JP2011100693A - Current collector and laminated battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は集電体及び積層型電池に関する。 The present invention relates to a current collector and a stacked battery.
発電要素(発電部や集電体)が複数積層されてなる積層型電池は、薄型化や軽量化が容易であるという利点を有する。特に、集電体の表裏に正極層と負極層とを設けたバイポーラ電極体を積層することにより、出力密度やエネルギー密度の向上が可能であり、放熱性にも優れる積層型電池とすることができる。また、積層型電池の電解質として固体電解質を用いた場合、電池内部からの液漏れや副生ガスの発生がないため、信頼性に優れるとともに、簡易な構造にて電池を構成することができる。 A laminated battery formed by laminating a plurality of power generation elements (power generation units and current collectors) has an advantage that it can be easily reduced in thickness and weight. In particular, by laminating a bipolar electrode body provided with a positive electrode layer and a negative electrode layer on the front and back of the current collector, it is possible to improve the output density and energy density, and to make a stacked battery excellent in heat dissipation. it can. In addition, when a solid electrolyte is used as the electrolyte of the laminated battery, there is no leakage of liquid from the battery and generation of by-product gas, so that the battery can be configured with a simple structure and excellent reliability.
一方、複数の電極体を積層して積層型電池とする場合、電極体同士の不要な接触による短絡を防ぐため、何らかの対策を講じる必要がある。例えば、特許文献1、2に記載されているように、集電体と集電体との間にスペーサを設けることで、電極体同士の不要な接触が避けられ、短絡を防ぐことができると考えられる。
On the other hand, when a laminated battery is formed by laminating a plurality of electrode bodies, it is necessary to take some measures to prevent a short circuit due to unnecessary contact between the electrode bodies. For example, as described in
しかしながら、特許文献1、2に開示された積層型電池にあっては、スペーサを設けることにより、隣接する集電体同士の短絡は防がれるものの、電極体を積層する際の位置決めが困難であるため、電極体がずれて積層されることにより、電極体同士が不要に接触した状態で積層される虞があり、やはり短絡等の虞があった。また、電極体がずれて積層されることにより、正極と負極との位置がずれる場合があり、このような場合は、十分な電池性能が得られない虞があった。さらに、電極体の積層後、プレス処理(特に積層後の拘束プレス処理)する場合に、電極体の接触面がずれる虞があり、均一に圧力を印加することができない場合があった。
However, in the stacked batteries disclosed in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電極体を積層する際、位置決めを容易に行うことができる集電体及び積層型電池を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the electrical power collector and laminated | stacked battery which can perform positioning easily, when laminating | stacking an electrode body.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成をとる。すなわち、
第1の本発明は、少なくとも一面に発電部が配置される集電体であって、集電体の一面側において、発電部が配置される位置の外周の少なくとも一部に、スペーサが配置され、集電体の他面側において、スペーサが配置される位置と対応する位置に、凹部が形成されている、集電体である。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is,
A first aspect of the present invention is a current collector in which a power generation unit is disposed on at least one surface, and a spacer is disposed on at least a part of the outer periphery of the position where the power generation unit is disposed on one surface side of the current collector. The current collector has a recess formed in a position corresponding to the position where the spacer is disposed on the other surface side of the current collector.
第1の本発明及び以下に示す本発明において、「スペーサ」とは、集電体及び発電部の積層時に集電体間に介在するように、集電体の一方の面の一部に設けられた絶縁部材である。「凹部」とは、スペーサが嵌め込まれる程度の大きさの凹部をいう。 In the first invention and the invention shown below, the “spacer” is provided on a part of one surface of the current collector so as to be interposed between the current collectors when the current collector and the power generation unit are stacked. Insulated member. The “recessed portion” refers to a recessed portion that is large enough to fit a spacer.
第2の本発明は、第1の本発明に係る集電体が発電部とともに複数積層されてなり、スペーサが凹部に嵌め合わされている、積層型電池である。 A second aspect of the present invention is a multilayer battery in which a plurality of current collectors according to the first aspect of the present invention are stacked together with a power generation unit, and a spacer is fitted in a recess.
