JP2015230824A - Electrode structure and lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極構造体及びリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to an electrode structure and a lithium secondary battery.
従来、電極構造体としては、耐熱層を介して樹脂材料からなるセパレータ層が重なり合わされている部分を一対の溶着チップにより挟んで加圧及び加熱することにより作製した袋詰め電極が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電極構造体では、溶着チップによって耐熱層が破壊されて、これを加熱することにより、破壊部分からセパレータ層の樹脂が溶けて接合される、 Conventionally, as an electrode structure, a bag-packed electrode produced by pressing and heating a portion where a separator layer made of a resin material is overlapped with a heat-resistant layer between a pair of welding tips has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1). In this electrode structure, the heat-resistant layer is broken by the welding tip, and by heating this, the separator layer resin is melted and joined from the broken portion.
しかしながら、上述の特許文献1の電極構造体では、電極の位置決めのために袋詰め構造を用いており、例えば、充放電特性をより高めることについては、検討されていなかった。例えば、リチウム二次電池においては、充放電により生じる電池の内部抵抗の増加を抑制するなど、充放電特性をより向上することが求められていた。 However, in the electrode structure of Patent Document 1 described above, a bag-packed structure is used for positioning the electrodes, and for example, it has not been studied to further improve the charge / discharge characteristics. For example, in a lithium secondary battery, it has been required to further improve charge / discharge characteristics, such as suppressing an increase in internal resistance of the battery caused by charge / discharge.
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、内部抵抗の増加をより抑制することができる電極構造体及びリチウム二次電池を提供することを主目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the electrode structure and lithium secondary battery which can suppress the increase in internal resistance more.
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、非水電解液が漏れ出ないよう、セパレータによって電極シートを封止するものとすると、内部抵抗の増加をより抑制することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above-described object, the present inventors have suppressed the increase in internal resistance when the electrode sheet is sealed with a separator so that the non-aqueous electrolyte does not leak out. The present invention has been completed.
即ち、本発明の電極構造体は、
非水電解液を備える二次電池に用いられ、
正極活物質と集電体とを含む正極シートと、
負極活物質と集電体とを含む負極シートと、
前記正極シートと前記負極シートとの間に介在したセパレータと、を積層した電極構造体であって、
前記負極シートは、前記セパレータによって前記負極活物質が包含され前記非水電解液が出にくいように該セパレータが封止されているものである。
That is, the electrode structure of the present invention is
Used for secondary batteries with non-aqueous electrolyte,
A positive electrode sheet comprising a positive electrode active material and a current collector;
A negative electrode sheet comprising a negative electrode active material and a current collector;
An electrode structure in which a separator interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet is laminated,
In the negative electrode sheet, the separator is sealed so that the negative electrode active material is contained by the separator and the non-aqueous electrolyte is difficult to be discharged.
本発明のリチウム二次電池は、
リチウムを吸蔵放出する前記正極活物質及び前記負極活物質を有する上述の電極構造体と、
前記正極と前記負極との間に介在しリチウムイオンを伝導する非水電解液と、を備えたものである。
The lithium secondary battery of the present invention is
The above-described electrode structure having the positive electrode active material and the negative electrode active material that occlude and release lithium; and
A non-aqueous electrolyte that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions.
本発明の電極構造体及びリチウム二次電池は、内部抵抗の増加をより抑制することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、セパレータにより非水電解液が電極構造体の内部に封止され、電極構造体からの電解液の移動が、より抑制されたためであると推察される。 The electrode structure and lithium secondary battery of the present invention can further suppress an increase in internal resistance. The reason why such an effect can be obtained is presumed that, for example, the non-aqueous electrolyte is sealed inside the electrode structure by the separator, and the movement of the electrolyte from the electrode structure is further suppressed. .
