative electrode layer).

(1)ガス吸着剤含有層でない負極活物質層(通常の一般的な負正極活物質層)
当該(1)のガス吸着剤含有層でない負極活物質層とは、上記定義による場合には、ガス吸着剤含有層よりも炭素材料が少ない層をいう。また上記定義によらない場合には、ガス吸着剤となり得る活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンシート等の炭素材料および/または炭素材料以外のガス吸着剤を含んでいない層をいう。
(1) Negative electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer (ordinary general negative positive electrode active material layer)
The negative electrode active material layer that is not the gas adsorbent-containing layer (1) refers to a layer that contains less carbon material than the gas adsorbent-containing layer, according to the above definition. Further, when not based on the above definition, it refers to a layer that does not contain a carbon adsorbent that can be a gas adsorbent, such as activated carbon, carbon nanotube, and carbon sheet and / or a gas adsorbent other than the carbon material.

当該(1)のガス吸着剤含有層でない負極活物質層には、負極活物質を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、バインダ、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。負極活物質の種類以外は、基本的に本発明の[正極活物質層(正極)]の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。   The negative electrode active material layer that is not the gas adsorbent-containing layer (1) contains a negative electrode active material. In addition to this, conductive aids to enhance electronic conductivity, binders, electrolyte supporting salts (lithium salts) to enhance ionic conductivity, polymer gels or solid electrolytes (host polymers, electrolytes, etc.), etc. Can be. Except for the type of the negative electrode active material, the contents are basically the same as those described in the section of [Positive electrode active material layer (positive electrode)] of the present invention, and thus the description thereof is omitted here.

上記負極活物質としては、特に制限されるものではなく、従来公知の溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。なかでも炭素材料もしくは遷移金属とリチウムとの複合酸化物(リチウム−遷移金属酸化物)を用いることが好ましい。容量、出力特性に優れた電池を構成できるからである。こうした負極活物質として好適な炭素材料としては、具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファスカーボン、コークスおよびメソフェーズピッチ系炭素繊維、グラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンなどの炭素材料から選ばれてなる少なくとも1種を主材料とする負極活物質を用いることが望ましい。ただし、これらに限られるわけではない。また、リチウム−遷移金属酸化物としては、具体的にはチタンとリチウムとの複合酸化物(リチウム−チタン複合酸化物)などが挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。   The negative electrode active material is not particularly limited, and a negative electrode active material that is also used in a conventionally known solution-type lithium ion battery can be used. Among these, it is preferable to use a carbon material or a composite oxide of lithium and a transition metal (lithium-transition metal oxide). This is because a battery having excellent capacity and output characteristics can be configured. Specifically, the carbon material suitable as the negative electrode active material is selected from carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke and mesophase pitch carbon fiber, graphite, and hard carbon which is amorphous carbon. It is desirable to use a negative electrode active material mainly composed of at least one kind. However, it is not necessarily limited to these. Specific examples of the lithium-transition metal oxide include composite oxides of titanium and lithium (lithium-titanium composite oxide). However, it is not necessarily limited to these.

また、負極活物質の平均粒径は、特に制限されるものではないが、反応性、サイクル耐久性の観点からは、0.01〜20μmの範囲であるのが望ましい。かかる負極活物質粒子(1次粒子及び2次粒子を含む)の粒径は、例えば、SEM観察、TEM観察により測定することができる。   The average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 20 μm from the viewpoint of reactivity and cycle durability. The particle diameter of the negative electrode active material particles (including primary particles and secondary particles) can be measured by, for example, SEM observation or TEM observation.

上記正極活物質粒子の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なるが、概ね球状に形成されるものである。但し、この他にも球状に近い不定形状などに形成される場合もあるなど、特に限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できることから、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   Although the shape of the positive electrode active material particles varies depending on the type, manufacturing method, and the like, the shape is generally spherical. However, it is not particularly limited as it may be formed in an indefinite shape close to a sphere, etc., and any shape can be used without any problem, improving battery characteristics such as charge / discharge characteristics. It is desirable to select the optimum shape to be obtained as appropriate.

(2)ガス吸着剤を含んでいる負極活物質層(ガス吸着剤含有負極活物質層)
当該ガス吸着剤含有負極活物質層には、負極活物質及びガス吸着剤を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩、バインダ、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。
(2) Negative electrode active material layer containing a gas adsorbent (gas adsorbent-containing negative electrode active material layer)
The gas adsorbent-containing negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and a gas adsorbent. In addition to this, a conductive assistant for enhancing electron conductivity, an electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity, a binder, a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.) and the like can be included.

当該ガス吸着剤含有負極活物質層についても、基本的に本発明の[正極活物質層(正極)]の項の「(2)ガス吸着剤含有正極活物質層」で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。   The gas adsorbent-containing negative electrode active material layer is basically the same as the content described in “(2) Gas adsorbent-containing positive electrode active material layer” in the section of “Positive electrode active material layer (positive electrode)” of the present invention. Therefore, the description is omitted here.

(3)負極活物質を含まず、ガス吸着剤を含んでいる層(ガス吸着剤含有負極層)
当該ガス吸着剤含有負極層には、ガス吸着剤を含む。この他にも、電子伝導性を高めるための導電助剤、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩、バインダ、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などが含まれ得る。
(3) Layer that does not contain negative electrode active material and contains gas adsorbent (gas adsorbent-containing negative electrode layer)
The gas adsorbent-containing negative electrode layer contains a gas adsorbent. In addition to this, a conductive assistant for enhancing electron conductivity, an electrolyte supporting salt for enhancing ion conductivity, a binder, a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.) and the like can be included.

当該ガス吸着剤含有負極層についても、基本的に本発明の[正極活物質層(正極)]の項の「(3)ガス吸着剤含有正極層」で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。   The gas adsorbent-containing negative electrode layer is basically the same as the content described in “(3) Gas adsorbent-containing positive electrode layer” in the section of [Positive electrode active material layer (positive electrode)] of the present invention. Then, explanation is omitted.

さらに、上記した(1)〜(3)の各層を適当に組み合わせてなる負極活物質層全体の膜厚についても、本発明の[正極活物質層(正極)]の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。   Furthermore, the film thickness of the whole negative electrode active material layer formed by appropriately combining the above-mentioned layers (1) to (3) is the same as the content described in the section of [Positive electrode active material layer (positive electrode)] of the present invention. Therefore, the description is omitted here.

[電解質層]
本発明では、その使用目的に応じて、(a)電解液(溶液電解質)を含むセパレータからなる電解質層、(b)高分子ゲル電解質を用いた電解質層、(c)高分子固体電解質を用いた電解質層のいずれにも適用し得るものである。好ましくは、上記(b)高分子ゲル電解質を用いた電解質層および/または(c)高分子固体電解質を用いた電解質層を用いるのが更に良い。これは、従来の手法では、電解質層にポリマー電解質又はゲル電解質を用いたバイポーラ(双極)型のリチウムイオン二次電池では発生したガスは移動しにくく電極活物質層/電解質層、電極活物質層/集電体界面でトラップされてしまっていた。本発明のガス吸着剤を含んでいる層を配置することで、こうした初回充電時、長期使用時に発生したガスを、ガス吸着剤を含んでいる層内のガス吸着剤が、効果的に吸着することができるからである。即ち、ポリマー電解質、ゲル電解質では初充放電時に発生したガス、あるいは電池長期使用中に発生したガスが電極活物質層/電解質界面、電極活物質層/集電箔界面でトラップされ従来の電池密封工程では完全に除去できないので本発明はポリマー電解質、ゲル電解質を用いたリチウムイオン二次電池に対し効果がある。その結果、電池内で除去することのできなかったガスを吸着することができ電池内部抵抗を低減させることができる。
[Electrolyte layer]
In the present invention, depending on the purpose of use, (a) an electrolyte layer comprising a separator containing an electrolytic solution (solution electrolyte), (b) an electrolyte layer using a polymer gel electrolyte, and (c) a polymer solid electrolyte are used. It can be applied to any electrolyte layer. Preferably, (b) an electrolyte layer using a polymer gel electrolyte and / or (c) an electrolyte layer using a polymer solid electrolyte is further used. This is because, in the conventional method, the gas generated in a bipolar lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte or a gel electrolyte as the electrolyte layer is difficult to move. Electrode active material layer / electrolyte layer, electrode active material layer / It was trapped at the current collector interface. By arranging the layer containing the gas adsorbent of the present invention, the gas adsorbent in the layer containing the gas adsorbent effectively adsorbs the gas generated during the initial charge and long-term use. Because it can. That is, in the case of polymer electrolytes and gel electrolytes, the gas generated during the initial charge / discharge or the gas generated during long-term use of the battery is trapped at the electrode active material layer / electrolyte interface, electrode active material layer / current collector foil interface, and conventional battery sealing Since the process cannot be completely removed, the present invention is effective for a lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte and a gel electrolyte. As a result, the gas that could not be removed in the battery can be adsorbed, and the battery internal resistance can be reduced.

(a)電解液(溶液電解質)を含むセパレータからなる電解質層
セパレータに含ませることのできる電解液としては、既に説明した[正極活物質層(正極)]の項の高分子ゲル電解質に含まれる電解液(電解質塩および可塑剤)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が、電解液の好適な1例を示せば、電解質として、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBOB、LiCFSOおよびLi(CFSOの少なくとも1種類を用い、溶媒(可塑剤)として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソランおよびγ−ブチルラクトンよりなるエーテル類から少なくとも1種類を用い、前記電解質を前記溶媒に溶解させることにより、電解質の濃度が0.5〜2モル/リットルに調整されているものであるが、本発明はこれらに何ら制限されるべきものではない。
(A) Electrolyte layer comprising a separator containing an electrolytic solution (solution electrolyte) The electrolytic solution that can be contained in the separator is included in the polymer gel electrolyte described in the above section [Positive electrode active material layer (positive electrode)]. it is possible to use the same as the electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) described here is omitted, as a preferable example of the electrolytic solution, as an electrolyte, LiClO 4, LiAsF 6, LiPF 5 , LiBOB, LiCF 3 SO 3 and Li (CF 3 SO 2 ) 2 are used, and as a solvent (plasticizer), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate, methyl Ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran The concentration of the electrolyte is adjusted to 0.5 to 2 mol / liter by dissolving at least one of ethers composed of 1,3-dioxolane and γ-butyllactone and dissolving the electrolyte in the solvent. However, the present invention should not be limited to these.

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る。例えば、上記電解液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)、不織布セパレータなどを用いることができる。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は、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。   The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. For example, a porous separator (for example, a polyolefin-based microporous separator) made of a polymer that absorbs and holds the electrolytic solution, a nonwoven fabric separator, or the like can be used. The polyolefin microporous separator having the property of being chemically stable to an organic solvent has an excellent effect that the reactivity with the electrolyte (electrolytic solution) can be kept low.

上記多孔質セパレータの材質としては、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 porous separator include polyethylene (PE), polypropylene (PP), a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP, and polyimide.

上記不織布セパレータの材質としては、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。   As the material of the nonwoven fabric separator, for example, conventionally known materials such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene and other polyolefins, polyimide, and aramid can be used. Depending on mechanical strength, etc., they are used alone or in combination.

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。   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.

上記セパレータ(不織布セパレータを含む)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、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池自動車などのモータ駆動用電源等の用途においては、5〜200μm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、保持性、抵抗が増大するのを抑制することができる。また、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 (including the nonwoven fabric separator) cannot be unambiguously defined because it varies depending on the application, but in applications such as motor drive power supplies such as hybrid cars, electric cars, and fuel cell cars, 5 It is desirable that it is -200 micrometers. When the thickness of the separator is within such a range, it is possible to suppress increase in retention and resistance. In addition, there is an effect of securing mechanical strength in the thickness direction and ensuring high output performance because it is desirable to prevent a short circuit caused by fine particles entering the separator and to narrow the space between the electrodes for high output. . 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.

上記多孔質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。該セパレータの微細孔の平均径が上記範囲にあることで、異常発熱時など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、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。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 porous separator is 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm). When the average diameter of the fine pores in the separator is within the above range, the "shutdown phenomenon" that the separator melts and closes the fine pores, such as during abnormal heat generation, quickly occurs, and the reliability in abnormal situations increases, resulting in heat resistance. Has the effect of improving. 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.

上記多孔質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 porous separator is desirably 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.

また、上記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。   Moreover, it is preferable that the porosity of the said nonwoven fabric separator is 50 to 90%. If the porosity is less than 50%, the electrolyte retention deteriorates, and if it exceeds 90%, the strength is insufficient.

上記セパレータへの電解液の含浸量は、セパレータの保液能力範囲まで含浸させればよいが、当該保液能力範囲を超えて含浸させてもよい。これは、電解質シール部に樹脂を注入して電解質層からの電解液の染み出しを防止できるため、該電解質層に保液できる範囲であれば含浸可能である。該電解液は、真空注液法などにより注液した後、完全にシールすることができるなど、従来公知の方法でセパレータに電解液を含浸させることができる。該電解液は、積層電池本体を電池外装材に収納し、該電池外装材の外周囲を一部を除いて溶融シールした後、真空注液法などにより注液し、その後、電池外装材を完全にシールするなど、従来公知の方法でセパレータに電解液を含浸させることができる。   The amount of the electrolytic solution impregnated in the separator may be impregnated to the range of the liquid retention capacity of the separator, but may be impregnated beyond the liquid retention capacity range. This can prevent impregnation of the electrolyte from the electrolyte layer by injecting a resin into the electrolyte seal portion, and therefore can be impregnated as long as the electrolyte layer can be retained. The electrolyte can be impregnated in the separator by a conventionally known method, for example, the electrolyte can be completely sealed after being injected by a vacuum injection method or the like. The electrolyte solution is housed in a battery outer packaging material, melt-sealed except for a part of the outer periphery of the battery outer packaging material, and then injected by a vacuum injection method or the like. The separator can be impregnated with the electrolytic solution by a conventionally known method such as complete sealing.

