JP2013218801A - Battery element structure manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池素子構成体の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、エレクトロスピニング法により紡糸された樹脂繊維が、電極板上に直接、且つ効率よく堆積されて形成された不織布からなるセパレータを備える電池素子構成体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a battery element structure. More specifically, the present invention relates to a method for producing a battery element structure including a separator made of a nonwoven fabric in which resin fibers spun by an electrospinning method are directly and efficiently deposited on an electrode plate.
近年、各種の電子機器の小型化、コードレス化に伴って、それらの駆動用電源として用いられる電池の高容量化、軽量化等に対する要求が高まっている。このような状況下、特に二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池等が注目されている。このリチウムイオン二次電池は、通常、リチウムイオンのドープと脱ドープとがなされる正極及び負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、リチウム塩を非プロトン性有機溶媒に溶解させてなり、セパレータに含浸されている非水系電解液と、を備える。また、電極は、金属箔等からなる集電体と、この集電体の表面に形成された活物質層とからなり、活物質層は、通常、活物質と、導電剤と、これらの材料を集電体に結着させる結着剤と、により構成されている。 In recent years, with the reduction in size and cordlessness of various electronic devices, there has been an increasing demand for higher capacity and lighter weight of batteries used as power sources for driving them. Under such circumstances, secondary batteries, such as lithium ion secondary batteries, are attracting attention. This lithium ion secondary battery usually has a positive electrode and a negative electrode that are doped and dedoped with lithium ions, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a lithium salt dissolved in an aprotic organic solvent. And a non-aqueous electrolyte solution impregnated in the separator. The electrode includes a current collector made of a metal foil and the like, and an active material layer formed on the surface of the current collector. The active material layer is usually an active material, a conductive agent, and these materials. And a binder that binds to the current collector.
更に、現用のセパレータの多くは、樹脂製の多孔質膜、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂を用いてなる多孔質膜からなり、その他、このような多孔質膜と不織布等との積層体からなるセパレータも提案されている。例えば、網目状シート表面の両面に、所定の繊維径と繊維長とを有する繊維集合体からなるシートが積層されてなるセパレータが知られている(例えば、特許文献1参照。)。そして、この繊維集合体からなるシートは、エレクトロスピニング法によって網目状シートの両面に形成されると説明されている。 Furthermore, many of the separators currently used are made of a porous film made of a resin, for example, a porous film using a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, and in addition, a laminate of such a porous film and a nonwoven fabric. A separator made of is also proposed. For example, a separator is known in which sheets made of a fiber assembly having a predetermined fiber diameter and fiber length are laminated on both surfaces of a mesh sheet surface (see, for example, Patent Document 1). And it is described that the sheet | seat which consists of this fiber assembly is formed in both surfaces of a mesh shaped sheet | seat by the electrospinning method.
特許文献1に記載されているような、樹脂多孔質膜と、エレクトロスピニング法によって形成された繊維集合体とからなるセパレータを有する電池素子は、例えば、図9、10のような構造を備える。即ち、多数の貫通孔P1を有する樹脂多孔質膜Pと、樹脂多孔質膜P上に形成された繊維集合体3c(不織布)とからなるセパレータSが、正極板11と負極板12との間に介装されてなる。
A battery element having a separator made of a resin porous membrane and a fiber assembly formed by electrospinning as described in
また、エレクトロスピニング方法により形成されたナノファイバーを含有した多孔質層よりなるセパレータを、電極表面に接合一体化してなるセパレータ電極一体型蓄電素子も知られており(例えば、特許文献2参照。)、内部抵抗が低く、内部短絡不良率の低い電気化学素子を実現できると説明されている。 There is also known a separator electrode integrated power storage element in which a separator made of a porous layer containing nanofibers formed by an electrospinning method is joined and integrated on the electrode surface (see, for example, Patent Document 2). It is described that an electrochemical element having a low internal resistance and a low internal short-circuit failure rate can be realized.
しかし、特許文献1に記載されている、ポリオレフィン樹脂等を用いてなる多孔質膜は、電解液との親和性が低く、電解液の保持性が十分ではない。そのため、このような多孔質膜をセパレータとして用いたリチウムイオン二次電池は、発電性能が安定しない、セパレータの強度が不十分である、及び高容量化には限界がある等の問題を有する。また、特許文献2に記載されたセパレータは、二次電池のセパレータとして十分に機能するかもしれないが、引用文献2では、セパレータを電極表面に効率よく形成することについては全く言及されていない。
However, the porous film using a polyolefin resin or the like described in
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、エレクトロスピニング法により紡糸された樹脂繊維が、電極板上に直接、且つ効率よく堆積されて形成された不織布からなるセパレータを備える電池素子構成体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a separator made of a nonwoven fabric in which resin fibers spun by an electrospinning method are directly and efficiently deposited on an electrode plate. It aims at providing the manufacturing method of a battery element structure provided with.
