JP2012181978A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電効率の高い非水電解液電池に関するものである。なお、本発明には、非水電解液一次電池と非水電解液二次電池とが含まれるが、本明細書では、本発明の特に主要な形態である非水電解液二次電池を中心に説明する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery with high power generation efficiency. The present invention includes a non-aqueous electrolyte primary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery. In this specification, the non-aqueous electrolyte secondary battery, which is a particularly main form of the present invention, is mainly described. Explained.
従来から携帯型の電子機器などの電源用途に汎用されている二次電池などの非水電解液電池には、集電体の片面または両面に正極合剤層を有する正極と、集電体の片面または両面に負極合剤層を有する負極とを、セパレータを介して重ね合わせた積層型の電極体や、更にこれを渦巻状に巻回した巻回型の電極体を、非水電解液と共に、電池缶やラミネートフィルム外装体などの外装体内に封入した構造のものが一般的である。 Non-aqueous electrolyte batteries, such as secondary batteries, that have been widely used for power supply applications such as portable electronic devices, have a positive electrode having a positive electrode mixture layer on one side or both sides of the current collector, A laminated electrode body in which a negative electrode having a negative electrode mixture layer on one side or both sides is overlapped via a separator, and a wound electrode body in which this is wound in a spiral shape together with a non-aqueous electrolyte In general, those having a structure enclosed in an outer package such as a battery can or a laminate film outer package are generally used.
非水電解液電池では、正極合剤層や負極合剤層といった電極合剤層は、厚みが100μm程度であることが通常であったが、非水電解液電池の高容量化を目的として、従来よりも厚い電極合剤層を有する電極を用いて、非水電解液電池を形成することも検討されている。 In the nonaqueous electrolyte battery, the electrode mixture layer such as the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer is usually about 100 μm in thickness, but for the purpose of increasing the capacity of the nonaqueous electrolyte battery, It has also been studied to form a non-aqueous electrolyte battery using an electrode having a thicker electrode mixture layer than before.
非水電解液電池の製造時においては、例えば、前記のような形態の電極体を装填した外装体内に非水電解液を注入する。このとき、非水電解液は、電極合剤層の集電体とは反対側の表面から電極合剤層内に染み込むが、従来のように電極合剤層が比較的薄い場合には、電極合剤層の厚み方向全体に非水電解液が良好に染み込むことで、電極合剤層内に存在する活物質(正極活物質や負極活物質)のほぼ全体が発電に寄与し得るようになる。 At the time of manufacturing the nonaqueous electrolyte battery, for example, the nonaqueous electrolyte is injected into the exterior body in which the electrode body having the above-described form is loaded. At this time, the non-aqueous electrolyte soaks into the electrode mixture layer from the surface of the electrode mixture layer opposite to the current collector, but when the electrode mixture layer is relatively thin as in the prior art, the electrode As the non-aqueous electrolyte penetrates well throughout the thickness direction of the mixture layer, almost the entire active material (positive electrode active material or negative electrode active material) present in the electrode mixture layer can contribute to power generation. .
しかし、電極合剤層を例えば100μm以上と厚くすると、電極合剤層の集電体とは反対側の表面から非水電解液が電極合剤層内に染み込んでも、電極合剤層の厚み方向全体に非水電解液が行き渡らず、例えば集電体に近い領域に存在する活物質が発電に関与できなくなって、想定しただけの容量を引き出せないといった問題が生じ得る。 However, when the electrode mixture layer is thickened to, for example, 100 μm or more, the thickness direction of the electrode mixture layer is increased even if the nonaqueous electrolyte soaks into the electrode mixture layer from the surface opposite to the current collector of the electrode mixture layer. There is a problem that the non-aqueous electrolyte does not spread over the entire surface, and, for example, an active material existing in a region close to the current collector cannot participate in power generation, and the capacity as expected cannot be extracted.
一方、電極合剤層内への非水電解液の浸透性の向上を図るための技術の提案もある。例えば、特許文献1には、活物質層(電極合剤層)の表面に、幅やピッチ、深さを特定したクロス格子状の溝部を形成することで、活物質層内への非水電解液の浸透性を高めた電極を有する非水電解液電池が示されている。 On the other hand, there is also a proposal of a technique for improving the permeability of the nonaqueous electrolytic solution into the electrode mixture layer. For example, Patent Document 1 discloses non-aqueous electrolysis in an active material layer by forming a cross lattice-shaped groove having a specified width, pitch, and depth on the surface of an active material layer (electrode mixture layer). A non-aqueous electrolyte battery having an electrode with enhanced liquid permeability is shown.
特許文献1に記載の技術によれば、電極合剤層内への非水電解液の浸透性を良好に高め得る。しかしながら、現在の非水電解液電池における高容量化への要請は、従来にも増して高まっており、これに応えるべく、電極合剤層の厚膜化を行ったときには、特許文献1に記載の技術でも対応しきれない場合の生じ得ることも予想され、このような点において、特許文献1に記載の技術も未だ改善の余地を残している。 According to the technique described in Patent Document 1, the permeability of the nonaqueous electrolytic solution into the electrode mixture layer can be improved satisfactorily. However, the demand for higher capacity in the current non-aqueous electrolyte battery is increasing more than ever, and when the electrode mixture layer is made thicker to meet this demand, it is described in Patent Document 1. It is also anticipated that this technique may not be able to cope with this, and in this respect, the technique described in Patent Document 1 still leaves room for improvement.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極合剤層の厚い電極を用いつつ、発電効率の高い非水電解液電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide a nonaqueous electrolyte battery with high electric power generation efficiency, using the electrode with a thick electrode mixture layer.
前記目的を達成し得た本発明の非水電解液電池は、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態で形成した電極体と、非水電解液とを収容した外装体を密封して構成したものであり、前記正極および前記負極は、集電体の片面または両面に、活物質を含有する電極合剤層を有するものであり、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極の、少なくとも一方の面に存在する電極合剤層は、厚みが100μm以上であり、かつ集電体とは反対側の表面に開口部を有する複数の溝部を有しており、前記溝部の幅L1が100〜800μmであり、隣り合う前記溝部同士のピッチL2が2〜5mmであることを特徴とするものである。 The non-aqueous electrolyte battery of the present invention that can achieve the above object is formed by sealing an electrode body formed with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and an exterior body that contains the non-aqueous electrolyte. The positive electrode and the negative electrode have an electrode mixture layer containing an active material on one side or both sides of a current collector, and at least one of the positive electrode and the negative electrode, The electrode mixture layer present on at least one surface has a thickness of 100 μm or more and has a plurality of grooves having openings on the surface opposite to the current collector, and the width L1 of the grooves is It is 100-800 micrometers, The pitch L2 of the said adjacent groove parts is 2-5 mm, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、電極合剤層の厚い電極を用いつつ、発電効率の高い非水電解液電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a nonaqueous electrolyte battery with high electric power generation efficiency can be provided, using an electrode with a thick electrode mixture layer.