(b)高分子ゲル電解質ないし(c)高分子固体電解質を用いた電解質層
まず、(b)高分子ゲル電解質を用いた電解質層には、高分子ゲル電解質だけで構成される電解質層のほか、高分子ゲル電解質を含むセパレータからなる電解質層が含まれる。同様に、(c)高分子固体電解質を用いた電解質層には、高分子固体電解質だけで構成される電解質層のほか、高分子固体電解質を含むセパレータからなる電解質層が含まれる。
(B) Electrolyte layer using polymer gel electrolyte or (c) polymer solid electrolyte First, (b) an electrolyte layer using a polymer gel electrolyte includes an electrolyte layer composed only of a polymer gel electrolyte. An electrolyte layer made of a separator containing a polymer gel electrolyte is included. Similarly, (c) the electrolyte layer using the polymer solid electrolyte includes an electrolyte layer made of a separator including the polymer solid electrolyte in addition to the electrolyte layer composed of only the polymer solid electrolyte.

高分子ゲル電解質および高分子固体電解質としては、既に説明した[正極活物質層(正極)]の項の高分子ゲル電解質および高分子固体電解質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。また、セパレータとしては、既に説明した[電解質層]の項の「(a)電解液(溶液電解質)を含むセパレータ」で説明したセパレータ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。   As the polymer gel electrolyte and the polymer solid electrolyte, the same polymer gel electrolyte and polymer solid electrolyte as described in the section of [Positive electrode active material layer (positive electrode)] described above can be used. Description is omitted. In addition, as the separator, since the separator similar to the separator described in “(a) Separator containing electrolytic solution (solution electrolyte)” in the section of [Electrolyte layer] already described can be used, the description here is Omitted.

また、セパレータへの高分子ゲル電解質ないし高分子固体電解質の含有量は、セパレータ中へのゲルまたは固体高分子の保持能力の範囲まで含有させればよいが、当該保持能力範囲を超えて含有させてもよい。これは、電極間の短絡(液絡)が問題となるバイポーラ型電極を用いるリチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)であっても、以下に示す絶縁シール層を形成することで、当該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(保液)できる範囲であれば含有(含浸)可能である。該高分子ゲル電解質ないし高分子固体電解質は、これら電解質を含む前駆体溶液をセパレータに塗布含浸させた後、熱ないし紫外線などにより架橋重合させるなど、従来公知の方法でセパレータに高分子ゲル電解質ないし高分子固体電解質を含有保持させることができる(後述する実施例の手順2の「ゲル電解質層の形成」参照のこと。)。   Further, the content of the polymer gel electrolyte or the polymer solid electrolyte in the separator may be contained up to the range of the gel or solid polymer retention capacity in the separator, but the content of the polymer gel electrolyte or solid polymer electrolyte exceeds the retention capacity range. May be. Even if it is a lithium ion secondary battery (bipolar battery) using a bipolar electrode in which a short circuit (liquid junction) between electrodes is a problem, by forming the insulating seal layer shown below, Therefore, the electrolyte layer can be contained (impregnated) as long as it can be retained (retained) in the electrolyte layer. The polymer gel electrolyte or polymer solid electrolyte is prepared by applying and impregnating a precursor solution containing these electrolytes to the separator, followed by cross-linking polymerization with heat or ultraviolet rays. A polymer solid electrolyte can be contained and held (see “Formation of gel electrolyte layer” in Procedure 2 of Examples described later).

なお、上記(a)〜(c)の電解質層は、1つの電池の中で併用してもよい。   The electrolyte layers (a) to (c) may be used in one battery.

また、高分子電解質(高分子ゲル電解質ないし高分子固体電解質)は、電解質層、正極活物質層、負極活物質層に含まれ得るが、同一の高分子電解質を使用してもよく、層によって異なる高分子電解質を用いてもよい。   The polymer electrolyte (polymer gel electrolyte or polymer solid electrolyte) can be included in the electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material layer, but the same polymer electrolyte may be used depending on the layer. Different polymer electrolytes may be used.

ところで、現在好ましく使用される高分子ゲル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、酸化還元電位の高い正極活物質を使用する場合には、負極活物質層の容量が、高分子ゲル電解質層を介して対向する正極活物質層の容量より少ないことが好ましい。負極活物質層の容量が対向する正極活物質層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、正極活物質層および負極活物質層の容量は、正極活物質層および負極活物質層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。ただし、負極活物質層の容量を対向する正極活物質層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。   By the way, a host polymer for a polymer gel 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 a positive electrode active material having a high redox potential is used, the capacity of the negative electrode active material layer is preferably smaller than the capacity of the positive electrode active material layer facing through the polymer gel electrolyte layer. When the capacity of the negative electrode active material layer is smaller than the capacity of the positive electrode active material layer facing, it is possible to prevent the positive electrode potential from being excessively increased at the end of charging. In addition, the capacity | capacitance of a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer can be calculated | required from manufacturing conditions as theoretical capacity | capacitance at the time of manufacturing a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. You may measure the capacity | capacitance of a finished product directly with a measuring device. However, if the capacity of the negative electrode active material layer is smaller than the capacity of the opposing positive electrode active material layer, the negative electrode potential may be lowered too much 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.

電池を構成する電解質層の厚さは、特に限定するものではない。しかしながら、コンパクトな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く、電解質層の厚さは5〜200μmの範囲であることが望ましい。   The thickness of the electrolyte layer constituting the battery is not particularly limited. However, in order to obtain a compact battery, it is preferable to make it as thin as possible within a range in which the function as an electrolyte can be ensured, and the thickness of the electrolyte layer is preferably in the range of 5 to 200 μm.

[絶縁シール層]
絶縁シール層は、主にバイポーラ型電極を用いるリチウムイオン二次電池の場合に用いられる。この絶縁シール層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、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。本発明では、必要に応じて、電極の周囲に絶縁シール層を設けてもよい(後述する実施例の手順3参照)。これは、車両駆動用ないし補助用電源として利用するような場合には、電解液(高分子ゲル電解質中の電解液成分を含む)による短絡(液絡)を完全に防止する必要がある。さらに、電池への振動や衝撃が長期にわたり負荷される。そのため、電池寿命の長期化の観点からは、絶縁シール層を設置することがより長期間の信頼性、安全性を確保する上で望ましく、高品質の大容量電源を提供できる点で望ましいためである。
[Insulating seal layer]
The insulating seal layer is mainly used in the case of a lithium ion secondary battery using a bipolar electrode. This insulating seal layer is formed around each electrode for the purpose of preventing short-circuits caused by contact between adjacent current collectors in the battery or slight unevenness at the end of the laminated electrode. Is. In the present invention, if necessary, an insulating seal layer may be provided around the electrode (refer to Procedure 3 in Examples described later). When this is used as a vehicle driving or auxiliary power source, it is necessary to completely prevent a short circuit (liquid junction) due to the electrolytic solution (including the electrolytic solution component in the polymer gel electrolyte). Furthermore, vibrations and impacts on the battery are loaded for a long time. Therefore, from the viewpoint of prolonging battery life, it is desirable to install an insulating seal layer in order to ensure longer-term reliability and safety, and in terms of providing a high-quality, large-capacity power supply. is there.

該絶縁シール層としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド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 have any insulating property, sealing property against falling off of the solid electrolyte, sealing property against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, etc. For example, epoxy resin, rubber, polyethylene, polypropylene, polyimide and the like can be used, but epoxy resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

[正極および負極端子板]
正極および負極端子板は、必要に応じて使用すればよい。例えば、バイポーラ型リチウムイオン二次電池の場合では、積層(ないし巻回)構造によっては、最外部の集電体から電極端子を直接取り出しても良く、この場合には正極および負極端子板は用いなくとも良い(図4参照のこと)。
[Positive electrode and negative electrode terminal plate]
The positive electrode and the negative electrode terminal plate may be used as necessary. For example, in the case of a bipolar lithium ion secondary battery, depending on the laminated (or wound) structure, the electrode terminal may be directly taken out from the outermost current collector. In this case, the positive electrode and negative electrode terminal plates are used. It is not necessary (see FIG. 4).

正極および負極端子板を用いる場合には、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が、積層されてなる電極、電解質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、端子部での内部抵抗を抑える観点から、正極および負極端子板の厚さは、通常0.1〜2mm程度が望ましいといえる。   When using positive and negative terminal plates, in addition to having a function as a terminal, it is better to be as thin as possible from the viewpoint of thinning, but the laminated electrode, electrolyte and current collector all have mechanical strength. Since it is weak, it is desirable to have strength to sandwich and support these from both sides. Furthermore, it can be said that the thickness of the positive electrode and the negative electrode terminal plate is usually preferably about 0.1 to 2 mm from the viewpoint of suppressing the internal resistance at the terminal portion.

正極および負極端子板の材質は、従来公知のリチウムイオン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 materials for the positive electrode and the negative electrode terminal plate, materials used in a conventionally known lithium ion 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.

正極端子板と負極端子板との材質は、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、これら正極および負極端子板は、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 positive electrode terminal plate and the negative electrode terminal plate may be the same material or different materials. Furthermore, the positive electrode and the negative electrode terminal plate may be a laminate of different materials.

[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しては、バイポーラ型に限らず、バイポーラ型ではない従来公知のリチウムイオン二次電池で用いられるリードと同様のものを用いることができる。なお、電池外装材(電池ケース)から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
Regarding the positive electrode and the negative electrode lead, not only the bipolar type but also the same type as that used in a conventionally known lithium ion secondary battery that is not a bipolar type can be used. In addition, the part taken out from the battery exterior material (battery case) does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices, etc.) by contacting with peripheral devices or wiring and leaking electricity. It is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

[電池外装材(電池ケース)]
バイポーラ型に限らず、リチウムイオン二次電池では、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、電池本体である電池積層体ないし電池巻回体全体を電池外装材ないし電池ケースに収容するのが望ましい。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)の両面をポリプロピレンフィルム等の絶縁体(好ましくは、耐熱性の絶縁体)で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いて、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。この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記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などを用いることが、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。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。こうした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。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、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。
[Battery exterior material (battery case)]
Lithium ion secondary batteries are not limited to bipolar types, but in order to prevent external impacts and environmental degradation during use, the entire battery stack or battery winding body, which is the battery body, is used as a battery exterior material or battery case. It is desirable to accommodate in From the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate in which both surfaces of metals (including alloys) such as aluminum, stainless steel, nickel, and copper are covered with an insulator such as a polypropylene film (preferably a heat-resistant insulator). It is preferable to use a conventionally known battery exterior material such as a film, and a part or all of the peripheral part thereof is bonded by heat fusion so that the battery stack is housed and sealed. In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may be structured to be sandwiched between the heat-sealed portions 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 because heat can be efficiently transmitted from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be quickly heated to the battery operating temperature. 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. In such a laminate film, it is possible to easily and surely join one to one (bag-like) laminate films by heat fusion using a heat fusion insulating film by ultrasonic welding or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are constituent elements of the 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.

次に、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法につき説明する。具体的には、まず、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法の好適な態様の1つである、電解質層に高分子ゲル電解質を含むセパレータを用いてなるバイポーラ型リチウムイオン二次電池の製造方法を例にとり説明する。さらに、該バイポーラ(双極)型電極として、図1(C)で説明したように、正極活物質層及び負極活物質層共に、活物質層/電解質界面と活物質/集電体界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層を設けた構造の電極を用いた例にとり説明するが、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法が下記方法に何ら制限されるべきものでない。   Next, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated. Specifically, first, a bipolar lithium ion secondary battery using a separator including a polymer gel electrolyte in an electrolyte layer, which is one of the preferred embodiments of the method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention. A manufacturing method will be described as an example. Further, as described in FIG. 1C, as the bipolar (bipolar) electrode, gas adsorption is performed on the active material layer / electrolyte interface and the active material / current collector interface in both the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Although an example using an electrode having a structure provided with an active material layer containing an agent will be described, the method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention should not be limited to the following method.