本発明は以下のとおりである。
1.帯状の金属集電体と、
前記金属集電体の一面側に設けられた活物質層と、を備える電極板に、
前記活物質層側からエレクトロスピニング法により紡糸して不織布からなるセパレータを積層するセパレータ積層工程を備える電池素子構成体の製造方法であって、
前記セパレータ積層工程では、前記金属集電体の他面側に、前記電極板より幅広のアース電極が配置されるとともに、前記金属集電体と前記アース電極とは電気的に接続されており、
前記電極板の側端部の外側の前記アース電極上には、絶縁壁が配置されていることを特徴とする電池素子構成体の製造方法。
2.前記電極板の前記側端部と前記絶縁壁との間に、1〜20mmの隙間が開けられている前記1.に記載の電池素子構成体の製造方法。
3.前記絶縁壁と前記アース電極との間に、0.01〜10mmの隙間が開けられており、前記絶縁壁は、前記アース電極から浮いた状態とされている前記1.又は2.に記載の電池素子構成体の製造方法。
The present invention is as follows.
1. A band-shaped metal current collector,
An electrode plate comprising an active material layer provided on one side of the metal current collector,
A method for producing a battery element structure comprising a separator lamination step of laminating a separator made of a nonwoven fabric by spinning from the active material layer side by an electrospinning method,
In the separator lamination step, a ground electrode wider than the electrode plate is disposed on the other surface side of the metal current collector, and the metal current collector and the ground electrode are electrically connected,
An insulating wall is disposed on the ground electrode outside the side end of the electrode plate.
2. A gap of 1 to 20 mm is opened between the side end portion of the electrode plate and the insulating wall. The manufacturing method of the battery element structure described in 2.
3. A gap of 0.01 to 10 mm is provided between the insulating wall and the ground electrode, and the insulating wall is in a state of floating from the ground electrode. Or 2. The manufacturing method of the battery element structure described in 2.
エレクトロスピニング法では、露出したアース電極上の方が、活物質層を備えた電極板上よりも樹脂繊維が紡糸され易い。本発明の製造方法では、アース電極の露出面のうち、電極板の側端部の外側に位置する部分に絶縁壁を配置している。そのため、アース電極のうち、絶縁壁が配置された部分では樹脂繊維の紡糸が抑制されて、この部分に不要な不織布が形成されることを防止することができる。この結果、樹脂繊維が電極板上に効率よく堆積され、不織布からなるセパレータが効率的に積層される。また、より均一な厚さのセパレータとすることができるとともに、樹脂繊維が電極板上に集中して堆積されるため、セパレータの積層に要する時間を短縮することもできる。
また、電極板の側端部と絶縁壁との間に、1〜20mmの隙間が開けられている場合は、隙間の部分ではアース電極が露出し、この露出面には樹脂繊維が堆積し、不織布が形成される。これにより、電極板の側端面にもセパレータが積層されることになり、電極板の側端部における短絡を防止することができる。
更に、絶縁壁とアース電極との間に、0.01〜10mmの隙間が開けられており、絶縁壁が、アース電極から浮いた状態とされている場合は、アース電極上に電極板を載せ、電極板をアース電極とともに移送させるときに、絶縁壁とアース電極とが接触することがなく、円滑に移送させることができる。また、隙間が大き過ぎると、樹脂繊維が隙間に向かって流れ、アース電極上に堆積されることがあるが、隙間が5mm以下であれば、そのような問題も抑えられる。
In the electrospinning method, resin fibers are more easily spun on the exposed ground electrode than on the electrode plate provided with the active material layer. In the manufacturing method of this invention, the insulating wall is arrange | positioned in the part located in the outer side of the side edge part of an electrode plate among the exposed surfaces of an earth electrode. Therefore, spinning of the resin fiber is suppressed in the portion of the ground electrode where the insulating wall is disposed, and unnecessary nonwoven fabric can be prevented from being formed in this portion. As a result, resin fibers are efficiently deposited on the electrode plate, and separators made of nonwoven fabric are efficiently laminated. In addition, a separator with a more uniform thickness can be obtained, and since resin fibers are concentrated and deposited on the electrode plate, the time required for stacking the separators can be shortened.
In addition, when a gap of 1 to 20 mm is opened between the side edge of the electrode plate and the insulating wall, the ground electrode is exposed at the gap, and resin fibers are deposited on the exposed surface, A nonwoven fabric is formed. Thereby, a separator will also be laminated | stacked also on the side end surface of an electrode plate, and the short circuit in the side end part of an electrode plate can be prevented.
Furthermore, when a gap of 0.01 to 10 mm is opened between the insulating wall and the earth electrode, and the insulating wall is in a state of floating from the earth electrode, an electrode plate is placed on the earth electrode. When the electrode plate is transferred together with the ground electrode, the insulating wall and the ground electrode are not in contact with each other and can be transferred smoothly. If the gap is too large, the resin fibers may flow toward the gap and be deposited on the ground electrode. However, if the gap is 5 mm or less, such a problem can be suppressed.