第3の本発明は、第1集電体と第2集電体との間に発電部が備えられ、発電部の外周の少なくとも一部にスペーサが設置され、第1集電体又は第2集電体の少なくとも一方の、発電部側の面に、凹部が設けられ、凹部にスペーサが嵌め合わされている、積層型電池である。 According to a third aspect of the present invention, a power generation unit is provided between the first current collector and the second current collector, a spacer is provided on at least a part of the outer periphery of the power generation unit, and the first current collector or the second current collector is provided. It is a laminated battery in which a recess is provided on a surface on the power generation unit side of at least one of the current collectors, and a spacer is fitted in the recess.
第3の本発明において、「第1集電体」、「第2集電体」とは、間に発電部を介して隣接する一の集電体と他の集電体とを意味し、材質や大きさ等は同様のものとすればよい。 In the third aspect of the present invention, “first current collector” and “second current collector” mean one current collector and another current collector that are adjacent to each other via a power generation unit. The material and size may be the same.
尚、上記第2の本発明及び第3の本発明に係る積層型電池は、第1の本発明に係る集電体と発電部とを複数積層した後、積層方向に圧力σを加えるプレス工程(積層後の拘束プレス工程をいう。)を備え、プレス工程における圧力σと、第1電極層(発電部の正極層或いは負極層のいずれかをいう。)のヤング率E1、電解質層のヤング率E2及び第2電極層(発電部の負極層或いは正極層のいずれかをいう。)のヤング率E3とから、第1電極層と電解質層との合計の積層方向厚みx1、スペーサの集電体の一方の面からの積層方向高さx2、凹部の積層方向深さx3、及び集電体の他方の面に形成された第2電極層の積層方向厚みx4が算出される、積層型電池の製造方法により製造されることが好ましい。 The stacked batteries according to the second and third aspects of the present invention comprise a pressing step of applying a pressure σ in the stacking direction after stacking a plurality of current collectors and power generation units according to the first aspect of the present invention. (Which refers to a constrained pressing process after lamination), a pressure σ in the pressing process, a Young's modulus E1 of the first electrode layer (which refers to either the positive electrode layer or the negative electrode layer of the power generation unit), and the Young of the electrolyte layer. From the rate E2 and the Young's modulus E3 of the second electrode layer (which is either the negative electrode layer or the positive electrode layer of the power generation unit), the total stacking direction thickness x1 of the first electrode layer and the electrolyte layer, the current collection of the spacer A stacked battery in which a stacking direction height x2 from one surface of the body, a recess stacking depth x3, and a stacking direction thickness x4 of the second electrode layer formed on the other surface of the current collector are calculated. It is preferable to manufacture by this manufacturing method.
上記製造方法において、x1〜x4は、下記式(1)を満たすものとすることが好ましい。
x2−x3<x1+x4 … (1)
In the manufacturing method, x1 to x4 preferably satisfy the following formula (1).
x2-x3 <x1 + x4 (1)
また、上記製造方法において、圧力σ、x1〜x4、並びに、第1電極層のヤング率E1、電解質層のヤング率E2及び第2電極層のヤング率E3が、下記式(2)〜(6)を満たすものとされることが好ましい。集電体と発電部とを複数積層後、より適切に圧力を印加することができるからである。
x2>x1 …(2)
x3>x4 …(3)
σ=E・Δx … (4)
E=E1・E2・E3/(E1・E2+E2・E3+E3・E1) … (5)
Δx=(x1+x3−x2)/(x1+x4) … (6)
Moreover, in the said manufacturing method, pressure (sigma), x1-x4, the Young's modulus E1 of a 1st electrode layer, the Young's modulus E2 of an electrolyte layer, and the Young's modulus E3 of a 2nd electrode layer are following formula (2)-(6 ) Is preferably satisfied. This is because the pressure can be applied more appropriately after stacking a plurality of current collectors and power generation units.
x2> x1 (2)
x3> x4 (3)
σ = E · Δx (4)
E = E1, E2, E3 / (E1, E2 + E2, E3 + E3, E1) (5)
Δx = (x1 + x3−x2) / (x1 + x4) (6)
第1の本発明によれば、一面側にスペーサが設けられ、当該スペーサに対して裏面側となる部分に凹部が設けられた集電体が提供される。当該集電体によれば、発電部と併せて積層し積層型電池とする場合、一の集電体に係るスペーサを他の集電体に係る凹部に嵌め込むことによって、集電体及び発電部(以下、これらを併せて電極体という場合がある。)の積層位置を容易に位置決めでき、複数の電極体を適切に積層することができる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a current collector in which a spacer is provided on one surface side and a recess is provided in a portion on the back surface side with respect to the spacer. According to the current collector, when the laminated battery is laminated together with the power generation unit, the current collector and the power generation are obtained by fitting the spacer according to one current collector into the recess according to the other current collector. The stacking position of the part (hereinafter, these may be collectively referred to as an electrode body) can be easily positioned, and a plurality of electrode bodies can be stacked appropriately.