本発明の非水電解液電池は、集電体の片面または両面に活物質(正極活物質)などを含有する電極合剤層(すなわち、正極合剤層)を有する正極と、集電体の片面または片面に活物質(負極活物質)などを含有する電極合剤層(すなわち、負極合剤層)を有する負極とを備えている。 The nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes a positive electrode having an electrode mixture layer (that is, a positive electrode mixture layer) containing an active material (positive electrode active material) on one side or both sides of a current collector, And a negative electrode having an electrode mixture layer (that is, a negative electrode mixture layer) containing an active material (negative electrode active material) or the like on one side or one side.
そして、本発明の非水電解液電池に係る負極および正極のうちの少なくとも一方の電極は、片面にのみ電極合剤層を有する場合はその電極合剤層が、両面に電極合剤層を有する場合は、少なくとも一方の電極合剤層が、厚みが100μm以上であり、かつ少なくとも集電体とは反対側の表面に開口部を有する複数の溝部を有している。 When at least one of the negative electrode and the positive electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention has an electrode mixture layer only on one side, the electrode mixture layer has electrode mixture layers on both sides. In this case, at least one of the electrode mixture layers has a plurality of grooves having a thickness of 100 μm or more and having openings at least on the surface opposite to the current collector.
図1および図2に、電極合剤層に前記複数の溝部を有する本発明の非水電解液電池に係る電極の一例を表す模式図を示す。図1は、電極10の斜視図であり、図2は、図1の電極10のA−A線断面の一部拡大図である。
The schematic diagram showing an example of the electrode which concerns on the nonaqueous electrolyte battery of this invention which has the said several groove part in an electrode mixture layer in FIG. 1 and FIG. 2 is shown. FIG. 1 is a perspective view of the
図1および図2に示す電極10は、集電体30の両面に、活物質(正極活物質または負極活物質)や導電助剤などを含有する電極合剤層(正極合剤層または負極合剤層)20、21を有しており、電極合剤層20、21には、集電体30とは反対側の表面に開口部を有する溝部20a、21aが設けられている。
The
非水電解液電池の製造時において、電極10を用いて構成した電極体を装填した外装体内に非水電解液を注入すると、溝部20a、21aを通じて非水電解液が電極10の電極合剤層20、21の全体に良好に行き渡る。そのため、電極合剤層20、21の厚みが100μm以上であることから、通常であれば非水電解液が不十分となって電池反応に寄与し難い集電体近傍に存在する活物質も、電池反応に良好に関与し得る。よって、このような電極を有する本発明の非水電解液電池は、高い発電効率を有するものとなる。
When manufacturing a nonaqueous electrolyte battery, when the nonaqueous electrolyte is injected into the exterior body in which the electrode body configured using the
なお、図3に、図1の電極10のA−A線断面の他の例を模式的に表す一部拡大図を示している。図3は、電極10の有する電極合剤層20、21に設けられた溝部20a、21bの幅方向の断面形状が、電極合剤層20、21の集電体30とは反対側の面に向かうに従って幅が大きくなる台形状の例である。
FIG. 3 is a partially enlarged view schematically showing another example of a cross section taken along line AA of the
溝部の幅方向の断面形状については特に制限はなく、例えば、図2に示すような矩形状(正方形状を含む)や、図3に示すような台形状であってもよく、また、これら以外にも、電極合剤層の集電体側の面に底辺を有する三角形状、電極合剤層の集電側の面に一辺を有する五角形状や六角形状などの多角形状などであってもよい。これらの中でも、電極合剤層の集電体近傍での活物質量を多くできると共に、より集電体に近い箇所でも毛細管現象によって非水電解液の浸透性を高め得ることから、図3に示すような台形状であることがより好ましい。 The cross-sectional shape in the width direction of the groove is not particularly limited, and may be, for example, a rectangular shape (including a square shape) as shown in FIG. 2 or a trapezoidal shape as shown in FIG. Alternatively, it may be a triangular shape having a base on the current collector side surface of the electrode mixture layer, or a polygonal shape such as a pentagonal shape or a hexagonal shape having one side on the current collector side surface of the electrode mixture layer. Among these, the amount of active material in the vicinity of the current collector of the electrode mixture layer can be increased, and the permeability of the non-aqueous electrolyte can be enhanced by capillary action even at a location closer to the current collector. A trapezoidal shape as shown is more preferable.
溝部を有する電極合剤層は、電池の高容量化の観点から、その厚み(集電体の両面に電極合剤層が存在する場合には、片面あたりの厚み。電極合剤層の厚みについて、以下同じ。)が100μm以上であり、120μm以上であることが好ましい。ただし、電極合剤層が厚すぎると、例えば、集電体とは反対側の表面近傍の導電性が低下して、電池の高容量化効果が小さくなる虞がある。よって、溝部を有する電極合剤層の厚みは、200μm以下であることが好ましく、180μm以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of increasing the capacity of the battery, the electrode mixture layer having a groove has a thickness (if there is an electrode mixture layer on both sides of the current collector, the thickness per side. About the thickness of the electrode mixture layer The same shall apply hereinafter) is 100 μm or more, preferably 120 μm or more. However, if the electrode mixture layer is too thick, for example, the conductivity in the vicinity of the surface on the side opposite to the current collector is lowered, and the effect of increasing the capacity of the battery may be reduced. Therefore, the thickness of the electrode mixture layer having a groove is preferably 200 μm or less, and more preferably 180 μm or less.
電極合剤層に設けられる溝部の幅L1は、あまり狭くしすぎると、非水電解液が、その表面張力によって溝部の内部に侵入し難くなって、溝部を設けることによる前記の効果が小さくなる虞がある。よって、このような問題を回避して、溝部を設けることによる前記の効果を良好に確保する観点から、溝部の幅L1は、100μm以上であり、200μm以上であることが好ましい。 If the width L1 of the groove provided in the electrode mixture layer is too small, the non-aqueous electrolyte does not easily enter the groove due to its surface tension, and the above-described effect due to the provision of the groove is reduced. There is a fear. Therefore, from the viewpoint of avoiding such a problem and ensuring the above-described effect by providing the groove part satisfactorily, the width L1 of the groove part is 100 μm or more and preferably 200 μm or more.
一方、溝部の幅L1が大きすぎると、電極合剤層中の活物質量が減少して、電池の容量向上を達成し得ないことから、L1は、800μm以下であり、500μm以下であることが好ましい。 On the other hand, if the groove width L1 is too large, the amount of the active material in the electrode mixture layer is reduced and the capacity of the battery cannot be improved. Therefore, L1 is 800 μm or less and 500 μm or less. Is preferred.
