JP2007087758A - Electrode for battery - Google Patents

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泰成 久光
Yasuhiko Osawa
康彦 大澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means suppressing increase in internal resistance of a battery in charge/discharge in a high output condition and capable of taking out sufficient current in a lithium ion secondary battery. <P>SOLUTION: An electrode for a battery is formed by carrying an electrode material containing an active material in pores of a plate-like foamed metallic carrier, and the average particle size of the active material is 5 μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池用電極に関する。特に本発明は、電池の出力特性を向上させるための改良に関する。   The present invention relates to a battery electrode. In particular, the present invention relates to an improvement for improving the output characteristics of a battery.

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

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

上述したような自動車等のモータ駆動用電源として用いられるリチウムイオン二次電池には、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性を有することが求められており、かような要求に応えるべく鋭意研究開発が進められているのが現状である。   The lithium ion secondary battery used as a motor drive power source for automobiles as described above has extremely high output characteristics as compared with consumer lithium ion secondary batteries used in mobile phones, laptop computers, etc. The current situation is that research and development is underway to meet such demands.

ここで、自動車への搭載を念頭にリチウムイオン二次電池の出力特性を向上させるための技術として、例えば、Li−Mn−Ni複合酸化物を含有するリチウム二次電池用正極活物質であって、Li−Mn−Ni複合酸化物の1次粒子の平均直径が2.0μm以下であり、かつ、BET比表面積が0.4m/g以上であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質が開示されている(特許文献1を参照)。
特開2003−68299号公報
Here, as a technique for improving the output characteristics of a lithium ion secondary battery in consideration of mounting in an automobile, for example, a positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a Li—Mn—Ni composite oxide, A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein an average diameter of primary particles of Li—Mn—Ni composite oxide is 2.0 μm or less and a BET specific surface area is 0.4 m 2 / g or more. An active material is disclosed (see Patent Document 1).
JP 2003-68299 A

上記特許文献1に記載の技術によれば、放電容量特性およびサイクル耐久性に優れるリチウムイオン二次電池が提供されうる。これは、正極活物質であるLi−Mn−Ni複合酸化物の平均直径および比表面積が上記の値に制御されると、電解液と接触可能な正極活物質の表面積が増大する結果、充放電反応が充分に進行しうるためであると考えられる。   According to the technique described in Patent Document 1, a lithium ion secondary battery having excellent discharge capacity characteristics and cycle durability can be provided. This is because, when the average diameter and specific surface area of the Li—Mn—Ni composite oxide, which is the positive electrode active material, are controlled to the above values, the surface area of the positive electrode active material that can come into contact with the electrolytic solution increases. This is probably because the reaction can proceed sufficiently.

このように、電極の活物質層に含まれる活物質の粒子径をより減少させることは、電池の高出力化の観点からは好ましい。しかしながら、活物質の粒子径を減少させすぎると、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗が増大し、必要な電流が充分に取り出せなくなってしまうという問題があった。   Thus, it is preferable from the viewpoint of increasing the output of the battery to further reduce the particle size of the active material contained in the active material layer of the electrode. However, if the particle size of the active material is reduced too much, there is a problem in that the internal resistance of the battery during charging / discharging under high output conditions increases, and the necessary current cannot be taken out sufficiently.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池において、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大を抑制し、充分な電流を取り出しうる手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a means capable of suppressing an increase in internal resistance of a lithium ion secondary battery during charging / discharging under a high output condition and taking out a sufficient current.

本発明者らは、上記の課題に鑑み、高出力条件下での内部抵抗増大の原因を鋭意探索した。その結果、かような内部抵抗の増大は、活物質の粒子径の減少に伴って導電ネットワークが充分に形成されなくなることによるものであることを見出した。この知見に基づき、本発明者らは、活物質どうしの導電ネットワークを充分に形成すべく、活物質や導電助剤の含有量を増加させたり、電極をプレスして活物質層の密度を向上させることを試みた。しかしながら、かような手法では、導電ネットワークは充分に確保されるものの、やはり電池の内部抵抗が増大するという問題が生じた。本発明者らは、かような空隙率の低下に伴う内部抵抗の原因をも鋭意探索した。その結果、かような内部抵抗の増大は、電極層内において、イオンが拡散すべきチャネルが狭すぎるため、電解質層から最も遠い集電体近傍の活物質へのイオンの供給が充分になされないために起こる拡散抵抗の増大に起因することを見出した。   In view of the above problems, the present inventors have eagerly searched for the cause of the increase in internal resistance under high output conditions. As a result, it has been found that such an increase in internal resistance is due to the insufficient formation of a conductive network as the particle size of the active material decreases. Based on this knowledge, the present inventors have increased the content of the active material and conductive auxiliary agent, and increased the density of the active material layer by pressing the electrode in order to sufficiently form a conductive network between the active materials. I tried to make it. However, such a method has a problem that the internal resistance of the battery is increased although the conductive network is sufficiently secured. The present inventors have also eagerly searched for the cause of internal resistance accompanying such a decrease in porosity. As a result, such an increase in internal resistance does not sufficiently supply ions to the active material in the vicinity of the current collector that is farthest from the electrolyte layer because the channel in which ions should diffuse is too narrow in the electrode layer. It was found that this is caused by an increase in diffusion resistance.

これらの知見に基づき、本発明者らは、電池用電極として、集電体−活物質層の積層体を用いて活物質層での導電ネットワークは導電助剤により確保するというコンセプトから離れ、イオンチャネルを充分に確保できるような新規な構成を有する電池用電極を想到するに至った。   Based on these findings, the present inventors have moved away from the concept of using a current collector-active material layer laminate as a battery electrode to secure a conductive network in the active material layer with a conductive auxiliary agent, The inventors have arrived at a battery electrode having a novel configuration capable of sufficiently securing a channel.

すなわち、本発明は、板状の発泡金属担体の空隙部に活物質を含む電極材料が担持されてなり、前記活物質の平均粒子径が5μm以下である、電池用電極である。   That is, the present invention is a battery electrode in which an electrode material containing an active material is supported in a void portion of a plate-like foamed metal carrier, and the average particle diameter of the active material is 5 μm or less.