第2の本発明によれば、第1の本発明に係る集電体を発電部とともに複数積層してなり、集電体間のスペーサが、集電体に設けられた凹部に嵌め合わされた積層型電池が提供される。当該積層型電池によれば、スペーサが凹部に嵌め合わされることにより、電極体が適切に位置決めされて積層されたものとなっており、且つ、積層後、プレス工程に供する場合にも、スペーサの嵌合により、電極体同士の位置ずれを防止できる。 According to the second aspect of the present invention, a plurality of current collectors according to the first aspect of the present invention are laminated together with a power generation unit, and a laminate in which spacers between the current collectors are fitted in recesses provided in the current collector. A type battery is provided. According to the multilayer battery, the spacer is fitted into the recess, so that the electrode body is appropriately positioned and laminated, and when the laminate is subjected to a pressing process after lamination, By the fitting, it is possible to prevent the positional deviation between the electrode bodies.
第3の本発明によれば、集電体間のスペーサが、集電体に設けられた凹部に嵌め合わされた積層型電池が提供される。当該積層型電池によれば、スペーサが凹部に嵌め合わされることにより、電極体が適切に位置決めされて積層されたものとなっており、且つ、積層後、プレス工程に供する場合にも、スペーサの嵌合により、電極体同士の位置ずれを防止できる。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a stacked battery in which a spacer between current collectors is fitted in a recess provided in the current collector. According to the multilayer battery, the spacer is fitted into the recess, so that the electrode body is appropriately positioned and laminated, and when the laminate is subjected to a pressing process after lamination, By the fitting, it is possible to prevent the positional deviation between the electrode bodies.
以下、積層型リチウム二次電池を例示して、本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、当該形態に限定されるものではなく、種々の積層型電池に適用することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by exemplifying a laminated lithium secondary battery. However, the present invention is not limited to the embodiment and can be applied to various stacked batteries.
図1は、実施形態に係る電極体10及び積層型電池100を概略的に示す図である。図1(A)は、電極体10の構成を示す概略図であり、図1(B)は、当該電極体10が積層されてなる積層型電池100の構成を示す概略図である。図1(B)においては、説明のため、積層型電池100の正負極リードや外装体等については省略して示している。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an
<電極体10>
図1(A)に示されるように、電極体10は、正極層11と負極層12と、当該正極層11及び負極層12の間に設けられた集電体14と、負極層12上に設けられた電解質層13と、を備えたバイポーラ電極とされている。また、集電体14の負極層12及び電解質層13側においては、負極層12及び電解質層13の外周の少なくとも一部(図1においては両端部)に、スペーサ15、15が設けられており、集電体14の正極層11側においては、正極層11の外周の少なくとも一部であって当該スペーサ15、15に対して裏面側となる位置に凹部16、16が設けられている。このように、電極体10には、スペーサ15、15及び凹部16、16が設けられた集電体14が備えられている。
<
As shown in FIG. 1A, the
(正極層11、負極層12)