[当該製造方法の概要]
まず、集電体の片面にガス吸着剤含有正極活物質層を設けた正極活物質層を作製し、集電体の正極活物質層が作製された面と他方の面にガス吸着剤含有負極活物質層を設けた負極活物質層を作製することにより、単電池(セル)とする。次に、作製した単電池(セル)を高分子ゲル電解質を含むセパレータからなる電解質層を介して複数積層して電極積層体とする。このとき、正極側の最外層には最外層集電体にガス吸着剤含有正極活物質層を設けた正極活物質層のみが形成された電極が配置され、負極側の最外層には最外層集電体にガス吸着剤含有負極活物質層を設けた負極活物質層のみが形成された電極を配置する。その後、各最外層集電体からタブを取り出し、電池ケースなどに収容することによりバイポーラ電池を作製する。以下、各工程ごとに説明する。
[Outline of the production method]
First, a positive electrode active material layer in which a gas adsorbent-containing positive electrode active material layer is provided on one surface of a current collector is prepared, and a gas adsorbent-containing negative electrode is formed on the surface on which the positive electrode active material layer of the current collector is formed and the other surface. By producing a negative electrode active material layer provided with an active material layer, a single battery (cell) is obtained. Next, a plurality of the produced single cells (cells) are laminated through an electrolyte layer made of a separator containing a polymer gel electrolyte to form an electrode laminate. At this time, an electrode in which only the positive electrode active material layer in which the gas adsorbent-containing positive electrode active material layer is provided on the outermost layer current collector is disposed on the outermost layer on the positive electrode side is disposed, and the outermost layer is disposed on the outermost layer on the negative electrode side. An electrode on which only a negative electrode active material layer in which a gas adsorbent-containing negative electrode active material layer is provided on a current collector is disposed. Thereafter, a tab is taken out from each outermost layer current collector and accommodated in a battery case or the like to produce a bipolar battery. Hereinafter, each step will be described.

[バイポーラ型電極の作製の概要]
集電体の片面に正極活物質層を作製する段階では、ガス吸着剤含有層でない正極活物質層、ガス吸着剤含有正極活物質層に適した各種の正極用組成物を調製する。次に集電体の片面上に、調製した各種の正極用組成物を適正な順序で塗布し、乾燥および重合することにより正極活物質層を作製する。続いて、集電体のもう一方の面に負極活物質層を作製する段階では、ガス吸着剤含有層でない負極活物質層、ガス吸着剤含有負極活物質層に適した各種の負極用組成物を調製する。次に、集電体の他の片面上に、調製した各種の負極用組成物を適正な順序で塗布し、乾燥および重合することにより負極活物質層を作製し、バイポーラ型電極を作製する。
[Outline of fabrication of bipolar electrode]
In the step of producing a positive electrode active material layer on one side of the current collector, various positive electrode compositions suitable for a positive electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer and a gas adsorbent-containing positive electrode active material layer are prepared. Next, the prepared various positive electrode compositions are applied in an appropriate order on one surface of the current collector, and dried and polymerized to prepare a positive electrode active material layer. Subsequently, in the step of preparing a negative electrode active material layer on the other surface of the current collector, various negative electrode compositions suitable for a negative electrode active material layer that is not a gas adsorbent-containing layer and a gas adsorbent-containing negative electrode active material layer To prepare. Next, on the other surface of the current collector, the prepared various negative electrode compositions are applied in an appropriate order, dried and polymerized to produce a negative electrode active material layer, thereby producing a bipolar electrode.

(1)正極用組成物の調製
正極用組成物は、通常、スラリー(正極用スラリー)として得られ、集電体の一方の面に順に塗布される。
(1) Preparation of composition for positive electrode The composition for positive electrode is normally obtained as a slurry (slurry for positive electrodes), and is sequentially applied to one surface of the current collector.

正極用スラリーのうち正極活物質層用組成物(正極活物質層用スラリー)は、正極活物質を含む溶液である。他成分として、導電助剤、バインダ、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩などが任意で含まれる。例えば、正極活物質層用スラリーは、正極活物質を含む溶媒中に、バインダ、導電助剤、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩等を添加し、ホモミキサー等で攪拌することで得られる。   Among the positive electrode slurries, the positive electrode active material layer composition (positive electrode active material layer slurry) is a solution containing a positive electrode active material. As other components, a conductive aid, a binder, a polymerization initiator, a host polymer that is a raw material for the polymer gel electrolyte, a lithium salt, and the like are optionally included. For example, the slurry for the positive electrode active material layer is obtained by adding a binder, a conductive additive, a polymerization initiator, a host polymer that is a raw material for the polymer gel electrolyte, a lithium salt, and the like into a solvent containing the positive electrode active material, It is obtained by stirring with.

同様に、ガス吸着剤含有層用組成物(ガス吸着剤含有層用スラリー)は、ガス吸着剤を含む溶液である。他成分として、正極活物質、導電助剤、バインダ、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩などが任意で含まれる。例えば、ガス吸着剤含有正極活物質層用スラリーでは、正極活物質を含む溶媒中に、ガス吸着剤、バインダ、導電助剤、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩等を添加し、ホモミキサー等で攪拌することで得られる。また、ガス吸着剤含有正極層用スラリーでは、溶媒(分散媒)中に、ガス吸着剤、バインダ、導電助剤、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーおよびリチウム塩等を添加し、ホモミキサー等で攪拌することで得られる。   Similarly, the gas adsorbent-containing layer composition (gas adsorbent-containing layer slurry) is a solution containing a gas adsorbent. As other components, a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, a polymerization initiator, a host polymer that is a raw material for the polymer gel electrolyte, a lithium salt, and the like are optionally included. For example, in a slurry for a gas adsorbent-containing positive electrode active material layer, a gas adsorbent, a binder, a conductive additive, a polymerization initiator, a host polymer that is a raw material for a polymer gel electrolyte, and a lithium salt in a solvent containing the positive electrode active material Etc. are added and stirred with a homomixer or the like. In addition, in the gas adsorbent-containing positive electrode layer slurry, a gas adsorbent, a binder, a conductive additive, a polymerization initiator, a host polymer that is a raw material for the polymer gel electrolyte, a lithium salt, and the like are added to the solvent (dispersion medium). And obtained by stirring with a homomixer or the like.

あるいは、後述する実施例のように、正極活物質層用スラリーを2つに分けてもよい。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む正極活物質層用スラリーと、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーやリチウム塩等を含む高分子電解質用スラリー(高分子電解質の前駆体溶液ないしプレゲル溶液等)とに分けてもよい。   Or you may divide the slurry for positive electrode active material layers into two like the Example mentioned later. For example, a slurry for a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, etc., and a slurry for a polymer electrolyte containing a polymerization initiator, a host polymer or a lithium salt as a raw material for a polymer gel electrolyte (polymer) It may be divided into an electrolyte precursor solution or a pregel solution.

同様に、ガス吸着剤含有層用スラリーも2つに分けてもよい。例えば、ガス吸着剤、導電助剤、バインダ、(ガス吸着剤含有正極活物質層スラリーは、更に正極活物質)等を含むガス吸着剤含有層用スラリーと、重合開始剤、高分子ゲル電解質の原料であるホストポリマーやリチウム塩等を含む高分子電解質用スラリーとに分けてもよい。   Similarly, the gas adsorbent-containing layer slurry may be divided into two. For example, a gas adsorbent-containing layer slurry containing a gas adsorbent, a conductive additive, a binder, (a gas adsorbent-containing positive electrode active material layer slurry is further a positive electrode active material), a polymerization initiator, a polymer gel electrolyte You may divide into the polymer electrolyte slurry containing the host polymer, lithium salt, etc. which are raw materials.

こうした高分子電解質用スラリーは、他の成分からなる正極活物質層用スラリー及び負極活物質層用スラリーを用いて電極活物質層を形成後に、電極活物質層上に塗布、含浸し、熱や紫外線照射等により架橋重合させるなどして当該活物質層内に保持させてもよい。こうすることで、電極活物質層を構成する各層内に高分子電解質を一度にまとめて保持(担持)させることができる点で優れている。即ち、高分子電解質用スラリーでは、熱または紫外線照射などにより架橋重合を行う必要があり、こうした架橋重合工程を電極活物質層を構成する3層を形成する際に個別に行うよりも工数を大幅に低減することができる。したがって、以下には、正極活物質層用スラリー及びガス吸着剤含有層用スラリーと、高分子電解質用スラリーとを分けて製造する例を示すが、本発明がこれらに何ら制限されるものではない。   Such a slurry for polymer electrolyte is formed by applying and impregnating the electrode active material layer on the electrode active material layer after forming the electrode active material layer using the slurry for the positive electrode active material layer and the slurry for the negative electrode active material layer made of other components. You may hold | maintain in the said active material layer by carrying out the crosslinking polymerization by ultraviolet irradiation etc. By doing so, it is excellent in that the polymer electrolyte can be held (supported) at once in each layer constituting the electrode active material layer. That is, in the slurry for polymer electrolyte, it is necessary to carry out cross-linking polymerization by heat or ultraviolet irradiation, etc., and the number of man-hours is significantly larger than when the cross-linking polymerization process is performed individually when forming the three layers constituting the electrode active material layer. Can be reduced. Therefore, in the following, an example in which the slurry for the positive electrode active material layer and the slurry for the gas adsorbent-containing layer and the slurry for the polymer electrolyte are separately manufactured is shown, but the present invention is not limited to these. .

上記正極活物質、ガス吸着剤、導電助剤、バインダ、リチウム塩、高分子ゲル電解質の高分子原料(ホストポリマー)等に関しては、基本的に本発明のリチウムイオン二次電池の構成要件である正極活物質層の項で記載した内容と同様であるため、ここでの説明を省略する。   The positive electrode active material, gas adsorbent, conductive additive, binder, lithium salt, polymer raw material (host polymer) of the polymer gel electrolyte, etc. are basically the constituent requirements of the lithium ion secondary battery of the present invention. Since it is the same as the content described in the section of the positive electrode active material layer, the description here is omitted.

上記正極用スラリーを調製する際に必要に応じて用いられる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、n−ピロリドンなどのスラリー粘度調製用溶媒が挙げられ、上記正極用スラリーの種類に応じて適宜選択して用いる。   Examples of the solvent used as necessary when preparing the positive electrode slurry include solvents for adjusting the slurry viscosity such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and n-pyrrolidone. Depending on the situation, it is selected as appropriate.

正極活物質、リチウム塩、導電助剤の添加量は、得られるリチウムイオン二次電池が所定の関係を満たすように適宜決定すればよい。   What is necessary is just to determine suitably the addition amount of a positive electrode active material, lithium salt, and a conductive support agent so that the obtained lithium ion secondary battery may satisfy | fill a predetermined relationship.

上記重合開始剤は、重合方法(熱重合法、紫外線重合法、放射線重合法、電子線重合法など)や重合させる化合物に応じて適宜選択する必要がある。例えば、紫外線重合開始剤としてベンジルジメチルケタール(BDK)、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(ABIN)などが挙げられるが、これらに制限されるべきものではない。重合開始剤の添加量は、ホストポリマーに含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は上記ホストポリマー(高分子ゲル電解質の高分子原料)に対して0.01〜1質量%程度である。   The polymerization initiator needs to be appropriately selected depending on the polymerization method (thermal polymerization method, ultraviolet polymerization method, radiation polymerization method, electron beam polymerization method, etc.) and the compound to be polymerized. For example, benzyl dimethyl ketal (BDK) is exemplified as the ultraviolet polymerization initiator, and azobisisobutyronitrile (ABIN) is exemplified as the thermal polymerization initiator, but it should not be limited thereto. The addition amount of the polymerization initiator is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the host polymer. Usually, it is about 0.01-1 mass% with respect to the said host polymer (polymer raw material of polymer gel electrolyte).

(2)正極活物質層の作製
調製した各種の正極用スラリーを集電体上に塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去する。
(2) Production of Positive Electrode Active Material Layer After applying the prepared various positive electrode slurries on the current collector, the solvent contained by drying is removed.

具体的には、図1(C)に示す第3形態の正極活物質層13を形成する場合を例にとれば、まず、ガス吸着剤含有層用スラリーを自走型ダイコータ等で集電体12の片面に塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去する。更に必要に応じて、所望の膜厚になるようにプレスを行ってもよい。   Specifically, taking the case where the positive electrode active material layer 13 of the third form shown in FIG. 1C is formed as an example, first, the gas adsorbent-containing layer slurry is collected by a self-propelled die coater or the like. After coating on one side of 12, the solvent contained by drying is removed. Furthermore, you may press as needed so that it may become a desired film thickness.

次に、活物質層13bの上から、正極活物質層用スラリーを自走型ダイコータ等で塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去する。更に必要に応じて、所望の膜厚になるようにプレスを行ってもよい。   Next, the positive electrode active material layer slurry is applied from above the active material layer 13b with a self-propelled die coater or the like, and then dried to remove the contained solvent. Furthermore, you may press as needed so that it may become a desired film thickness.

更に活物質層13aの上から再度ガス吸着剤含有層用スラリーを自走型ダイコータ等で塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去する。更に必要に応じて、所望の膜厚になるようにプレスを行ってもよい。   Furthermore, after apply | coating the slurry for gas adsorbent containing layers again on the active material layer 13a with a self-propelled die coater etc., the solvent contained by drying is removed. Furthermore, you may press as needed so that it may become a desired film thickness.

こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)12は、集電体12上に、ガス吸着剤を含んでいる活物質層13bと、その上にガス吸着剤を含まない活物質層13aと、更にその上にガス吸着剤を含んでいる活物質層13bとが順に積層されてなる3層構造を有するものである。   The thus obtained positive electrode active material layer (in the state not impregnated with the polymer gel electrolyte) 12 includes an active material layer 13b containing a gas adsorbent on the current collector 12, and a gas adsorbent thereon. It has a three-layer structure in which an active material layer 13a that is not present and an active material layer 13b that further includes a gas adsorbent are laminated in this order.