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明のリチウム二次電池10の一例を示す模式図である。図2は、電極構造体11の一例を示す断面図である。本実施形態のリチウム二次電池10は、図1、2に示すように、例えば、集電体13に正極合材層14を形成した正極シート15と、集電体16の表面に負極合材層17を形成した負極シート18と、正極シート15と負極シート18との間に設けられたセパレータ26と、正極シート15と負極シート18の間を満たす非水電解液20と、を備えている。このリチウム二次電池10では、負極シート18をセパレータ26で包み込み、これと正極シート15とを積層した状態で捲回して円筒ケース21に挿入し、正極シート15に正極端子22を接続し、負極シート18に負極端子23を接続している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a lithium
このリチウム二次電池10は、正極活物質を含む正極合材層14と集電体13とを含む正極シート15と、負極活物質を含む負極合材層17と集電体16とを含む負極シート18と、正極シート15と負極シート18との間に介在したセパレータ26とを積層した電極構造体11を備えている。この電極構造体11において、負極シート18は、セパレータ26によって負極活物質が包含され非水電解液20が出にくいようにセパレータ26が封止されている構造を有する。こうすれば、リチウム二次電池10における内部抵抗の増加をより抑制することができる。特に、高い電流レートの充放電を行う電池において有効である。この効果が得られる理由は、例えば、非水電解液20の移動がより抑制されるためであると考えられる。電極構造体11において、セパレータ26は、図2に示すように、1枚のセパレータ26を折り返した上で重なり合う端部同士が結着部27で溶着された袋状セパレータであり、負極シート18を収容した状態で、負極シート18の集電体16と重なるセパレータ26の端部が集電体16に溶着されて封止されているものとしてもよい。この電極構造体11では、負極シート18は、集電体16の一部に負極合材層17が形成されていない非形成領域28があり、この非形成領域28を外部に露出した状態でセパレータ26の端部が集電体16に溶着されている。この非形成領域28に負極端子23が接続される。この電極構造体11では、セパレータ26は、端部の全域に亘って封止されており、負極合材層17が開口部位のない状態で完全にセパレータ26により覆われている。ここで、「端部の全域に亘って封止」とは、端部の略全域を封止していればよく、端部の全域を連続した状態で封止している場合のほか、端部の全域を連続しない状態で封止している場合も含む。例えば、非水電解液20が電極構造体11から出にくくなるものとすればよく、端部の長さの8割以上、より好ましくは9割以上の長さの部分が封止されるなど、一部途切れる部分があってもよい。
The lithium
正極シート15には、図2に示すように、正極活物質を含む正極合材層14がその両面に形成されている。なお、正極合材層14は、採用する構造に応じて、正極シート15の片面に形成されていてもよい。リチウム二次電池10の正極シート15は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体13の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn2O4などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMncO2(但し0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1を満たす)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV2O3などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV2O5などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、各元素の組成にずれがあってもよいし、他の元素を含んでもよい趣旨である。導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。正極活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体13としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体13の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体13の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。
As shown in FIG. 2, a positive
負極シート18には、負極活物質を含む負極合材層17がその両面に形成されている。なお、負極合材層17は、採用する構造に応じて、負極シート18の片面に形成されていてもよい。負極シート18は、例えば負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体16の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料、複数の元素を含む複合酸化物、導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素質材料は、例えば、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が、金属リチウムに近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電が可能であり支持塩としてリチウム塩を使用した場合に自己放電を抑え、且つ充電時おける不可逆容量を少なくできるため、好ましい。複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン複合酸化物やリチウムバナジウム複合酸化物などが挙げられる。負極活物質としては、このうち、炭素質材料が安全性の面から見て好ましい。また、負極シート18に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極シート15で例示したものを用いることができる。負極シート18の集電体16には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体16の形状は、正極と同様のものを用いることができる。
A negative
リチウム二次電池10の非水電解液20としては、支持塩を溶媒に溶解した非水系電解液などを用いることができる。溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。なお、環状カーボネート類は、比誘電率が比較的高く、電解液の誘電率を高めていると考えられ、鎖状カーボネート類は、電解液の粘度を抑えていると考えられる。
As the nonaqueous
支持塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。支持塩を溶解する濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSiF 6 , LiAlF 4 , LiSCN, LiClO. 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlCl 4 and the like. Among these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable from the viewpoint of electrical characteristics to use a combination of one or two or more selected salts. The supporting salt preferably has a concentration in the non-aqueous electrolyte of 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less. When the concentration for dissolving the supporting salt is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and when it is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Moreover, you may add flame retardants, such as a phosphorus type and a halogen type, to this non-aqueous electrolyte.