以下、本発明を図1〜8も参照しながら詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The items shown here are for illustrative purposes and exemplary embodiments of the present invention, and are the most effective and easy-to-understand explanations of the principles and conceptual features of the present invention. It is stated for the purpose of providing what seems to be. In this respect, it is not intended to illustrate the structural details of the present invention beyond what is necessary for a fundamental understanding of the present invention. It will be clear to those skilled in the art how it is actually implemented.
[1]セパレータ積層工程を備える電池素子構成体の製造方法
本発明の電池素子構成体100(図4参照)の製造方法は、帯状の金属集電体10aと、この金属集電体10aの一面側に設けられた活物質層10bと、を備える電極板10(図2参照)に、活物質層10b側からエレクトロスピニング法により紡糸して不織布3aからなるセパレータ3を積層するセパレータ積層工程を備える(図1のように、紡糸された樹脂繊維が電極板10上に直接堆積され、不織布3aからなるセパレータ3が積層される。)。
[1] Method for Producing Battery Element Constituent Comprising Separator Laminating Step The method for producing battery element constituting body 100 (see FIG. 4) of the present invention includes a strip-shaped metal
セパレータ積層工程では、金属集電体10aの他面側に、電極板10より幅広のアース電極44が配置されるとともに、金属集電体10aとアース電極44とは電気的に接続されている。また、電極板10の側端部10cの外側のアース電極44上には、絶縁壁45が配置されている。尚、電極板10が正極板であるときも、負極板であるときも、同様にして、各々の活物質層10b側に不織布3aからなるセパレータ3を積層させることができる。
In the separator lamination step, a
(1)アース電極及び絶縁壁
アース電極44は電極板10より幅広であり、電極板10が備える金属集電体10aの他面側、即ち、活物質層10bが設けられた面と反対側の面に配置される。これにより、金属集電体10aとアース電極44とが接触し、電気的に接続される。アース電極44は、その側部が電極板10からはみ出すように配置される(図3参照)。
(1) Ground electrode and insulating wall The
アース電極44の側部が電極板10からはみ出して露出するように配置されることで、紡糸時、樹脂溶液が電極板10の幅方向により均等に吐出される(図1の吐出されている樹脂溶液3b参照)。これにより、電極板10の幅方向により均質であり、且つ厚さのばらつきの少ない不織布3a、即ち、セパレータ3を活物質層10b上に積層させることができる。アース電極44の形態は特に限定されないが、帯状の金属集電体10aの他面側に配置させ、接触させることで電気的に十分に接続させるためには、帯状のシート又は箔等であることが好ましい。更に、アース電極44の材質も十分な導電性を有する限り、特に限定されないが、金属であることが好ましく、アース電極44としては、金属シート、金属箔等を使用することができ、例えば、アルミニウム箔等を用いることができる。
By arranging so that the side portion of the
電極板10の側端部10cの外側に露出したアース電極44上には、絶縁壁45が配置されている。この絶縁壁45は、エレクトロスピニング時、吐出された樹脂溶液が導電性の高いアース電極44の方向に流れてしまい、導電性の低い活物質層10b上に樹脂繊維が十分に堆積されないことを防止するものである。従って、絶縁壁45の材質は、電気絶縁性が高ければよく、合成樹脂、合成ゴム等を用いてなる成形体を使用することができる。合成樹脂及び合成ゴムは種類にかかわらず、通常、活物質層10bより十分に絶縁性が高く、各種の合成樹脂及び合成ゴムを用いてなる成形体を絶縁壁45として使用することができる。
An insulating
絶縁壁45の形状も特に限定されない。吐出された樹脂溶液が、電極板10の側端部10cの外方に露出した導電性の高いアース電極44の方向に流れてしまうのを抑えるために、アース電極44の露出部を十分に覆うことができればよい。絶縁壁45は、例えば、図1のように、電極板10の側端部10cに沿って、アース電極44の露出部上に長手方向に配置される壁体とすることができる。絶縁壁45の形状は特に限定されないが、例えば、図1のような略直方体状、図5のような略円筒状、図6のような略角筒状、図7のような角柱から円柱をくり抜いた筒状、図8のような角柱から円錐台をくり抜いた筒状であってもよい。
The shape of the insulating
また、電極板10の側端部10cと、絶縁壁45との間には隙間がなくてもよいが、図3のように隙間S1が開けられていることが好ましい。適度な隙間が開けられ、アース電極44がここで露出していれば、吐出された樹脂溶液が、露出した導電性の高いアース電極44の方向に流れる。その結果、電極板10の側端部10c面にも樹脂繊維が堆積されて不織布3aからなるセパレータ3が積層され、電極板10の側端部10cにおける短絡が防止される。隙間S1の寸法は特に限定されないが、1〜20mmとすることができ、2〜15mm、特に5〜10mmであることが好ましい。
Moreover, a
更に、絶縁壁45とアース電極44との間も、アース電極44の移送が妨げられない限り、接触していてもよいが、隙間S2が開けられていることが好ましい(図3参照)。隙間S2が開けられて、絶縁壁45がアース電極44から浮いた状態とされていれば、絶縁壁45とアース電極44との擦れによる損傷、更には破損を防止することができる。隙間S2の寸法は特に限定されないが、0.01〜10mmとすることができ、0.01〜8mm、特に0.01〜5mmであることが好ましい。アース電極44がアルミニウム箔等の金属箔又は金属シートであり、絶縁壁45が合成樹脂等を用いてなる成形体であれば、相互に滑り易く、アース電極44と絶縁壁45との隙間が0.01mmと小さくても、アース電極44の損傷、破損を十分に防止することができる。