本発明によれば、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる電池が提供されうる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the increase in the internal resistance of the battery at the time of charging / discharging on high output conditions is suppressed, and the battery which can take out sufficient electric current can be provided.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(第1実施形態)
(構成)
本発明の第1は、板状の発泡金属担体の空隙部に活物質を含む電極材料が担持されてなり、前記活物質の平均粒子径が5μm以下である、電池用電極である。
(First embodiment)
(Constitution)
A first aspect of the present invention is a battery electrode in which an electrode material containing an active material is supported in a void portion of a plate-like foamed metal carrier, and the average particle diameter of the active material is 5 μm or less.

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

図1は、本発明の電池用電極の一実施形態を示す断面図である。図1に示す形態の電池用電極1は、集電体11の一方の面に正極13が形成され、他方の面に負極15が形成されてなる双極型電極である。そして、正極13および負極15の双方が、発泡金属担体(13a、15a)の空隙部(13b、15b)に活物質(13c、15c)が担持されてなる構成を有する。なお、後述するように、本発明の電池用電極において、集電体11は省略されうる。また、図1に示す形態においては、発泡金属担体の空隙部には活物質のみが電極材料として担持されているが、後述するように、電極材料にはその他の材料もまた、含まれうる。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a battery electrode of the present invention. The battery electrode 1 in the form shown in FIG. 1 is a bipolar electrode in which a positive electrode 13 is formed on one surface of a current collector 11 and a negative electrode 15 is formed on the other surface. And both the positive electrode 13 and the negative electrode 15 have the structure by which an active material (13c, 15c) is carry | supported by the space | gap part (13b, 15b) of a foam metal support | carrier (13a, 15a). As will be described later, the current collector 11 can be omitted in the battery electrode of the present invention. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, only the active material is supported as the electrode material in the void portion of the foamed metal carrier. However, as will be described later, the electrode material may also include other materials.

図1に示す形態の双極型電極は、例えば、双極型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「双極型電池」とも称する)に採用されうる。その他の電池に採用されても、勿論よい。なお、図1に示す形態においては、正極および負極の双方が本発明の電池用電極であるが、本発明の技術的範囲はかような形態のみには制限されず、正極または負極のいずれか一方のみが本発明の電極である形態もまた、包含しうる。   The bipolar electrode of the form shown in FIG. 1 can be employed in, for example, a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “bipolar battery”). Of course, it may be adopted for other batteries. In the form shown in FIG. 1, both the positive electrode and the negative electrode are battery electrodes of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form, and either the positive electrode or the negative electrode Embodiments in which only one is the electrode of the present invention can also be included.

以下、リチウムイオン二次電池に採用される場合を例に挙げて、本発明の電池用電極の構成について説明する。本実施形態の電池用電極は、上述した所定の構造を有する点に特徴を有する。従って、発泡金属担体、電極材料(活物質、導電助剤、バインダなど)の選択について、特に制限はない。使用用途に応じて、従来公知の知見を適宜参照することにより、選択すればよい。   Hereinafter, the configuration of the battery electrode of the present invention will be described by taking as an example a case where it is employed in a lithium ion secondary battery. The battery electrode of this embodiment is characterized in that it has the predetermined structure described above. Therefore, there is no particular limitation on the selection of the foam metal carrier and the electrode material (active material, conductive additive, binder, etc.). Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge.

[発泡金属担体]
発泡金属担体(13a、15a)は、板状の発泡金属から構成される担体である。「発泡金属」とは、内部に多数の空孔を有するコルク様の金属であり、メタルフォームとも称される。本発明の電池用電極において、発泡金属担体は、活物質(13c、15c)を担持するための担体として機能する。また、金属材料から構成されるため、集電体としての機能をも持たせることが可能である。発泡金属担体に集電体としての機能を持たせる場合には、図1に示すような従来用いられていた集電体11は省略されうる。ただし、双極型の電極にする場合には、正極側と負極側とで電解質が完全に隔離される必要があるため、集電体11に相当する部分を有することが好ましい。
[Foamed metal carrier]
The foam metal carrier (13a, 15a) is a carrier composed of a plate-like foam metal. “Foamed metal” is a cork-like metal having a large number of pores inside, and is also referred to as a metal foam. In the battery electrode of the present invention, the foam metal carrier functions as a carrier for supporting the active material (13c, 15c). Further, since it is made of a metal material, it can have a function as a current collector. When the foam metal carrier has a function as a current collector, the conventionally used current collector 11 as shown in FIG. 1 can be omitted. However, in the case of using a bipolar electrode, it is preferable to have a portion corresponding to the current collector 11 because the electrolyte needs to be completely isolated between the positive electrode side and the negative electrode side.

発泡金属担体を構成する材料は特に制限されず、従来の集電体の構成材料として用いられていた金属材料が同様に用いられうる。発泡金属担体の構成材料の一例としては、アルミニウム、ニッケル、銅、ステンレスなどが挙げられる。   The material which comprises a foam metal support is not restrict | limited in particular, The metal material currently used as a constituent material of the conventional electrical power collector can be used similarly. Examples of the constituent material of the foam metal carrier include aluminum, nickel, copper, and stainless steel.

発泡金属担体の発泡性、換言すれば空隙率は特に制限されず、所望の電池容量を得るために必要な活物質等の担持量や所望の電極性能などを考慮して、適宜決定されうる。ただし、発泡金属担体の空隙率が大きいほど、担体の体積が電極体積に占める割合が低下するため、活物質が担持されるための体積やリチウムイオンの拡散パスが充分確保されうる。かような観点から、発泡金属担体の空隙率は、好ましくは90%以上であり、より好ましくは92%以上であり、さらに好ましくは95%以上である。ただし、発泡金属担体の空隙率がこれらの範囲に含まれる形態のみに制限されることはなく、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、発泡金属担体の空隙率の上限値についても特に制限されないが、製造の容易さや強度などを考慮すると、好ましくは98%以下である。ここで、本願における「発泡金属担体の空隙率」の値としては、材料の真密度から算出される真体積と見かけ体積との比から求められる値を採用するものとする。   The foaming property of the foamed metal carrier, in other words, the porosity is not particularly limited, and can be appropriately determined in consideration of the amount of the active material supported to obtain a desired battery capacity, desired electrode performance, and the like. However, since the ratio of the volume of the carrier to the electrode volume decreases as the porosity of the foam metal carrier increases, the volume for supporting the active material and the lithium ion diffusion path can be sufficiently secured. From such a viewpoint, the porosity of the foam metal carrier is preferably 90% or more, more preferably 92% or more, and further preferably 95% or more. However, the porosity of the metal foam support is not limited to the forms included in these ranges, and forms outside these ranges can also be adopted. The upper limit value of the porosity of the foam metal carrier is not particularly limited, but is preferably 98% or less in consideration of ease of manufacture and strength. Here, the value obtained from the ratio between the true volume calculated from the true density of the material and the apparent volume is adopted as the value of “the porosity of the foam metal carrier” in the present application.