正極層11及び負極層12は、活物質や電解質を含み、任意に導電助剤及び結着剤等を含む層である。積層型電池100が全固体のリチウム二次電池である場合、活物質としては、LiCoO2、LiNiO2、Li1+xNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiMn2O4、Li1+xMn2−x−yMyO4(MはAl、Mg、Co、Fe、Ni、Znのいずれか)で表される異種元素置換Li−Mnスピネル、LixTiOy、LiMPO4(MはFe、Mn、Co、Niのいずれか)、V2O5、MoO3、TiS2、グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料、LiCoN、LixSiyOz、リチウム金属又はリチウム合金(LiM、MはSn、Si、Al、Ge、Sb、P等のいずれか)、リチウム貯蔵性金属間化合物(MgxM、MはSn、Ge、Sbのいずれか、或いは、NySb、NはIn、Cu、Mnのいずれか)や、これらの誘導体等を用いることができる。ここで、正極活物質と負極活物質には明確な区別はなく、2種類の化合物の充放電電位を比較して貴な電位を示すものを正極層11に、卑な電位を示すものを負極層12に用いて、任意の電圧のリチウム二次電池を構成することができる。また、積層型電池100が全固体のリチウム二次電池である場合、電解質としては、固体電解質が用いられる。具体的には、Li2O−B2O3−P2O5、Li2O−SiO2、Li2O−B2O3−ZnO等の酸化物系非晶質固体電解質、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P2S5、LiI−Li2S−B2S3、Li3PO4−Li2S−Si2S、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiPO4−Li2S−SiS、LiI−Li2S−P2O5、LiI−Li3PO4−P2S5、Li2S−P2S5等の硫化物系非晶質固体電解質、或いは、LiI、LiI−Al2O3、Li3N、Li3N−LiI−LiOH等や、Li1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3、Li1+x+yAxTi2−xSiyP3−yO12(AはAl又はGa、0≦x≦0.4、0<y≦0.6)、[(B1/2Li1/2)1−zCz]TiO3(BはLa、Pr、Nd、Smのいずれか、CはSr又はBa、0≦z≦0.5)、Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li6BaLa2Ta2O12、Li3PO(4−3/2w)Nw(w<1)、Li3.6Si0.6P0.4O4等の結晶質酸化物・酸窒化物を用いることができる。一方、導電助剤としては、従来のものを特に限定されることなく用いることができ、例えば、アセチレンブラック等の炭素材料を用いることが好ましい。結着剤についても、従来のものを特に限定されることなく用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂やスチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム性状樹脂等を用いることが好ましい。正極層11や負極層12に含まれる各物質の混合比については、積層型電池100を適切に作動可能な比率であれば、特に限定されるものではない。例えば、質量比で、活物質:電解質:導電助剤:結着剤=45〜50:45〜49:0.1〜0.5:0.1〜0.5混合比とすることができる。また、正極層11や負極層12は、後述する集電体14に、適切に形成されていれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。例えば、10〜200μm程度の厚みとすることができる。ただし、後述するように、正極層11や負極層12の厚みは、スペーサ15、15の積層方向高さや、凹部16、16の積層方向深さを決定するためのパラメータとされることが好ましい。正極層11、負極層12は、上記活物質等を含むペーストを集電体14上にドクターブレード等によって塗布・乾燥することにより形成することができる。
(
The
(固体電解質層13)
電解質層13は、電解質と任意に結着剤等を含む層である。積層型電池100が、全固体のリチウム二次電池である場合には、電解質としては、上記した固体電解質を用いることができる。結着剤についても上記と同様のものを用いることができる。電解質層13に含まれる各物質の混合比については、積層型電池100を適切に作動可能な比率であれば、特に限定されるものではない。例えば、質量比で、電解質:結着剤=90〜100:10〜0の混合比とすることができる。また、電解質層13は、正極層11及び負極層12の間に適切に設けられ、正極層11と負極層12との間のイオン伝導に寄与することができる形態であれば、厚みや形状等は特に限定されるものではない。例えば、1〜500μm程度の厚みとすることができる。ただし、後述するように、電解質層13の厚みは、スペーサ15、15の積層方向高さや、凹部16、16の積層方向深さを決定するためのパラメータとされることが好ましい。電解質層13は、上記電解質等を含むペーストを負極層12上にドクターブレード等によって塗布・乾燥することにより形成することができる。スプレー法やAD法により電解質層13を形成してもよい。
(Solid electrolyte layer 13)
The
(集電体14)