なお、本発明でいう溝部の幅L1は、図2や図3に示すように、電極合剤層の集電体とは反対側の表面における溝部の開口部の幅を意味している。そして、溝部の幅L1は、幅を測定する溝部の全長を均等な長さに10分割し、分割した各部分において、溝部の伸びる方向における中央部での幅を測定し、これらの平均値として求められる。 In addition, as shown in FIG.2 and FIG.3, the width L1 of the groove part by this invention means the width | variety of the opening part of the groove part in the surface on the opposite side to the electrical power collector of an electrode mixture layer. Then, the width L1 of the groove portion is divided into 10 equal lengths of the entire length of the groove portion to measure the width, and in each divided portion, the width at the central portion in the direction in which the groove portion extends is measured, and these average values are obtained. Desired.
また、電極合剤層に設けられる複数の溝部において、隣り合う溝部同士のピッチL2は、短すぎると、形成される溝部の数が多くなって、電極合剤層中の活物質量が減少したり、電極合剤層から脱落する活物質量が多くなって、電池反応に寄与し得る活物質量が減少したりして、電池の容量向上を達成し得ない。よって、このような問題を回避して、電池の容量向上を高める観点から、隣り合う溝部同士のピッチL2は、2mm以上であり、3mm以上であることが好ましい。 In addition, in the plurality of groove portions provided in the electrode mixture layer, if the pitch L2 between adjacent groove portions is too short, the number of groove portions to be formed increases, and the amount of active material in the electrode mixture layer decreases. In other words, the amount of the active material that falls off from the electrode mixture layer increases, and the amount of the active material that can contribute to the battery reaction decreases, so that the capacity of the battery cannot be improved. Therefore, from the viewpoint of avoiding such a problem and improving the capacity of the battery, the pitch L2 between adjacent grooves is 2 mm or more, and preferably 3 mm or more.
一方、隣り合う溝部同士のピッチL2が長すぎると、電極合剤層の集電体の近傍へ浸透する非水電解液の量が少なくなって、溝部を設けることによる前記効果が小さくなる。よって、隣り合う溝部同士のピッチL2は、5mm以下であり、4.5mm以下であることが好ましい。 On the other hand, if the pitch L2 between the adjacent groove portions is too long, the amount of the non-aqueous electrolyte that permeates into the vicinity of the current collector of the electrode mixture layer is reduced, and the above-described effect due to the provision of the groove portions is reduced. Therefore, the pitch L2 between adjacent groove portions is 5 mm or less, and preferably 4.5 mm or less.
なお、本発明でいう隣り合う溝部同士のピッチL2は、図2や図3に示すように、電極合剤層の集電体とは反対側の表面における溝部の開口部の片端から、この溝部と隣り合う溝部の開口部の同じ側の端までの距離を意味している。そして、隣り合う溝部同士のピッチL2は、ピッチを測定する2本の溝部の全長を均等な長さに10分割し、分割した各部分において、溝部の伸びる方向における中央部でのピッチを測定し、これらの平均値として求められる。 The pitch L2 between adjacent grooves in the present invention, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, is determined from one end of the opening of the groove on the surface opposite to the current collector of the electrode mixture layer. And the distance to the end on the same side of the opening of the adjacent groove. The pitch L2 between the adjacent groove portions is obtained by dividing the entire length of the two groove portions to be measured into 10 equal lengths, and measuring the pitch at the central portion in the extending direction of the groove portions in each divided portion. These are obtained as an average value.
前記溝部の深さは、電極合剤層の集電体近傍に存在する活物質にまで非水電解液がより良好に浸透できるようにする観点から、電極合剤層の厚みの70%以上であることが好ましく、100%(すなわち、前記溝部が集電体に到達している)であることが特に好ましい。 The depth of the groove is 70% or more of the thickness of the electrode mixture layer from the viewpoint of allowing the non-aqueous electrolyte to better penetrate into the active material present in the vicinity of the current collector of the electrode mixture layer. It is preferable that it is 100% (that is, it is particularly preferable that the groove reaches the current collector).
本発明の非水電解液電池においては、前記L1およびL2を満たす溝部は、厚みが100μm以上の電極合剤層には必ず形成するが、厚みが100μm未満の電極合剤層については、前記L1およびL2を満たす溝部を形成してもよく、形成しなくてもよい。例えば、正極および負極のいずれか一方の電極のみが、厚みが100μm以上の電極合剤層を有しており、他方の電極は厚みが100μm未満の電極合剤層を有している場合には、前記他方の電極の電極合剤層には、前記L1およびL2を満たす溝部を形成してもよく、形成しなくてもよい。また、正極および負極の少なくとも一方の電極が、集電体の両面に電極合剤層を有しており、そのうち、片面の電極合剤層の厚みが100μm以上で、他面の電極合剤層の厚みが100μm未満の場合には、前記他面の電極合剤層には、前記L1およびL2を満たす溝部を形成してもよく、形成しなくてもよい。 In the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, the groove satisfying the L1 and L2 is necessarily formed in the electrode mixture layer having a thickness of 100 μm or more. However, for the electrode mixture layer having a thickness of less than 100 μm, the L1 And a groove satisfying L2 may or may not be formed. For example, when only one of the positive electrode and the negative electrode has an electrode mixture layer with a thickness of 100 μm or more, and the other electrode has an electrode mixture layer with a thickness of less than 100 μm In the electrode mixture layer of the other electrode, a groove satisfying the L1 and L2 may or may not be formed. In addition, at least one of the positive electrode and the negative electrode has electrode mixture layers on both sides of the current collector, and the electrode mixture layer on one side has a thickness of 100 μm or more, and the electrode mixture layer on the other side. When the thickness of the electrode mixture layer is less than 100 μm, the electrode mixture layer on the other surface may or may not be formed with a groove that satisfies the L1 and L2.
更に、集電体の両面に電極合剤層を有し、かつその両者に前記L1およびL2を満たす溝部を設ける場合、片面の電極合剤層に形成する溝部と、他面の電極合剤層に形成する溝部とは、例えば、電極の断面において、両者が対応する位置に設けられていてもよい(ここでいう「両者が対応する位置に設けられている」とは、例えば、図2に示す電極の断面において、上側の電極合剤層に形成された溝部の、図中真下に下側の電極合剤層に形成された溝部が位置している場合を意味しており、一方、本明細書では、図2や図3に示しているような、これ以外の態様を「両者が対応しない位置に設けられている」という。)。 Further, when the electrode mixture layer is provided on both surfaces of the current collector and the groove portions satisfying the L1 and L2 are provided on both of them, the groove portion formed on the electrode mixture layer on one side and the electrode mixture layer on the other surface In the cross section of the electrode, for example, both of the grooves may be provided at positions corresponding to each other (here, “the two are provided at corresponding positions” means, for example, in FIG. In the cross section of the electrode shown, it means that the groove formed in the lower electrode mixture layer is located directly below the groove formed in the upper electrode mixture layer. In the specification, other modes such as those shown in FIGS. 2 and 3 are referred to as “provided in positions where they do not correspond”.