Furthermore, between the insulating
(2)エレクトロスピニング法
エレクトロスピニング法では、紡糸可能な樹脂を溶媒に溶解させた樹脂溶液を、ノズルから電極間に形成された静電場に吐出させて紡糸する。すると電極板10上に樹脂繊維が直接堆積されることにより不織布3aからなるセパレータ3が積層される。溶媒の多くは、樹脂溶液が電極板10上に到達するまでに気化し、蒸散するが、必要であれば、加熱下、及び/又は減圧下に溶媒を除去する雰囲気下に紡糸することもできる。
(2) Electrospinning method In the electrospinning method, a resin solution obtained by dissolving a spinnable resin in a solvent is discharged from a nozzle to an electrostatic field formed between electrodes to perform spinning. Then, the resin fiber is directly deposited on the
樹脂溶液を静電場に吐出させる方法としては、例えば、樹脂溶液を、容器から静電場に開口するノズルに供給し、吐出させる方法が挙げられる。このように、樹脂溶液を静電場の所定位置に開口させたノズルから吐出させ、電界によって曳糸させることにより樹脂を繊維化させることができる。また、この樹脂溶液の吐出、紡糸時の溶液温度は、室温(20〜30℃)から溶媒の沸点までとすることができ、室温でも容易に吐出、紡糸が可能である。一方、相対湿度は特に限定されないが、10〜70%であればよく、20〜60%であることが好ましい。更に、樹脂溶液の吐出量、電極板の移送速度等により不織布3a、即ち、セパレータ3の厚さを容易に調整することができる。
Examples of the method for discharging the resin solution to the electrostatic field include a method in which the resin solution is supplied from a container to a nozzle that opens to the electrostatic field and discharged. In this way, the resin can be made into a fiber by discharging the resin solution from a nozzle opened at a predetermined position of the electrostatic field and spinning the resin solution by an electric field. Further, the solution temperature at the time of discharging and spinning of the resin solution can be from room temperature (20 to 30 ° C.) to the boiling point of the solvent, and can be easily discharged and spun at room temperature. On the other hand, the relative humidity is not particularly limited, but may be 10 to 70%, and preferably 20 to 60%. Furthermore, the thickness of the
静電場は、図1、3のように、樹脂溶液容器41及びノズル42の側を電圧印加側とし、電極板10を接地側として形成される。また、印加電圧は特に限定されないが、5〜50kVとすることができ、5〜35kV、特に10〜25kVであることが好ましい。電圧印加側の電極としては、ノズル42そのものを用いることもでき、ノズル42等に付設された電極を使用することもできる。電極は、導電性を有する無機物、有機物により形成することができ、特に金属が用いられることが多い。また、絶縁性の材質からなる成形体の表面に、導電性物質がコーティングされてなる電極であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, the electrostatic field is formed with the
以下、図1、3のエレクトロスピニング装置4を用いて電極板10上に不織布3aを堆積させ、セパレータ3を積層させる方法をより具体的に説明する。
ノズル42の本数は特に限定されず、図1、3のように、1本でもよく、複数本でもよい。
Hereinafter, the method of depositing the
The number of
また、ノズル42の内径は特に限定されず、繊維径等にもよるが、5〜500μmとすることができ、5〜200μm、特に5〜100μmであることが好ましい。ノズル42の内径が5〜500μmであれば、樹脂溶液を十分な速度でノズル42に供給することができ、所定径の樹脂繊維からなる不織布3aを効率よく形成することができる。ノズル42の材質も特に限定されず、金属でも非金属でもよいが、金属製であれば、前述のように、電圧印加側の電極として用いることができるため好ましい。ノズル42が非金属製である場合は、内部に金属等の導電材を配設し、電極として用いることができる。
Further, the inner diameter of the
更に、樹脂溶液容器41中の樹脂溶液は、溶液供給装置、例えば、定流量ポンプ等(図示せず)により、樹脂溶液容器41からノズル42へと移送され、供給される。そして、樹脂溶液は、ノズル42の開口部から吐出されて、紡糸された樹脂繊維が電極板10上に直接堆積されて不織布3aが形成されて、セパレータ3となる。
Further, the resin solution in the
ノズル42の開口部と電極板10との距離は、帯電量、ノズルの内径、樹脂溶液の濃度、樹脂溶液の吐出量等に基づいて設定することが好ましい。例えば、印加電圧が10kV程度のときは、50〜200mmの距離とすることができる。更に、印加される静電気電位は、前述のように、5〜50kVとすることができ、5〜35kV、特に10〜25kVとすることが好ましい。この電位は公知の技術に基づいて設定することができる。
The distance between the opening of the
また、樹脂溶液に用いた溶媒は、樹脂溶液が電極板10に向けて吐出され、紡糸される間に、条件に応じて気化し、蒸散して、樹脂繊維が紡糸され、不織布3aが形成される。この工程で、雰囲気温度が、例えば、室温(20〜30℃)であるときは、通常、樹脂溶液が電極板10上に到達するまでの間に溶媒は略全量が蒸散する。しかし、溶媒の蒸散が不十分であるときは、不織布3aを加熱下、及び/又は減圧下に形成することもできる。尚、雰囲気温度は、樹脂溶液の粘度、溶媒の種類等にもよるが、室温(20〜30℃)でもよく、加温するときでも50℃程度に昇温させれば十分である。