発泡金属担体の厚さ(図1に示す長さ「X」)もまた、特に制限されず、所望の電池容量を得るために必要な活物質等の担持量などを考慮して、適宜決定されうる。ただし、発泡金属担体の厚さが薄いほど、電極や電解質層に含まれるリチウムイオンが電極中を拡散しなければならなり距離が短縮され、内部抵抗の増加が抑制されうる。かような観点から、発泡金属担体の厚さは、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは30μm以下である。ただし、発泡金属担体の厚さがこれらの範囲に含まれる形態のみに制限されることはなく、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、発泡金属担体の厚さの下限値についても特に制限されないが、担持可能な活物質量や強度などを考慮すると、好ましくは5μm以上である。ここで、本願における「発泡金属担体の厚さ」の値としては、マイクロメーターにより測定された値を採用するものとする。   The thickness of the foam metal carrier (length “X” shown in FIG. 1) is not particularly limited, and is appropriately determined in consideration of the amount of active material and the like necessary for obtaining a desired battery capacity. sell. However, as the thickness of the foam metal carrier is thinner, the lithium ions contained in the electrode and the electrolyte layer must be diffused in the electrode, the distance is shortened, and the increase in internal resistance can be suppressed. From such a viewpoint, the thickness of the foam metal carrier is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and further preferably 30 μm or less. However, the thickness of the metal foam support is not limited to the forms included in these ranges, and forms outside these ranges can also be adopted. The lower limit of the thickness of the foam metal carrier is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more in consideration of the amount of active material that can be supported, strength, and the like. Here, as the value of “thickness of the foam metal carrier” in the present application, a value measured by a micrometer is adopted.

なお、図1に示す形態において、発泡金属担体の有する空隙部(13b、15b)の形状はいずれも球状である。ただし、かような形態のみには制限されず、空隙部は連続気孔構造<気孔(セル)同士がつながっている構造>であれば、その他の形状であってもよい。   In the form shown in FIG. 1, the shape of the voids (13b, 15b) of the foam metal carrier is spherical. However, the shape is not limited to such a form, and the void portion may have any other shape as long as it is a continuous pore structure <a structure in which pores (cells) are connected>.

[電極材料]
電極材料は、充放電反応の中心を担う活物質を必須成分として含み、図1に示すように、上述した発泡金属担体の空隙部に担持される。
[Electrode material]
The electrode material contains, as an essential component, an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction, and is carried in the void portion of the foam metal carrier described above, as shown in FIG.

本発明の電極が正極として用いられる場合には、電極材料は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合には、電極材料は負極活物質を含む。   When the electrode of the present invention is used as a positive electrode, the electrode material includes a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode, the electrode material includes a negative electrode active material.

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

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

本発明の電池用電極においては、上述した活物質の平均粒子径もまた、規定される。すなわち、活物質の平均粒子径は5μm以下であり、より好ましくは1μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以下である。このように活物質の平均粒子径が小さいと、電池反応(リチウムイオンの吸蔵および放出)に関与しうる活物質の有効表面積が増大し、電池反応が効率的に進行しうる。その結果、高出力条件下においても充分な電流が確保されうるため、好ましい。なお、活物質の平均粒子径の下限値については特に制限はないが、小さすぎると活物質が凝集しやすいことなどを考慮すると、好ましくは0.05μm以上である。ここで、本願における「活物質の平均粒子径」の値としては、レーザー回折散乱法という手法により測定された値を採用するものとする。   In the battery electrode of the present invention, the average particle diameter of the active material described above is also defined. That is, the average particle diameter of the active material is 5 μm or less, more preferably 1 μm or less, and still more preferably 0.5 μm or less. When the average particle size of the active material is thus small, the effective surface area of the active material that can participate in the battery reaction (occlusion and release of lithium ions) increases, and the battery reaction can proceed efficiently. As a result, a sufficient current can be secured even under high output conditions, which is preferable. The lower limit of the average particle diameter of the active material is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm or more considering that the active material tends to aggregate when it is too small. Here, as the value of “average particle diameter of active material” in the present application, a value measured by a technique called laser diffraction scattering method is adopted.

電極材料は、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダが含まれるが、後述する真性ポリマー電池用の電極を作成する場合には、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等も含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The electrode material may contain other substances if necessary. For example, a conductive assistant and a binder are included, but when an electrode for an intrinsic polymer battery described later is prepared, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can also be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

導電助剤とは、電極に含まれる電極材料の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)などの種々の炭素繊維などが挙げられる。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of the electrode material contained in an electrode. Examples of the conductive assistant include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, carbon powder such as graphite, and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark).

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

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

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。ここで、前記ポリマーは、本発明の電極が採用される電池の電解質層において用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. Here, the polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the electrolyte layer of the battery in which the electrode of the present invention is employed, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal polymerization initiator, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

電極材料を構成する成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components constituting the electrode material is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the battery.

[集電体]
本発明の電池用電極は、図1に示すように、集電体と積層された構成を有してもよい。かような形態によれば、負極から外部負荷への、または外部負荷から正極への電子の移動が、確実に行われうる。かような形態において用いられる集電体の具体的な形態は特に制限されず、電池用集電体について従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、集電体は、上述した発泡金属担体と同様の材料から構成され、その厚さは1〜30μm程度である。なお、上述したように、発泡金属担体自身も金属材料から構成されて導電性を有することから、集電体を介さずに電極と外部負荷との電子の授受が行われてもよいことは勿論である。
[Current collector]
As shown in FIG. 1, the battery electrode of the present invention may have a structure laminated with a current collector. According to such a form, the movement of electrons from the negative electrode to the external load or from the external load to the positive electrode can be performed reliably. The specific form of the current collector used in such a form is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to for the battery current collector. As an example, the current collector is made of the same material as the above-described foam metal carrier, and the thickness thereof is about 1 to 30 μm. As described above, since the foam metal carrier itself is also made of a metal material and has conductivity, it goes without saying that electrons may be exchanged between the electrode and an external load without using a current collector. It is.