集電体14は、バイポーラ電極に用いられる集電体であれば、その材質等は特に限定されるものではない。例えば、ステンレス鋼、Cu、Ni、V、Au、Pt、Al、Mg、Fe、Ti、Co、Zn、Ge、In、Li等の金属箔、或いは、ポリアミド、ポリイミド、PET、PPS、ポリプロピレンなどのフィルムやガラス、シリコン板等の上にCu、Ni、V、Al、Pt、Au等の金属を蒸着したもの等を用いることができる。集電体の厚みや大きさは特に限定されるものではない。例えば、10〜30μm程度の厚みとすることができる。ただし、後述する凹部16、16を形成可能な程度の厚みを有している必要がある。すなわち、集電体14の厚みは、後述する凹部16、16の深さよりも大きい。
(Current collector 14)
The material of the
(スペーサ15)
スペーサ15は、集電体14の負極層12及び電解質層13側であって、負極12及び電解質層13の外周の少なくとも一部に設けられ、電極体10の積層時、後述する凹部16に嵌め合わされて、電極体10の位置決めを容易とするとともに、集電体14、14、…の間に介在して、集電体14、14、…間の絶縁に寄与する部材である。スペーサ15は、絶縁体からなるものであれば、その材質は特に限定されるものではないが、電極体10の位置決めをより確実にする観点からは、適切な機械的剛性を備えてなるものが好ましく、例えば、ポリカーボネートからなることが好ましい。スペーサの形状については、電極体10の積層時、集電体14の凹部16に適切に嵌め合わされるような形状であれば特に限定されるものではないが、上記の正極層11、負極層12及び電解質層13の厚みやヤング率、電極体10の積層後に印加される圧力、さらには、後述する凹部の大きさや深さを考慮して、形状が決定されることが好ましい。スペーサ15は、負極層12及び電解質層13の外周の少なくとも一部に備えられていれば、設置形態は特に限定されるものではなく、当該負極層12及び電解質層13の外周部に複数点在するような形態であってもよいし、当該負極層12及び電解質層13の両側辺に延びる略棒状とされていてもよいし、当該負極層12及び電解質層13の外周を連続的に囲うような形状であってもよい。尚、上記の活物質や電解質について粒子状のものを用いた場合は、当該粒子状材料の滑落を抑制する観点から、スペーサ15の積層方向高さを、負極層12及び電解質層13の合計の厚みよりも高くすることが好ましい。スペーサ15は溶着(熱溶着)、接着剤を用いた接着等によって集電体14に設置することができる。また、集電体14に設けられた凹部(凹部16に対して裏面側となる凹部)にスペーサを嵌め込んでもよい。
(Spacer 15)
The
(凹部16)
凹部16は、集電体14の正極層11側であって、正極層11の外周の少なくとも一部に設けられており、ここにスペーサ15が嵌め合わされて、電極体10の積層時、電極体10の位置決めが容易とされる。凹部16は、スペーサ15に対して裏面側となる位置に設けられており、一の電極体10に係る凹部16に、他の電極体10に係るスペーサ15が嵌め合わされることにより、一の電極体10の正極層11の積層位置と、他の電極体10の負極層12及び電解質層13の積層位置とがずれることなく、電極体10、10を積層することができる。凹部16は、スペーサ15が嵌合可能とされていれば、その形状は特に限定されるものではない。スペーサ15の位置に合わせて、集電体14のスペーサ15に対して裏面側に、凹部16を点在させる、或いは、集電体14のスペーサ15に対して裏面側に、溝を形成することによって凹部16としてもよい。ただし、凹部16の深さについては、上記の正極層11、負極層12及び電解質層13の厚みやヤング率、電極体10の積層後に印加される圧力、さらには、スペーサ15の積層方向高さを考慮して決定されることが好ましい。凹部16は、プレス処理等によって集電体14に形成することができる。
(Recess 16)
The
電極体10は、例えば、下記のように作製することができる。すなわち、まず、集電体14を用意し、当該集電体14の一方の面に熱溶着或いは接着剤を用いた接着によりスペーサ15、15を設け、集電体14の他方の面であってスペーサ15、15に対して裏面側となる部分に、プレス処理等により凹部16、16を設ける。そして、スペーサ15、15の内側に上記活物質等を含む負極ペーストをドクターブレード等によって塗布・乾燥して所定の厚みの負極層13を形成し、当該負極層13の上に上記電解質等を含む電解質ペーストをドクターブレード等によって塗布・乾燥して所定の厚みの電解質層14を形成する。一方、集電体14の凹部16、16の内側に上記活物質等を含む正極ペーストをドクターブレード等によって塗布・乾燥して所定の厚みの正極層11を形成する。これによって、電極体10を作製することができる。或いは、集電体14の一方の面に負極ペーストを塗布・乾燥し所定の厚みの負極層12を設け、集電体14の他方の面に正極ペーストを塗布・乾燥し所定の厚みの正極層11を設け、負極層12の上に電解質ペーストを塗布・乾燥し所定の厚みの電解質層13を設け、その後、負極層12及び電解質層13の外周の少なくとも一部となる集電体14部分にスペーサ15、15を設け、正極層11の外周の少なくとも一部であってスペーサ15、15に対して裏面側となる集電体14部分に凹部16、16を設けることによっても、電極体10を作製することができる。
The
<積層型電池100>