Further, the solvent used for the resin solution is vaporized and evaporated according to conditions while the resin solution is discharged toward the
更に、本発明の電池素子構成体の製造方法では、電極板10上に、紡糸された樹脂繊維が直接堆積されて不織布3aが形成され、これがセパレータ3となる。この場合、電極板10の活物質層10bが設けられた片面上に紡糸された樹脂繊維が直接堆積されて不織布3aが形成されてもよく(図1、3参照)、電極板10の両面上に樹脂繊維が直接堆積されて不織布3aが形成されてもよい。電極板10の両面上に不織布3aが形成される場合、活物質層10bは、通常、電極板10の両面に設けられるが、片面のみに設けられていてもよい。
Furthermore, in the manufacturing method of the battery element structure of the present invention, the spun resin fibers are directly deposited on the
(3)電極板
前記「電極板10」としては、正極板と負極板とがあり、各々の電極板10は、通常、帯状の金属集電体10aと、活物質と、活物質を結着して金属集電体10aの表面に活物質層10bを形成するための結着用樹脂とを有する(図2の電極板10参照)。
(3) Electrode Plate As the “
金属集電体10aとしては、正極用には耐酸化性に優れた材料が用いられ、負極用には耐還元性に優れた材料が用いられる。正極用の金属集電体10aとしては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等が用いられ、負極用の金属集電体10aとしては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼等が用いられる。また、金属集電体10aは帯状であり、その形態は特に限定されないが、箔及びメッシュが挙げられ、正極用としてはアルミニウム箔、負極用としては銅箔が用いられることが多い。更に、金属集電体10aの厚さも特に限定されないが、正極用、負極用ともに、5〜30μmとすることができ、5〜20μm、特に7〜15μmであることが好ましい。
As the metal
活物質も特に限定されず、電池の種類によって公知の活物質を用いることができる。例えば、リチウムイオン二次電池の場合には、正極活物質としては、各種のリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。このリチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiNiCoO2、LiMn2O4等が挙げられる。また、負極活物質としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を用いることができる。この炭素材料としては、例えば、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、セルロース等の樹脂を焼結させた材料、及び人造黒鉛、天然黒鉛等が挙げられる。この負極活物質としては、チタン酸リチウム、リチウム合金等を用いることもできる。形成される活物質層10bの厚さも特に限定されないが、正極及び負極の活物質層10bともに、10〜50μm、特に15〜35μmとすることができる。
The active material is not particularly limited, and a known active material can be used depending on the type of battery. For example, in the case of a lithium ion secondary battery, various lithium-containing transition metal oxides can be used as the positive electrode active material. Examples of the lithium-containing transition metal oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoO 2 , LiMn 2 O 4 and the like. Further, as the negative electrode active material, a carbon material that can be doped / undoped with lithium ions can be used. Examples of the carbon material include materials obtained by sintering a resin such as polyacrylonitrile, a phenol resin, a phenol novolac resin, and cellulose, and artificial graphite and natural graphite. As this negative electrode active material, lithium titanate, a lithium alloy, or the like can be used. Although the thickness of the
更に、正極には、人造黒鉛、ニッケル粉末等の導電助剤を含有させることが好ましい。この場合、導電助剤の含有量は特に限定されないが、正極活物質を100質量部としたときに、10質量部以下、特に5〜10質量部とすることができる。一方、負極には導電助剤を含有させる必要はないが、含有させてもよい。 Further, the positive electrode preferably contains a conductive auxiliary such as artificial graphite or nickel powder. In this case, although content of a conductive support agent is not specifically limited, When a positive electrode active material is 100 mass parts, it can be 10 mass parts or less, Especially 5-10 mass parts. On the other hand, although it is not necessary to contain a conductive support agent in a negative electrode, you may make it contain.