また、片面の電極合剤層に形成する溝部と、他面の電極合剤層に形成する溝部とは、両者が対応しない位置に設けられていることがより好ましい。例えば、前記の通り、溝部は、その底部が集電体にまで到達していることが特に好ましいが、このような溝部を形成すると、集電体の表面にキズが付き、当該部分の集電体の強度が低下することがある。この場合、片面の電極合剤層に形成する溝部と、他面の電極合剤層に形成する溝部とが、互いに対応する位置に設けられていると、集電体の両面のキズが互いに対応する箇所に形成されることで、集電体に局所的に厚みの非常に小さな部分が生じてしまい、かかる部分で破れやすくなる虞がある。しかしながら、片面の電極合剤層に形成する溝部と、他面の電極合剤層に形成する溝部とが、両者が対応しない位置に設けられている場合には、集電体表面のキズによる前記の問題の発生を抑制することができる。 Moreover, it is more preferable that the groove part formed in the electrode mixture layer on one side and the groove part formed in the electrode mixture layer on the other side are provided at positions where they do not correspond. For example, as described above, it is particularly preferable that the bottom of the groove reaches the current collector. However, when such a groove is formed, the surface of the current collector is scratched, and the current collector of the part is collected. Body strength may be reduced. In this case, if the groove formed on the electrode mixture layer on one side and the groove formed on the electrode mixture layer on the other side are provided at positions corresponding to each other, scratches on both sides of the current collector correspond to each other. By forming in the location to do, a part with very small thickness will arise locally in a collector, and there exists a possibility that it may be easy to tear at this part. However, when the groove portion formed in the electrode mixture layer on one side and the groove portion formed in the electrode mixture layer on the other surface are provided at positions that do not correspond to each other, The occurrence of this problem can be suppressed.
片面の電極合剤層に形成する溝部と、他面の電極合剤層に形成する溝部とを、両者が対応しない位置に設けるには、例えば、図2や図3に示すように、他面の電極合剤層に形成する溝部を、片面の電極合剤層における隣接する溝部同士の間に相当する位置に形成する方法や、片面に形成する溝部の向き(溝部の伸びる方向。以下同じ。)と、他面に形成する溝部の向きとを変える方法が採用できる。 In order to provide the groove part formed in the electrode mixture layer on one side and the groove part formed in the electrode mixture layer on the other side at positions where they do not correspond, for example, as shown in FIG. 2 and FIG. The groove part formed in the electrode mixture layer is formed at a position corresponding to the space between adjacent groove parts in the electrode mixture layer on one side, and the direction of the groove part formed on one side (the direction in which the groove part extends; the same applies hereinafter). ) And the direction of the groove formed on the other surface can be adopted.
図4には、図1に示す電極10の他面(裏面)の一例を模式的に表す斜視図を、図5には、図4の電極10のA−A線断面の一部拡大図を示しているが、この図4および図5に示すように、電極10の他面に形成する複数の溝部21aを、図1に示す電極10の片面に形成する複数の溝部20aと交差する向きに形成することで(よって、図4のA−A線断面にあたる図5に示す断面においては、下側の電極合剤層21の溝部は観察されない)、片面の電極合剤層に係る溝部と、他面の電極合剤層に係る溝部とを、両者が対応しない位置に設けることができる。
4 is a perspective view schematically showing an example of the other surface (back surface) of the
なお、図1や図4には、平面視で直線状の溝部20a、21aを有する電極10を示しているが、このように溝部は、平面視で、直線状であってもよく、また、折れ曲がっていたり、曲線状であったりしてもよい。ただし、電極の生産性を容易にする観点からは、溝部は、平面視で直線状であることがより好ましい。
1 and 4 show the
また、電極合剤層に設けられる複数の溝部の配列については特に制限はなく、図1に示すように、互いに略平行(平行を含む)に配列していてもよく、それ以外の形で配列していてもよい。ただし、複数の溝部が交差すると、交差している箇所のエッジから活物質が脱落して、電池反応に寄与し得る活物質量が減る虞があることから、前記溝部は互いに交差していないことが好ましい。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the arrangement | sequence of the some groove part provided in an electrode mixture layer, as shown in FIG. 1, you may arrange | position substantially parallel (including parallel) mutually, and arrange in other forms You may do it. However, when a plurality of groove portions intersect, the active material may fall off from the edge of the intersecting portion, and the amount of active material that can contribute to the battery reaction may be reduced. Therefore, the groove portions should not intersect each other. Is preferred.
本発明の非水電解液電池に係る正極には、集電体の片面または両面に、正極活物質や導電助剤、バインダなどを含有する正極合剤層を有する構成のものが使用される。 For the positive electrode according to the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, one having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder and the like is used on one side or both sides of a current collector.
正極活物質としては、例えば、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物;LiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物;LiMn2O4のMnの一部を他元素で置換したLiMnxM(1−x)O2;オリビン型LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5O2;Li(1+a)MnxNiyCo(1−x−y)O2(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などが挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); LiMn 2 O 4 LiMn oxide: LiMn x M (1-x) O 2 in which part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element; olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0. 5 Ni 0.5 O 2 ; Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0.5); and the like.
正極合剤層に係るバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルピロリドン(PVP)などが挙げられる。 Examples of the binder related to the positive electrode mixture layer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and polyvinylpyrrolidone (PVP).
また、正極合剤層に係る導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック;ケッチェンブラック;チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料の他、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;銅、ニッケルなどの金属粉末類;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることができる。 Examples of the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer include acetylene black; ketjen black; carbon blacks such as channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; carbon materials such as carbon fiber; Conductive fibers such as metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as copper and nickel; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; and the like can be used.
正極は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを含有する正極合剤を、溶剤(NMPなどの有機溶剤や水)に分散させて正極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を調製し、この正極合剤含有組成物を集電体の片面または両面などに塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。 For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent (an organic solvent such as NMP or water) to form a positive electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.). The positive electrode mixture-containing composition can be prepared, applied to one side or both sides of the current collector, dried, and subjected to a press treatment as necessary.
また、前記正極合剤を用いて成形体を形成し、この成形体の片面の一部または全部を正極集電体と貼り合わせて正極としてもよい。正極合剤成形体と正極集電体との貼り合わせは、プレス処理などにより行うことができる。 Alternatively, a molded body may be formed using the positive electrode mixture, and a part or all of one side of the molded body may be bonded to the positive electrode current collector to form a positive electrode. Bonding of the positive electrode mixture molded body and the positive electrode current collector can be performed by press treatment or the like.