上記の電極体10を積層し積層体とすることで、図1(B)に示されるような積層型電池100が作製される。積層型電池100は積層バイポーラ電池であり、一の電極体10のスペーサ15、15が、他の電極体10の凹部16、16に嵌め合わされながら、複数の電極体10、10、…を積層してなるものである。積層型電池100においては、集電体14、14の間に、正極層11、電解質層13及び負極層12がこの順に積層されており、これらが発電部20として機能する。図1(B)においては、積層方向両端に設けられる電極体10については、積層方向最外側の電極層或いは電解質層が設けられない形態(電極体10a、10b)とされており、当該電極体10a、10bの間に、複数の電極体10が積層されている。上述の通り、電極体10は、集電体14の表裏にスペーサ15及び凹部16が設けられていることにより、一の電極体10に係る凹部16に、他の電極体10に係るスペーサ15が嵌め合わせることができ、電極体10、10、…の積層時、一の電極体10の正極層11の積層位置と、他の電極体10の負極層12及び電解質層13の積層位置とがずれることない。すなわち、電極体10を容易に位置決めしながら、積層型電池100を作製することができる。また、積層型電池100は、発電部20の外周の少なくとも一部に設けられたスペーサ15、15が、集電体14の発電部20側に設けられた凹部16、16に嵌め合わされているため、プレス工程において、電極体10同士がずれることがなく、適切に圧力が印加されて作製されている。
<
By stacking the
電極体10の位置決めを容易とするとともに、電極体10の積層後、適切に圧力を印加可能とする観点からは、電極体10及び積層型電池100の各構成は、特に、下記のように設計されることが好ましい。
From the viewpoint of facilitating positioning of the
図2(A)に示されるように、負極層12の厚みと電解質層13の厚みとの合計をx1、スペーサ15の集電体14表面からの積層方向高さをx2、凹部16の積層方向深さをx3、正極層11の厚みをx4とすると、少なくとも下記式(1)を満たしていることにより、図2(B)に示されるように電極体10の積層後、締付けによりプレス処理を行う場合、電極材料に均一な圧縮応力を印加することができ、好ましい。
x2−x3<x1+x4 … (1)
As shown in FIG. 2A, the sum of the thickness of the
x2-x3 <x1 + x4 (1)
また、電極体10、10、…を積層した後、プレス工程に供する場合は、当該プレス工程における圧力σと、正極層11のヤング率E1、電解質層のヤング率E2、及び負極層のヤング率E3とから、上記のx1、x2、x3及びx4が求められることが好ましい。具体的には、例えば、下記式(2)〜(6)によって、圧力σと、第1電極層のヤング率E1、電解質層のヤング率E2及び第2電極層のヤング率E3とから、適切なx1、x2、x3或いはx4を算出することができる。
x2>x1 …(2)
x3>x4 …(3)
σ=E・Δx … (4)
E=E1・E2・E3/(E1・E2+E2・E3+E3・E1) … (5)
Δx=(x1+x3−x2)/(x1+x4) … (6)
When the
x2> x1 (2)
x3> x4 (3)
σ = E · Δx (4)
E = E1, E2, E3 / (E1, E2 + E2, E3 + E3, E1) (5)
Δx = (x1 + x3−x2) / (x1 + x4) (6)
このように、電極体10によれば、本発明に係る集電体14、スペーサ15、15、及び凹部16、16が備えられているので、電極体10の積層時、一の電極体10に係るスペーサ15を他の電極体10に係る凹部16に嵌め込むことによって、電極体10の積層位置を容易に位置決めでき、複数の電極体10、10、…を適切に積層することができる。また、本発明に係る積層型電池100によれば、スペーサ15が凹部16に嵌め合わされることにより、電極体10が適切に位置決めされて積層されたものとなっており、且つ、積層後、プレス工程に供する場合にも、スペーサ15の嵌合により、電極体10同士の位置ずれを防止できる。さらに、上記のように、プレス工程における圧力σや各層のヤング率E1〜E3をもとに、スペーサ15や凹部16が適切に設計されている場合、電極体10の積層時の位置決めが容易であるとともに、積層後、より均一且つより適切に、圧力を印加することができる。
Thus, according to the
尚、上記説明において、電極体10は、負極層12及び電解質層13が備えられる側にスペーサ15、15が設けられ、正極層11が備えられる側に凹部16、16が設けられる形態について説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、正極層11が備えられる側にスペーサ15、15が設けられ、負極層12及び電解質層13が備えられる側に凹部16、16が設けられる形態であってもよい。ただし、電解質層の剥がれや電解質(特に粒子状電解質)の脱落を抑制することができる観点からは、スペーサ15、15側に電解質層13を設けることが好ましい。
In the above description, the
また、上記説明において、電極体10は、集電体14の一方の面に負極層12及び電解質層13が、他方の面に正極層11が備えられる形態について説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、例えば、集電体14の一方の面に正極層11及び電解質層13が、他方の面に負極層12が備えられる形態であってもよく、正極層11及び負極層12の双方の上に電解質層13が備えられる形態であってもよい。
In the above description, the
また、上記説明において、電極体10は、集電体14の表裏に正極層11と負極層12とが設けられるバイポーラ電極構造を有するものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、集電体14の一面に正極層11、電解質層13及び負極層12がこの順に積層されてなるものであってもよい。ただし、集電体14上にペーストを塗布することによって、各電極層及び電解質層を形成する場合、当該ペーストの乾燥・固化時、層のひび割れ、反り或いは剥離を防止する観点、また、電極体10における自己放電を防ぐ観点から、電極体10は、集電体14の表裏に正極層11と負極層12とが設けられるバイポーラ電極構造を有するものとすることが好ましい。