上記した各種の正極用スラリーを集電体上ないし活物質層上に塗布する手法は、コーター、スクリーン印刷法など公知の方法により行えばよいが、好ましくは自走式ダイコータによる塗布または、インクジェット式等による塗布である。   The method of applying the various positive electrode slurries described above on the current collector or the active material layer may be performed by a known method such as a coater or a screen printing method, preferably by a self-propelled die coater or an ink jet type. It is application | coating by etc.

塗布した各種の正極用スラリーを乾燥するには、真空乾燥機など従来公知の装置を用いることができる。乾燥条件は塗布した正極用スラリーに応じて決定すればよい。   In order to dry the applied various positive electrode slurries, a conventionally known device such as a vacuum dryer can be used. The drying conditions may be determined according to the applied positive electrode slurry.

作製した各層は、表面の平滑性および厚さの均一性を向上させるためにプレス操作を行うのがよい。プレス操作は冷間でプレスロールする方法または熱間でプレスロールする方法のいずれの方法でも良い。熱間でプレスロールする方法の場合は、電解質支持塩や重合性ポリマーが分解する温度以下で行うのが望ましい。プレス圧力は線圧で200〜1000kg/cmで行うことが望ましい。   Each of the produced layers is preferably subjected to a pressing operation in order to improve surface smoothness and thickness uniformity. The press operation may be either a cold press roll method or a hot press roll method. In the case of a hot-rolling method, it is desirable to carry out at a temperature below the temperature at which the electrolyte supporting salt and the polymerizable polymer are decomposed. The pressing pressure is desirably a linear pressure of 200 to 1000 kg / cm.

次に、集電体の正極活物質層が作製された面とは反対側の面に負極活物質層を作製するには、正極活物質層と同様にして、各種の負極用組成物を調製した後、集電体上に塗布して乾燥することにより負極活物質層を作製する。   Next, in order to produce the negative electrode active material layer on the surface opposite to the surface on which the positive electrode active material layer of the current collector was produced, various negative electrode compositions were prepared in the same manner as the positive electrode active material layer. After that, the negative electrode active material layer is prepared by coating on a current collector and drying.

(3)負極用組成物の調製
負極用組成物は、通常、スラリー(負極用スラリー)として得られ、集電体(負極集電体を含む)の上に塗布される。
(3) Preparation of composition for negative electrode The composition for negative electrodes is normally obtained as a slurry (slurry for negative electrodes), and is apply | coated on a collector (a negative electrode collector is included).

各種の負極用スラリーに関しては、各種の正極用スラリーにおいて正極を負極としたことを除けば、使用される原料や添加量のほか、各種スラリーの調製方法や高分子電解質用スラリーを他の成分と分ける手法等の説明についても、「(1)正極用組成物の調製」における説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。   With regard to various negative electrode slurries, except for the positive electrode used as the negative electrode in the various positive electrode slurries, in addition to the raw materials used and the amount added, various slurry preparation methods and polymer electrolyte slurries are combined with other components. The description of the dividing method and the like is also the same as the description in “(1) Preparation of positive electrode composition”, and thus the description thereof is omitted here.

(4)負極活物質層の作製
調製した各種の負極用スラリーを集電体に塗布した後、乾燥して含まれる溶媒を除去する。
(4) Preparation of negative electrode active material layer After apply | coating the prepared various slurry for negative electrodes to a collector, the solvent contained by drying is removed.

図1(C)に示す第3形態の例にした具体的な塗布方法、乾燥条件などに関しても、正極を負極としたことを除けば、「(2)正極活物質層の作製」における説明と、基本的に同様であるためここでの説明は省略する。   Regarding the specific coating method and drying conditions shown in the example of the third embodiment shown in FIG. 1 (C), the description in “(2) Preparation of positive electrode active material layer” except that the positive electrode is a negative electrode Since it is basically the same, the description here is omitted.

また、上記「(2)正極活物質層の作製」の項で説明したプレス操作は、例えば、集電体の片面に正極活物質層を形成した後に、正極活物質層全体をまとめて行っても良い。負極活物質についても同様である。更には集電体の片面に正極活物質層を形成し、他面に負極活物質層を形成した後に、正極活物質層および負極活物質層をまとめてプレス操作を行っても良い。プレス操作に要する工数を大幅に低減することができるためである。一方、正極活物質層および負極活物質層を構成する各層ごとに所定の膜厚を確保する観点からは、正極活物質層および負極活物質層を構成する各層ごとに行うのが望ましい。このようにプレス操作の対象や時期については、必要に応じて適宜選択すればよい。また、プレス条件については、正極活物質層または負極活物質層の各層ごとの場合でも、正極活物質層および/または負極活物質層全体をまとめて行う場合であっても、上記「(2)正極活物質層の作製」の項で説明した範囲内において調製することができる。   The press operation described in the section “(2) Preparation of positive electrode active material layer” is performed, for example, by forming the positive electrode active material layer on one side of the current collector and then performing the entire positive electrode active material layer together. Also good. The same applies to the negative electrode active material. Furthermore, after the positive electrode active material layer is formed on one surface of the current collector and the negative electrode active material layer is formed on the other surface, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be pressed together. This is because the man-hours required for the pressing operation can be greatly reduced. On the other hand, from the viewpoint of securing a predetermined film thickness for each layer constituting the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, it is desirable to carry out for each layer constituting the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Thus, what is necessary is just to select suitably the object and time of press operation as needed. Further, regarding the pressing conditions, even if each layer of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer or the case where the positive electrode active material layer and / or the entire negative electrode active material layer are collectively performed, the above “(2) It can be prepared within the range described in the section “Preparation of Positive Electrode Active Material Layer”.

(5)電極積層体(バイポーラ電池本体)の作製
上述の通りに作製した単電池(セル)を所望のサイズに切り出し、セパレータを介して複数積層して積層体を作製した後、これにゲル原料溶液(プレゲル溶液)を含浸させ、重合させ、バイポーラ電池の作製を行う。
(5) Production of electrode laminate (bipolar battery main body) A single battery (cell) produced as described above was cut into a desired size, and a plurality of laminates were produced via separators, and then a gel material was prepared. A bipolar battery is produced by impregnating and polymerizing the solution (pregel solution).

セパレータとしては、上述したような微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレン−コポリマーフィルム、不織布セパレータなど一般的に用いられているものが挙げられる。単電池(セル)の積層数は、バイポーラ電池に求める電池特性を考慮して決定される。   Examples of the separator include those commonly used such as the above-described microporous polyethylene film, microporous polypropylene film, microporous ethylene-propylene-copolymer film, and nonwoven fabric separator. The number of stacked single cells (cells) is determined in consideration of battery characteristics required for bipolar batteries.

また、電極積層体において、正極側の最外層には、最外層集電体上に正極層のみを形成した電極を配置する。負極側の最外層には、最外層集電体上に負極層のみを形成した電極を配置する。また、正極側および負極側に用いられる両最外層集電体は、中間層の集電体よりも厚いものを用いてもよい。   In the electrode laminate, an electrode in which only the positive electrode layer is formed on the outermost current collector is disposed in the outermost layer on the positive electrode side. In the outermost layer on the negative electrode side, an electrode in which only the negative electrode layer is formed on the outermost current collector is disposed. Further, the outermost current collectors used on the positive electrode side and the negative electrode side may be thicker than the current collector on the intermediate layer.

電極積層体に含浸させるゲル原料溶液とは、高分子ゲル電解質の原料高分子(ホストポリマー)、リチウム塩、重合開始剤等を溶媒に溶解させて調製した溶液を意味する。ホストポリマー、リチウム塩などは、バイポーラ電池の正極活物質層において記載した説明を同様であるため、ここではその説明を省略する。   The gel raw material solution impregnated in the electrode laminate means a solution prepared by dissolving a raw material polymer (host polymer) of a polymer gel electrolyte, a lithium salt, a polymerization initiator and the like in a solvent. The host polymer, lithium salt, and the like are the same as those described in the positive electrode active material layer of the bipolar battery, and thus the description thereof is omitted here.

重合開始剤は、重合方法(熱重合法、紫外線重合法、放射線重合法、電子線重合法など)や重合させる化合物に応じて適宜選択する必要がある。例えば、紫外線重合開始剤としてベンジルジメチルケタール、熱重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられるが、これらに制限されるべきものではない。また、溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、n−ピロリドンなどのスラリー粘度調整用溶媒などが挙げられる。重合開始剤の添加量は、ホストポリマーに含まれる架橋性官能基の数に応じて決定される。通常は上記ホストポリマーに対して0.01〜1質量%程度である。   The polymerization initiator needs to be appropriately selected according to the polymerization method (thermal polymerization method, ultraviolet polymerization method, radiation polymerization method, electron beam polymerization method, etc.) and the compound to be polymerized. For example, benzyl dimethyl ketal as an ultraviolet polymerization initiator and azobisisobutyronitrile and the like as a thermal polymerization initiator can be mentioned, but it should not be limited to these. Examples of the solvent include slurry viscosity adjusting solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and n-pyrrolidone. The addition amount of the polymerization initiator is determined according to the number of crosslinkable functional groups contained in the host polymer. Usually, it is about 0.01-1 mass% with respect to the said host polymer.

ゲル原料溶液の含浸は、単電池(セル)をセパレータを介して複数積層した後、作製した電極積層体をゲル溶液に浸漬またはゲル原料溶液を注入することにより行う。ゲル原料溶液は、まだゲル状になっていないため、電極およびセパレータに浸透していく。また、前記含浸には、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 impregnation with the gel raw material solution is carried out by laminating a plurality of single cells (cells) via a separator and then immersing the produced electrode laminate in the gel solution or injecting the gel raw material solution. Since the gel raw material solution is not yet gelled, it penetrates into the electrode and the separator. Further, for impregnation, if an applicator or a coater is used, a very small amount can be supplied.

その後、ゲル原料溶液を含浸させた積層体に含まれるホストポリマーを、熱、紫外線、放射線、電子線等により重合(架橋)する。重合には、簡便かつ確実に重合を行うことができることから、熱重合を行うことが正しい。乾燥ないし熱重合は、真空乾燥機など従来公知の装置を用いることができる。乾燥ないし熱重合の条件はゲル原料溶液などに応じて適宜決定すればよい。得られる電解質層の幅は、単電池(セル)の集電体の電極形成部サイズよりも若干小さくすることが多いが、特に制限されるものではない。   Thereafter, the host polymer contained in the laminate impregnated with the gel raw material solution is polymerized (crosslinked) by heat, ultraviolet rays, radiation, electron beams, or the like. Since the polymerization can be carried out simply and reliably, it is correct to carry out the thermal polymerization. For drying or thermal polymerization, a conventionally known apparatus such as a vacuum dryer can be used. The conditions for drying or thermal polymerization may be appropriately determined according to the gel raw material solution. The width of the obtained electrolyte layer is often slightly smaller than the size of the electrode forming portion of the current collector of the single battery (cell), but is not particularly limited.

なお、電極積層体を作製する際には、電池内部に水分等が混入するのを防止する観点から、アルゴン、窒素などの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。   In addition, when producing an electrode laminated body, it is preferable to carry out in inert atmosphere, such as argon and nitrogen, from a viewpoint of preventing a water | moisture content etc. mixing into the inside of a battery.

本発明において、電解質層は、好ましくはゲル原料溶液やポリマー電解質原料溶液をセパレータに含浸させて重合(架橋)されてなる。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、熱伝導性を確保することができるため、好適に用いられる。しかし、本発明の電解質層は、かような構成に限定されず、セパレータを含まない従来公知の電解質層を用いてもよい。   In the present invention, the electrolyte layer is preferably polymerized (crosslinked) by impregnating a separator with a gel raw material solution or a polymer electrolyte raw material solution. By using the separator, the filling amount of the electrolytic solution can be increased and the thermal conductivity can be secured, so that it is preferably used. However, the electrolyte layer of the present invention is not limited to such a configuration, and a conventionally known electrolyte layer that does not include a separator may be used.

(6)絶縁シール層の形成
絶縁シール層は、例えば、まず、電極積層体の単電池(セル)の周囲を、所定の幅でエポキシ樹脂などに浸漬またはエポキシ樹脂を注入ないし含浸し、その後、エポキシ樹脂を硬化させることにより形成する。事前に、集電体は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のが好ましく、エポキシ樹脂を硬化させた後、マスキング材を剥がせばよい。
(6) Formation of insulating seal layer For example, the insulating seal layer is, for example, first immersed in or impregnated with an epoxy resin with a predetermined width around the unit cell (cell) of the electrode laminate, It is formed by curing an epoxy resin. The current collector is preferably masked with a releasable masking material or the like in advance, and the masking material may be peeled off after the epoxy resin is cured.