正極の集電体としては、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、アルミニウム箔が好適に用いられる。正極集電体の厚みは、10〜30μmであることが好ましい。 As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as aluminum or aluminum alloy, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but an aluminum foil is usually preferably used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 to 30 μm.
正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質を80.0〜99.8質量%とし、導電助剤を0.1〜10質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。 The composition of the positive electrode mixture layer is, for example, 80.0 to 99.8% by mass of the positive electrode active material, 0.1 to 10% by mass of the conductive additive, and 0.1 to 10% by mass of the binder. It is preferable.
正極合剤層における正極活物質の充填密度は、電池の更なる高容量化を図る観点から、2.0g/cm3以上であることが好ましく、2.4g/cm3以上であることがより好ましい。ただし、正極合剤層における正極活物質の充填密度が高すぎると、正極合剤層自体の密度が高くなりすぎて非水電解液が正極合剤層内に浸透し難くなる虞があることから、正極合剤層における正極活物質の充填密度は、4.6g/cm3以下であることが好ましく、4.0g/cm3以下であることがより好ましい。 The filling density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 2.0 g / cm 3 or more, more preferably 2.4 g / cm 3 or more, from the viewpoint of further increasing the capacity of the battery. preferable. However, if the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is too high, the density of the positive electrode mixture layer itself becomes too high, and the nonaqueous electrolyte solution may not easily penetrate into the positive electrode mixture layer. filling density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is more preferably is preferably 4.6 g / cm 3 or less, 4.0 g / cm 3 or less.
本明細書でいう正極合剤層における正極活物質の充填密度は、以下の方法により測定される値である。正極を所定面積に切り取り、その質量を最小目盛0.1mgの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて正極合剤層の質量を求め、これに正極合剤層中の正極活物質の質量割合を掛けて、正極合剤層中の正極活物質の質量を算出する。一方、正極の全厚を最小目盛1μmのマイクロメーターで10点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、正極合剤層の体積を算出する。そして、前記正極合剤層中の正極活物質の質量を前記体積で割ることにより正極合剤層における正極活物質の充填密度を算出する。 The packing density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer referred to in this specification is a value measured by the following method. The positive electrode is cut into a predetermined area, the mass is measured using an electronic balance with a minimum scale of 0.1 mg, the mass of the positive electrode mixture layer is obtained by subtracting the mass of the current collector, and the positive electrode in the positive electrode mixture layer is obtained. Multiplying the mass ratio of the active material, the mass of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is calculated. On the other hand, the total thickness of the positive electrode was measured at 10 points with a micrometer having a minimum scale of 1 μm, and the volume of the positive electrode mixture layer was calculated from the average value obtained by subtracting the thickness of the current collector from these measured values and the area. To do. Then, the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is calculated by dividing the mass of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer by the volume.
本発明の非水電解液電池に係る負極には、集電体の片面または両面に、負極活物質やバインダ、更には必要に応じて導電助剤などを含有する負極合剤層を有する構成のものが使用される。 The negative electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention has a configuration in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent as necessary is provided on one or both sides of a current collector. Things are used.
負極活物質には、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛)、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛材料;ピッチをか焼して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂(PFA)やポリパラフェニレン(PPP)およびフェノール樹脂を低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素質材料;などの炭素材料が挙げられる。また、炭素材料の他に、リチウムやリチウム含有化合物も負極活物質として用いることができる。リチウム含有化合物としては、Li−Alなどのリチウム合金や、Si、Snなどのリチウムとの合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。更にSn酸化物やSi酸化物などの酸化物系材料も用いることができる。 Examples of the negative electrode active material include graphite materials such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite, and expanded graphite; graphitizable carbonaceous materials such as coke obtained by calcining pitch; furfuryl alcohol resin ( Carbon materials such as non-graphitizable carbonaceous materials such as amorphous carbon obtained by low-temperature firing of PFA), polyparaphenylene (PPP), and phenol resins. In addition to the carbon material, lithium or a lithium-containing compound can also be used as the negative electrode active material. Examples of the lithium-containing compound include lithium alloys such as Li—Al, and alloys containing elements that can be alloyed with lithium such as Si and Sn. Furthermore, oxide-based materials such as Sn oxide and Si oxide can also be used.
負極合剤層に係るバインダには、正極合剤層に使用し得るものとして先に例示した各種バインダと同じものが使用できる。また、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合、その導電助剤には、正極合剤層に使用し得るものとして先に例示した各種導電助剤と同じものが使用できる。 As the binder for the negative electrode mixture layer, the same binders as those exemplified above as those that can be used for the positive electrode mixture layer can be used. Moreover, when making a negative electrode mixture layer contain a conductive support agent, the same thing as the various conductive support agents illustrated previously as what can be used for a positive mix layer can be used for the conductive support agent.
負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤などを含有する負極合剤を、溶剤[N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶剤や水]に分散させて負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を調製し、この負極合剤含有組成物を集電体の片面または両面などに塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。 For the negative electrode, for example, a negative electrode active material, a binder, and a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent, if necessary, are dispersed in a solvent [an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water]. Preparing a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.), applying the negative electrode mixture-containing composition to one or both surfaces of the current collector and drying, and subjecting to a press treatment as necessary Can be manufactured.
また、前記負極合剤を用いて成形体を形成し、この成形体の片面の一部または全部を負極集電体と貼り合わせて正極としてもよい。負極合剤成形体と負極集電体との貼り合わせは、プレス処理などにより行うことができる。 Alternatively, a molded body may be formed using the negative electrode mixture, and a part or all of one side of the molded body may be bonded to the negative electrode current collector to form a positive electrode. Bonding of the negative electrode mixture molded body and the negative electrode current collector can be performed by press treatment or the like.
負極の集電体には、銅製や銅合金製、ニッケル製、ニッケル合金製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。負極集電体の厚みは、例えば、5〜30μmであることが好ましい。 For the current collector of the negative electrode, foil made of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, punching metal, net, expanded metal, or the like can be used, but copper foil is usually used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably, for example, 5 to 30 μm.
負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質を80.0〜99.8質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。また、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電助剤の量を0.1〜10質量%とすることが好ましい。 As a composition of a negative mix layer, it is preferable that a negative electrode active material shall be 80.0-99.8 mass%, for example, and a binder shall be 0.1-10 mass%. Moreover, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that the quantity of the conductive support agent in a negative mix layer shall be 0.1-10 mass%.
