JP2011258439A - Secondary battery - Google Patents

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洋介 鈴木
Hironori Fujii
宏紀 藤井
Masaya Nakamura
雅也 中村
Manabu Yamada
学 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery in which a short circuit due to displacement of an electrode from a separator is suppressed.SOLUTION: The secondary battery comprises a lamination type electrode body where positive electrode plates and negative electrode plates are stacked via a separator, the separator being folded zigzag between the positive electrode plates and the negative electrode plates and having protrusions composed of a water-soluble polymer on its surfaces that are folded and face each other. The secondary battery has protrusions on a surface of the separator that faces the electrode plates, the protrusions regulating displacement of the electrode plates and thereby suppressing a short circuit due to displacement of the electrode plates from the separator.

Description

本発明は、二次電池に関し、詳しくは、正極と負極の間に介在するセパレータがジグザグに折り返された状態で介在する電極体を備えた二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery including an electrode body in which a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode is interposed in a zigzag manner.

二次電池は、正極と負極を有する電極体の構造により、積層型と捲回型とに分類される。積層型は、セパレータを一枚毎に切断して正極と負極より大きなサイズに成形し、このセパレータを用いて両電極を分離して短絡を防いでいる。このため、セパレータの成形により粉塵の発生や、使用量の増加が必要となっていた。さらに、短絡を防ぐために一方の極の幅を他方の極よりも小さくする(たとえば、正極の幅を負極に比べて小さくする)必要があった。   Secondary batteries are classified into a stacked type and a wound type depending on the structure of an electrode body having a positive electrode and a negative electrode. In the laminated type, a separator is cut into pieces and formed into a size larger than that of a positive electrode and a negative electrode, and both electrodes are separated using this separator to prevent a short circuit. For this reason, generation | occurrence | production of the dust and increase of the usage-amount were needed by shaping | molding of the separator. Further, in order to prevent a short circuit, it is necessary to make the width of one pole smaller than the other pole (for example, make the width of the positive electrode smaller than that of the negative electrode).

また、捲回型は、成形時に捲き芯が必要であるために、この巻き芯に対応したスペースが起電力の発生に寄与せず、このスペースが大きくなることで電池の小型化を阻害する要因となっていた(体積あたりの充放電量を大きくできなくなっていた)。   In addition, since the winding core requires a winding core at the time of molding, the space corresponding to this winding core does not contribute to the generation of electromotive force, and this space becomes a factor that hinders downsizing of the battery (The charge / discharge amount per volume could not be increased).

このような問題に対し、特許文献1では、セパレータを正極シートと負極シートの間の電極間を、縫うようにジグザグに折れ曲げる電池を開示している。   In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a battery in which a separator is bent zigzag so as to sew between electrodes between a positive electrode sheet and a negative electrode sheet.

しかしながら、この電池(電極体構造)では、積層時にセパレータのズレによる短絡が発生することがあった。具体的には、積層時にセパレータと電極との間にズレが生じない状態では、電極の両面はセパレータにより覆われた状態となる。しかし、セパレータにズレが生じると、電極の端部がセパレータに覆われなくなる(表面が露出する)。この露出した表面が、他の電極(特に対向する電極)や導電性の部材(ケース等)に当接するようになると、短絡が発生する。   However, in this battery (electrode body structure), a short circuit may occur due to a separator misalignment during stacking. Specifically, in a state where there is no deviation between the separator and the electrode during lamination, both surfaces of the electrode are covered with the separator. However, when the separator is displaced, the end of the electrode is not covered by the separator (the surface is exposed). When this exposed surface comes into contact with another electrode (especially an opposing electrode) or a conductive member (such as a case), a short circuit occurs.

特開2002−329530号公報JP 2002-329530 A

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、正極と負極の間に介在するセパレータがジグザグに折り返された状態で介在する電極体を備えた二次電池において、電極とセパレータとのズレによる短絡が抑えられた二次電池を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a secondary battery including an electrode body in which a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode is folded back in a zigzag manner, the electrode is separated from the separator. It is an object to provide a secondary battery in which a short circuit is suppressed.

上記課題を解決するために本発明者等は、セパレータと電極との間のズレの発生について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the occurrence of the deviation between the separator and the electrode, and as a result, have reached the present invention.

すなわち、本発明の二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層した積層型電極体を有する二次電池であって、セパレータは、正極板と負極板との間をジグザグに折り返されており、セパレータは、折り返されて互いに対向する対向面に、水溶性ポリマーよりなる突起部を有することを特徴とする。   That is, the secondary battery of the present invention is a secondary battery having a laminated electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, and the separator zigzags between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The separator is folded, and the separator has protrusions made of a water-soluble polymer on opposing surfaces that are folded and face each other.

本発明の二次電池は、正極板と負極板との間をジグザグに折り返されたセパレータを備える二次電池において、セパレータの電極板との対向面に突起部をもうけている。そして、この突起部が、電極板のズレを規制する。この結果、電極板とセパレータの位置のズレによる短絡が抑えられる。   The secondary battery of the present invention is a secondary battery including a separator zigzag-folded between a positive electrode plate and a negative electrode plate, and a protrusion is provided on a surface of the separator facing the electrode plate. And this protrusion part controls the shift | offset | difference of an electrode plate. As a result, a short circuit due to a displacement between the position of the electrode plate and the separator is suppressed.

さらに、短絡を防止することができることから、正極板と負極板のそれぞれのサイズを同程度とすることができる。このことにより、本発明の二次電池の体格の粗大化が抑えられる効果を発揮する。   Furthermore, since a short circuit can be prevented, the sizes of the positive electrode plate and the negative electrode plate can be made comparable. As a result, the secondary battery of the present invention exhibits the effect of suppressing the coarsening of the physique.