また、結着用樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフロロプロピレン、パーフロロメチルビニルエーテル、テトラフロロエチレン等とのフッ素系共重合体、及びポリテトラフロロエチレン等のフッ素系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン系共重合樹脂等の他、カルボキシメチルセルロース、ポリイミドなどを用いることができる。これらの結着用樹脂は1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。結着用樹脂の使用量は特に限定ないが、正極活物質及び負極活物質を100質量部としたときに、3〜30質量部、特に7〜25質量部とすることができる。 In addition, as the binding resin, polyvinylidene fluoride, a fluorocopolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, perfluoromethyl vinyl ether, tetrafluoroethylene, etc., and a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, styrene- In addition to styrene copolymer resins such as butadiene copolymer and styrene-acrylonitrile copolymer, carboxymethyl cellulose, polyimide, and the like can be used. These binding resins may be used alone or in combination of two or more. Although the usage-amount of binder resin is not specifically limited, When a positive electrode active material and a negative electrode active material are 100 mass parts, it can be set as 3-30 mass parts, especially 7-25 mass parts.
(4)紡糸に用いる樹脂等
紡糸可能な樹脂は特に限定されない。この樹脂としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニリデンクロライド、セルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。また、樹脂としては、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等が好ましい。更に、これらの樹脂は、1種のみ用いてもよく、共通の良溶媒があれば、2種以上を併用することもできる。
(4) Resins used for spinning Resins that can be spun are not particularly limited. Examples of the resin include polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene succinate, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, and polypropylene. Examples thereof include oxide, polyvinylidene chloride, cellulose, carboxymethyl cellulose and the like. Further, as the resin, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, polypropylene or the like is preferable. Further, these resins may be used alone or in combination of two or more if a common good solvent is present.
また、樹脂を溶解させるための溶媒も特に限定されないが、樹脂を十分に溶解させることができ、且つ樹脂溶液が吐出され電極板上に到達する間に容易に気化し、蒸散して、可能な限り樹脂繊維に残留しない溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ピリジン、アセトニトリル、N‐メチルピロリドン等が挙げられる。溶媒としては、極性溶媒が好ましく、特にN,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が好ましい。これらの溶媒は1種のみ用いてもよく、2種以上を併用した混合溶媒として用いることもできる。 Also, the solvent for dissolving the resin is not particularly limited, but the resin can be sufficiently dissolved, and can be easily vaporized and evaporated while the resin solution is discharged and reaches the electrode plate. Solvents that do not remain in the resin fibers are preferable. Examples of such solvents include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, cyclohexane, benzene, toluene, acetone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, isopropanol, tetrahydrofuran, Examples include cyclohexanone, pyridine, acetonitrile, N-methylpyrrolidone and the like. As the solvent, a polar solvent is preferable, and an amide solvent such as N, N-dimethylformamide is particularly preferable. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
樹脂溶液における樹脂の含有量も特に限定されないが、樹脂溶液を100質量%とした場合に、樹脂の含有量は2〜20質量%とすることができ、4〜15質量%、特に6〜10質量%であることが好ましい。樹脂の含有量が2〜20質量%であれば、所定径且つ所要量の樹脂繊維を容易に形成することができる。また、含有量が高過ぎることにより溶液粘度が上昇し、樹脂溶液が吐出し難く、紡糸が困難になることもない。 The resin content in the resin solution is also not particularly limited. However, when the resin solution is 100% by mass, the resin content can be 2 to 20% by mass, 4 to 15% by mass, particularly 6 to 10%. It is preferable that it is mass%. If the resin content is 2 to 20% by mass, a resin fiber having a predetermined diameter and a required amount can be easily formed. Further, when the content is too high, the solution viscosity is increased, the resin solution is hardly discharged, and spinning is not difficult.