負極合剤層における負極活物質の充填密度(前記の正極合剤層における正極活物質の充填密度と同じ方法で測定される充填密度)は、電池の更なる高容量化を図る観点から、1.5g/cm3以上であることが好ましく、1.7g/cm3以上であることがより好ましい。ただし、負極合剤層における負極活物質の充填密度が高すぎると、負極合剤層自体の密度が高くなりすぎて非水電解液が負極合剤層内に浸透し難くなる虞があることから、負極合剤層の密度は、3.0g/cm3以下であることが好ましく、2.8g/cm3以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of further increasing the capacity of the battery, the packing density of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer (the packing density measured by the same method as the packing density of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer) is 1 it is preferably .5g / cm 3 or more, and more preferably 1.7 g / cm 3 or more. However, if the packing density of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is too high, the density of the negative electrode mixture layer itself becomes too high, and the nonaqueous electrolyte may not easily penetrate into the negative electrode mixture layer. The density of the negative electrode mixture layer is preferably 3.0 g / cm 3 or less, and more preferably 2.8 g / cm 3 or less.
正極に係る正極合剤層や負極に係る負極合剤層に前記溝部を形成には、例えば、突条を表面に有するロールによって、電極にロールプレスを施す方法が採用できる。溝部の幅L1や、隣り合う溝部同士のピッチL2、溝部の深さは、それぞれ、ロール表面の突条の幅、隣り合う突条間のピッチ、突条の高さを調整することにより制御できる。また、溝部の平面視での形状や断面形状は、ロール表面の突条の形状の選択によって制御できる。また、平プレスによりロールプレスと同様の要素を調整することによっても、溝部に関する前記の各パラメータを制御できる。 In order to form the groove in the positive electrode mixture layer related to the positive electrode or the negative electrode mixture layer related to the negative electrode, for example, a method of roll pressing the electrode with a roll having protrusions on the surface can be adopted. The width L1 of the groove part, the pitch L2 between adjacent groove parts, and the depth of the groove part can be controlled by adjusting the width of the protrusion on the roll surface, the pitch between adjacent protrusions, and the height of the protrusion, respectively. . In addition, the shape and cross-sectional shape of the groove in plan view can be controlled by selecting the shape of the protrusion on the roll surface. Moreover, each said parameter regarding a groove part is controllable also by adjusting the element similar to a roll press by a flat press.
本発明の非水電解液電池において、正極と負極とは、セパレータを介して積層した積層構造の電極体、またはセパレータを介して積層した後、渦巻状に巻回して形成した巻回構造の電極体として使用される。 In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, the positive electrode and the negative electrode are laminated electrode bodies laminated via separators, or wound electrodes formed by winding spirally after being laminated via separators. Used as a body.
セパレータは、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウム二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。 The separator preferably has a property (that is, a shutdown function) in which pores are blocked at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower). A separator used in a secondary battery or the like, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.
本発明の非水電解液電池は、例えば、積層構造や巻回構造の電極体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止することで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の筒形(角筒形や円筒形など)の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。 The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is, for example, loaded with an electrode body having a laminated structure or a wound structure in the exterior body, and injecting the non-aqueous electrolyte solution into the exterior body to immerse the electrode body in the non-aqueous electrolyte solution Then, it is manufactured by sealing the opening of the exterior body. As the exterior body, it is possible to use a tubular exterior body (such as a rectangular tube or a cylindrical body) made of steel, aluminum, or aluminum alloy, or an exterior body composed of a laminated film on which metal is deposited.
非水電解液には、下記の非水系溶媒中に、無機イオン塩を溶解させることで調製した溶液が使用できる。 As the non-aqueous electrolyte, a solution prepared by dissolving an inorganic ion salt in the following non-aqueous solvent can be used.
溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。 Examples of the solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone (γ-BL ), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), dioxolane, acetonitrile, nitromethane, Methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative Aprotic organic solvents such as conductors, diethyl ether, and 1,3-propane sultone can be used alone or as a mixed solvent in which two or more are mixed.
非水電解液に係る無機イオン塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO2)2[ここでRfはフルオロアルキル基]などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。 The inorganic ion salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2 LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] There may be mentioned at least one selected. The concentration of these lithium salts in the electrolytic solution is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.
また、これらの非水電解液に電池の安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を更に向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。 In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl are used for the purpose of further improving the battery safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these non-aqueous electrolytes. Additives such as fluorobenzene and t-butylbenzene can also be added as appropriate.
これまで、本発明の非水電解液電池が二次電池である場合を中心に説明してきたが、上記の通り、本発明の非水電解液電池は一次電池の形態を取ることもでき、例えば、正極活物質や負極活物質については、従来から知られている非水電解液一次電池で採用されているものの中から適宜選択して使用すればよい。本発明の非水電解液電池が一次電池の場合の、正極活物質および負極活物質以外の構成については、これまで説明してきたものと同様の構成が適用できる。 So far, the case where the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is a secondary battery has been mainly described, but as described above, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention can also take the form of a primary battery, for example, The positive electrode active material and the negative electrode active material may be appropriately selected from those used in conventionally known nonaqueous electrolyte primary batteries. In the case where the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is a primary battery, configurations other than the positive electrode active material and the negative electrode active material can be the same as those described so far.
本発明の非水電解液電池は、高容量で、大電流で放電しても高い発電効率を発揮できるようにし得ることから、特に二次電池の場合には電動工具やハイブリッドカーなどの電源用途のような大電流での放電が必要とされる用途に好適である他、従来から知られている非水電解液電池が使用されている各種用途と同じ用途に好ましく使用することができる。 The non-aqueous electrolyte battery of the present invention has a high capacity and can exhibit high power generation efficiency even when discharged with a large current. Therefore, particularly in the case of a secondary battery, it can be used as a power source for electric tools, hybrid cars, etc. In addition to being suitable for applications requiring discharge with a large current, it can be preferably used for the same applications as various applications in which conventionally known nonaqueous electrolyte batteries are used.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
正極活物質であるスピネルマンガン酸リチウム:93質量%、バインダであるPVDF:3.4質量%、および導電助剤であるアセチレンブラック:3.6質量%からなる正極合剤に、適量のNMPを添加し、十分に混合して正極合剤含有スラリーを調製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
An appropriate amount of NMP was added to a positive electrode mixture composed of lithium spinel manganate as a positive electrode active material: 93% by mass, PVDF as a binder: 3.4% by mass, and acetylene black as a conductive auxiliary agent: 3.6% by mass. The slurry was added and mixed well to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
厚みが10μmのアルミニウム箔からなる集電体の表面に、前記正極合剤含有スラリーを塗布し、乾燥することで、集電体の両面に正極合剤層を形成した。その後、これに、幅400μm、ピッチ1.5mmおよび高さ140μmの突条を表面に有するロールを備えたロールプレス機を用いてプレス処理を施して、集電体の両側の正極合剤層の表面に溝部を形成した。形成した溝部は、その断面形状は図2に示す形状であり、幅L1が350μm、ピッチL2が3mm、深さは正極合剤層の厚みの100%(溝部が集電体表面にまで到達)であった。また、プレス処理後の正極合剤層は、集電体の片面あたりの厚みが150μmであり、密度が2.4g/cm3であった。 The positive electrode mixture-containing slurry was applied to the surface of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 10 μm, and dried to form positive electrode mixture layers on both surfaces of the current collector. Thereafter, this was subjected to a press treatment using a roll press machine having a roll having a protrusion having a width of 400 μm, a pitch of 1.5 mm and a height of 140 μm on the surface, and the positive electrode mixture layers on both sides of the current collector were Grooves were formed on the surface. The formed groove portion has the cross-sectional shape shown in FIG. 2, the width L1 is 350 μm, the pitch L2 is 3 mm, and the depth is 100% of the thickness of the positive electrode mixture layer (the groove portion reaches the current collector surface). Met. The positive electrode mixture layer after the press treatment had a thickness of 150 μm per side of the current collector and a density of 2.4 g / cm 3 .