実施例の非水電解液電池に用いられる電極板を示した上面図である。It is the top view which showed the electrode plate used for the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池に用いられる電極板を示した側面図である。It is the side view which showed the electrode plate used for the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池に用いられるセパレータを示した上面図である。It is the top view which showed the separator used for the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池に用いられるセパレータを示した側面図である。It is the side view which showed the separator used for the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時の正極板とセパレータを示した図である。It is the figure which showed the positive electrode plate and separator at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時の正極板とセパレータを示した図である。It is the figure which showed the positive electrode plate and separator at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時に正極板にそってセパレータを折り返した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which turned the separator along the positive electrode plate at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時に負極板を配置した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which has arrange | positioned the negative electrode plate at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時に負極板を配置した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which has arrange | positioned the negative electrode plate at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時に正極板及び負極板を積層させた状態を示した図である。It is the figure which showed the state which laminated | stacked the positive electrode plate and the negative electrode plate at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の非水電解液電池の組み付け時に正極板及び負極板を積層させた状態を示した図である。It is the figure which showed the state which laminated | stacked the positive electrode plate and the negative electrode plate at the time of the assembly | attachment of the nonaqueous electrolyte battery of an Example. 実施例の第一変形形態の非水電解液電池に用いられるセパレータを示した図である。It is the figure which showed the separator used for the nonaqueous electrolyte battery of the 1st modification of an Example. 実施例の第二変形形態の非水電解液電池に用いられるセパレータを示した図である。It is the figure which showed the separator used for the nonaqueous electrolyte battery of the 2nd modification of an Example.

本発明の二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層した積層型電極体を有する二次電池である。   The secondary battery of the present invention is a secondary battery having a laminated electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator.

そして、セパレータは、正極板と負極板との間をジグザグに折り返されている。また、セパレータは、折り返されて互いに対向する対向面に、水溶性ポリマーよりなる突起部を有する。   The separator is folded back zigzag between the positive electrode plate and the negative electrode plate. In addition, the separator has protrusions made of a water-soluble polymer on opposing surfaces that are folded back and face each other.

本発明の二次電池は、セパレータが正極板と負極板との間をジグザグに折り返されている。このような構成となることで、セパレータの成形のための切削箇所が少なくなり、セパレータの粉塵の発生や、セパレータの使用量の増加を抑えることができる。なお、本発明において、セパレータのジグザグに折り返される状態とは、セパレータが少なくとも一回折り返され、折り返された状態のセパレータが、正極板又は負極板を挟んだ状態であることを示す。つまり、セパレータがジグザグに折り返される状態とは、少なくとも一回折り返された状態であればよく、複数回折り返された状態であることがより好ましい。セパレータが複数回折り返されたときには、正極板と負極板が交互に挟まれる。   In the secondary battery of the present invention, the separator is folded back zigzag between the positive electrode plate and the negative electrode plate. With such a configuration, the number of cutting parts for molding the separator is reduced, and generation of dust in the separator and increase in the amount of separator used can be suppressed. In the present invention, the state where the separator is folded back zigzag means that the separator is folded back at least once, and the folded-back separator sandwiches the positive electrode plate or the negative electrode plate. In other words, the state in which the separator is folded back in a zigzag pattern may be a state in which the separator is folded back at least once, and is preferably a state in which the separator is folded back multiple times. When a plurality of separators are folded back, the positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately sandwiched.

本発明の二次電池は、セパレータが折り返されて互いに対向する対向面に、水溶性ポリマーよりなる突起部を有する。セパレータが折り返されると、折り返されて形成される一対の対向面が対向するようになる。そして、この対向面の間に正極板又は負極板(電極板)が配される。   The secondary battery of the present invention has protrusions made of a water-soluble polymer on opposing surfaces that face each other when the separator is folded back. When the separator is folded, a pair of opposed surfaces formed by folding are opposed to each other. A positive electrode plate or a negative electrode plate (electrode plate) is disposed between the opposing surfaces.

本発明の二次電池は、この対向面に水溶性ポリマーよりなる突起部を有する。突起部を有することで、セパレータの対向面の間に配される電極板がセパレータに対してズレを生じようとしたときに、突起部に当接することとなり、ズレが規制される。つまり、本発明の二次電池は、セパレータの間に配された電極板のズレを規制することで、電極板の短絡を抑えることができる。さらに、本発明の二次電池は、セパレータが突起部を有することで短絡を防止することができ、正極板と負極板のそれぞれのサイズを同程度とすることができる。このことにより、本発明の二次電池の体格の粗大化が抑えられる効果を発揮する。   The secondary battery of the present invention has a protrusion made of a water-soluble polymer on the opposite surface. By having the protrusion, when the electrode plate disposed between the opposing surfaces of the separator is about to be displaced from the separator, the electrode plate comes into contact with the protrusion, and the displacement is restricted. That is, the secondary battery of this invention can suppress the short circuit of an electrode plate by restrict | regulating the shift | offset | difference of the electrode plate arrange | positioned between the separators. Furthermore, the secondary battery of this invention can prevent a short circuit because a separator has a projection part, and can make each size of a positive electrode plate and a negative electrode plate comparable. As a result, the secondary battery of the present invention exhibits the effect of suppressing the coarsening of the physique.