[電池用電極]
以上説明した部材により、本発明の電池用電極は構成される。繰り返すと、本発明の電池用電極は、活物質を含む電極材料が発泡金属担体の空隙部に担持されてなる構成を有する。
[Battery electrode]
The member described above constitutes the battery electrode of the present invention. When it repeats, the electrode for batteries of this invention has the structure by which the electrode material containing an active material is carry | supported by the space | gap part of a metal foam support.

より好ましい形態においては、電池用電極自体の空隙率もまた、規定されうる。すなわち、発泡金属担体に電極材料が担持された完成状態の電池用電極の空隙率が大きいほど、電極や電解質層に含まれるリチウムイオンの拡散パスが充分に確保され、電池の内部抵抗の増加が効果的に抑制されうるのである。かような観点から、本発明の電池用電極の空隙率は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは55%以上であり、さらに好ましくは60%以上である。ただし、電池用電極の空隙率がこれらの範囲に含まれる形態のみに制限されることはなく、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、電池用電極の空隙率の上限値についても特に制限されないが、空隙が多すぎると電極の体積あたりの容量が減少する虞があることから、好ましくは80%以下である。ここで、本願における「電池用電極の空隙率」の値としては、部材各々の密度および配合比から算出される理論体積と実際の体積とを比較することで求められる値を採用するものとする。   In a more preferred form, the porosity of the battery electrode itself can also be defined. In other words, the larger the porosity of the battery electrode in the completed state in which the electrode material is supported on the foam metal carrier, the more sufficient the diffusion path of lithium ions contained in the electrode and the electrolyte layer is secured, and the internal resistance of the battery increases. It can be effectively suppressed. From such a viewpoint, the porosity of the battery electrode of the present invention is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, and further preferably 60% or more. However, the porosity of the battery electrode is not limited to the forms included in these ranges, and forms outside these ranges can also be adopted. The upper limit value of the porosity of the battery electrode is not particularly limited, but is preferably 80% or less because there is a possibility that the capacity per volume of the electrode may decrease if there are too many voids. Here, as the value of “the porosity of the battery electrode” in the present application, a value obtained by comparing the theoretical volume calculated from the density and mixing ratio of each member with the actual volume is adopted. .

(製造方法)
続いて、本発明の電池用電極の製造方法を説明する。
(Production method)
Then, the manufacturing method of the battery electrode of this invention is demonstrated.

本発明の電極は、例えば、溶媒に、活物質を含む電極材料を添加することにより、活物質スラリーを調製し(活物質スラリー調製工程)、この活物質スラリーに発泡金属担体を浸漬させることにより電極材料を発泡金属担体の空隙部に含浸させ(浸漬工程)、電極材料が含浸された発泡金属担体を乾燥させる(乾燥工程)ことにより、製造されうる。電極材料(活物質スラリー)にイオン伝導性ポリマーが添加され、当該イオン伝導性ポリマーを架橋させる目的で重合開始剤がさらに添加される場合には、乾燥工程における乾燥と同時に、または当該乾燥の前もしくは後に、重合処理を施してもよい(重合工程)。   The electrode of the present invention is prepared by, for example, preparing an active material slurry by adding an electrode material containing an active material to a solvent (active material slurry preparation step), and immersing the foam metal carrier in the active material slurry. It can be produced by impregnating the gap of the foam metal carrier with the electrode material (immersion process) and drying the foam metal carrier impregnated with the electrode material (dry process). When an ion conductive polymer is added to the electrode material (active material slurry) and a polymerization initiator is further added for the purpose of cross-linking the ion conductive polymer, it is simultaneously with the drying in the drying step or before the drying. Or you may give a polymerization process later (polymerization process).

以下、かような製造方法について、工程順に詳細に説明するが、下記の形態のみには制限されない。   Hereinafter, although such a manufacturing method is demonstrated in detail in order of a process, it is not restrict | limited only to the following form.

[活物質スラリー調製工程]
本工程においては、電極材料、すなわち、所望の活物質、および必要に応じて他の成分(例えば、導電助剤、バインダなど)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。ただし、イオン伝導性ポリマー、支持塩(リチウム塩)、重合開始剤を含む場合には、溶媒を用いない場合もある。この活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Active material slurry preparation process]
In this step, an electrode material, that is, a desired active material and, if necessary, other components (for example, a conductive additive, a binder, etc.) are mixed in a solvent to prepare an active material slurry. However, when an ion conductive polymer, a supporting salt (lithium salt), and a polymerization initiator are included, the solvent may not be used. Since the specific form of each component blended in the active material slurry is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, detailed description is omitted here.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

本製造方法では、この活物質スラリー調製工程において調製される活物質スラリー中の固形分と溶媒との配合比を調整することにより、製造される電極の空隙率を制御することも可能である。具体的には、得られる電極の空隙率を減少させたい場合には、活物質スラリー中の固形分の配合量を増加させるとよい。一方、得られる電極の空隙率を増加させたい場合には、活物質スラリー中の固形分の配合量を減少させるとよい。   In this production method, it is also possible to control the porosity of the produced electrode by adjusting the mixing ratio of the solid content and the solvent in the active material slurry prepared in this active material slurry preparation step. Specifically, when it is desired to reduce the porosity of the obtained electrode, it is preferable to increase the blending amount of the solid content in the active material slurry. On the other hand, when it is desired to increase the porosity of the obtained electrode, it is preferable to reduce the amount of solid content in the active material slurry.

[浸漬工程]
続いて、発泡金属担体を準備し、準備した発泡金属担体を上記で調製した活物質スラリーに浸漬させる。これにより、電極材料を発泡金属担体の空隙部に含浸させる。含浸された電極材料は、完成した電極においても発泡金属担体の空隙部に残留し、電池反応に関与する。
[Immersion process]
Subsequently, a foam metal carrier is prepared, and the prepared foam metal carrier is immersed in the active material slurry prepared above. Thus, the electrode material is impregnated in the void portion of the foam metal carrier. The impregnated electrode material remains in the void portion of the foam metal carrier even in the completed electrode, and participates in the battery reaction.