<負極の作製>
負極活物質である人造黒鉛:48.9質量%および天然黒鉛:48.9質量%、並びにバインダであるCMC:1.2質量%およびSBR:1.0質量%からなる負極合剤に、適量の水を添加し、十分に混合して負極合剤含有スラリーを調製した。
<Production of negative electrode>
Appropriate amount for negative electrode mixture composed of artificial graphite as negative electrode active material: 48.9% by mass and natural graphite: 48.9% by mass, and binder as CMC: 1.2% by mass and SBR: 1.0% by mass Was added and mixed well to prepare a negative electrode mixture-containing slurry.
厚みが7μmの銅箔からなる集電体の表面に、前記負極合剤含有スラリーを塗布し、乾燥することで、集電体の両面に負極合剤層を形成した。その後、これに、幅1.5μm、ピッチ3mmおよび高さ140μmの突条を表面に有するロールを備えたロールプレス機を用いてプレス処理を施して、集電体の両側の負極合剤層の表面に溝部を形成した。形成した溝部の断面形状、および集電体の片面の溝部と他面の溝部との位置関係は、図2に示す形状および位置関係とし、幅L1が350μm、ピッチL2が3mm、深さは負極合剤層の厚みの100%(溝部が集電体表面にまで到達)であった。また、プレス処理後の負極合剤層は、集電体の片面あたりの厚みが150μmであり、密度が1.5g/cm3であった。 The negative electrode mixture-containing slurry was applied to the surface of a current collector made of a copper foil having a thickness of 7 μm and dried to form negative electrode mixture layers on both sides of the current collector. Then, this was subjected to a press treatment using a roll press machine having a roll having a protrusion having a width of 1.5 μm, a pitch of 3 mm, and a height of 140 μm on the surface, and the negative electrode mixture layers on both sides of the current collector Grooves were formed on the surface. The cross-sectional shape of the formed groove portion and the positional relationship between the groove portion on one side and the other surface of the current collector are the shape and positional relationship shown in FIG. 2, the width L1 is 350 μm, the pitch L2 is 3 mm, and the depth is the negative electrode It was 100% of the thickness of the mixture layer (the groove portion reached the current collector surface). The negative electrode mixture layer after the press treatment had a thickness of 150 μm per side of the current collector and a density of 1.5 g / cm 3 .
<電池の組み立て>
前記の正極と前記の負極とを、PE製微多孔膜セパレータ(厚み18μm)を介して重ね合わせ、更にこれを渦巻状に巻回して巻回構造の電極体を形成した。この電極体を直径幅Φ18.3mm、高さ65mmの円筒形電池ケース(外装缶)に入れ、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で30:70で混合した溶媒にLiPF6を濃度1mol/lで溶解させた溶液)を注入した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode were superposed through a PE microporous membrane separator (thickness: 18 μm), and further wound in a spiral shape to form a wound electrode body. This electrode body is put into a cylindrical battery case (outer can) having a diameter width of Φ18.3 mm and a height of 65 mm, and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate and diethyl carbonate mixed at a volume ratio of 30:70 in a solvent containing LiPF 6) Was dissolved at a concentration of 1 mol / l).
非水電解液の注入後に電池ケースの封止を行って、図6に示す構造の非水電解液電池(非水電解液二次電池)を作製した。 After injecting the nonaqueous electrolyte, the battery case was sealed to produce a nonaqueous electrolyte battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) having the structure shown in FIG.
ここで、図6に示す電池について説明すると、図6に示す非水電解液電池では、正極101と負極102がセパレータ103を介して渦巻状に巻回され、巻回構造の電極体として非水電解液104と共に電池ケース105内に収容されている。なお、図6では、繁雑化を避けるため、正極101や負極102の作製にあたって使用した集電体などは図示していない。
Here, the battery shown in FIG. 6 will be described. In the nonaqueous electrolyte battery shown in FIG. 6, the
電池ケース105はステンレス鋼製で、その底部には前記巻回構造の電極体の挿入に先立って、PPからなる絶縁体106が配置されている。封口板107は、アルミニウム製で円板状をしていて、その中央部に薄肉部107aが設けられ、かつ前記薄肉部107aの周囲に電池内圧を防爆弁109に作用させるための圧力導入口107bとしての孔が設けられている。そして、この薄肉部107aの上面に防爆弁109の突出部109aが溶接され、溶接部分111を構成している。なお、前記の封口板107に設けた薄肉部107aや防爆弁109の突出部109aなどは、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭は図示を省略している。また、封口板107の薄肉部107aと防爆弁109の突出部109aの溶接部分111も、図面上での理解が容易なように、実際よりは誇張した状態に図示している。
The
端子板108は、圧延鋼製で表面にニッケルメッキが施され、周縁部が鍔状になった帽子状をしており、この端子板108にはガス排出口108aが設けられている。防爆弁109は、アルミニウム製で円板状をしており、その中央部には発電要素側(図6では、下側)に先端部を有する突出部109aが設けられ、かつ薄肉部109bが設けられ、前記突出部109aの下面が、前記のように、封口板107の薄肉部107aの上面に溶接され、溶接部分111を構成している。絶縁パッキング110は、PP製で環状をしており、封口板107の周縁部の上部に配置され、その上部に防爆弁109が配置していて、封口板107と防爆弁109とを絶縁するとともに、両者の間から非水電解液が漏れないように両者の間隙を封止している。環状ガスケット112はPP製で、リード体113はアルミニウム製で、前記封口板107と正極101とを接続し、巻回構造の電極体の上部には絶縁体114が配置され、負極102と電池ケース105の底部とはニッケル製のリード体115で接続されている。
The
この電池においては、封口板107の薄肉部107aと防爆弁109の突出部109aとが溶接部分111で接触し、防爆弁109の周縁部と端子板108の周縁部とが接触し、正極101と封口板107とは正極側のリード体113で接続されているので、通常の状態では、正極101と端子板108とはリード体113、封口板107、防爆弁109およびそれらの溶接部分111によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能する。
In this battery, the thin-
そして、電池が高温にさらされるなど、電池に異常事態が起こり、電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、その内圧上昇により、防爆弁109の中央部が内圧方向(図6では、上側の方向)に変形し、それに伴って溶接部分111で一体化されている薄肉部107aに剪断力が働いて該薄肉部107aが破断するか、または防爆弁109の突出部109aと封口板107の薄肉部107aとの溶接部分111が剥離した後、この防爆弁109に設けられている薄肉部109bが開裂してガスを端子板108のガス排出口108aから電池外部に排出させて電池の破裂を防止することができるように設計されている。
When an abnormal situation occurs in the battery, such as exposure of the battery to a high temperature, gas is generated inside the battery and the internal pressure of the battery increases, the internal pressure increases, so that the central portion of the explosion-
比較例1
正極および負極のプレス処理に、表面に突条を持たないロールを備えたロールプレス機を用い、正極合剤層および負極合剤層に溝部を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池(非水電解液二次電池)を作製した。
Comparative Example 1
The press treatment of the positive electrode and the negative electrode was carried out in the same manner as in Example 1 except that a roll press machine equipped with a roll having no protrusions on the surface was used and no groove was formed in the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer. Thus, a non-aqueous electrolyte battery (non-aqueous electrolyte secondary battery) was produced.