本発明の二次電池において、突起部が水溶性ポリマーにより形成されることで、二次電池の電解液(非水電解液)に溶解しなくなる。突起部を形成する水溶性ポリマーは、その種類が特に限定されるものではないが、スチレンブタジエングム(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリル酸系ポリマー等のポリマーをあげることができる。   In the secondary battery of the present invention, the protrusion is formed of a water-soluble polymer, so that it does not dissolve in the secondary battery electrolyte (nonaqueous electrolyte). The type of the water-soluble polymer that forms the protrusion is not particularly limited, and examples thereof include polymers such as styrene butadiene gum (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), and an acrylic acid polymer.

各電極板は、集電板と、集電板の表面上に形成された電極活物質層と、を有し、突起部は、電極活物質層の端部に当接する位置に形成されることが好ましい。突起部が電極活物質層の端部に当接する位置に形成されることで、突起部が電極活物質層の端部に当接し、電極活物質層の位置のズレを規制する。これにより、電極活物質層を有する電極板のズレを規制する。   Each electrode plate has a current collector plate and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector plate, and the protrusion is formed at a position in contact with the end of the electrode active material layer Is preferred. By forming the protrusion at a position where the protrusion contacts the end of the electrode active material layer, the protrusion contacts the end of the electrode active material layer and regulates the displacement of the electrode active material layer. Thereby, the shift | offset | difference of the electrode plate which has an electrode active material layer is controlled.

突起部の形成される位置は、電極活物質層の端部と当接できる位置であればよく、電極活物質層の端部の端面が突起部の側面に当接する位置であることがより好ましい。また、突起部が電極活物質の端面に当接する位置に形成されると、電極活物質層とセパレータの表面の接触面積の減少が抑えられる。また、電極活物質層に応力の集中がなくなり、電極活物質層の破損が抑えられる。   The position where the protrusion is formed may be a position where it can be in contact with the end of the electrode active material layer, and is more preferably a position where the end surface of the end of the electrode active material layer is in contact with the side surface of the protrusion. . In addition, when the protrusion is formed at a position where it comes into contact with the end face of the electrode active material, a decrease in the contact area between the electrode active material layer and the separator surface can be suppressed. In addition, stress concentration in the electrode active material layer is eliminated, and damage to the electrode active material layer is suppressed.

突起部は、セパレータが折り返されたときに、対向面にもうけられた突起部同士が重なる位置に形成されたことが好ましい。突起部同士が重なる位置にもうけられることで、セパレータが折り返されたときに、セパレータの突起部同士が重なることとなり、電極板のズレをより規制できる。   It is preferable that the protrusion is formed at a position where the protrusions provided on the facing surface overlap each other when the separator is folded back. Since the protrusions are provided at positions where the protrusions overlap each other, the protrusions of the separator overlap each other when the separator is folded back, and the displacement of the electrode plate can be further regulated.

突起部は、セパレータの表面から突出して、電極板のズレを規制できるように形成してあればよく、その形態(形状)は、特に限定されるものではない。   The protrusions may be formed so as to protrude from the surface of the separator so as to regulate the displacement of the electrode plate, and the form (shape) is not particularly limited.

突起部は、少なくとも一カ所で電極板と突起部が当接する形状であればよく、複数箇所あるいは線状で当接する形状であることがより好ましい。   The protrusion may be in a shape where the electrode plate and the protrusion are in contact with each other at least at one place, and more preferably in a shape where the protrusion is in contact with a plurality of places or in a line shape.

突起部は、セパレータののびる方向に沿ってのびる線状に形成されたことが好ましい。突起部が、セパレータののびる方向に沿ってのびる線状に形成されると、セパレータを折り返したときに、線状の突起部同士が重なり合う位置にもうけられる。さらに、突起部がセパレータののびる方向の線状をなすときには、セパレータののびる方向に水溶性ポリマーを塗布することで突起部を精度よく簡単に形成できる。   It is preferable that the protrusion is formed in a linear shape extending along the direction in which the separator extends. When the protrusion is formed in a line extending along the direction in which the separator extends, the protrusion is formed at a position where the line protrusions overlap when the separator is folded back. Furthermore, when the protrusion is linear in the direction in which the separator extends, the protrusion can be accurately and easily formed by applying a water-soluble polymer in the direction in which the separator extends.

突起部の突出高さについても、セパレータの表面から突出して、電極板のズレを規制できるように形成してあればよく、その突出高さは、特に限定されるものではない。   The protrusion height of the protrusion may be formed so as to protrude from the surface of the separator so as to regulate the displacement of the electrode plate, and the protrusion height is not particularly limited.

突起部のセパレータの表面からの突出高さが、集電板と電極活物質層の合計の厚さの50%の値と、突起部が当接する電極と対向する電極の電極活物質層の厚さの値、の合計の値以下であることが好ましい。突起部のセパレータの表面からの突出高さが、集電板と電極活物質層の合計の厚さの50%の値と、突起部が当接する電極と対向する電極の電極活物質層の厚さの値、の合計の値以下となることで、セパレータがジグザグに折り返されて突起部が重なっても、セパレータの折り重なった部分の厚さが電極板の間の厚さを超えなくなり、セパレータと電極板の密着性の低下を生じさせない。つまり、突起部の突出高さがこの値を超えると、セパレータの厚さによりセパレータと電極板との間にすき間が生じることとなり、積層厚さが増加し、電極体の体積密度の低下を招く。   The protrusion height of the protrusion from the surface of the separator is 50% of the total thickness of the current collector plate and the electrode active material layer, and the thickness of the electrode active material layer of the electrode facing the electrode with which the protrusion contacts. It is preferable that the value is equal to or less than the total value. The protrusion height of the protrusion from the surface of the separator is 50% of the total thickness of the current collector plate and the electrode active material layer, and the thickness of the electrode active material layer of the electrode facing the electrode with which the protrusion contacts. When the separator is folded back zigzag and the protrusions overlap, the thickness of the folded portion of the separator does not exceed the thickness between the electrode plates. Does not cause a decrease in adhesion. In other words, if the protrusion height of the protrusion exceeds this value, a gap is generated between the separator and the electrode plate due to the thickness of the separator, the stacking thickness increases, and the volume density of the electrode body decreases. .