あるいは、後述する実施例のように、バイポーラ型電極の少なくとも一方の電極活物質層の周辺部にシール材(絶縁シール層)として、上記エポキシ樹脂等を配置し熱と圧力をかけ集電体と該シール材を融着させてもよい。この場合には、更に電極活物質層中にゲル電解質を含浸保持させた後に、ゲル電解質を含浸保持したバイポーラ型電極とゲルポリマー電解質層とを交互に複数枚積層させ、熱と圧力をかけ、対向する集電体のもう一方の電極活物質層の周辺部と該シール材を融着させて電極積層体(バイポーラ電池本体)を形成してもよい。このように、当該絶縁シール層の形成は、必ずしも電極積層体(バイポーラ電池本体)の作製後である必要はなく、所望の絶縁シール効果を発現させることができるものであれば、最も作業効率のよいときに当該絶縁シール層を形成すればよい。   Alternatively, as in the examples described later, the epoxy resin or the like is disposed as a sealing material (insulating sealing layer) on the periphery of at least one electrode active material layer of the bipolar electrode, and heat and pressure are applied to the current collector. The sealing material may be fused. In this case, after further impregnating and holding the gel electrolyte in the electrode active material layer, a plurality of bipolar electrodes impregnated and held with the gel electrolyte and a plurality of gel polymer electrolyte layers are alternately laminated, and heat and pressure are applied, The electrode laminate (bipolar battery body) may be formed by fusing the sealing material with the peripheral portion of the other electrode active material layer of the opposing current collector. Thus, the formation of the insulating seal layer does not necessarily have to be performed after the electrode laminate (bipolar battery main body) is produced, and the most efficient work can be performed as long as the desired insulating seal effect can be exhibited. The insulating seal layer may be formed when good.

(7)タブの接続
電極積層体の両最外層上にそれぞれ、正極用タブ、負極用タブを接合接続する。正極用タブおよび負極用タブの接合方法としては、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、従来公知の方法を適宜利用することができる。
(7) Connection of tabs The positive electrode tab and the negative electrode tab are joined and connected to both outermost layers of the electrode laminate. As a method for joining the positive electrode tab and the negative electrode tab, ultrasonic welding or the like having a low joining temperature can be suitably used. However, the method is not limited to this, and a conventionally known method is appropriately used. be able to.

(8)パッキング(電池の完成)
最後に、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、バイポーラ電池を完成させる。封止の際には、正極用タブ、負極用タブの一部を電池外部に取り出す。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。
(8) Packing (Battery completion)
Finally, in order to prevent external impact and environmental degradation, the entire electrode laminate is sealed with a battery outer package or battery case to complete a bipolar battery. When sealing, a part of the positive electrode tab and the negative electrode tab are taken out of the 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.

次に、本発明のリチウムイオン二次電池の用途としては、高エネルギー密度、高出力密度が求められる大容量電源に好適に利用することができる。例えば、ガソリンエンジンやディゼルエンジンと本発明の二次電池とのハイブリッド自動車、電気自動車やハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。この場合には、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した組電池とすることが望ましい。   Next, as a use of the lithium ion secondary battery of the present invention, it can be suitably used for a large-capacity power source that requires high energy density and high output density. For example, it can be suitably used as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source of a hybrid vehicle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. of a gasoline engine or a diesel engine and the secondary battery of the present invention. it can. In this case, it is desirable that the assembled battery is constructed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention.

すなわち、本発明では、上記リチウムイオン二次電池を複数個、並列接続または直列接続または並列−直列接続または直列−並列接続の少なくとも一つを用いて組電池(車両用サブモジュール)とすることができる。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電池を設計、生産する必要がなく、基本となる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。以下に、当該組電池(車両用サブモジュール)の代表的な実施形態につき、図面を用いて簡単に説明する。   That is, in the present invention, a plurality of the lithium ion secondary batteries are used as an assembled battery (vehicle submodule) using at least one of a parallel connection, a series connection, a parallel-series connection, or a series-parallel connection. it can. This makes it possible to meet the demands for capacity and voltage for various types of vehicles by combining basic batteries. As a result, it becomes possible to facilitate the design selectivity of required energy and output. For this reason, it is not necessary to design and produce different batteries for various vehicles, and it becomes possible to mass-produce basic batteries and to reduce costs by mass production. Hereinafter, a representative embodiment of the assembled battery (vehicle submodule) will be briefly described with reference to the drawings.

図5に本発明のバイポーラ電池(24V、50mAh)を2直20並に接続した組電池(42V1Ah)の模式図を示す。並列部分のタブは銅のバスバー56、58で接続し、直列部分はタブ48、49同士を振動溶着して接続した。直列部分の端部を端子62、64に接続して、正負の端子を構成している。電池の両側には、バイポーラ電池41の各層の電圧を検知する検知タブ60を取り出し、それらの検知線53を組電池51の前部に取り出している。詳しくは、図5に示す組電池51を形成するには、バイポーラ電池41を5枚並列にバスバー56で接続し、5枚並列にしたバイポーラ電池41をさらに電極タブ同士を接続して2枚直列にし、これらを4層積層して並列にバスバー58で接続して金属製の組電池ケース55に収納する。このように、バイポーラ電池41を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51を提供することができる。該組電池51には、正極端子62、負極端子64が金属製の組電池ケース55の側面前部に形成されており、電池を直並列に接続後、例えば、各バスバー56と各正極端子62、負極端子64とが端子リード59で接続されている。また、該組電池51には、電池電圧(各単電池層、更にはバイポーラ電池の端子間電圧)を監視するために検知タブ端子54が金属製の組電池ケース55の正極端子62及び負極端子64が設けられている側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池41の電圧検知タブ60が全て検知線53を介して検知タブ端子54に接続されている。また、組電池ケース55の底部には、外部弾性体52が取り付けられており、組電池51を複数積層して複合組電池を形成するような場合に、組電池51間距離を保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   FIG. 5 shows a schematic diagram of an assembled battery (42V1Ah) in which the bipolar battery (24V, 50 mAh) of the present invention is connected in two lines and 20 lines. The tabs in the parallel part were connected by copper bus bars 56 and 58, and the serial part was connected by vibration welding the tabs 48 and 49 together. The ends of the series part are connected to the terminals 62 and 64 to constitute positive and negative terminals. On both sides of the battery, detection tabs 60 for detecting the voltage of each layer of the bipolar battery 41 are taken out, and their detection lines 53 are taken out to the front part of the assembled battery 51. Specifically, in order to form the assembled battery 51 shown in FIG. 5, five bipolar batteries 41 are connected in parallel by a bus bar 56, and two bipolar batteries 41 connected in parallel are connected to each other by electrode tabs in series. These are stacked in four layers and connected in parallel by a bus bar 58 and housed in a metal assembled battery case 55. In this way, by connecting an arbitrary number of bipolar batteries 41 in series and parallel, an assembled battery 51 that can handle a desired current, voltage, and capacity can be provided. In the assembled battery 51, a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal 64 are formed at the front side of the metal assembled battery case 55. After connecting the batteries in series and parallel, for example, each bus bar 56 and each positive electrode terminal 62. The negative terminal 64 is connected to the terminal lead 59. Further, the assembled battery 51 has a detection tab terminal 54 for monitoring a battery voltage (a voltage across each single cell layer and further a bipolar battery), and a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal of an assembled battery case 55 made of metal. 64 is installed at the front of the side surface. All the voltage detection tabs 60 of each bipolar battery 41 are connected to the detection tab terminal 54 via the detection line 53. In addition, an external elastic body 52 is attached to the bottom of the assembled battery case 55, and when a plurality of assembled batteries 51 are stacked to form a composite assembled battery, the distance between the assembled batteries 51 is maintained to prevent vibration. , Impact resistance, insulation, heat dissipation, etc. can be improved.

また、この組電池51には、使用用途に応じて、上記検知タブ端子54以外にも各種計測機器や制御機器類を設けてもよい。さらにバイポーラ電池1の電極タブ(48、49)同士や検知タブ60と検知線53とを連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットのようなバスバー56、58を用いて、またはカシメの手法を用いて、連結するようにしてもよい。さらにバスバー56、58と端子リード59等とを連結するためにも、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   In addition to the detection tab terminal 54, the assembled battery 51 may be provided with various measuring devices and control devices depending on the usage. Furthermore, in order to connect the electrode tabs (48, 49) of the bipolar battery 1 or the detection tab 60 and the detection line 53, ultrasonic welding, heat welding, laser welding, electron beam welding, or a rivet is used. You may make it connect using the bus-bars 56 and 58, or using the crimping method. Furthermore, in order to connect the bus bars 56, 58 and the terminal leads 59, etc., ultrasonic welding, heat welding, laser welding, or electron beam welding may be used.

上記外部弾性体52にも、本発明の電池で用いた樹脂群と同様の材料を用いることができるが、これらに制限されるものではない。   The external elastic body 52 may be made of the same material as that of the resin group used in the battery of the present invention, but is not limited thereto.

また、本発明の組電池では、本発明のバイポーラ型のリチウムイオン電池(単に、バイポーラ電池ともいう)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本発明のリチウムイオン二次電池(こうした既存のバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池を、単に一般電池ともいう)と、を並列に接続したものであってもよい。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一般電池(但し、全ての電池が必ずしも本発明の電池でなくともよい)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。   In the assembled battery of the present invention, the bipolar lithium ion battery of the present invention (simply referred to simply as a bipolar battery), the bipolar battery and the positive and negative electrode materials are the same, and the number of constituent units of the bipolar battery is connected in series. Thus, the lithium ion secondary battery of the present invention having the same voltage (the existing non-bipolar lithium ion secondary battery is also simply referred to as a general battery) may be connected in parallel. That is, the battery forming the assembled battery may be a mixture of the bipolar battery of the present invention and a general battery (however, not all batteries are necessarily necessarily the battery of the present invention). 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 general battery to be mixed is determined according to the safety performance and output performance required for the assembled battery.

また、図6にバイポーラ電池A(42V、50mAh)と一般電池B(4.2V、1Ah)10直(42V)を並列に連結した組電池を示す。一般電池Bとバイポーラ電池Aは電圧が等しくなり、その部分で並列接続を形成している。この組電池51’は、出力の分担をバイポーラ電池Aが有し、エネルギーの分担を一般電池Bが有する構造である。これは、出力とエネルギーを両立することが困難な組電池において、非常に有効な手段である。この組電池51’でも、並列部分及び図の横方向に隣り合う一般電池B間を直列接続する部分のタブは銅のバスバー56で接続し、図の縦方向に隣り合う一般電池B間を直列接続する部分はタブ39、40同士を振動溶着して接続した。一般電池Bとバイポーラ電池Aを並列接続している部分の端部を端子62、64に接続して、正負の端子を構成している。バイポーラ電池Aの両側には、バイポーラ電池Aの各層の電圧を検知する検知タブ60を取り出し、それらの検知線(図示せず)を組電池51’の前部に取り出している以外は、図5の組電池51と同様であるので、同じ部材には同じ符号を付した。詳しくは、図6に示す組電池51’を形成するには、一般電池B10枚を端から順番にバスバー56および振動溶着して直列に接続した。さらに、バイポーラ電池Aと直列接続された両端の一般電池Bとをそれぞれバスバー56で並列に接続して金属製の組電池ケース55に収納する。このように、バイポーラ電池Aを任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池51’を提供することができる。該組電池50’にも、正極端子62、負極端子64が金属製の組電池ケース55の側面前部に形成されており、電池A、Bを直並列に接続後、例えば、各バスバー56と各正極端子62、負極端子64とが端子リード59で接続されている。また、該組電池51’には、電池電圧(バイポーラ電池Aの各単電池層、更にはバイポーラ電池A及び一般電池Bの端子間電圧)を監視するために検知タブ端子54が金属製の組電池ケース55の正極端子62及び負極端子64が設けられている側面前部に設置されている。そして、各バイポーラ電池A(更には一般電池B)の検知タブ60が全て検知線(図示せず)を介して検知タブ端子54に接続されている。また、組電池ケース55の低部には、外部弾性体52が取り付けられており、組電池51’を複数積層して複合組電池を形成するような場合に、組電池51’間距離を保ち、防振性、耐衝撃性、絶縁性、放熱性などを向上することができる。   FIG. 6 shows an assembled battery in which a bipolar battery A (42 V, 50 mAh) and a general battery B (4.2 V, 1 Ah) 10 series (42 V) are connected in parallel. The general battery B and the bipolar battery A have the same voltage, and a parallel connection is formed at that portion. The assembled battery 51 ′ has a structure in which the bipolar battery A has an output sharing and the general battery B has an energy sharing. This is a very effective means in an assembled battery in which it is difficult to achieve both output and energy. Also in this assembled battery 51 ', the tabs of the parallel portion and the portion of the general battery B adjacent in the horizontal direction in the figure are connected in series by the copper bus bar 56, and the general batteries B adjacent in the vertical direction of the drawing are connected in series. The parts to be connected were connected by vibration welding the tabs 39 and 40. The ends of the portion where the general battery B and the bipolar battery A are connected in parallel are connected to the terminals 62 and 64 to constitute positive and negative terminals. 5 except that the detection tab 60 for detecting the voltage of each layer of the bipolar battery A is taken out on both sides of the bipolar battery A, and the detection lines (not shown) are taken out at the front part of the assembled battery 51 ′. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals. Specifically, in order to form the assembled battery 51 ′ shown in FIG. 6, 10 general batteries B were sequentially connected from the end by the bus bar 56 and vibration welded and connected in series. Furthermore, the bipolar battery A and the general battery B at both ends connected in series are connected in parallel by the bus bar 56 and accommodated in a metal assembled battery case 55. In this way, by connecting an arbitrary number of bipolar batteries A in series and parallel, an assembled battery 51 ′ that can handle a desired current, voltage, and capacity can be provided. The assembled battery 50 ′ also has a positive electrode terminal 62 and a negative electrode terminal 64 formed on the front side of the metal assembled battery case 55. After connecting the batteries A and B in series and parallel, for example, Each positive terminal 62 and negative terminal 64 are connected by a terminal lead 59. Further, the assembled battery 51 ′ has a detection tab terminal 54 made of a metal to monitor the battery voltage (the individual cell layers of the bipolar battery A, and the voltage between the terminals of the bipolar battery A and the general battery B). The battery case 55 is installed at the front side surface where the positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64 are provided. And all the detection tabs 60 of each bipolar battery A (and also general battery B) are connected to the detection tab terminal 54 via the detection line (not shown). In addition, an external elastic body 52 is attached to the lower part of the assembled battery case 55, and when a composite assembled battery is formed by stacking a plurality of assembled batteries 51 ′, the distance between the assembled batteries 51 ′ is maintained. In addition, vibration resistance, impact resistance, insulation, heat dissipation, and the like can be improved.