比較例2
正極および負極のプレス処理に、幅400μm、ピッチ1.5mmおよび高さ140μmの突条を表面に有するロールを備えたロールプレス機を用いた以外は、実施例1と同様にして正極および負極を作製した。この正極は、正極合剤層に形成された溝部のピッチL2が1.5mmである以外は、実施例1で作製した正極と同じであり、また、この負極は、負極合剤層に形成された溝部のピッチL2が1.5mmである以外は、実施例1で作製した負極と同じである。
Comparative Example 2
The positive electrode and the negative electrode were treated in the same manner as in Example 1 except that a roll press machine having a roll having a protrusion having a width of 400 μm, a pitch of 1.5 mm, and a height of 140 μm was used for the press treatment of the positive electrode and the negative electrode. Produced. This positive electrode is the same as the positive electrode produced in Example 1 except that the pitch L2 of the grooves formed in the positive electrode mixture layer is 1.5 mm, and this negative electrode is formed in the negative electrode mixture layer. The negative electrode produced in Example 1 is the same as the negative electrode except that the pitch L2 of the groove is 1.5 mm.
前記の正極および負極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池(非水電解液二次電池)を作製した。 A nonaqueous electrolyte battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode and the negative electrode were used.
実施例1および比較例1、2の非水電解液電池について、1Cの電流値で電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、引き続いて4.2Vの電圧で定電流充電する定電流−定電圧充電(総充電時間:1.5時間)を行った。その後、各電池について、所定の電流値(1.0C、1.8C、2.0C、2.5Cおよび5C)で電圧が2.5Vになるまで放電を行い、各放電電流値での放電容量(電池の質量あたりの放電容量)を測定した。これらの結果を表1に示す。 For the non-aqueous electrolyte batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, constant current charging at a current value of 1 C until the voltage reached 4.2 V, followed by constant current charging at a voltage of 4.2 V— Constant voltage charging (total charging time: 1.5 hours) was performed. Thereafter, each battery is discharged at a predetermined current value (1.0 C, 1.8 C, 2.0 C, 2.5 C and 5 C) until the voltage becomes 2.5 V, and the discharge capacity at each discharge current value. (Discharge capacity per mass of battery) was measured. These results are shown in Table 1.
表1に示す通り、正極合剤層に適正な構成の溝部を有する正極と、負極合剤層に適正な構成の溝部を有する負極とを用いた実施例1の非水電解液電池は、放電時の電流値を上げると、溝部を持たない正極合剤層を有する正極と、溝部を持たない負極合剤層を有する負極とを用いた比較例1の電池に比べて、放電容量が高く、大電流での放電時にも発電効率が高いことが分かる。 As shown in Table 1, the non-aqueous electrolyte battery of Example 1 using a positive electrode having a groove with a proper configuration in the positive electrode mixture layer and a negative electrode having a groove with a proper configuration in the negative electrode mixture layer was discharged. When the current value at the time is increased, the discharge capacity is higher than the battery of Comparative Example 1 using the positive electrode having the positive electrode mixture layer having no groove and the negative electrode having the negative electrode mixture layer having no groove, It can be seen that the power generation efficiency is high even when discharging with a large current.
なお、比較例2の電池は、正極合剤層に形成した溝部のピッチL2が狭い正極と、負極合剤層に形成した溝部のピッチL2が狭い負極とを用いているが、実施例1の電池比べて、放電時の電流値を上げると、容量が低くなる。これは、溝部のピッチを狭くしたことで正極合剤層や負極合剤層に形成された溝部の数が増えたことから、これらの合剤層中の活物質量が少なくなったためと考えられる。 The battery of Comparative Example 2 uses a positive electrode with a narrow pitch L2 of grooves formed in the positive electrode mixture layer and a negative electrode with a narrow pitch L2 of grooves formed in the negative electrode mixture layer. Compared to a battery, the capacity decreases as the current value during discharge increases. This is thought to be because the number of the groove portions formed in the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer is increased by narrowing the pitch of the groove portions, so that the amount of the active material in these mixture layers is reduced. .
10 電極
20、21 電極合剤層
20a、21a 溝部
30 集電体
101 正極
102 負極
103 セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記正極および前記負極は、集電体の片面または両面に、活物質を含有する電極合剤層を有するものであり、
前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極の、少なくとも一方の面に存在する電極合剤層は、厚みが100μm以上であり、かつ集電体とは反対側の表面に開口部を有する複数の溝部を有しており、
前記溝部の幅L1が100〜800μmであり、
隣り合う前記溝部同士のピッチL2が2〜5mmであることを特徴とする非水電解液電池。 A non-aqueous electrolyte battery configured by sealing an electrode body formed with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and an exterior body containing a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode and the negative electrode have an electrode mixture layer containing an active material on one side or both sides of a current collector,
The electrode mixture layer present on at least one surface of at least one of the positive electrode and the negative electrode has a thickness of 100 μm or more and a plurality of grooves having openings on the surface opposite to the current collector Have
The groove portion has a width L1 of 100 to 800 μm,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein a pitch L2 between the adjacent groove portions is 2 to 5 mm.
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