突起部は、セパレータを正極板及び負極板との間で折り返して積層させるときに、水溶性ポリマーをセパレータに塗布することで形成されることが好ましい。セパレータを折り返すときに突起部を形成することで、電極板の積層時に同時に突起部の形成を行うことができ、製造に要するコストの上昇を抑えることができる。   The protrusion is preferably formed by applying a water-soluble polymer to the separator when the separator is folded and laminated between the positive electrode plate and the negative electrode plate. By forming the protrusion when the separator is folded back, the protrusion can be formed at the same time as the electrode plates are stacked, and an increase in cost required for manufacturing can be suppressed.

本発明の二次電池は、ジグザグに折り返されたセパレータが突起部を有していれば限定されるものではなく、キャパシタであってもよい。そして、本発明の二次電池は、非水電解液二次電池であることがより好ましい。非水電解液二次電池は、その種類が限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池であることがより好ましい。   The secondary battery of the present invention is not limited as long as the separator folded back zigzag has a protrusion, and may be a capacitor. The secondary battery of the present invention is more preferably a non-aqueous electrolyte secondary battery. The type of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not limited, but is preferably a lithium ion secondary battery.

本発明の二次電池は、複数の単電池を組み合わせた組電池とすることが好ましい。   The secondary battery of the present invention is preferably an assembled battery in which a plurality of unit cells are combined.

本発明の二次電池は、正極及び負極と、電解液と、を有する非水電解液電池であることが好ましく、リチウムイオン二次電池であることがより好ましい。そして、正極及び負極は、活物質、結着材、導電材その他の材料から必要に応じて選択される添加材を混合した電極合材層を、集電体の表面に形成してなることが好ましい。   The secondary battery of the present invention is preferably a non-aqueous electrolyte battery having a positive electrode and a negative electrode and an electrolyte, and more preferably a lithium ion secondary battery. The positive electrode and the negative electrode may be formed by forming on the surface of the current collector an electrode mixture layer in which an additive selected from active materials, binders, conductive materials, and other materials as necessary is mixed. preferable.

本発明の二次電池において、正極または負極の活物質としては、従来の二次電池において活物質として用いられている化合物と混合して用いることができる。   In the secondary battery of the present invention, the active material for the positive electrode or the negative electrode can be used by mixing with a compound used as an active material in a conventional secondary battery.

このような化合物としては、たとえば、リチウムイオン二次電池の正極活物質であるリチウム含有遷移金属酸化物をあげることができる。リチウム含有遷移金属酸化物は、Liイオン(Li)を脱挿入できる材料であり、層状構造またはスピネル構造のリチウム−金属複合酸化物をあげることができる。具体的には、Li1−ZNiO、Li1−ZMnO、Li1−ZMn、Li1−ZCoOなどの金属酸化物系材料をあげることができる。さらに、Li1−ZβPOとしては、LiFePOをあげることができ、それらを1種以上含む化合物をあげることができる。なお、Zは0〜1の数を示す。また、各々の金属酸化物系材料は、Li、Mg、Al、又はCo、Ti、Nb、Cr等の遷移金属を添加または置換した材料等であってもよい。さらに、これらのリチウム−金属複合酸化物を単独で用いるばかりでなくこれらを複数種類混合して用いてもよい。 An example of such a compound is a lithium-containing transition metal oxide that is a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery. The lithium-containing transition metal oxide is a material capable of removing and inserting Li ions (Li + ), and can include a lithium-metal composite oxide having a layered structure or a spinel structure. Specific examples include metal oxide materials such as Li 1-Z NiO 2 , Li 1-Z MnO 2 , Li 1-Z Mn 2 O 4 , and Li 1-Z CoO 2 . Furthermore, examples of Li 1-Z βPO 4 include LiFePO 4, and examples thereof include compounds containing one or more of them. Z represents a number from 0 to 1. In addition, each metal oxide-based material may be Li, Mg, Al, or a material in which a transition metal such as Co, Ti, Nb, or Cr is added or substituted. Furthermore, these lithium-metal composite oxides may be used alone or in combination.

結着材は、高分子材料から形成されることが望ましく、二次電池内の雰囲気において化学的・物理的に安定な材料であることが望ましい。この結着材としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシルメチルセルロース(CMC)をあげることができる。   The binder is desirably formed of a polymer material, and is desirably a material that is chemically and physically stable in the atmosphere in the secondary battery. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE), and carboxymethyl cellulose (CMC).

導電材としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等などが例示できる。また、導電性高分子ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセンなどをあげることができる。   Examples of the conductive material include ketjen black, acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanotube, and amorphous carbon. Further, conductive polymer polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyacene and the like can be mentioned.

集電体の表面に電極合材層を形成する方法としては、活物質、結着材、導電材を有する電極合材を適当な分散媒中に分散または溶解させた後、集電体の表面に塗布・乾燥する方法をあげることができる。   As a method of forming an electrode mixture layer on the surface of the current collector, an electrode mixture having an active material, a binder, and a conductive material is dispersed or dissolved in an appropriate dispersion medium, and then the surface of the current collector The method of applying and drying can be mentioned.