セパレータ3となる不織布3aの厚さは特に限定されず、10〜50μmとすることができ、10〜40μm、特に15〜35μmであることが好ましい。更に、不織布3aを構成する樹脂繊維の径も特に限定されず、100〜1000nmであればよく、150〜800nm、特に250〜600nmであることが好ましい。また、不織布3aの目付も特に限定されず、1〜10g/m2であればよく、1〜6g/m2、特に2〜5g/m2であることが好ましい。尚、繊維径は、不織布3aの複数箇所(例えば、10箇所)を光学顕微鏡により観察し、各々の視野において複数本(例えば、10本)の樹脂繊維の径を測定し、平均値を算出することにより求めることができる。
The thickness of the
セパレータ3となる不織布3aの空孔率も特に限定されず、50〜85%とすることができ、55〜85%、特に60〜80%、更に65〜80%であることが好ましい。空孔率が50〜85%、特に65〜80%であれば、十分な強度及び高イオン伝導性等を有するセパレータ3とすることができる。尚、空孔率は下記の式に基づいて算出することができる。
空孔率(%)=100−{目付/(不織布3aの形成に用いた樹脂の密度×不織布の厚さ)}×100
(但し、不織布3aの目付の単位はg/m2、樹脂の密度の単位はg/cm3、不織布3aの厚さの単位はμmである)
The porosity of the
Porosity (%) = 100− {weight per unit / (density of resin used for forming
(However, the basis weight of the
[2]電池
本発明の方法により製造された電池素子構成体は二次電池、特にリチウムイオン二次電池の電池素子用として有用であり、以下、電池の例としてリチウムイオン二次電池について説明する。
電極板10は、前述のように、通常、金属集電体10aと、活物質と、活物質を結着して集電体の表面に活物質層10bを形成するための結着用樹脂とを有する。
[2] Battery The battery element structure produced by the method of the present invention is useful for a battery element of a secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery. Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an example of the battery. .
As described above, the
また、セパレータ3に含浸される電解質としては、各種のリチウム塩が用いられる。このリチウム塩としては、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化砒酸リチウム、トリフロロスルホン酸リチウム、リチウムパーフロロメチルスルホニルイミド、リチウムパーフロロエチルスルホニルイミド等が挙げられる。これらのリチウム塩は1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Various lithium salts are used as the electrolyte impregnated in the
電解質である各種のリチウム塩は、通常、非水系溶媒に溶解させ、非水系電解液として用いられる。非水系溶媒としては、リチウムイオン二次電池に一般的に用いられる炭素数10以下の極性有機溶媒を特に限定されることなく用いることができる、この極性有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、スルフォラン、アセトニトリル等、及びこれらの溶媒が混合された混合溶媒が挙げられる。非水系電解液におけるリチウム塩の濃度は、0.2〜2モル濃度であることが好ましい。 Various lithium salts that are electrolytes are usually dissolved in a non-aqueous solvent and used as a non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous solvent, a polar organic solvent having 10 or less carbon atoms generally used in lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Examples of the polar organic solvent include propylene carbonate, ethylene, and the like. Examples thereof include carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, and a mixed solvent in which these solvents are mixed. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.2 to 2 molar.
電池は、例えば、電池がリチウムイオン二次電池である場合、正極板11と負極板12とがセパレータ3を介して積層されてなる電池素子を外装材内に収納し、非水系電解液を注入し、その後、開口部を封止することにより製造することができる。また、非水系電解液の注入方法は、真空注入法が好ましいが、特にこの方法に限定はされない。更に、外装材内に収納する前の電池素子に、非水系電解液を予め含浸させておいてもよく、非水系電解液を含浸させた電池素子を外装材内に収納した後、必要に応じて非水系電解液を注入してもよい。
For example, when the battery is a lithium ion secondary battery, the battery element in which the
また、外装材としてアルミラミネートフィルム等の柔軟な積層材を用いた、所謂、フィルム外装電池では、電極板10とセパレータ3とは接着されて一体化されていることが好ましい。この場合、通常、電極板10とセパレータ3とは、熱圧着法により融着されるが、本発明の方法により製造された電池素子構成体では、セパレータ3となる不織布3aがエレクトロスピニング法により電極板10上に直接形成されており、電極板10とセパレータ3とは十分強固に一体化されている。そのため、特に熱圧着しなくてもよいが、熱圧着してより強固に一体化することもできる。
In a so-called film-clad battery using a flexible laminated material such as an aluminum laminate film as the exterior material, the
更に、外装材は特に限定されないが、前述のアルミラミネートフィルム等の柔軟な積層材の他、スチール缶、アルミニウム缶等が挙げられる。また、リチウムイオン二次電池の外形も特に限定されず、外装材の種類により定まる面もあるが、円筒型、角形(図6の電池81、82参照)等の扁平型及びボタン型等であることが多い。 Furthermore, the exterior material is not particularly limited, and examples thereof include a steel can, an aluminum can, and the like in addition to the above-described flexible laminated material such as an aluminum laminate film. Also, the external shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and may be determined by the type of exterior material, but it is a flat type such as a cylindrical type or a square type (see batteries 81 and 82 in FIG. 6), a button type, or the like. There are many cases.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
実施例1
図1、3に記載の装置を使用し、電極板10上に樹脂繊維を堆積させ、不織布3aからなるセパレータ3を積層させた。
