JP2016018681A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。ここで、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいう。「非水電解質二次電池」とは、電解質塩を溶解した非水溶媒からなる非水電解質が用いられた二次電池をいう。「非水電解質二次電池」の一種である「リチウムイオン二次電池」は、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. Here, in the present specification, the “secondary battery” refers to a battery that can be repeatedly charged. “Nonaqueous electrolyte secondary battery” refers to a secondary battery using a nonaqueous electrolyte composed of a nonaqueous solvent in which an electrolyte salt is dissolved. “Lithium ion secondary battery”, which is a kind of “non-aqueous electrolyte secondary battery”, uses lithium ions as electrolyte ions, and is a secondary in which charge and discharge are realized by the movement of charges associated with lithium ions between positive and negative electrodes A battery.
例えば、特開2005−340188号公報には、アノード用の造粒粒子、及び、カソード用の造粒粒子がそれぞれ作成されている。アノード用の造粒粒子は、活物質を含有する粒子を、導電助剤粒子を含む結合剤で結合した造粒粒子である。カソード用の造粒粒子は、活物質を含有する粒子を、導電助剤粒子を含む結合剤で結合してなるカソード用の造粒粒子をそれぞれ作成した造粒粒子である。そして、これらの造粒粒子をアノード用またはカソード用の集電体にそれぞれ積層し、これらの積層体を熱間圧延することによって、アノード用またはカソード用の集電体に、それぞれ活物質層が形成されている。 For example, JP-A-2005-340188 discloses granulated particles for anode and granulated particles for cathode. The granulated particles for the anode are granulated particles obtained by binding particles containing an active material with a binder containing conductive auxiliary particles. The granulated particles for the cathode are granulated particles prepared by respectively forming particles containing an active material with a binder containing conductive auxiliary particles, and formed for the cathode. Then, these granulated particles are laminated on an anode or cathode current collector, respectively, and these laminates are hot-rolled so that an anode or cathode current collector has an active material layer, respectively. Is formed.
また、例えば、特開2010−225291号公報に開示されているように、非水電解質二次電池には、正極シートおよび負極シートをそれぞれ帯状の電極シートとし、これに長手方向に沿って活物質層を形成した形態が知られている。かかる形態では、電極シートの幅方向の片側に沿って集電体が露出した露出部が設定されている。そして、当該露出部を除いて、電極シートの幅方向の反対側に沿ってシートの長手方向に活物質層が形成されている。ここで、露出部は、活物質層が形成されない部位であり、活物質層未形成部とも称されうる。また、集電箔のうち活物質層が形成されない領域(露出部として設定される領域)は活物質層未形成領域とも称される。 Further, for example, as disclosed in JP 2010-225291 A, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are each formed into a strip-shaped electrode sheet, and an active material along the longitudinal direction thereof. A form in which a layer is formed is known. In such a form, an exposed portion where the current collector is exposed is set along one side in the width direction of the electrode sheet. And the active material layer is formed in the longitudinal direction of the sheet along the opposite side of the width direction of the electrode sheet except for the exposed portion. Here, the exposed portion is a portion where the active material layer is not formed, and may be referred to as an active material layer non-formed portion. Moreover, the area | region (area | region set as an exposed part) in which an active material layer is not formed among current collection foil is also called an active material layer non-formation area | region.
ところで、非水電解質二次電池では、電極シートは、帯状であり、幅方向の片側に沿って集電体が露出した露出部が設定され、当該露出部を除いて、幅方向の反対側に沿ってシートの長手方向に沿って活物質層が形成された形態がある。かかる形態において、電極シートを作製する際に、例えば、2条分の幅の電極シートが作製され、その後、長手方向にスリット(切断)されて、1条幅の電極シートが2枚作製される。この際、活物質層が切断されると切断粉が異物として、非水電解質二次電池に含まれうる。また、活物質層が粉体成形による場合には、切断されると異物が多く発生する傾向がある。粉体成形によって活物質層を形成することは種々の優位性を有するが、他方で非水電解質二次電池に含まれる異物は出来る限り少ないことが望ましい。 By the way, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, the electrode sheet has a band shape, and an exposed portion where the current collector is exposed is set along one side in the width direction, and the opposite side in the width direction except for the exposed portion. There is a form in which an active material layer is formed along the longitudinal direction of the sheet. In this form, when producing an electrode sheet, for example, an electrode sheet having a width of two strips is prepared, and then slit (cut) in the longitudinal direction to produce two single-width electrode sheets. At this time, when the active material layer is cut, the cutting powder may be included in the non-aqueous electrolyte secondary battery as a foreign substance. Further, when the active material layer is formed by powder molding, there is a tendency that a large amount of foreign matter is generated when the active material layer is cut. Forming the active material layer by powder molding has various advantages, but on the other hand, it is desirable that the foreign matter contained in the nonaqueous electrolyte secondary battery is as few as possible.