本発明の二次電池がリチウムイオン二次電池であるときには、負極が有する活物質としては、リチウムイオンを充電時には吸蔵し且つ放電時には放出する化合物を用いることができる。この負極活物質は、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料、構成のものを用いることができる。たとえば、リチウム金属、グラファイト又は非晶質炭素等の炭素材料等、ケイ素、スズなどを含有する合金材料、LiTi12、Nb等の酸化物材料をあげることができる。 When the secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery, a compound that absorbs lithium ions during charging and releases them during discharging can be used as the active material of the negative electrode. The negative electrode active material is not particularly limited in its material configuration, and known materials and configurations can be used. Examples thereof include carbon materials such as lithium metal, graphite or amorphous carbon, alloy materials containing silicon and tin, and oxide materials such as Li 4 Ti 5 O 12 and Nb 2 O 5 .

電解液は、特に限定されるものではなく、有機溶媒などの溶媒に支持塩を溶解させたもの、自身が液体状であるイオン液体、そのイオン液体に対して更に支持塩を溶解させたものをあげることができる。   The electrolytic solution is not particularly limited, and an electrolytic solution in which a supporting salt is dissolved in a solvent such as an organic solvent, an ionic liquid that is liquid itself, or a supporting salt that is further dissolved in the ionic liquid. I can give you.

有機溶媒としては、通常のリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒をあげることができる。たとえば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等をあげることができる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等及びそれらの混合溶媒を用いることが好ましい。これらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類、エーテル類からなる群より選ばれた1種以上の非水溶媒が、支持塩の溶解性、誘電率及び粘度において優れ、かつ電池の充放電効率も高いため、好ましい。   As an organic solvent, the organic solvent used for the electrolyte solution of a normal lithium ion secondary battery can be mention | raise | lifted. Examples thereof include carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolane compounds and the like. In particular, it is preferable to use propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or a mixed solvent thereof. Among these organic solvents, in particular, one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of carbonates and ethers are excellent in the solubility, dielectric constant and viscosity of the supporting salt, and the charge / discharge efficiency of the battery is also high. It is preferable because it is high.

イオン液体は、通常リチウム二次電池の電解液に用いられるイオン液体であれば特に限定されるものではない。たとえば、イオン液体のカチオン成分としては、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムや、ジメチルエチルメトキシアンモニウムカチオン等をあげることができ、アニオン成分としは、BF−、N(SOCF−等をあげることができる。 An ionic liquid will not be specifically limited if it is an ionic liquid normally used for the electrolyte solution of a lithium secondary battery. For example, the cation component of the ionic liquid, or N- methyl -N- propyl piperidinium, and dimethyl ethyl methoxy ammonium cations like, and an anionic component, BF 4 -, N (SO 2 CF 3) 2 etc. can be mentioned.

リチウムイオン二次電池において、電解液に用いられる支持塩としては、特に限定されるものではなく、たとえば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiSbF、LiSCN、LiClO、LiAlCl、NaClO、NaBF、NaI、これらの誘導体等の塩化合物をあげることができる。これらの中でも、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiN(FSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiCFSOの誘導体、LiN(CFSOの誘導体及びLiC(CFSOの誘導体からなる群から選ばれる1種以上の塩を用いることが、電気特性の観点から、好ましい。 In the lithium ion secondary battery, the supporting salt used for the electrolytic solution is not particularly limited. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Examples of the salt compound include LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSCN, LiClO 4 , LiAlCl 4 , NaClO 4 , NaBF 4 , NaI, and derivatives thereof. Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 One or more selected from the group consisting of a derivative of SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), a derivative of LiCF 3 SO 3, a derivative of LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and a derivative of LiC (CF 3 SO 2 ) 3 It is preferable to use a salt from the viewpoint of electrical characteristics.

リチウムイオン二次電池においては、正極と負極との間には電気的な絶縁作用とイオン伝導作用とを両立する部材であるセパレータを介装することが好ましい。支持電解質が液状である場合にはセパレータは、液状の支持電解質を保持する役割をも果たす。セパレータとしては、多孔質合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔質膜をあげることができる。更に、セパレータは、正極及び負極の間の絶縁を担保する目的で、正極及び負極よりも更に大きい形態を採用することが好ましい。   In a lithium ion secondary battery, it is preferable to interpose a separator, which is a member that achieves both electrical insulation and ion conduction, between the positive electrode and the negative electrode. When the supporting electrolyte is liquid, the separator also serves to hold the liquid supporting electrolyte. Examples of the separator include a porous synthetic resin film, particularly a porous film of polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene). Furthermore, it is preferable that the separator has a larger size than the positive electrode and the negative electrode for the purpose of ensuring the insulation between the positive electrode and the negative electrode.

本発明の二次電池は、上記の要素以外に、その他必要に応じた要素とからなることが好ましい。   The secondary battery of the present invention is preferably composed of other elements in addition to the above elements.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using examples.

本発明の実施例として、非水電解液二次電池を製造した。   As an example of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.

(実施例)
まず、正極活物質、導電材、溶剤及び結着材を均一になるまで混合し、スラリー状の正極合剤を調製した。そして、アルミニウム箔よりなる正極集電体の表面上に塗布,乾燥して正極板1が製造された。
(Example)
First, a positive electrode active material, a conductive material, a solvent, and a binder were mixed until uniform to prepare a slurry-like positive electrode mixture. And it apply | coated and dried on the surface of the positive electrode electrical power collector which consists of aluminum foil, and the positive electrode plate 1 was manufactured.

負極活物質を溶剤及び結着材に加え、均一になるまで混合し、スラリー状の負極合剤を調製した。そして、銅箔よりなる負極集電体の表面上に塗布,乾燥して負極板2が製造された。   The negative electrode active material was added to the solvent and the binder, and mixed until uniform to prepare a slurry negative electrode mixture. And it apply | coated and dried on the surface of the negative electrode collector which consists of copper foils, and the negative electrode plate 2 was manufactured.