また本発明の組電池では、更に上記のバイポーラ電池を直並列接続して第1組電池ユニットを形成するとともに、この第1組電池ユニットの端子間電圧と電圧を同一にするバイポーラ電池以外の二次電池が直並列接続されてなる第2組電池ユニットを形成し、この第1組電池ユニットと第2組電池ユニットを並列接続することによって組電池としても良いなど、特に制限されるものではない。   In the assembled battery of the present invention, the above-mentioned bipolar battery is further connected in series and parallel to form a first assembled battery unit, and the voltage between the terminals of the first assembled battery unit is the same as that of the other two batteries other than the bipolar battery. There is no particular limitation such as forming a second assembled battery unit in which the secondary batteries are connected in series and parallel, and connecting the first assembled battery unit and the second assembled battery unit in parallel. .

なお、組電池の他の構成要件に関しては、何ら制限されるべきものではなく、既存のバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池を用いた組電池の構成要件と同様のものが適宜適用することができるものであり、従来公知の組電池用の構成部材および製造技術が利用できるため、ここでの説明は省略する。   The other constituent requirements of the assembled battery are not limited at all, and the same constituent requirements as the assembled battery using the existing non-bipolar lithium ion secondary battery can be applied as appropriate. However, since the conventionally known constituent members and manufacturing techniques for assembled batteries can be used, the description thereof is omitted here.

次に、上記の組電池(車両用サブモジュール)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(車両用組電池)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、本発明の複合組電池は、組電池(本発明のバイポーラ電池ないしバイポーラ型でない電池だけで構成したもの、本発明のバイポーラ電池とバイポーラ型でない電池とで構成したものなど)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ことを特徴とするものであり、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。   Next, at least two or more of the above-mentioned assembled batteries (vehicle submodules) are combined in series, parallel, or in series and parallel to form a combined battery (vehicle assembled battery). It is possible to meet the demand for output relatively inexpensively without producing a new assembled battery. That is, the composite assembled battery of the present invention comprises at least two or more assembled batteries (such as those composed only of the bipolar battery or non-bipolar battery of the present invention, or composed of the bipolar battery of the present invention and a non-bipolar battery). It is characterized in that it is connected in series, in parallel, or in series and parallel, and the specification of the assembled battery can be tuned by manufacturing a standard assembled battery and combining it into a composite assembled battery. Thereby, since it is not necessary to manufacture many assembled battery types with different specifications, the composite assembled battery cost can be reduced.

複合組電池としては、例えば、図5に記載のバイポーラ電池を用いた組電池(42V、1Ah)6並に接続した複合組電池(42V、6Ah)の模式図が図7である。複合組電池を構成する各組電池は連結版と固定ねじにより一体化し、組電池の間に弾性体を設置して防振構造を形成している。また、組電池のタブは板状のバスバーで連結している。すなわち、図7に示したように、上記の組電池51を6組並列に接続して複合組電池70とするには、各組電池ケース55の蓋体に設けられた組電池51のタブ(正極端子62および負極端子64)を、板状のバスバーである外部正極端子部、外部負極端子部を有する組電池正極端子連結板72、組電池負極端子連結板74を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース55の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板76を固定ネジ77で固定し、各組電池51同士を連結する。また、各組電池51の正極端子62および負極端子64は、それぞれ正極および負極絶縁カバーにより保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。また、組電池51の間、詳しくは組電池ケース55の底部に外部弾性体52を設置して防振構造を形成している。   As a composite assembled battery, for example, FIG. 7 is a schematic diagram of a composite assembled battery (42V, 6Ah) connected in parallel with an assembled battery (42V, 1Ah) 6 using the bipolar battery shown in FIG. Each assembled battery constituting the composite assembled battery is integrated by a connecting plate and a fixing screw, and an anti-vibration structure is formed by installing an elastic body between the assembled batteries. The tabs of the assembled battery are connected by a plate-like bus bar. That is, as shown in FIG. 7, in order to connect the six assembled batteries 51 in parallel to form the composite assembled battery 70, the tabs of the assembled batteries 51 provided on the lid of each assembled battery case 55 ( The positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64) are electrically connected using an external positive electrode terminal portion that is a plate-shaped bus bar, an assembled battery positive electrode terminal connecting plate 72 having an external negative electrode terminal portion, and an assembled battery negative electrode terminal connecting plate 74, respectively. To do. Further, a connecting plate 76 having an opening corresponding to the fixing screw hole is fixed to each screw hole (not shown) provided on both side surfaces of each assembled battery case 55 with a fixing screw 77, and The batteries 51 are connected to each other. Moreover, the positive electrode terminal 62 and the negative electrode terminal 64 of each assembled battery 51 are protected by a positive electrode and a negative electrode insulating cover, respectively, and are identified by color-coding into appropriate colors, for example, red and blue. Further, an anti-vibration structure is formed by installing an external elastic body 52 between the assembled batteries 51, specifically, at the bottom of the assembled battery case 55.

また、上記複合組電池では、これを構成する複数の組電池をそれぞれ脱着可能に接続しておくのが望ましい。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では、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となるためである。   Moreover, in the said composite assembled battery, it is desirable to connect the some assembled battery which comprises this so that attachment or detachment is possible respectively. As described above, in the composite assembled battery in which a plurality of assembled batteries are connected in series and parallel, even if some of the batteries and the assembled battery fail, the repair can be performed only by replacing the failed part.

また、本発明の車両は、上記組電池および/または上記複合組電池を搭載することを特徴とするものである。これにより、軽く小さい電池にすることでスペース要望の大きな車両要望に合致できる。電池のスペースを小さくすることで、車両の軽量化も達成できる。   The vehicle according to the present invention is characterized in that the assembled battery and / or the composite assembled battery is mounted. This makes it possible to meet a large vehicle demand for space by using a light and small battery. By reducing the battery space, the weight of the vehicle can be reduced.

図8に示したように、複合組電池70を、車両(例えば、電気自動車等)に搭載するには、電気自動車80の車体中央部の座席(シート)下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、車両の床下、シートバック裏、後部トランクルームの下部でも良いし、車両前方のエンジンルームでも良い。   As shown in FIG. 8, in order to mount the composite battery pack 70 on a vehicle (for example, an electric vehicle or the like), the composite assembled battery 70 is mounted under a seat (seat) in the center of the vehicle body of the electric vehicle 80. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the battery is mounted is not limited to under the seat, but may be under the floor of the vehicle, behind the seat back, under the rear trunk room, or in the engine room in front of the vehicle.

なお、本発明では、複合組電池だけではなく、使用用途によっては、組電池を車両に搭載するようにしてもよいし、これら複合組電池と組電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の複合組電池または組電池を駆動用電源や補助電源として搭載することのできる車両としては、上記のハイブリッドカー、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が好ましいが、これらに制限されるものではない。また、本発明の組電池および/または複合組電池を、例えば、駆動用電源や補助電源等として搭載することのできる車両としては、ハイブリッドカー、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, not only the composite battery pack but also the battery pack may be mounted on the vehicle depending on the intended use, or the composite battery pack and the battery pack may be mounted in combination. Moreover, as a vehicle in which the composite assembled battery or the assembled battery of the present invention can be mounted as a driving power source or an auxiliary power source, the above hybrid car, electric vehicle, hybrid electric vehicle, fuel cell vehicle, hybrid fuel cell vehicle, etc. Although preferable, it is not limited to these. Further, as a vehicle on which the assembled battery and / or the composite assembled battery of the present invention can be mounted as, for example, a driving power source or an auxiliary power source, a hybrid car, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel Although a battery car etc. are preferable, it is not restricted to these.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の内容を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。以下の実施例および比較例では、特に断らない限りは、下記手順1〜3で作製(形成)したバイポーラ型電極、セパレータを有するゲル電解質層および積層電池を用いるものとし、下記手順1〜3と同様の説明は省略するものとする。   Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples and comparative examples, unless otherwise specified, the bipolar electrode prepared (formed) in the following steps 1 to 3, the gel electrolyte layer having a separator, and the laminated battery are used. The same explanation is omitted.

手順1. バイポーラ(双極)型電極の作製
集電体であるSUS箔(厚さ10μm)の片面に正極スラリーを塗布させ、反対面に負極スラリーを塗布させSUS箔の両面に正極活物質層と負極活物質層が塗布されたバイポーラ型電極を形成させた。
Procedure 1. Production of a bipolar (bipolar) type electrode A positive electrode slurry is applied to one side of a current collector SUS foil (thickness 10 μm), a negative electrode slurry is applied to the opposite side, and a positive electrode active material layer and a negative electrode active material are formed on both sides of the SUS foil. A bipolar electrode coated with the layer was formed.

手順2. ゲル電解質層の形成
セパレータには、ポリプロピレン製の不織布(厚さ50μm)を用いた。
Procedure 2. Formation of Gel Electrolyte Layer A polypropylene non-woven fabric (thickness 50 μm) was used for the separator.

このポリプロピレン製の不織布(厚さ50μm)セパレータに、イオン伝導性高分子マトリックスの前駆体である平均分子量7500〜9000のモノマー溶液(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)5重量%、電解液としてPC+EC(PC:EC=1:1(体積比))95重量%、1.0M LiBETI、重合開始剤(BDK;ホストポリマー(高分子ゲル電解質の高分子原料)であるイオン伝導性高分子マトリックスの前駆体に対して0.01〜1質量%)からなるプレゲル溶液を浸漬させて、石英ガラス基板に挟み込み紫外線を15分照射して前駆体を架橋させて、ゲル電解質を含むセパレータからなるゲルポリマー電解質層を得た。   In this nonwoven fabric made of polypropylene (thickness 50 μm), 5% by weight of a monomer solution (copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide) having an average molecular weight of 7500 to 9000 which is a precursor of an ion conductive polymer matrix, as an electrolyte solution PC + EC (PC: EC = 1: 1 (volume ratio)) 95% by weight, 1.0M LiBETI, polymerization initiator (BDK; host polymer (polymer raw material of polymer gel electrolyte) ion conductive polymer matrix) A gel polymer composed of a separator containing a gel electrolyte by immersing a pregel solution composed of 0.01 to 1% by mass with respect to the precursor, sandwiching it in a quartz glass substrate and irradiating ultraviolet rays for 15 minutes to crosslink the precursor. An electrolyte layer was obtained.

手順3. 積層電池
手順1で作製したバイポーラ型電極の正極活物質層の周辺部にシール材を配置し熱と圧力をかけ集電体とシール材を融着させた後、前記バイポーラ型電極の正負極活物質層上にプレゲル溶液を塗布し、熱架橋させることにより正負極活物質層中にゲル電解質を含浸保持させた。ゲル電解質を含浸保持した前記バイポーラ型電極とゲル電解質を含むセパレータ(ゲルポリマー電解質層)とを交互に3層積層させ、(熱と圧力をかけ、対向する集電体の負極活物質層の周辺部とシール材を融着させ)積層電池を形成した。
Procedure 3. Laminated battery After the sealing material is disposed around the positive electrode active material layer of the bipolar electrode prepared in Step 1 and heat and pressure are applied to fuse the current collector and the sealing material, the positive and negative electrode actives of the bipolar electrode are obtained. A pregel solution was applied on the material layer and thermally crosslinked to impregnate and hold the gel electrolyte in the positive and negative electrode active material layers. Three layers of the bipolar electrode impregnated and held with the gel electrolyte and a separator (gel polymer electrolyte layer) containing the gel electrolyte are alternately laminated, and the periphery of the negative electrode active material layer of the opposing current collector by applying heat and pressure. The laminated battery was formed by fusing the part and the sealing material.

実施例1
手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn(正極活物質)、アセチレンブラック(導電助剤)、PVdF(バインダ)(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、活性炭(ガス吸着剤)、アセチレンブラック、PVdF(重量比82:3:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 1
First, the positive electrode active material layer of the bipolar electrode according to the procedure 1 (without polymer gel electrolyte impregnation) is LiMn 2 O 4 (positive electrode active material), acetylene black (conducting aid), PVdF (binder) (weight) A positive electrode slurry having a mixing ratio of 85: 5: 10) was applied to one side of the current collector by a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry composed of a mixture ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon (gas adsorbent), acetylene black, and PVdF (weight ratio 82: 3: 5: 10) is applied on the self-propelled die coater. It was produced by pressing so as to have a thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is an active material layer containing no gas adsorbent on the current collector and an active material containing the gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

手順1によるバイポーラ型電極の負極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、ハードカーボン(負極活物質)、VGCF(導電助剤)、PVdF(バインダ)(重量比85:5:10)の混合比からなる負極スラリーを前記集電体の反対面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚30μmになるようにプレスを行って作製した。これにより前記バイポーラ型電極を形成した。   The negative electrode active material layer (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) of the bipolar electrode according to Procedure 1 is composed of hard carbon (negative electrode active material), VGCF (conducting aid), PVdF (binder) (weight ratio 85: 5: A negative electrode slurry having a mixing ratio of 10) was applied to the opposite surface of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 30 μm. Thereby, the bipolar electrode was formed.