リチウム二次電池10は、正極シート15と負極シート18との間にセパレータ26を備えている。このセパレータ26は、上述したように、負極合材層17を覆うように形成されている。セパレータ26としては、リチウム二次電池10の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。あるいは、セルロース系セパレータを用いてもよい。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。
The lithium
次に、負極合材層17をセパレータ26で包含した電極構造体11の作製方法について説明する。図3は、負極シート18のセパレータ26による封止の一例を表す説明図であり、図3(a)が袋状セパレータの説明図、図3(b)が袋状セパレータでの封止の説明図、図3(c)が折りたたみセパレータの説明図、図3(d)が折りたたみセパレータでの封止の説明図である。ここでは、負極シート18の作製方法について主として説明する。まず、負極活物質や導電材などを混合した負極合材ペーストを作製し、集電体16の表面にこの負極合材ペ−ストを塗布し、負極合材層17を集電体16上に形成し負極シート18を作製する(図3(a))。このとき、帯状の非形成領域28が形成されるよう負極合材層17を集電体16に形成する。次に、両端部が結着部27で溶着された袋状セパレータ26を用意する。この袋状セパレータは、負極シート18の幅よりも大きな開口部が形成されており、この開口部から負極シート18を挿入可能になっている。続いて、集電体16の非形成領域28の一部が露出された状態となるよう、この開口部から負極シート18を袋状セパレータ26の内部に収容し、この袋状セパレータ26の開口端部を加熱及びプレスし集電体16にこの端部を溶着させる(図3(b))。このようにして、負極合材層17がセパレータ26に覆われて収容され、集電体16と重なる端部が集電体16に溶着されて封止された負極シート18とする。あるいは、袋状セパレータ26の代わりに、1枚のセパレータ26を折り返したものを利用してもよい。まず、負極合材層17を形成した負極シート18を用意し、1枚のセパレータ26を折り返す(図3(c))。次に、負極シート18を折り返したセパレータ26に収容させ、負極合材層17がセパレータ26に覆われ且つ集電体16の非形成領域28の一部が露出された状態とする。続いて、セパレータ26の両端部及び集電体16に重なる端部を加熱及びプレスし、集電体16にこの端部を溶着させる (図3(d))。このようにして、負極合材層17がセパレータ26に覆われて収容され、集電体16と重なる端部が集電体16に溶着されて封止された負極シート18を作製することができる。
Next, a method for producing the
あるいは、電極構造体11の負極シート18の作製方法は、セパレータ26を封止すると共に捲回するものとしてもよい。図4は、セパレータ26による連続封止の一例を表す説明図であり、図4(a)が製造装置30を上方から見た平面図、図4(b)が図4(a)のA−A断面図である。なお、図4(a)では、正極シート15を省略した。製造装置30は、セパレータ26と負極シート18とセパレータ26とを積層した積層体を上下方向から押圧加熱する溶着チップ32と、押圧加熱したあとの積層体に正極シート15を重ねてこれらを捲回する捲回ローラ34とを備えている。図4に示すように、セパレータ26、負極合材層17を集電体16の両面に形成した負極シート18をセパレータ26とセパレータ26とで挟んだ積層体を捲回ローラ34で捲回しながら移動させ、溶着チップ32により上下から押圧加熱する。このとき、非形成領域28を外部に露出させた状態で集電体16に重なるセパレータ26の端部と、セパレータ26同士が重なる端部とを押圧加熱する。このようにして、負極合材層17がセパレータ26に覆われて収容され、集電体16と重なる端部が集電体16に溶着されて封止された負極シート18を作製することができる。
Alternatively, the method for producing the
以上詳述した本実施形態のリチウム二次電池10は、負極合材層17がセパレータ26に覆われて収容され、集電体16と重なる端部が集電体16に溶着されて封止されている電極構造体11を備えている。即ち、リチウム二次電池10は、セパレータ26によって負極活物質が包含され非水電解液が出にくいように該セパレータが封止されている電極構造体11を備えている。そして、このリチウム二次電池10では、内部抵抗の増加をより抑制することができる。この理由は、例えば、この電極構造体11において、セパレータ26に包含された負極シート18に非水電解液20を含浸させたものとすると、非水電解液20がこのセパレータ26の内部に封止され、このセパレータ26に包含された負極シート18からの移動がより抑制されたためであると考えられる。