製造された正極板1及び負極板2は、図1〜2に示したように、電極合剤が塗布されない(表面に活物質層10,20が形成されない)未塗布部11,21を、一つの端部に有する方形状を有している。図1に示したように、電極板1,2のそれぞれの未塗布部11,21は、長方形状の電極板1,2の長手方向(長辺方向)の一方の端部に、電極合剤を塗布しない方法や、乾燥後の電極合剤を掻き取る方法により、形成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the manufactured positive electrode plate 1 and negative electrode plate 2 are provided with uncoated portions 11 and 21 to which no electrode mixture is applied (the active material layers 10 and 20 are not formed on the surface). It has a square shape at one end. As shown in FIG. 1, the uncoated portions 11, 21 of the electrode plates 1, 2 are disposed at one end in the longitudinal direction (long side direction) of the rectangular electrode plates 1, 2. It is formed by the method which does not apply | coat, and the method of scraping off the electrode mixture after drying.

つぎに、製造された電極板1,2を、セパレータ3に突起部4を形成しながら、セパレータ3をジグザグに折り返した状態で介在させながら積層させる。   Next, the manufactured electrode plates 1 and 2 are laminated while interposing the separator 3 in a zigzag state while forming the protrusions 4 on the separator 3.

セパレータ3は、多孔質樹脂よりなる帯状の部材であり、帯状の幅が、電極板1,2の長手方向の活物質層10,20の長さよりもわずかに長い幅を有する。そして、セパレータ3は、図3〜4に示したように、幅方向の端部に水溶性のポリマー(ポリアクリル酸ナトリウム)により形成された突起部4が形成されている。この突起部4(40,41)は、図4に断面図を示したように、セパレータ3の幅方向の一方の端部3Aの表面3aと、他方の端部3Bの裏面3bと、に形成される。また、突起部4は、断面方形状に形成されている。   The separator 3 is a band-shaped member made of a porous resin, and the band-shaped width is slightly longer than the length of the active material layers 10 and 20 in the longitudinal direction of the electrode plates 1 and 2. And as shown in FIGS. 3-4, the separator 3 has the protrusion part 4 formed of the water-soluble polymer (poly (sodium acrylate)) in the edge part of the width direction. As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the protrusion 4 (40, 41) is formed on the surface 3a of one end 3A in the width direction of the separator 3 and the back surface 3b of the other end 3B. Is done. Moreover, the protrusion part 4 is formed in the cross-sectional square shape.

突起部4の形成は、所定の位置に水溶性のポリマーの溶液を塗布可能なヘッドを有する塗布装置に帯状のセパレータ3を連続的に通過させ、水溶性のポリマーを固化させることで行われる。すなわち、突起部4は、帯状のセパレータ3の長さ方向にのびる線状に形成される。突起部4は、帯状のセパレータ3の全長にわたって形成される。   The protrusions 4 are formed by continuously passing the strip-shaped separator 3 through a coating device having a head capable of coating a water-soluble polymer solution at a predetermined position to solidify the water-soluble polymer. That is, the protrusion 4 is formed in a linear shape extending in the length direction of the strip-shaped separator 3. The protrusion 4 is formed over the entire length of the strip-shaped separator 3.

突起部4が形成されたセパレータ3は、電極板1,2の間に介在した状態で積層される。   The separator 3 on which the protrusions 4 are formed is laminated in a state of being interposed between the electrode plates 1 and 2.

電極板1,2とセパレータの積層は、まず、セパレータ3の表面3a上に、正極板1を配置する。セパレータ3の表面3a上に正極板1を配置した状態を、図5〜6に示した。このとき、正極板1の長手方向の未塗布部11が形成されていない端部(正極活物質層10の端部)が、セパレータ3の表面3aの突起部40の側面に当接した状態で配置される。この状態では、正極板1の正極活物質層10は、セパレータ3と重なった状態(正極活物質層10がセパレータ3で被覆された状態)となる。また、正極板1の未塗布部11は、セパレータ3の他方の端部3B側から、セパレータ3の長手方向に垂直な方向(短手方向)にのびる状態で突出している。ここで、セパレータ3の幅が正極活物質層10の長手方向での長さよりもわずかに長いだけであり、セパレータ3は、正極活物質層10と略一致する形状に形成されており、セパレータ3が未塗布部11とほとんど重なり合っていない状態となっている。   In the lamination of the electrode plates 1 and 2 and the separator, first, the positive electrode plate 1 is disposed on the surface 3 a of the separator 3. The state where the positive electrode plate 1 is arranged on the surface 3a of the separator 3 is shown in FIGS. At this time, in a state where the end portion (the end portion of the positive electrode active material layer 10) where the uncoated portion 11 in the longitudinal direction of the positive electrode plate 1 is not in contact with the side surface of the protrusion portion 40 of the surface 3 a of the separator 3. Be placed. In this state, the positive electrode active material layer 10 of the positive electrode plate 1 is in a state of being overlapped with the separator 3 (a state in which the positive electrode active material layer 10 is covered with the separator 3). Further, the uncoated portion 11 of the positive electrode plate 1 protrudes from the other end 3B side of the separator 3 in a state extending in the direction (short direction) perpendicular to the longitudinal direction of the separator 3. Here, the width of the separator 3 is only slightly longer than the length of the positive electrode active material layer 10 in the longitudinal direction, and the separator 3 is formed in a shape that substantially matches the positive electrode active material layer 10. Is in a state of hardly overlapping the uncoated portion 11.