In the above description, the
また、電極体10は、図3に示されるように、積層型電池100とされる前の保管時、各電極層や電解質層の表面にシール部材30を配することが好ましい。シール部材30としては、公知のシール材を特に限定されることなく用いることができ、例えば、オレフィン樹脂からなるものを用いることが好ましい。これにより、発電部に埃等を付着させることなく電極体10を保管することができる。
In addition, as shown in FIG. 3, the
また、上記説明において、積層型電池100は、電極体10が複数積層されてなるものとして説明したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、積層型電池10の集電体14の間にスペーサ15が設けられ、且つ、当該スペーサが集電体14に設けられた凹部16に嵌め合わされているような積層型電池であればよい。すなわち、少なくとも一面に発電部20が配置される集電体14であって、集電体14の一面側において、発電部20が配置される位置の外周の少なくとも一部に、スペーサ15、15が配置され、集電体14の他面側において、スペーサ15、15が配置される位置と対応する位置に、凹部16、16が形成されている、集電体14を用い、当該集電体14が発電部20とともに複数積層されてなり、スペーサ15、15が凹部16、16に嵌め合わされている、積層型電池、或いは、一の集電体14(第1集電体14)と他の集電体14(第2集電体14)との間に発電部20が備えられ、当該発電部20の外周の少なくとも一部にスペーサ15、15が設置され、第1集電体14又は第2集電体14の少なくとも一方の、発電部20側の面に、凹部16、16が設けられ、凹部16、16にスペーサ15、15が嵌め合わされている、積層型電池であってもよい。ただし、積層型電池100を容易に製造可能な観点からは、電極体10が複数積層されてなる積層型電池100とすることが好ましい。
In the above description, the
実施例により、本発明に係る積層型電池100の設計について説明する。
The design of the stacked
1.従来例(比較例)
図4(A)に示されるように、集電体14の上にドクターブレードによって、正極ペーストを塗布・乾燥し、正極層511を形成し、その後、当該正極層511の上にドクターブレードによって電解質ペーストを塗布・乾燥し、電解質層513を形成し、さらにその後、当該電解質層513の上にドクターブレードによって負極ペーストを塗布・乾燥し、負極層512を形成した。このようにして作製された電極体510を外部観察したところ、図4(B)に示されるように、各層間にクラックや反りが生じていた。これは、ペーストの乾燥過程等において、各層の熱膨張率の違いによって生じたものと考えられる。また、電極体510は、正極層、電解質層及び負極層がこの順に積層されており、自己放電が生じる虞のあるものであった。また、作製された電極体510を複数用意して積層する場合、電極体510の位置決めが困難であった。また、積層後、拘束プレス工程に供する場合、電極体510同士の位置ずれが生じた。
1. Conventional example (comparative example)
As shown in FIG. 4A, the positive electrode paste is applied and dried on the
2.実施例1
電極体10の積層後の拘束プレス工程において、印加される圧縮応力を150kgf/cm2(1470N/cm2)に設定し、且つ、図2に示される、各電極層、電解質層の厚み、凹部16の深さを下記表1の通りとした。正極層11、負極層12、電解質層13の各ヤング率は下記表2の通りであった。この場合において、最適なスペーサの高さx2を下記式(4)〜(6)により求めたところ、スペーサ高さx2は365.6μmとなった。
σ=E・Δx … (4)
E=E1・E2・E3/(E1・E2+E2・E3+E3・E1) … (5)
Δx=(x1+x3−x2)/(x1+x4) … (6)
2. Example 1
In the constraining press step after the
σ = E · Δx (4)
E = E1, E2, E3 / (E1, E2 + E2, E3 + E3, E1) (5)
Δx = (x1 + x3−x2) / (x1 + x4) (6)
算出値を基にスペーサを設計し、これを用いて電極体10を複数作製した。作製した電極体10は、上記比較例と比べていずれも反り、ひび割れ等のないものであった。その後、電極体10を用いて積層型電池100を作製したところ、電極体10の積層時、容易に位置決めしながら電極体10を積層することができ、且つ、その後のプレス工程においても電極体10同士がずれることなく、均一且つ適切に圧力を印加することができた。
A spacer was designed based on the calculated value, and a plurality of
3.実施例2
電極体10の積層後、プレス工程において印加される圧縮応力を15kgf/cm2(147N/cm2)に設定し、且つ、図2に示される、各電極層、電解質層の厚み、スペーサ15の高さを下記表3の通りとした。正極層11、負極層12、電解質層13の各ヤング率は下記表4の通りであった。この場合において、最適な凹部16深さx3を下記式(4)〜(6)により求めたところ、凹部深さx3は51.7μmとなった。