In the lithium
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば上述した実施形態では、負極合材層17のみセパレータ26に包含された電極構造体11として説明したが、特にこれに限定されず、例えば図5に示すように、正極合材層14もセパレータ24に包含された電極構造体11Bとしてもよい。図5は、電極構造体11Bの一例を示す断面図である。この電極構造体11Bにおいて、セパレータ24は、1枚のセパレータ26を折り返した上で重なり合う端部同士が結着部25で溶着された袋状セパレータであり、正極シート15を収容した状態で、正極シート15の集電体13と重なるセパレータ24の端部が集電体13に溶着されて封止されているものとしてもよい。この電極構造体11Bでは、正極シート15は、集電体13の一部に正極合材層14が形成されていない非形成領域29があり、この非形成領域29を外部に露出した状態でセパレータ24の端部が集電体13に溶着されているものとしてもよい。この非形成領域29に正極端子22が接続される。この電極構造体11Bでは、セパレータ24は、端部の全域に亘って封止されており、正極合材層14が開口部位のない状態で完全にセパレータ24により覆われている。こうすれば、正極シート15においても非水電解液20の移動がより抑制されるから、内部抵抗の増加を更に抑制することができる。ここで、正極合材層14をセパレータ24で包含した電極構造体11Bの作製方法は、上述した電極構造体11と同様の内容を採用することができる。例えば、正極合材層14をセパレータ24に包含した電極構造体11Bを作製するに際して、袋状セパレータを用いてもよいし、セパレータを折り返したものを用いてもよいし、セパレータを封止すると共に捲回するものとしてもよい。なお、正極合材層14と負極合材層17では、その細孔分布が異なり、負極合材層17の方が平均細孔径が大きいことから(後述図7参照)、正極シート15と負極シート18との優先順位としては、負極シート18をセパレータ26で封止する方が好ましい。
For example, in the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、箔状の集電体16として説明したが、メッシュ状の集電体16を用いるものとしてもよい。図6は、電極構造体11Cの一例を示す断面図である。図6に示すように、電極構造体11Cは、メッシュ状の集電体13C及びメッシュ状の集電体16Cを備えている。こうすれば、電極の面方向に非水電解液20が移動しやすいため、非水電解液20を電極内に含浸させる際の時間をより短縮することができる。
In the above-described embodiment, the foil-shaped
上述した実施形態では、図4に示すように連続封止する際に、セパレータ26を2枚重ねるものとして説明したが、特にこれに限定されず、図3に示した袋状セパレータを用いてもよいし、折り返しセパレータを用いてもよい。また、図4に示すように連続封止する際に、集電体16の非形成領域28を外部に露出するものとして説明したが、特にこれに限定されず、非形成領域28まで包含した状態でセパレータ26を封止するものとしてもよい。こうしても、内部抵抗の増加をより抑制することができる。
In the above-described embodiment, the two
上述した実施形態では、正極シート15、負極シート18及びセパレータ26を積層して捲回した電極構造体11として説明したが、特にこれに限定されず、例えば、捲回しない電極構造体としてもよい。また、上述した実施形態では、リチウム二次電池の形状は円筒型としたが、特にこれに限定されず、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、電極構造体11を備えたリチウム二次電池10として説明したが、リチウム二次電池に用いる電極構造体11としてもよい。こうしても、リチウム二次電池に用いられると、リチウム二次電池と同じ効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the lithium
以下には、本発明のリチウム二次電池を具体的に作製した例を実施例として説明する。 Hereinafter, an example in which the lithium secondary battery of the present invention was specifically manufactured will be described as an example.