そして、セパレータ3を、正極板1の長手方向に垂直な方向(方形状の短辺方向)の端部1Cに沿って(端部1Cを中心に折り返す)、折り返す(図7)。折り返されたセパレータ3は、表面3aが、正極板1の表面に当接する。また、重なり合ったセパレータ3の表面3aの突起部40の先端同士が当接する。正極板1に沿って折り返されたセパレータ3は、裏面3bが積層した最上面に位置する。   Then, the separator 3 is folded along the end 1C in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the positive electrode plate 1 (the direction of the short side of the square) (folded around the end 1C) (FIG. 7). The folded separator 3 has a surface 3 a that contacts the surface of the positive electrode plate 1. Further, the tips of the protrusions 40 on the surface 3a of the separator 3 that overlap each other come into contact with each other. The separator 3 folded back along the positive electrode plate 1 is positioned on the uppermost surface where the back surface 3b is laminated.

次に、セパレータ3の裏面3b上に負極板2を配置する。セパレータ3の裏面3b上に負極板2を配置した状態を、図8〜9に示した。このとき、負極板2の長手方向の未塗布部21が形成されていない端部(負極活物質層20の端部)が、セパレータ3の裏面3bの突起部41の側面に当接した状態で配置される。この状態では、負極板2の負極活物質層20は、セパレータ3と重なった状態(負極活物質層20がセパレータ3で被覆された状態)となる。また、負極板2の未塗布部21は、セパレータ3の一方の端部3A側から、セパレータ3の長手方向に垂直な方向にのびる状態で突出している。この負極板2の未塗布部21の突出方向は、正極板1の未塗布部11の突出する方向と反対方向である。ここで、セパレータ3の幅が負極活物質層20の長手方向での長さよりもわずかに長いだけであり、セパレータ3は、負極活物質層20と略一致する形状に形成されており、セパレータ3が未塗布部21とほとんど重なり合っていない状態となっている。   Next, the negative electrode plate 2 is disposed on the back surface 3 b of the separator 3. The state in which the negative electrode plate 2 is disposed on the back surface 3b of the separator 3 is shown in FIGS. At this time, the end of the negative electrode plate 2 where the uncoated portion 21 in the longitudinal direction is not formed (the end of the negative electrode active material layer 20) is in contact with the side surface of the protrusion 41 on the back surface 3b of the separator 3. Be placed. In this state, the negative electrode active material layer 20 of the negative electrode plate 2 is in a state of being overlapped with the separator 3 (a state in which the negative electrode active material layer 20 is covered with the separator 3). The uncoated portion 21 of the negative electrode plate 2 protrudes from the one end 3 </ b> A side of the separator 3 in a state extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the separator 3. The protruding direction of the uncoated portion 21 of the negative electrode plate 2 is opposite to the protruding direction of the uncoated portion 11 of the positive electrode plate 1. Here, the width of the separator 3 is only slightly longer than the length of the negative electrode active material layer 20 in the longitudinal direction, and the separator 3 is formed in a shape that substantially matches the negative electrode active material layer 20. Is in a state of hardly overlapping the uncoated portion 21.

そして、セパレータ3を、負極板2の長手方向に垂直な方向(方形状の短辺方向)の端部2Dに沿って(端部2Dを中心に折り返す)、折り返す(図9)。折り返されたセパレータ3は、裏面3bが、負極板2の表面に当接する。また、重なり合ったセパレータ3の裏面3bの突起部41の先端同士が当接する。負極板2に沿って折り返されたセパレータ3は、表面3aが積層した最上面に位置する。   Then, the separator 3 is folded back along the end 2D in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the negative electrode plate 2 (in the direction of the short side of the square) (folded around the end 2D) (FIG. 9). The back surface 3 b of the separator 3 that is folded back contacts the surface of the negative electrode plate 2. Further, the tips of the protrusions 41 on the back surface 3b of the separator 3 that overlap each other come into contact with each other. The separator 3 folded back along the negative electrode plate 2 is located on the uppermost surface where the surface 3a is laminated.

上記の正極板1,負極板の積層の工程を繰り返し、電極板1,2を所定の積層数で積層させ、正極板と負極板との間をジグザグに折り返されたセパレータを有する積層型電極体が形成された(図10,11)。   The above-described lamination process of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate is repeated, the electrode plates 1 and 2 are laminated in a predetermined number of laminations, and a laminated electrode body having a separator zigzag folded between the positive electrode plate and the negative electrode plate Was formed (FIGS. 10 and 11).

製造された積層型電極体を、非水電解液とともにケースに封入して、本実施例の非水電解液二次電池が製造された。   The manufactured laminated electrode body was enclosed in a case together with a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte secondary battery of this example was manufactured.

本実施例の非水電解液二次電池は、セパレータ3が折り返されて互いに対向する対向面3a,3bに、突起部4を有している。突起部4を有することで、セパレータ3の対向面3a,3bの間に配される電極板1,2がセパレータ3に対してズレを生じようとしたときに、突起部4に当接することとなり、そのズレが規制される。この電極板1,2のズレを規制することで、電極板1,2の短絡を抑えることができた。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment has protrusions 4 on opposing surfaces 3a and 3b facing each other when the separator 3 is folded back. By having the protruding portion 4, the electrode plates 1 and 2 disposed between the opposing surfaces 3 a and 3 b of the separator 3 come into contact with the protruding portion 4 when attempting to shift the separator 3. The deviation is regulated. By restricting the displacement of the electrode plates 1 and 2, short-circuiting of the electrode plates 1 and 2 could be suppressed.