準備する発泡金属担体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   Since the specific form of the foam metal carrier to be prepared is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, the detailed description is omitted here.

発泡金属担体を活物質スラリーに浸漬させるための浸漬手段も特に限定されない。浸漬時の条件も特に制限されないが、一例を挙げると、大気圧下または真空雰囲気下で、室温(約20℃)〜70℃程度にて10秒〜30分間程度、浸漬させるとよい。   An immersion means for immersing the foam metal carrier in the active material slurry is not particularly limited. The conditions during the immersion are not particularly limited. For example, the immersion may be performed at room temperature (about 20 ° C.) to about 70 ° C. for about 10 seconds to 30 minutes under an atmospheric pressure or a vacuum atmosphere.

その後、電極材料が含浸された発泡金属担体を乾燥させる。これにより、発泡金属担体中に残留していた溶媒が除去される。   Thereafter, the foam metal carrier impregnated with the electrode material is dried. Thereby, the solvent remaining in the foam metal carrier is removed.

発泡金属担体を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、活物質スラリーの含浸量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。   The drying means for drying the foam metal carrier is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the amount of impregnation of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry.

電極材料が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、電極材料中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋される。   When the electrode material contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in the electrode material is cross-linked by a crosslinkable group by further performing a polymerization step.

重合工程における重合処理も特に制限されることはなく、従来公知の知見を適宜参照すればよい。例えば、電極材料が熱重合開始剤(AIBNなど)を含む場合には、塗膜に熱処理を施す。また、電極材料が光重合開始剤(BDKなど)を含む場合には、紫外光などの光を照射する。なお、熱重合のための熱処理は、上記の乾燥工程と同時に行われてもよいし、当該乾燥工程の前または後に行われてもよい。   The polymerization treatment in the polymerization step is not particularly limited, and conventionally known knowledge may be referred to as appropriate. For example, when the electrode material contains a thermal polymerization initiator (AIBN or the like), the coating film is subjected to heat treatment. When the electrode material contains a photopolymerization initiator (BDK or the like), light such as ultraviolet light is irradiated. In addition, the heat processing for thermal polymerization may be performed simultaneously with said drying process, and may be performed before or after the said drying process.

以上の手法により、本発明の電池用電極が完成する。なお、必要に応じて、得られた電極を厚さ方向にプレスしてもよい。これにより、電極の厚さや空隙率が制御されうる。   The battery electrode of the present invention is completed by the above method. In addition, you may press the obtained electrode to thickness direction as needed. Thereby, the thickness and porosity of the electrode can be controlled.

プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の電極の厚さや空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。   Specific means and press conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the thickness and porosity of the electrode after the press treatment become a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の電池用電極を用いて、リチウムイオン二次電池を構成する。すなわち、本発明の第2は、正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む電池であって、前記正極または前記負極の少なくとも一方が本発明の電池用電極である、電池である。本発明の電極は、正極、負極、双極型電極のいずれにも適用されうる。本発明の電極を、少なくとも1つの電極として含む電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、電池を構成する電極の全てが本発明の電極である。かような構成を採用することにより、電池の出力特性を効果的に向上させうる。なお、上述したように、本発明の電極によれば、集電体の省略が可能である。従って、例えば本発明の電極を双極型電極として用いる場合には、図1に示す形態のほか、図2に示すように、本発明の電極である正極と、本発明の電極である負極とをそのまま積層して、双極型電極とすることも可能である。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, a lithium ion secondary battery is comprised using said battery electrode of 1st Embodiment. That is, a second aspect of the present invention is a battery including at least one single cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is for the battery of the present invention. It is a battery which is an electrode. The electrode of the present invention can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode. A battery including the electrode of the present invention as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the output characteristics of the battery can be effectively improved. As described above, according to the electrode of the present invention, the current collector can be omitted. Therefore, for example, when the electrode of the present invention is used as a bipolar electrode, in addition to the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the positive electrode which is the electrode of the present invention and the negative electrode which is the electrode of the present invention are used. They can be laminated as they are to form bipolar electrodes.

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

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

図3に示すように、本実施形態の双極型電池10の電池要素21は、本発明の正極13と、本発明の負極15とが集電体11のそれぞれの面に形成された双極型電極(図1に示す形態の双極型電極)を複数個有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一の双極型電極の正極13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が積層されている。なお、図3において、正極13および負極15に存在する空隙部の図示は省略されている。   As shown in FIG. 3, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of this embodiment includes a bipolar electrode in which a positive electrode 13 of the present invention and a negative electrode 15 of the present invention are formed on each surface of a current collector 11. There are a plurality of bipolar electrodes having the configuration shown in FIG. Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar electrode and the electrolyte layer 17 are arranged so that the positive electrode 13 of one bipolar electrode and the negative electrode 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. Are stacked. In FIG. 3, the illustration of voids present in the positive electrode 13 and the negative electrode 15 is omitted.

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

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

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

[電解質層]
電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。種類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。
[Electrolyte layer]
A liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte constituting the electrolyte layer 17. The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. The type 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 ) 2 N or an organic acid anion salt selected from at least one lithium salt (electrolyte salt), cyclic carbonates such as propylene carbonate and 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; Nitriles such as acetonitrile Esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; plasticizers such as aprotic solvents (organic solvents) mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate ) Can be used. However, it is not necessarily limited to these.

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

ゲル電解質とはイオン伝導性を有する固体高分子電解質に、上記電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。   The gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing the above-mentioned electrolyte solution. Further, the same electrolyte solution was held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity. Also included.

イオン伝導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。これらは真性(全固体)ポリマー電解質に使用されうる。   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. These can be used in intrinsic (all solid) polymer electrolytes.