[実施例]
正極合材全体を100質量%としたとき、正極活物質として91.0質量%のLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を用いた。導電材として6質量%のカーボンブラック、結着材として3質量%のポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いた。溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に正極活物質及びPVdFを加えて混合したのち、カーボンブラックを更に加えて混練し、正極合材ペーストとした。正極集電体としての15μm厚のアルミニウム箔の両面に正極合材を塗布した。乾燥後の正極集電体を圧延プレス機にて圧延し、正極シートとした。また、負極活物質としての天然黒鉛粉末と、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これらの質量比が98:1:1となるように、溶媒としての水と混練し、負極合材ペ−ストを作製した。この負極合材ペーストを負極集電体としての10μm厚の銅箔の両面に塗布した。塗布後の負極集電体を乾燥させ、乾燥後の負極集電体を圧延プレス機にて圧延し、負極シートとした。非水電解液として、エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを体積比で3:4:3で混合した溶媒に、支持塩としてのLiPF6を1.0mol/Lとなるよう含有させたものを用いた。上記負極シートを袋状のポリエチレン製セパレータに収容し、セパレータの開口端部を集電体に押圧加熱して溶着させた。このセパレータに収容された負極シートと、正極シートとを積層し、この積層体を捲回して、上記非水電解液と共に円筒形電池容器に収容した。その後、この電池容器の開口部を気密に封止し、図1、2に示す構造の電極構造体を備えたリチウム二次電池を得た。
[Example]
When the entire positive electrode mixture was 100% by mass, 91.0% by mass of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material. 6% by mass of carbon black was used as the conductive material, and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder. A positive electrode active material and PVdF were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent and mixed, and then carbon black was further added and kneaded to obtain a positive electrode mixture paste. The positive electrode mixture was applied to both surfaces of a 15 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector. The dried positive electrode current collector was rolled with a rolling press to obtain a positive electrode sheet. Further, natural graphite powder as a negative electrode active material and styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder are used as a solvent so that the mass ratio thereof becomes 98: 1: 1. A negative electrode mixture paste was prepared by kneading with water. This negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a 10 μm thick copper foil as a negative electrode current collector. The negative electrode current collector after application was dried, and the dried negative electrode current collector was rolled with a rolling press to obtain a negative electrode sheet. As a non-aqueous electrolyte, a solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 3: 4: 3, LiPF 6 as a supporting salt is 1 What was contained so that it might become 0.0 mol / L was used. The negative electrode sheet was accommodated in a bag-like polyethylene separator, and the opening end of the separator was pressed and heated on the current collector for welding. The negative electrode sheet accommodated in the separator and the positive electrode sheet were laminated, and the laminate was wound and accommodated in a cylindrical battery container together with the non-aqueous electrolyte. Then, the opening part of this battery container was sealed airtight, and the lithium secondary battery provided with the electrode structure of the structure shown to FIG.
(充放電測定)
作製した電池は、1.5Cの電流で上限4.1V、下限3.0Vとして充放電を5サイクル行った。この電池を電池容量の60%の充電状態(SOC=60%)に調整した後に、測定温度25℃において0.2A、0.5A、1A、1.5A、3Aの電流を流し、10秒後の電池電圧を測定した。流した電流と電圧を直線近似し、その傾きからIV抵抗、即ち、電池の内部抵抗を求めた。
(Charge / discharge measurement)
The manufactured battery was charged and discharged for 5 cycles with an upper limit of 4.1 V and a lower limit of 3.0 V at a current of 1.5 C. After adjusting the battery to a charged state of 60% of the battery capacity (SOC = 60%), a current of 0.2 A, 0.5 A, 1 A, 1.5 A, 3 A was passed at a measurement temperature of 25 ° C., and 10 seconds later The battery voltage of was measured. The applied current and voltage were linearly approximated, and the IV resistance, that is, the internal resistance of the battery was obtained from the slope.