本実施例の非水電解液二次電池は、セパレータ3の突起部4が電極板1,2の短絡を防止することができ、正極板1と負極板2のそれぞれのサイズ(大きさ)を同程度とすることができる。このことにより、本実施例の非水電解液二次電池は、体格の粗大化が抑えられた。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example, the protrusion 4 of the separator 3 can prevent the electrode plates 1 and 2 from being short-circuited, and the respective sizes (sizes) of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 can be set. It can be about the same. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery of this example was prevented from becoming coarse.

本実施例の非水電解液二次電池は、セパレータ3が正極板1と負極板2との間をジグザグに折り返された構成となっており、セパレータ3の成形のための切削箇所が少なくなり、セパレータ3の粉塵の発生や、セパレータ3の使用量の増加を抑えることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of this example has a configuration in which the separator 3 is folded back in a zigzag manner between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2, and the number of cutting points for forming the separator 3 is reduced. Generation | occurrence | production of the dust of the separator 3 and the increase in the usage-amount of the separator 3 can be suppressed.

(第一変形形態)
本形態は、セパレータ3の突起部4の形態が異なる以外は、実施例の非水電解液二次電池と同様である。
(First variant)
This form is the same as that of the nonaqueous electrolyte secondary battery of an Example except the form of the projection part 4 of the separator 3 differing.

本形態は、図12に示したように、突起部4が、間隔を隔ててセパレータ3上に形成されている。なお、突起部4は、電極板1,2の幅と同じ長さに形成されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 12, the protrusions 4 are formed on the separator 3 at intervals. The protrusion 4 is formed to have the same length as the width of the electrode plates 1 and 2.

(第二変形形態)
本形態は、セパレータ3の突起部4の形態が異なる以外は、実施例の非水電解液二次電池と同様である。
(Second variant)
This form is the same as that of the nonaqueous electrolyte secondary battery of an Example except the form of the projection part 4 of the separator 3 differing.

本形態は、図13に示したように、突起部4が、間隔を隔ててセパレータ3上に形成されている。なお、突起部4は、電極板1,2と複数箇所で当接するように形成されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 13, the protrusions 4 are formed on the separator 3 at intervals. The protrusion 4 is formed so as to contact the electrode plates 1 and 2 at a plurality of locations.

第一及び第二変形形態においても、突起部4が電極板1,2のズレを規制でき、実施例と同様な効果を発揮した。   Also in the first and second modified embodiments, the protrusion 4 can regulate the displacement of the electrode plates 1 and 2, and the same effect as in the example was exhibited.

さらに、第一及び第二変形形態においては、セパレータ3の折り返される部分(特に、折り返される内面側)に突起部4を形成する必要もなくなり、折り返したときにセパレータ3と電極板1,2の端部とが密着することとなり、ズレをより規制できる。   Further, in the first and second modified embodiments, it is not necessary to form the protrusion 4 on the folded portion of the separator 3 (particularly on the inner surface side to be folded), and the separator 3 and the electrode plates 1 and 2 are not folded when folded. The end portion will be in close contact, and the displacement can be further regulated.

加えて、突起部4がセパレータ3の全長にわたって形成されなくなることで、突起部4の形成に要する水溶性の樹脂の使用量を低減できる。   In addition, since the protrusion 4 is not formed over the entire length of the separator 3, the amount of water-soluble resin used for forming the protrusion 4 can be reduced.

1:正極 10:正極活物質層
11:未塗布部
2:負極 20:負極活物質層
21:未塗布部
3:セパレータ
4,40,41:突起部
1: Positive electrode 10: Positive electrode active material layer 11: Uncoated portion 2: Negative electrode 20: Negative electrode active material layer 21: Uncoated portion 3: Separator 4, 40, 41: Projection

Claims (6)

正極板と負極板とがセパレータを介して積層した積層型電極体を有する二次電池であって、
該セパレータは、該正極板と該負極板との間をジグザグに折り返されており、
該セパレータは、折り返されて互いに対向する対向面に、水溶性ポリマーよりなる突起部を有することを特徴とする二次電池。
A secondary battery having a laminated electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator,
The separator is zigzag folded between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
The separator has a protrusion made of a water-soluble polymer on opposing surfaces that are folded back and face each other.
各前記電極板は、集電板と、該集電板の表面上に形成された電極活物質層と、を有し、
前記突起部は、該電極活物質層の端部に当接する位置に形成される請求項1に記載の二次電池。
Each of the electrode plates has a current collector plate and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector plate,
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the protrusion is formed at a position in contact with an end of the electrode active material layer.
前記突起部は、前記セパレータが折り返されたときに、前記対向面にもうけられた前記突起部同士が重なる位置に形成された請求項1〜2のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the protrusion is formed at a position where the protrusions provided on the facing surface overlap each other when the separator is folded. 前記突起部は、前記セパレータののびる方向に沿ってのびる線状に形成された請求項1〜3のいずれかに記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the protrusion is formed in a linear shape extending along a direction in which the separator extends. 前記突起部の前記セパレータの表面からの突出高さは、前記集電板と前記電極活物質層の合計の厚さの50%の値と、該突起部が当接する電極と対向する電極の該電極活物質層の厚さの値、の合計の値以下である請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池。   The protruding height of the protruding portion from the surface of the separator is 50% of the total thickness of the current collector plate and the electrode active material layer, and the height of the electrode facing the electrode with which the protruding portion abuts. The secondary battery according to any one of claims 1 to 4, which is not more than a total value of thickness values of the electrode active material layer. 前記突起部は、前記セパレータを前記正極板及び前記負極板との間で折り返して積層させるときに、該水溶性ポリマーを該セパレータに塗布することで形成される請求項1〜5のいずれかに記載の二次電池。   The protrusion is formed by applying the water-soluble polymer to the separator when the separator is folded and laminated between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The secondary battery as described.
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