高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン伝導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、どちらかとい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伝導性を持たない高分子として例示したものである。   Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used for the polymer gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). . However, it is not necessarily limited to these. PAN, PMMA, and the like, which are in a class with little ion conductivity, can be used as the above polymer having ion conductivity, but are used here as a polymer gel electrolyte. This is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

なお、電解質層17が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層17にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。ここで、電解質層17がセパレータを具備する場合、前記セパレータの厚さは薄いほど好ましい。これは、リチウムイオンが拡散により移動すべき電解質層17の距離が短縮され、電池の内部抵抗の増加が効果的に抑制されうるためである。かような観点から、セパレータの厚さは、好ましくは20μm以下であり、より好ましくは15μm以下であり、さらに10μm以下である。ただし、セパレータの厚さがこれらの範囲に含まれる形態のみに制限されることはなく、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、セパレータの厚さの下限値についても特に制限されないが、電解質層17の強度などを考慮すると、好ましくは1μm以上である。ここで、本願における「セパレータの厚さ」の値としては、マイクロメーターにより測定された値を採用するものとする。   In the case where the electrolyte layer 17 is composed of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer 17. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene. Here, when the electrolyte layer 17 includes a separator, the thinner the separator, the better. This is because the distance of the electrolyte layer 17 to which lithium ions should move by diffusion is shortened, and an increase in the internal resistance of the battery can be effectively suppressed. From such a viewpoint, the thickness of the separator is preferably 20 μm or less, more preferably 15 μm or less, and further 10 μm or less. However, the thickness of the separator is not limited to a form included in these ranges, and a form outside these ranges can also be adopted. The lower limit value of the thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more in consideration of the strength of the electrolyte layer 17 and the like. Here, as the value of “separator thickness” in the present application, a value measured by a micrometer is adopted.

真性ポリマー電解質は、上記のイオン伝導性を有する固体高分子に支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。従って、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
ここで、電解質層が真性ポリマー電解質からなる場合であっても、前記電解質層の厚さは薄いほど好ましいが、上記のように電解質層がセパレータを具備する場合よりは厚くても構わない。これは、電解質層が真性ポリマー電解質からなる場合には、セパレータが存在することによるリチウムイオン伝導性の低下といった問題が発生しにくいためである。かような観点から、電解質層17が真性ポリマー電解質からなる場合の当該電解質層の厚さは、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは30μm以下である。ただし、真性ポリマー電解質からなる電解質層の厚さがこれらの範囲に含まれる形態のみに制限されることはなく、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、かような形態における電解質層の厚さの下限値についても特に制限されないが、電解質層17の強度などを考慮すると、好ましくは1μm以上である。ここで、本願における「真性ポリマー電解質からなる電解質層の厚さ」の値としては、マイクロメーターにより測定された値を採用するものとする。
The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the above solid polymer having ion conductivity, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.
Here, even when the electrolyte layer is made of an intrinsic polymer electrolyte, the thickness of the electrolyte layer is preferably as small as possible. However, the electrolyte layer may be thicker than the case where the electrolyte layer includes a separator as described above. This is because when the electrolyte layer is made of an intrinsic polymer electrolyte, problems such as a decrease in lithium ion conductivity due to the presence of the separator are unlikely to occur. From such a viewpoint, the thickness of the electrolyte layer when the electrolyte layer 17 is made of an intrinsic polymer electrolyte is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and further preferably 30 μm or less. However, the thickness of the electrolyte layer made of the intrinsic polymer electrolyte is not limited only to the forms included in these ranges, and forms outside these ranges can also be adopted. The lower limit value of the thickness of the electrolyte layer in such a form is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more in consideration of the strength of the electrolyte layer 17 and the like. Here, the value measured by a micrometer is adopted as the value of “the thickness of the electrolyte layer made of the intrinsic polymer electrolyte” in the present application.

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

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

[タブ]
双極型電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、外装の外部に取り出される。
[tab]
In the bipolar battery 10, the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) electrically connected to the outermost current collector (11 a, 11 b) are taken out of the exterior for the purpose of taking out the current outside the battery. . Specifically, a positive electrode tab 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11a and a negative electrode tab 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11b are provided outside the exterior. It is taken out.

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

なお、集電体が省略され、本発明の電極が集電機能をも発揮する場合には、最外層に位置する正極13に正極タブ25が接続され、最外層に位置する負極15に負極タブ27が接続される。   When the current collector is omitted and the electrode of the present invention also exhibits a current collecting function, a positive electrode tab 25 is connected to the positive electrode 13 located in the outermost layer, and a negative electrode tab is connected to the negative electrode 15 located in the outermost layer. 27 is connected.

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

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

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

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

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

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

なお、組電池40を構成する双極型電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be connected in parallel to each other, or may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection. May be.

(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態の双極型電池10、または第3実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。双極型電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the bipolar battery 10 of the second embodiment or the assembled battery 40 of the third embodiment is mounted as a motor driving power source to constitute a vehicle. As a vehicle using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle not using gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, a wheel motor is used. A car driven by

参考までに、図5に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池40を搭載する自動車50は出力特性に優れ、高出力条件下においても充分な出力を提供しうる。   For reference, FIG. 5 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 50 equipped with the assembled battery 40 has excellent output characteristics, and can provide sufficient output even under high output conditions.

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。例えば、上記の第2実施形態では双極型のリチウムイオン二次電池(双極型電池)を例に挙げて説明したが、本発明の電池の技術的範囲が双極型電池のみに制限されることはなく、例えば、双極型でないリチウムイオン二次電池であってもよい。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. . For example, in the above-described second embodiment, a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been described as an example. However, the technical scope of the battery of the present invention is not limited to a bipolar battery. For example, it may be a lithium ion secondary battery that is not a bipolar type.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

<実施例1>
<正極の作製>
正極活物質であるスピネル型マンガン酸リチウム(平均粒子径:5μm)(82質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(8質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
<Example 1>
<Preparation of positive electrode>
Spinel-type lithium manganate (average particle size: 5 μm) (82 mass%) as a positive electrode active material, acetylene black (8 mass%) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 mass%) as a binder An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content consisting of) to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、発泡金属担体として、発泡アルミニウム(空隙率:95%、厚さ:80μm)を準備した。   On the other hand, foamed aluminum (porosity: 95%, thickness: 80 μm) was prepared as a foam metal carrier.

準備した発泡アルミニウムを、上記で調製した正極活物質スラリー中に5分間浸漬させて、正極活物質スラリーを発泡アルミニウムの空隙部に充分に含浸させた。   The prepared foamed aluminum was immersed in the positive electrode active material slurry prepared above for 5 minutes, and the positive electrode active material slurry was sufficiently impregnated into the voids of the foamed aluminum.

その後、活物質成分が担持された発泡アルミニウムを取り出し、110℃にて30分間乾燥させて、正極を完成させた。   Thereafter, the foamed aluminum carrying the active material component was taken out and dried at 110 ° C. for 30 minutes to complete the positive electrode.