(測定結果と考察)
正極シートの正極活物質層及び負極シートの負極活物質層に対して、窒素吸脱着測定機を用い、細孔分布を測定した。図7は、正極活物質層及び負極活物質層の細孔分布曲線である。図7に示すように、正極に比して負極の細孔分布が大きい傾向を示した。したがって、少なくとも、負極シートの負極合材層をセパレータで包み込めば、非水電解液の移動をより抑制することができ、内部抵抗の増加をより抑制することができることが予期された。また、上記作製したリチウム二次電池をハイレートで充放電したところ、セパレータによって負極合材層を包まないものに比して、電池の内部抵抗の増加をより抑制することができることがわかった。この理由は、電極構造体の内部から非水電解液が移動しにくくなったためであると判断することができた。
(Measurement results and discussion)
With respect to the positive electrode active material layer of the positive electrode sheet and the negative electrode active material layer of the negative electrode sheet, the pore distribution was measured using a nitrogen adsorption / desorption measuring machine. FIG. 7 is a pore distribution curve of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. As shown in FIG. 7, the negative electrode pore distribution tended to be larger than that of the positive electrode. Therefore, it was expected that at least if the negative electrode composite material layer of the negative electrode sheet is wrapped with a separator, the movement of the non-aqueous electrolyte can be further suppressed and the increase in internal resistance can be further suppressed. Moreover, when the produced lithium secondary battery was charged and discharged at a high rate, it was found that the increase in the internal resistance of the battery could be further suppressed as compared with a battery in which the negative electrode mixture layer was not wrapped with a separator. The reason for this could be determined to be that the non-aqueous electrolyte was difficult to move from the inside of the electrode structure.
本発明は、二次電池の製造に関する技術分野に利用可能である。 The present invention can be used in the technical field related to the manufacture of secondary batteries.
10 リチウム二次電池、11,11B,11C 電極構造体、13,13C 集電体、14 正極合材層、15 正極シート、16,16C 集電体、17 負極合材層、18 負極シート、20 非水電解液、21 円筒ケース、22 正極端子、23 負極端子、24 セパレータ、25 結着部、26 セパレータ、27 結着部、28 非形成領域、29 非形成領域、30 製造装置、32 溶着チップ、34 捲回ローラ。
10 lithium secondary battery, 11, 11B, 11C electrode structure, 13, 13C current collector, 14 positive electrode mixture layer, 15 positive electrode sheet, 16, 16C current collector, 17 negative electrode mixture layer, 18 negative electrode sheet, 20 Non-aqueous electrolyte, 21 cylindrical case, 22 positive terminal, 23 negative terminal, 24 separator, 25 binding part, 26 separator, 27 binding part, 28 non-forming area, 29 non-forming area, 30 manufacturing device, 32
Claims (9)
正極活物質と集電体とを含む正極シートと、
負極活物質と集電体とを含む負極シートと、
前記正極シートと前記負極シートとの間に介在したセパレータと、を積層した電極構造体であって、
前記負極シートは、前記セパレータによって前記負極活物質が包含され前記非水電解液が出にくいように該セパレータが封止されている、
電極構造体。 Used for secondary batteries with non-aqueous electrolyte,
A positive electrode sheet comprising a positive electrode active material and a current collector;
A negative electrode sheet comprising a negative electrode active material and a current collector;
An electrode structure in which a separator interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet is laminated,
In the negative electrode sheet, the separator is sealed so that the negative electrode active material is contained by the separator and the non-aqueous electrolyte is difficult to come out.
Electrode structure.
前記正極シートと前記負極シートとの間に介在しリチウムイオンを伝導する非水電解液と、を備えたリチウム二次電池。 The electrode structure according to any one of claims 1 to 8, comprising the positive electrode active material that absorbs and releases lithium and the negative electrode active material;
A lithium secondary battery comprising: a nonaqueous electrolytic solution that is interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet and conducts lithium ions.
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