σ=E・Δx … (4)
E=E1・E2・E3/(E1・E2+E2・E3+E3・E1) … (5)
Δx=(x1+x3−x2)/(x1+x4) … (6)
3. Example 2
After the
σ = E · Δx (4)
E = E1, E2, E3 / (E1, E2 + E2, E3 + E3, E1) (5)
Δx = (x1 + x3−x2) / (x1 + x4) (6)
算出値を基に集電体14に凹部を設け、これを用いて電極体10を複数作製した。作製した電極体10は、上記比較例と比べていずれも反り、ひび割れが低減されていた。その後、電極体10を用いて積層型電池100を作製したところ、電極体10の積層時、容易に位置決めしながら電極体10を積層することができ、且つ、その後のプレス工程においても電極体10同士がずれることなく、均一且つ適切に圧力を印加することができた。
Based on the calculated value, the
以上、現時点において、最も実践的であり、且つ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う集電体及び積層型電池もまた本発明の技術範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the invention is not limited to the embodiments disclosed herein. The present invention can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and current collectors and stacked batteries with such changes are also included in the technical scope of the present invention. Must be understood.
本発明は、携帯機器、電気自動車、ハイブリッド車等の電源として好適に用いることができる。 The present invention can be suitably used as a power source for portable devices, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like.
10 電極体
11 正極層
12 負極層
13 電解質層
14 集電体
15 スペーサ
16 凹部
20 発電部
100 積層型電池
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記集電体の一面側において、前記発電部が配置される位置の外周の少なくとも一部に、スペーサが配置され、
前記集電体の他面側において、前記スペーサが配置される位置と対応する位置に、凹部が形成されている、集電体。 A current collector having a power generation unit disposed on at least one surface,
On one side of the current collector, a spacer is disposed on at least a part of the outer periphery of the position where the power generation unit is disposed,
A current collector in which a recess is formed at a position corresponding to a position at which the spacer is disposed on the other surface side of the current collector.
前記スペーサが前記凹部に嵌め合わされている、積層型電池。 A plurality of current collectors according to claim 1 are laminated together with a power generation unit,
A stacked battery, wherein the spacer is fitted in the recess.
前記発電部の外周の少なくとも一部にスペーサが設置され、
前記第1集電体又は第2集電体の少なくとも一方の、前記発電部側の面に、凹部が設けられ、
前記凹部に前記スペーサが嵌め合わされている、積層型電池。 A power generation unit is provided between the first current collector and the second current collector,
A spacer is installed on at least a part of the outer periphery of the power generation unit,
At least one of the first current collector or the second current collector is provided with a recess on the surface on the power generation unit side,
A stacked battery in which the spacer is fitted in the recess.
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