ここで提案される非水電解質二次電池は、帯状の集電箔と、集電箔に形成された活物質層とを備えている。活物質層は、集電箔のうち幅方向の片側の縁に沿って設けられた露出部を除いて形成されている。活物質層は、活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体は、成形された成形体である。活物質層の幅方向両側の縁は何れも切断されていない。ここでは、活物質層の幅方向両側の縁は何れも切断されておらず、活物質層が切断されたことに起因する異物が含まれにくい。 The proposed nonaqueous electrolyte secondary battery includes a strip-shaped current collector foil and an active material layer formed on the current collector foil. The active material layer is formed except for an exposed portion provided along an edge on one side in the width direction of the current collector foil. The active material layer is a molded body in which the powder of granulated particles including at least active material particles and a binder is formed. None of the edges on both sides in the width direction of the active material layer is cut. Here, the edges on both sides in the width direction of the active material layer are not cut, and foreign substances resulting from the cut of the active material layer are hardly included.
ここで、集電箔の幅方向において露出部が設けられた側の集電箔の縁は、活物質層が形成された後で切断されているとよい。集電箔の幅方向において活物質層が形成された側における集電箔の縁は、活物質層が形成される前に切断されている。また、ここで提案される電極シートは、帯状の集電箔と、帯状の集電箔の幅方向の中間部に設定された露出部と、露出部を除いて、帯状の集電箔の幅方向の両側の領域に、活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が成形された活物質層を備えている。かかる電極シートは、例えば、帯状の集電箔の幅方向の中間部に設定された露出部が幅方向の中央部で切断するとよい。これによって、集電箔の幅方向の片側に露出部が設けられ、かつ、当該露出部を除いて、活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が成形された活物質層を備えた、2条の帯状の電極シートが得られる。 Here, the edge of the current collector foil on the side where the exposed portion is provided in the width direction of the current collector foil may be cut after the active material layer is formed. The edge of the current collector foil on the side where the active material layer is formed in the width direction of the current collector foil is cut before the active material layer is formed. In addition, the electrode sheet proposed here is a strip-shaped current collector foil, an exposed portion set in the middle in the width direction of the strip-shaped current collector foil, and the width of the strip-shaped current collector foil excluding the exposed portion. The active material layer in which the powder of the granulated particle which contains an active material particle and a binder at least is shape | molded is provided in the area | region of the both sides of a direction. In such an electrode sheet, for example, an exposed portion set in an intermediate portion in the width direction of the belt-shaped current collector foil may be cut at a center portion in the width direction. Thus, an active material layer in which an exposed portion is provided on one side in the width direction of the current collector foil, and excluding the exposed portion, a powder of granulated particles including at least active material particles and a binder is formed. The provided two strip-shaped electrode sheet is obtained.
以下、ここで提案される非水電解質二次電池についての一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は模式的に描かれており、例えば、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜に省略または簡略化する。 Hereinafter, an embodiment of the proposed nonaqueous electrolyte secondary battery will be described. The embodiments described herein are, of course, not intended to limit the present invention in particular. Each drawing is schematically drawn. For example, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description is abbreviate | omitted or simplified suitably.
ここでは、まず非水電解質二次電池としてリチウムイオン二次電池10を例に挙げ、適用されうるリチウムイオン二次電池10の構造例を説明する。その後、リチウムイオン二次電池10について、ここで提案される構造を説明する。
Here, first, a lithium ion
《リチウムイオン二次電池10》
図1は、リチウムイオン二次電池10を示す断面図である。図2は、当該リチウムイオン二次電池10に内装される電極体40を示す図である。なお、図1および図2に示されるリチウムイオン二次電池10は、本発明が適用されうるリチウムイオン二次電池の一例を示すものに過ぎず、本発明が適用されうるリチウムイオン二次電池を特段限定するものではない。
<< Lithium ion
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lithium ion
リチウムイオン二次電池10は、図1に示すように、電池ケース20と、電極体40(図1では、捲回電極体)とを備えている。
As shown in FIG. 1, the lithium ion
《電池ケース20》
電池ケース20は、ケース本体21と、封口板22とを備えている。ケース本体21は、一端に開口部を有する箱形を有している。ここで、ケース本体21は、リチウムイオン二次電池10の通常の使用状態における上面に相当する一面が開口した有底直方体形状を有している。この実施形態では、ケース本体21には、矩形の開口が形成されている。封口板22は、ケース本体21の開口を塞ぐ部材である。封口板22は凡そ矩形のプレートで構成されている。かかる封口板22がケース本体21の開口周縁に溶接されることによって、略六面体形状の電池ケース20が構成されている。
<
The
電池ケース20の材質は、例えば、軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース20が好ましく用いられうる。このような金属製材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が例示される。本実施形態に係る電池ケース20(ケース本体21および封口板22)はアルミニウム若しくはアルミニウムを主体とする合金によって構成されている。
As the material of the
図1に示す例では、封口板22に外部接続用の正極端子23(外部端子)および負極端子24(外部端子)が取り付けられている。封口板22には、安全弁30と、注液口32が形成されている。安全弁30は、電池ケース20の内圧が所定レベル(例えば、設定開弁圧0.3MPa〜1.0MPa程度)以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成されている。また、図1では、電解液80が注入された後で、注液口32が封止材33によって封止された状態が図示されている。かかる電池ケース20には、電極体40が収容されている。