<試験用セルの作製>
上記で作製した正極をポンチを用いて15mmφに打ち抜き、この正極、セパレータ、対極の順に積層し、セパレータに電解液を注入して、コイン型の試験用セルを作製した。なお、対極としてはリチウム箔(厚さ:200μm)を用いた。また、セパレータとしては、ポリプロピレン製微多孔膜(厚さ:18μm)を用いた。さらに、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)およびジメチルカーボネート(DMC)の等体積混合液に、リチウム塩であるLiPFを1Mの濃度で溶解させた溶液を用いた。
<Production of test cell>
The positive electrode produced above was punched to 15 mmφ using a punch, the positive electrode, the separator, and the counter electrode were laminated in this order, and an electrolyte was injected into the separator to produce a coin-type test cell. A lithium foil (thickness: 200 μm) was used as the counter electrode. As the separator, a polypropylene microporous film (thickness: 18 μm) was used. Furthermore, as an electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 as a lithium salt was dissolved at a concentration of 1M in an equal volume mixed solution of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and dimethyl carbonate (DMC) was used.

<実施例2>
正極活物質として、平均粒子径が1μmのものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Example 2>
A positive electrode and a test cell were produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 1 μm was used.

<実施例3>
正極活物質として、平均粒子径が0.8μmのものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Example 3>
A positive electrode and a test cell were prepared in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 0.8 μm was used.

<比較例1>
正極活物質として、平均粒子径が20μmのものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Comparative Example 1>
A positive electrode and a test cell were prepared in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 20 μm was used.

<比較例2>
正極活物質として、平均粒子径が10μmのものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Comparative example 2>
A positive electrode and a test cell were produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 10 μm was used.

<比較例3>
上記の実施例1で調製した正極活物質スラリーを、従来の集電体であるアルミニウム箔(厚さ:20μm)の表面に塗布し、乾燥させて、厚さ100μmの塗膜を形成した。その後、得られた積層体をプレスすることにより、集電体の表面に80μmの厚さの正極活物質層が形成されてなる正極を作製した。
<Comparative Example 3>
The positive electrode active material slurry prepared in Example 1 was applied to the surface of an aluminum foil (thickness: 20 μm), which is a conventional current collector, and dried to form a coating film having a thickness of 100 μm. Thereafter, the obtained laminate was pressed to produce a positive electrode in which a positive electrode active material layer having a thickness of 80 μm was formed on the surface of the current collector.

上記で作製した正極を用い、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。   Using the positive electrode produced above, a test cell was produced in the same manner as in Example 1 above.

<比較例4>
正極活物質として、平均粒子径が1μmのものを用いたこと以外は、上記の比較例3と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Comparative example 4>
A positive electrode and a test cell were produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 1 μm was used.

<比較例5>
正極活物質として、平均粒子径が0.8μmのものを用いたこと以外は、上記の比較例3と同様の手法により、正極および試験用セルを作製した。
<Comparative Example 5>
A positive electrode and a test cell were produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that a positive electrode active material having an average particle diameter of 0.8 μm was used.

<試験用セルの電池特性の評価>
上記の各実施例および各比較例で作製した試験用セルを用いて、以下の手法により出力特性および充放電サイクル特性を評価した。結果を下記の表1に示す。
<Evaluation of battery characteristics of test cell>
Using the test cells prepared in the above Examples and Comparative Examples, the output characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1 below.

<出力特性の評価>
上記の各実施例および各比較例で作製した試験用セルについて、まず、出力特性を評価した。具体的には、初期充放電を行った後、100Cでの放電試験を行い、出力特性を算出した。初期充放電および放電試験の条件は下記の通りである。
<Evaluation of output characteristics>
First, the output characteristics of the test cells prepared in each of the above examples and comparative examples were evaluated. Specifically, after initial charge and discharge, a discharge test at 100 C was performed to calculate output characteristics. The conditions of the initial charge / discharge and discharge test are as follows.

[初期充放電条件]
充電:0.5Cの定電流にて50mV vs Li/Liまで合計3時間充電
放電:0.5Cの定電流にて2V vs Li/Liまで放電し、カットオフ
上記の充電および放電を10サイクル繰り返し、初期充放電とした。
[Initial charge / discharge conditions]
Charge: 50 mV vs Li + / Li at a constant current of 0.5 C for a total of 3 hours Discharge: Discharge to 2 V vs Li + / Li at a constant current of 0.5 C, cut off The cycle was repeated for initial charge / discharge.

[放電試験条件]
充電:0.5Cの定電流にて50mV vs Li/Liまで合計3時間充電
放電:100Cの定電流にて2V vs Li+/Liまで放電し、カットオフ
上記の充電時の容量に対する放電時の容量の百分率を算出し、出力特性(%)とした。
[Discharge test conditions]
Charge: 50 mV vs Li + / Li for a total of 3 hours at a constant current of 0.5 C Discharge: Discharge to 2 V vs Li + / Li at a constant current of 100 C and cut off The percentage of capacity was calculated and used as output characteristics (%).

<充放電サイクル特性の評価>
上記の出力特性の評価後、上述した初期充放電条件にて充放電を行い、その後充放電サイクル試験を行い、充放電サイクル特性を評価した。サイクル試験の条件は下記の通りである。
<Evaluation of charge / discharge cycle characteristics>
After the evaluation of the above output characteristics, charging / discharging was performed under the above-described initial charging / discharging conditions, and then a charging / discharging cycle test was performed to evaluate the charging / discharging cycle characteristics. The conditions of the cycle test are as follows.

[充放電サイクル試験条件]
充電:5Cの定電流にて50mV vs Li/Liまで合計30分間充電
放電:5Cの定電流にて2V vs Li/Liまで放電し、カットオフ
上記の充電および放電を500サイクル繰り返した後、上述した初期充放電条件にて充放電を行い、充放電サイクル前後の放電容量を比較した。比較の結果、容量維持率が80%以上の場合を「充放電サイクル劣化なし」、80%未満の場合を「充放電サイクル劣化あり」とした。
[Charge / discharge cycle test conditions]
Charge: 50 mV vs Li + / Li at a constant current of 5 C for a total of 30 minutes Discharge: Discharge to 2 V vs Li + / Li at a constant current of 5 C, cut off After 500 cycles of the above charge and discharge Then, charging / discharging was performed under the above-described initial charging / discharging conditions, and the discharge capacities before and after the charging / discharging cycle were compared. As a result of comparison, the case where the capacity maintenance rate was 80% or more was determined as “no charge / discharge cycle deterioration”, and the case where the capacity maintenance rate was less than 80% was determined as “charge / discharge cycle deterioration”.