なお、上記した各成分の混合比からなる正極スラリーおよび負極スラリーは、上記した各成分に更に溶媒としてN−メチルー2−ピロリドン(NMP)を適量加えて撹拌して調製したものを用いた。   In addition, the positive electrode slurry and negative electrode slurry which consisted of the mixing ratio of each above-mentioned component used what added and stirred N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent further to each above-mentioned component.

プレス後のバイポーラ型電極の正極活物質層および負極活物質層の膜厚は共に30μmとした。   The thicknesses of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer of the bipolar electrode after pressing were both set to 30 μm.

前記手順3によるゲル電解質を含浸保持したバイポーラ型電極間に前記手順2によるゲル電解質を含むセパレータ(ゲルポリマー電解質層)を挟み、積層電池形成後、初充放電を行い、放電状態で内部抵抗を測定した。   A separator (gel polymer electrolyte layer) containing the gel electrolyte according to the above procedure 2 is sandwiched between bipolar electrodes impregnated and held with the gel electrolyte according to the above procedure 3, and after the formation of the laminated battery, the initial charge / discharge is performed. It was measured.

実施例2
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn(正極活物質)、アセチレンブラック(導電助剤)、PVdF(バインダ)(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比80:5:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 2
First, the positive electrode active material layer of the bipolar electrode according to the procedure 1 (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) is LiMn 2 O 4 (positive electrode active material), acetylene black (conductive aid), PVdF (binder) ( A positive electrode slurry having a mixing ratio of 85: 5: 10) was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixed ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, and PVdF (weight ratio 80: 5: 5: 10) is applied on the self-propelled die coater so that the film thickness becomes 15 μm. It was produced by pressing. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is an active material layer containing no gas adsorbent on the current collector and an active material containing the gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の積層電池を形成した。   And the laminated battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

実施例3
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比83:2:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 3
The positive electrode active material layer (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) of the bipolar electrode according to the procedure 1 is first composed of a mixing ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black and PVdF (weight ratio 85: 5: 10). The positive electrode slurry was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixture ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, and PVdF (weight ratio 83: 2: 5: 10) is applied by a self-propelled die coater so that the film thickness becomes 15 μm. It was produced by pressing. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is an active material layer containing no gas adsorbent on the current collector and an active material containing the gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

実施例4
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比78:7:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 4
The positive electrode active material layer (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) of the bipolar electrode according to the procedure 1 is first composed of a mixing ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black and PVdF (weight ratio 85: 5: 10). The positive electrode slurry was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixed ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, and PVdF (weight ratio 78: 7: 5: 10) is applied on the self-propelled die coater so as to have a film thickness of 15 μm. It was produced by pressing. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is an active material layer containing no gas adsorbent on the current collector and an active material containing the gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

実施例5
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比84:1:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 5
The positive electrode active material layer (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) of the bipolar electrode according to the procedure 1 is first composed of a mixing ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black and PVdF (weight ratio 85: 5: 10). The positive electrode slurry was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixed ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, and PVdF (weight ratio 84: 1: 5: 10) is applied on the self-propelled die coater so that the film thickness becomes 15 μm. It was produced by pressing. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is an active material layer containing no gas adsorbent on the current collector and an active material containing the gas adsorbent thereon. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

実施例6
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比82:3:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上からLiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含んでいる活物質層と、その上にガス吸着剤を含まない活物質層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Example 6
First, the positive electrode active material layer of the bipolar electrode according to the procedure 1 (with the polymer gel electrolyte not impregnated) is made of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, PVdF (weight ratio 82: 3: 5: 10). A positive electrode slurry having a mixing ratio was applied to one side of the current collector by a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixture ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black, and PVdF (weight ratio 85: 5: 10) is applied from above with a self-propelled die coater, and pressing is performed so that the film thickness becomes 15 μm. Made. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) has an active material layer containing a gas adsorbent on the current collector and an active material containing no gas adsorbent on the active material layer. It has a two-layer structure in which layers are laminated in order.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

実施例7
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比82:3:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚10μmになるようにプレスを行った。次に、その上からLiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚10μmになるようプレスを行った。更にその上からLiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比82:3:5:10)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し、膜厚10μmになるようプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含んでいる活物質層と、その上にガス吸着剤を含まない活物質層と、更にその上にガス吸着剤を含んでいる活物質層とが順に積層されてなる3層構造を有するものである。
Example 7
First, the positive electrode active material layer of the bipolar electrode according to the procedure 1 (with the polymer gel electrolyte not impregnated) is made of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, PVdF (weight ratio 82: 3: 5: 10). A positive electrode slurry having a mixing ratio was applied to one side of the current collector by a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 10 μm. Next, a positive electrode slurry having a mixture ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black, and PVdF (weight ratio 85: 5: 10) was applied from above with a self-propelled die coater, and pressed to a thickness of 10 μm. . Furthermore, a positive electrode slurry comprising a mixed ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, and PVdF (weight ratio 82: 3: 5: 10) is applied by a self-propelled die coater, and a press is applied so that the film thickness becomes 10 μm. Made to go. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) has an active material layer containing a gas adsorbent on the current collector and an active material containing no gas adsorbent on the active material layer. It has a three-layer structure in which a layer and an active material layer containing a gas adsorbent on the layer are sequentially laminated.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

比較例1
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、LiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚30μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層のみが積層されてなる単層(1層)構造を有するものである。
Comparative Example 1
The positive electrode active material layer (non-polymer gel electrolyte impregnated state) of the bipolar electrode according to the procedure 1 is a positive electrode slurry having a mixing ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black and PVdF (weight ratio 85: 5: 10). Was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a thickness of 30 μm. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) has a single layer (one layer) structure in which only an active material layer not containing a gas adsorbent is laminated on a current collector. It is what you have.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

比較例2
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、LiMn、活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比82:3:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚30μmになるようにプレスを行って作製した。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含んでいる活物質層のみが積層されてなる単層(1層)構造を有するものである。
Comparative Example 2
The positive electrode active material layer of the bipolar electrode according to the above procedure 1 (without polymer gel electrolyte impregnation) is a mixture ratio of LiMn 2 O 4 , activated carbon, acetylene black, PVdF (weight ratio 82: 3: 5: 10). A positive electrode slurry made from the above was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a thickness of 30 μm. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) has a single layer (one layer) structure in which only an active material layer containing a gas adsorbent is laminated on a current collector. It is what has.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

比較例3
前記手順1によるバイポーラ型電極の正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、まず、LiMn、アセチレンブラック、PVdF(重量比85:5:10)の混合比からなる正極スラリーを前記集電体の片面に自走型ダイコータで塗布し、膜厚15μmになるようプレスを行った。次に、その上から活性炭を含まない活物質層中の活物質量に対して活性炭の重量比を3.66%になるように活性炭、アセチレンブラック、PVdF(重量比30:50:20)の混合比からなる正極スラリーを自走型ダイコータで塗布し膜厚15μmになるようにプレスを行った。こうして得られた正極活物質層(高分子ゲル電解質未含浸状態のもの)は、集電体上に、ガス吸着剤を含まない活物質層と、その上に正極ガス吸着剤層とが順に積層されてなる2層構造を有するものである。
Comparative Example 3
The positive electrode active material layer (the polymer gel electrolyte non-impregnated state) of the bipolar electrode according to the procedure 1 is first composed of a mixing ratio of LiMn 2 O 4 , acetylene black and PVdF (weight ratio 85: 5: 10). The positive electrode slurry was applied to one side of the current collector with a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. Next, the activated carbon, acetylene black, PVdF (weight ratio 30:50:20) so that the weight ratio of the activated carbon is 3.66% with respect to the amount of active material in the active material layer not containing activated carbon. A positive electrode slurry having a mixing ratio was applied by a self-propelled die coater and pressed to a film thickness of 15 μm. The positive electrode active material layer thus obtained (in the state of no polymer gel electrolyte impregnation) is formed by sequentially laminating an active material layer not containing a gas adsorbent on the current collector and a positive electrode gas adsorbent layer thereon. It has a two-layer structure.

そして、こうして得られた正極活物質層を用いた事以外は、実施例1と同様の電池を形成した。   And the battery similar to Example 1 was formed except having used the positive electrode active material layer obtained in this way.

[電池の評価]
実施例1〜7、比較例1〜3のそれぞれの電池で充放電試験を行った。実験は0.5Cの電流で3層積層電池の総電圧を12.6Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧充電(CV)し、あわせて3時間充電した後、0.5Cの電流で総電圧7.5Vまで放電を行った。
[Battery evaluation]
A charge / discharge test was performed on each of the batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3. In the experiment, the constant voltage (CC) of the total voltage of the three-layer laminated battery was 12.6V at a current of 0.5C, and then the constant voltage charge (CV) was performed. The battery was discharged to a total voltage of 7.5V.

初回充放電後、放電状態での電池内部抵抗を測定した。測定結果から、「抵抗値/比較例1抵抗値」として、比較例1の抵抗値を基準とした各実施例1〜7及び比較例1〜3の抵抗値の比率(割合)を表1に示す。また表1には、「容量値/比較例1容量値」として、比較例1の初回充放電時の放電容量値を基準とした各実施例1〜7及び比較例1〜3の初回充放電時の放電容量値の比率(割合)を示す。更に表1には、「比較例1に対する相対出力」として、比較例1の初回充放電時の出力値を基準とした各実施例1〜7及び比較例1〜3の初回充放電時の出力値の比率(割合)を示す。   After the first charge / discharge, the battery internal resistance in the discharged state was measured. From the measurement results, the ratio (ratio) of the resistance values of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 based on the resistance value of Comparative Example 1 as “resistance value / comparative example 1 resistance value” is shown in Table 1. Show. Table 1 also shows, as “capacity value / capacitance value of comparative example 1”, initial charge / discharge of each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 based on the discharge capacity value at the time of initial charge / discharge of Comparative Example 1. The ratio (ratio) of the discharge capacity value at the time is shown. Further, in Table 1, as "relative output with respect to comparative example 1," the outputs at the time of initial charge / discharge of each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 based on the output value at the time of initial charge / discharge of comparative example 1 Indicates the value ratio.

その後、実施例1〜3、6、7、比較例1〜3では1Cの電流で充放電を100サイクル行い、放電状態での積層電池の膨らみを目視で確認した。結果を表1に示す。表1では、100サイクル後に電池の膨らみが確認されたものには「×」(不良)とし、100サイクル後に電池の膨らみが確認されなかったものには「○」(良好)とした。   Then, in Examples 1-3, 6, 7, and Comparative Examples 1-3, 100 cycles of charging / discharging was performed with the electric current of 1C, and the swelling of the laminated battery in the discharge state was confirmed visually. The results are shown in Table 1. In Table 1, “X” (defective) was indicated for the battery that was confirmed to be swollen after 100 cycles, and “◯” (good) was indicated for the battery that was not confirmed to be swollen after 100 cycles.

Figure 2007026725
Figure 2007026725

上記表1に示すように、実施例1、比較例1を比較すると活物質層/電解質層界面にガス吸着剤である活性炭を含む活物質層を設けることで電池内部抵抗が低下し、初回充電時に発生したガスが活性炭内に吸着されることが確認された。   As shown in Table 1 above, when Example 1 and Comparative Example 1 are compared, by providing an active material layer containing activated carbon as a gas adsorbent at the active material layer / electrolyte layer interface, the internal resistance of the battery decreases, and the initial charge It was confirmed that the gas sometimes generated was adsorbed in the activated carbon.

実施例1、比較例2を比較すると抵抗値はほとんど同じであったが、電池容量は比較例2では活物質層全体に吸着剤を添加するので実施例1に比べ低い値を示したことから、ガス吸着剤は活物質層全体に添加するのではなく活物質層/電解質層界面に配置することで高出力、高容量な電池を設計できることが確認された。   When Example 1 and Comparative Example 2 were compared, the resistance values were almost the same. However, in Comparative Example 2, the adsorbent was added to the entire active material layer, so the value was lower than that of Example 1. It was confirmed that a high-power, high-capacity battery can be designed by adding the gas adsorbent to the active material layer / electrolyte layer interface instead of adding it to the entire active material layer.

実施例1、比較例3を比較すると抵抗値はほとんど同じであった。しかし、比較例3では吸着剤を含む層に活物質層を設けないために比較例1に比べ、電池容量が50%程度減少することがわかり、ガス吸着剤を設ける層は活物質も含むことで高出力、高容量な電池を設計できることが確認された。   When Example 1 and Comparative Example 3 were compared, the resistance values were almost the same. However, in Comparative Example 3, the active material layer is not provided in the layer containing the adsorbent, so it can be seen that the battery capacity is reduced by about 50% compared to Comparative Example 1, and the layer provided with the gas adsorbent also contains the active material. It was confirmed that a battery with high output and high capacity could be designed.