電極板10としては、銅箔(金属集電体10a)に活物質として人造黒鉛が結着された(活物質層10bが形成される。)幅56mmの負極板12を使用した。また、樹脂溶液としては、ポリアクリロニトリルのジメチルホルムアミド溶液(溶液を100質量%とした場合に、樹脂の含有量は6.0質量%)を用いた。更に、ノズル42側を電圧印加側とし、負極板12側を接地側として、20kVの電圧を印加し、静電場を形成した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1
1 and 3, the resin fibers were deposited on the
As the
また、負極板12の銅箔の下面には幅200mmのアルミニウム箔からなるアース電極44を、各々の長手方向の中心線を一致させて配置させた。その結果、負極板12の幅方向の両側にはアース電極44が露出した。その後、アース電極44上であり、且つノズル42の側方に、合成樹脂製の絶縁壁45を配置させた。尚、負極板12の側端部と絶縁壁45との間には10mmの隙間を開けるとともに、絶縁壁45の底面とアース電極44の表面との間には5mmの隙間を開けた。このようにして、負極板12とアース電極44とを移送させ、負極板12上に、紡糸された樹脂繊維を直接堆積させた結果、平均径250nmの繊維からなり、厚さ25μmの不織布3aたるセパレータ3が積層された。
In addition, a
本実施例では、アース電極44の露出面のうち、電極板10の側端部の外側に位置する部分に絶縁壁45を配置した。そのため、アース電極44のうち、絶縁壁45が配置された部分では樹脂繊維の紡糸が抑制されて、この部分に不要な不織布3aが形成されることを防止することができた。この結果、樹脂繊維が電極板上に効率よく堆積され、不織布3aからなるセパレータ3が効率的に積層された。また、より均一な厚さのセパレータ3とすることができるとともに、樹脂繊維が電極板10上に集中して堆積されるため、セパレータ3の積層に要する時間を短縮することもできた。
In the present embodiment, the insulating
更に、より均一な厚さのセパレータ3が形成されたので、不均一厚みに起因した応力の集中がなくなり、セパレータ3の強度が従来に比べて高くなった。このように、セパレータ3を厚くしなくてもセパレータ3の強度を大きくできるため、セパレータ3を厚くすることによる不利益の影響も少なくなると予想される。すなわち、セパレータ3を厚くすることにより、イオン伝導性が低くなり、エネルギー密度が低下するという問題も少ない。更に、セパレータ3の補強等を目的として、イオン伝導性が低い樹脂製多孔質膜を併用する必要がなくなる。
Furthermore, since the
尚、前述の記載は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施態様を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく、説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その態様において本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施態様を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、寧ろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。 It should be noted that the above description is for illustrative purposes only and is not to be construed as limiting the invention. Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the language used in the description and illustration of the invention is illustrative and exemplary rather than restrictive. As detailed herein, modifications may be made in the embodiments within the scope of the appended claims without departing from the scope or spirit of the invention. Although specific structures, materials, and embodiments have been referred to in the detailed description of the invention herein, it is not intended to limit the invention to the disclosure herein, but rather, the invention is claimed. It covers all functionally equivalent structures, methods and uses within the scope.
本発明は、電池、特にリチウムイオン二次電池等の二次電池の技術分野において利用することができる。 The present invention can be used in the technical field of batteries, in particular, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.
100;電池素子構成体、10;電極板、10a;金属集電体、10b;活物質層、10c;電極板の側端部、3;セパレータ、3a;不織布、3b;吐出されている樹脂溶液、3c;繊維集合体、4;エレクトロスピニング装置、41;樹脂溶液容器、42;ノズル、43;高電圧発生装置、44;アース電極、45;絶縁壁、P;樹脂多孔質膜、P1;貫通孔、S;セパレータ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記金属集電体の一面側に設けられた活物質層と、を備える電極板に、
前記活物質層側からエレクトロスピニング法により紡糸して不織布からなるセパレータを積層するセパレータ積層工程を備える電池素子構成体の製造方法であって、
前記セパレータ積層工程では、前記金属集電体の他面側に、前記電極板より幅広のアース電極が配置されるとともに、前記金属集電体と前記アース電極とは電気的に接続されており、
前記電極板の側端部の外側の前記アース電極上には、絶縁壁が配置されていることを特徴とする電池素子構成体の製造方法。 A band-shaped metal current collector,
An electrode plate comprising an active material layer provided on one side of the metal current collector,
A method for producing a battery element structure comprising a separator lamination step of laminating a separator made of a nonwoven fabric by spinning from the active material layer side by an electrospinning method,
In the separator lamination step, a ground electrode wider than the electrode plate is disposed on the other surface side of the metal current collector, and the metal current collector and the ground electrode are electrically connected,
An insulating wall is disposed on the ground electrode outside the side end of the electrode plate.
前記絶縁壁は、前記アース電極から浮いた状態とされている請求項1又は2に記載の電池素子構成体の製造方法。 A gap of 0.01 to 10 mm is opened between the insulating wall and the ground electrode,
The method of manufacturing a battery element assembly according to claim 1, wherein the insulating wall is in a state of being floated from the ground electrode.
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