Figure 2007087758
Figure 2007087758

比較例1および2に示す結果から、活物質の粒子径が大きすぎると、活物質の担体として発泡金属を用いたとしても充分な出力特性が得られず、場合によってはサイクル劣化も生じてしまうことが示される。これは、活物質の粒子径が大きいと反応に関与しうる有効表面積が小さくなってしまい、特に100Cもの高出力条件下では活物質表面での反応が律速となることに起因するものと考えられる。   From the results shown in Comparative Examples 1 and 2, if the particle size of the active material is too large, sufficient output characteristics cannot be obtained even if a foam metal is used as the active material carrier, and cycle deterioration may occur in some cases. Is shown. This is considered to be caused by the fact that the effective surface area that can participate in the reaction becomes small when the particle size of the active material is large, and the reaction on the surface of the active material becomes rate-determining particularly under a high output condition of 100C. .

一方、比較例3〜5に示す結果から、従来と同様の構成(集電体+活物質層)を有する電極では、たとえ活物質の粒子径を小さくしても、やはり充分な出力特性が得られず、充放電サイクルに対する耐久性も不充分であることが示される。これは、従来の構成の電極において活物質の粒子径を小さくしてしまうと、反応に関与しうる有効表面積は増大しうるものの、活物質どうしの導電ネットワークが充分に形成されず、電池の内部抵抗が増大することに起因するものと考えられる。   On the other hand, from the results shown in Comparative Examples 3 to 5, an electrode having the same configuration (current collector + active material layer) as in the past can still obtain sufficient output characteristics even if the particle diameter of the active material is reduced. This indicates that the durability against the charge / discharge cycle is insufficient. This is because, if the particle size of the active material is reduced in the electrode of the conventional configuration, the effective surface area that can participate in the reaction can be increased, but the conductive network between the active materials is not sufficiently formed, and the inside of the battery This is thought to be due to the increase in resistance.

これに対し、本発明の電極によれば、活物質の粒子径を所定の値以下とすることで、反応に関与しうる有効表面積が充分に確保され、かつ、活物質の担体として発泡金属を用いることで、活物質どうしの導電ネットワークも充分に確保される。その結果、本発明の電池用電極によれば、高出力条件下においても出力特性に優れる電池が提供されうる。また、本発明の電池用電極によれば、充放電サイクル耐久性にも優れる電池もまた、提供されうる。   On the other hand, according to the electrode of the present invention, by setting the particle diameter of the active material to a predetermined value or less, an effective surface area that can participate in the reaction is sufficiently secured, and a foam metal is used as a carrier for the active material. By using it, a conductive network between active materials is sufficiently secured. As a result, the battery electrode of the present invention can provide a battery having excellent output characteristics even under high output conditions. In addition, according to the battery electrode of the present invention, a battery having excellent charge / discharge cycle durability can also be provided.

本発明の電池用電極の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the battery electrode of this invention. 本発明の電池用電極の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the battery electrode of this invention. 第2実施形態の双極型電池の好ましい一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows preferable one Embodiment of the bipolar battery of 2nd Embodiment. 第3実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 3rd Embodiment. 第3実施形態の組電池を搭載する第4実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 4th Embodiment carrying the assembled battery of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 双極型電極、
10 双極型電池、
11 集電体、
13 正極、
13a 正極側発泡金属担体、
13b 正極側発泡金属担体の空隙部、
13c 正極活物質、
15 負極、
15a 負極側発泡金属担体、
15b 負極側発泡金属担体の空隙部、
15c 負極活物質、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車。
1 Bipolar electrode,
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
13 positive electrode,
13a positive electrode side foam metal carrier,
13b The void portion of the positive electrode side foam metal carrier,
13c positive electrode active material,
15 negative electrode,
15a negative electrode side foam metal carrier,
15b The void portion of the negative electrode side metal foam support,
15c negative electrode active material,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
40 battery packs,
42, 43 electrode terminals,
50 cars.

Claims (11)

板状の発泡金属担体の空隙部に活物質を含む電極材料が担持されてなり、前記活物質の平均粒子径が5μm以下である、電池用電極。   An electrode for a battery, wherein an electrode material containing an active material is supported in a void portion of a plate-shaped foamed metal carrier, and an average particle diameter of the active material is 5 μm or less. 前記電極材料が、バインダまたは導電助剤をさらに含む、請求項1に記載の電池用電極。   The battery electrode according to claim 1, wherein the electrode material further contains a binder or a conductive additive. 前記発泡金属担体の空隙率が90%以上である、請求項1または2に記載の電池用電極。   The battery electrode according to claim 1 or 2, wherein the porosity of the foam metal carrier is 90% or more. 前記発泡金属担体の厚さが100μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池用電極。   The battery electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the foam metal carrier is 100 µm or less. 空隙率が50%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池用電極。   The battery electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the porosity is 50% or more. 正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む電池であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池用電極である、電池。
A battery including at least one unit cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order,
The battery in which at least one of the positive electrode or the negative electrode is the battery electrode according to any one of claims 1 to 5.
前記電解質層がセパレータを具備する場合に、前記セパレータの厚さが20μm以下である、請求項6に記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein when the electrolyte layer includes a separator, the thickness of the separator is 20 μm or less. 前記電解質層が真性ポリマー電解質からなる場合に、前記電解質層の厚さが100μm以下である、請求項6に記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein when the electrolyte layer is made of an intrinsic polymer electrolyte, the thickness of the electrolyte layer is 100 μm or less. 双極型リチウムイオン二次電池である、請求項6〜8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 battery according to any one of claims 6 to 8, which is a bipolar lithium ion secondary battery. 請求項6〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池を用いた組電池。   The assembled battery using the lithium ion secondary battery of any one of Claims 6-9. 請求項6〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池、または請求項10に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。   A vehicle in which the lithium ion secondary battery according to any one of claims 6 to 9 or the assembled battery according to claim 10 is mounted as a motor driving power source.
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