実施例1〜5を比較すると実施例2が最も抵抗値の減少が大きくなることが確認された。実施例4では吸着剤の添加量を実施例2より増大させたにもかかわらず、抵抗値は実施例2とほとんど同じであった。また、電池容量は、実施例4が最も低い値を示した。一方、実施例5では抵抗値が比較例1とほとんど同じであったことから、吸着剤を含む活物質層内では活物質量に対し活性炭が2〜7wt%の添加量で活物質層/電解質層界面でのガス吸着が可能となり高出力、高容量に優れた電池を設計することが確認された。   When Examples 1 to 5 were compared, it was confirmed that Example 2 had the largest decrease in resistance value. In Example 4, although the amount of adsorbent added was increased from that in Example 2, the resistance value was almost the same as in Example 2. The battery capacity of Example 4 was the lowest value. On the other hand, since the resistance value in Example 5 was almost the same as that in Comparative Example 1, the active material layer / electrolyte was added in an amount of 2 to 7 wt% of activated carbon with respect to the amount of active material in the active material layer containing the adsorbent. It was confirmed that the battery can be adsorbed at the layer interface and a battery with high output and high capacity was designed.

実施例1、6を比較すると抵抗値、電池容量とも大きな差は見られなかったことよりガス吸着剤は活物質層/電解質層界面、活物質層/集電体界面のどちらに配置しても効果があることが分かった。   A comparison between Examples 1 and 6 shows that there was no significant difference in resistance value or battery capacity, so that the gas adsorbent was placed at either the active material layer / electrolyte layer interface or the active material layer / current collector interface. I found it effective.

実施例1、6、7を比較すると実施例7の内部抵抗値が最も小さいことがわかった。このことから活物質層/電解質界面および活物質層/集電体界面の双方に吸着剤を含む層を設けることでそれぞれの界面に溜まったガスを吸着することが可能となり高出力、高容量な電池を設計できることが確認された。   When Examples 1, 6, and 7 were compared, it was found that the internal resistance value of Example 7 was the smallest. For this reason, by providing a layer containing an adsorbent on both the active material layer / electrolyte interface and the active material layer / current collector interface, it becomes possible to adsorb the gas accumulated at each interface, resulting in high output and high capacity. It was confirmed that the battery could be designed.

実施例7、比較例2を比較すると電極活物質層全体に吸着剤を設けるより、活物質層/電解質層、活物質層/集電体界面に吸着剤を含む層を設けることでそれぞれの界面に溜まったガスを吸着することが可能となり高出力、高容量な電池を設計することが確認された。   When Example 7 and Comparative Example 2 are compared, an adsorbent is provided on the entire electrode active material layer, and an active material layer / electrolyte layer and an active material layer / current collector interface are provided with a layer containing an adsorbent to each interface. It was confirmed that it was possible to adsorb the gas accumulated in the battery and to design a battery with high output and high capacity.

実施例1〜3、6、7、比較例1〜3の充放電100サイクル後の電池膨らみを確認した結果、比較例1では電池の膨らみが確認されたがそれ以外では、電池膨らみが確認されなかった。このことから、ガス吸着剤を活物質内に設けることで、初回充放電時だけでなく電池長期使用時に発生したガスも吸着することが可能で、特に活物質層/電解質、活物質層/集電体界面に吸着剤を設けることで、高出力、高容量な電池を設計することが確認された。   As a result of confirming battery swelling after 100 cycles of charge and discharge in Examples 1 to 3, 6, 7 and Comparative Examples 1 to 3, battery swelling was confirmed in Comparative Example 1, but battery swelling was confirmed in other cases. There wasn't. Therefore, by providing a gas adsorbent in the active material, it is possible to adsorb not only the gas generated during the initial charge / discharge but also the long-term use of the battery, and in particular, the active material layer / electrolyte, the active material layer / collection. It was confirmed that a battery with a high output and a high capacity can be designed by providing an adsorbent at the electrical interface.

図1(A)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/電解質層界面に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。図1(B)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/集電体界面に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。図1(C)は、ガス吸着剤含有活物質層を、活物質層/電解質層界面および活物質層/集電体界面の両方に設けた場合の単電池構造を模式的に表した概略断面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when a gas adsorbent-containing active material layer is provided at the active material layer / electrolyte layer interface. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when a gas adsorbent-containing active material layer is provided at the active material layer / current collector interface. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view schematically showing a unit cell structure when the gas adsorbent-containing active material layer is provided at both the active material layer / electrolyte layer interface and the active material layer / current collector interface. FIG. 図2は、図1(A)の単電池構造を3層分積層してなるバイポーラ型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の電極積層体(バイポーラ電池本体)を模式的に表した概略断面図である。FIG. 2 schematically shows an electrode laminate (bipolar battery main body) of a bipolar flat type (laminated type) lithium ion secondary battery obtained by laminating three cell structures of FIG. 1A. FIG. バイポーラ型でない電極を用いた扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の断面概略図を示す。1 is a schematic cross-sectional view of a flat (stacked) lithium ion secondary battery using a non-bipolar electrode. バイポーラ型電極を用いた扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a flat (stacked) lithium ion secondary battery using bipolar electrodes. 本発明のバイポーラ電池を2直20並に接続した組電池の一例を示す模式図である。図5(a)は組電池の平面図であり、図5(b)は組電池の正面図であり、図5(c)は組電池の右側面図であって、これら図5(a)〜(c)では、いずれもバイポーラ電池を直列と並列の混合に接続した様子がわかるように外部ケースを透過して組電池内部を表わしたものである。It is a schematic diagram which shows an example of the assembled battery which connected the bipolar battery of this invention in 2 series 20 parallel. 5 (a) is a plan view of the assembled battery, FIG. 5 (b) is a front view of the assembled battery, and FIG. 5 (c) is a right side view of the assembled battery. In (c), all show the inside of the assembled battery through the outer case so that it can be seen that the bipolar batteries are connected in series and in parallel. 本発明のバイポーラ電池Aと本発明のバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池B10直を並列に連結した組電池の一例を示す図である。図6(a)は組電池の平面図であり、図6(b)は組電池の正面図であり、図6(c)は組電池の右側面図であって、これら図6(a)〜(c)では、いずれもバイポーラ電池Aおよびバイポーラ型でないリチウムイオン二次電池Bを直列と並列の混合に接続した様子がわかるように外部ケースを透過して組電池内部を表わしたものである。It is a figure which shows an example of the assembled battery which connected in parallel the bipolar battery A of this invention and the lithium ion secondary battery B10 which is not the bipolar type of this invention. FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. 6C is a right side view of the assembled battery. In (c), the inside of the assembled battery is shown through the outer case so that it can be seen that the bipolar battery A and the non-bipolar lithium ion secondary battery B are connected in series and parallel mixing. . 本発明の複合組電池の一例を示す図である。図7(a)は複合組電池の平面図であり、図7(b)は複合組電池の正面図であり、図7(c)は複合組電池の右側面図である。It is a figure which shows an example of the composite assembled battery of this invention. FIG. 7A is a plan view of the composite assembled battery, FIG. 7B is a front view of the composite assembled battery, and FIG. 7C is a right side view of the composite assembled battery. 複合組電池を搭載した状態の電気自動車を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric vehicle of the state which mounts a composite assembled battery. 粒子の粒径を測定する際に用いる絶対最大長を説明した解説図である。It is explanatory drawing explaining the absolute maximum length used when measuring the particle size of particle | grains.

符号の説明Explanation of symbols

11 単電池層、
12 集電体、
13 正極活物質層、
13a ガス吸着剤を含まない正極活物質層、
13b 正極側のガス吸着剤含有活物質層、
15 負極活物質層、
15a ガス吸着剤を含まない負極活物質層、
15b 負極側のガス吸着剤含有活物質層、
31 単極型のリチウムイオン二次電池、
32 電池外装材、
33 正極集電体、
34 正極活物質層、
35 電解質層、
36 負極集電体、
37 負極活物質層、
38 発電要素、
39 正極(端子)リード、
40 負極(端子)リード、
41 バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)、
42 集電体、
43 正極活物質層、
44 負極活物質層、
45 バイポーラ型電極、
45a 電極積層体の最上層の電極、
45b 電極積層体の最下層の電極、
46 電解質層、
47 電極積層体(バイポーラ電池本体)、
48 正極リード、
49 負極リード、
50 電池外装材(外装パッケージ)、
51、51’ 組電池、
52 外部弾性体、
53 検知線、
54 検知タブ端子、
55 組電池ケース、
56、58 バスバー、
59 端子リード、
62 正極端子、
64 負極端子、
70 複合組電池、
72 複合組電池正極端子連結板、
74 複合組電池負極端子連結板、
76 連結板、
77 固定ネジ、
80 電気自動車、
91 粒子(不定形粒子を含む)
L 最大の長さ。
11 cell layer,
12 Current collector,
13 positive electrode active material layer,
13a positive electrode active material layer not containing a gas adsorbent,
13b Gas adsorbent-containing active material layer on the positive electrode side,
15 negative electrode active material layer,
15a negative electrode active material layer not containing a gas adsorbent,
15b Gas adsorbent-containing active material layer on the negative electrode side,
31 Monopolar lithium ion secondary battery,
32 Battery exterior material,
33 positive electrode current collector,
34 positive electrode active material layer,
35 electrolyte layer,
36 negative electrode current collector,
37 negative electrode active material layer,
38 Power generation elements,
39 Positive electrode (terminal) lead,
40 Negative electrode (terminal) lead,
41 Bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery),
42 current collector,
43 positive electrode active material layer,
44 negative electrode active material layer,
45 Bipolar electrode,
45a, the uppermost electrode of the electrode stack,
45b, the bottom electrode of the electrode stack,
46 electrolyte layer,
47 electrode laminate (bipolar battery body),
48 positive lead,
49 Negative lead,
50 Battery exterior material (exterior package),
51, 51 'battery pack,
52 external elastic body,
53 detection lines,
54 detection tab terminal,
55 battery pack case,
56, 58 Busbar,
59 Terminal lead,
62 positive terminal,
64 negative terminal,
70 composite battery pack,
72 composite battery positive electrode terminal connecting plate,
74 composite battery negative electrode terminal plate,
76 connecting plate,
77 fixing screws,
80 electric car,
91 particles (including irregular particles)
L Maximum length.

Claims (9)

一方の集電体に正極活物質層が設けられ、もう一方の集電体に負極活物質層が設けられた電極が電解質層を介した構造のリチウムイオン二次電池において、
前記活物質層の少なくとも一方の面にガス吸着剤を含んでいる活物質層を形成したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
In a lithium ion secondary battery having a structure in which a positive electrode active material layer is provided on one current collector and an electrode in which a negative electrode active material layer is provided on the other current collector through an electrolyte layer,
An active material layer containing a gas adsorbent is formed on at least one surface of the active material layer.
前記電解質層が、ポリマー電解質および/またはゲル電解質を用いてなることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte layer is made of a polymer electrolyte and / or a gel electrolyte. 前記電極において、少なくとも片方の活物質層は、前記ガス吸着剤を含まない活物質層と、活物質層/電解質層界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層と、を設けた構造を特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   In the electrode, at least one of the active material layers has a structure in which an active material layer not containing the gas adsorbent and an active material layer containing a gas adsorbent at the active material layer / electrolyte layer interface are provided. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2. 前記電極において、少なくとも片方の活物質層は、前記ガス吸着剤を含まない活物質層と、活物質層/集電体界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層と、を設けた構造を特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   In the electrode, at least one active material layer has a structure in which an active material layer not containing the gas adsorbent and an active material layer containing a gas adsorbent at the active material layer / current collector interface are provided. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記電極において、少なくとも片方の活物質層は、前記ガス吸着剤を含まない活物質層と、活物質層/電解質層界面にガス吸着剤を含んでいる活物質層と、活物質層/集電体界面に吸着剤を含んでいる活物質層と、を設けた構造を特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   In the electrode, at least one of the active material layers includes an active material layer not containing the gas adsorbent, an active material layer containing a gas adsorbent at the active material layer / electrolyte layer interface, and an active material layer / current collector. 3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, further comprising: an active material layer containing an adsorbent at a body interface. 4. 前記ガス吸着剤を含んでいる活物質層が、少なくとも隣接する活物質層に比べて炭素材料が多い層である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イオン二次電池。   6. The lithium ion secondary material according to claim 1, wherein the active material layer containing the gas adsorbent is a layer containing more carbon material than at least adjacent active material layers. Next battery. 前記ガス吸着剤が、活性炭、カーボンナノチューブ及びカーボンシートよりなる群から選ばれてなる少なくとも1種の炭素材料であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary material according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas adsorbent is at least one carbon material selected from the group consisting of activated carbon, carbon nanotubes, and carbon sheets. Next battery. 前記ガス吸着剤は、前記ガス吸着剤を含んでいる活物質層の全量に対し7wt%以下の含有量を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary material according to any one of claims 1 to 7, wherein the gas adsorbent has a content of 7 wt% or less with respect to a total amount of the active material layer containing the gas adsorbent. Next battery. 前記正極活物質にはリチウム−遷移金属酸化物が含まれ、
前記負極活物質には炭素材料もしくはリチウム−遷移金属化合物を用いていることを特徴とする項1〜8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode active material includes a lithium-transition metal oxide,
Item 9. The lithium ion secondary battery according to any one of Items 1 to 8, wherein a carbon material or a lithium-transition metal compound is used for the negative electrode active material.
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