In the example shown in FIG. 1, a positive electrode terminal 23 (external terminal) and a negative electrode terminal 24 (external terminal) for external connection are attached to the sealing
《電極体40(捲回電極体)》
電極体40は、図2に示すように、帯状の正極(正極シート50)と、帯状の負極(負極シート60)と、帯状のセパレータ(セパレータ72、74)とを備えている。
<< Electrode body 40 (winding electrode body) >>
As shown in FIG. 2, the
《正極シート50》
正極シート50は、帯状の正極集電箔51と正極活物質層53とを備えている。正極集電箔51には、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。正極集電箔51には、例えば、所定の幅を有し、厚さが凡そ15μmの帯状のアルミニウム箔を用いることができる。正極集電箔51の幅方向片側の縁部に沿って露出部52が設定されている。図示例では、正極活物質層53は、正極集電箔51に設定された露出部52を除いて、正極集電箔51の両面に形成されている。ここで、正極活物質層53は、正極集電箔51に保持され、少なくとも正極活物質が含まれている。
<<
The
正極活物質には、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO2)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(例えばLiMn2O4)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)や、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含むリン酸塩等が挙げられる。正極活物質は、粒子形態で使用され、適宜に、正極活物質粒子と称されうる。 As the positive electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without particular limitation. As a preferred example, an oxide containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements such as lithium nickel oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), and lithium manganese oxide (for example, LiMn 2 O 4 ). And a phosphate containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements, such as lithium oxide (lithium transition metal oxide), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). The positive electrode active material is used in the form of particles and can be appropriately referred to as positive electrode active material particles.
《負極シート60》
負極シート60は、図2に示すように、帯状の負極集電箔61と、負極活物質層63とを備えている。負極集電箔61には、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この負極集電箔61には、所定の幅を有し、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極集電箔61の幅方向片側には、縁部に沿って露出部62が設定されている。負極活物質層63は、負極集電箔61に設定された露出部62を除いて、負極集電箔61の両面に形成されている。負極活物質層63は、負極集電箔61に保持され、少なくとも負極活物質が含まれている。
<<
As shown in FIG. 2, the
負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。負極活物質は、粒子形態で使用され、適宜に、負極活物質粒子と称されうる。上述した正極活物質粒子と負極活物質粒子は、適宜に、活物質粒子と称されうる。また、正極活物質粒子と負極活物質粒子とは、それぞれ適宜に粉体で使用されうる。 As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium ion batteries can be used without any particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal oxides, lithium transition metal nitrides, and the like. The negative electrode active material is used in the form of particles and can be appropriately referred to as negative electrode active material particles. The positive electrode active material particles and the negative electrode active material particles described above can be appropriately referred to as active material particles. Moreover, the positive electrode active material particles and the negative electrode active material particles can be appropriately used in powder form.
ここで、正極活物質層53や負極活物質層63には、適宜に導電材やバインダや増粘剤が含まれうる。
Here, the positive electrode
〈導電材〉
導電材としては、例えば、カーボン粉末、カーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラックなどの粉末を用いることができる。
<Conductive material>
Examples of the conductive material include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber. One kind selected from such conductive materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Examples of the carbon powder include acetylene black, oil furnace black, graphitized carbon black, carbon black, graphite, and ketjen black.
〈バインダ、増粘剤〉
また、バインダは、正極活物質層53に含まれる正極活物質と導電材の各粒子を接着させたり、これらの粒子と正極集電箔51とを接着させたりする。かかるバインダとしては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒においては、フッ素系樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)など)、ゴム類(スチレンブタジエン共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)など)、ポリビニルアルコール(PVA)、酢酸ビニル共重合体、アクリレート重合体などの水溶性または水分散性ポリマーを好ましく採用することができる。また、非水溶媒においては、ポリマー(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリロニトリル(PAN)など)を好ましく採用することができる。また、増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)などのセルロース系ポリマーが好適に用いられる。
<Binder, thickener>
Further, the binder adheres the positive electrode active material and the conductive material particles contained in the positive electrode
《セパレータ72、74》
セパレータ72、74は、図2に示すように、正極シート50と負極シート60とを隔てる部材である。この例では、セパレータ72、74は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ72、74には、樹脂製の多孔質膜、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図2に示すように、負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
<<
As shown in FIG. 2, the
また、セパレータ72、74は、正極活物質層53と負極活物質層63とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する。図示は省略するが、セパレータ72、74は、プラスチックの多孔質膜からなる基材の表面に耐熱層が形成されていてもよい。耐熱層は、フィラーとバインダとからなる。耐熱層は、HRL(Heat Resistance Layer)とも称される。
The
《電極体40の取り付け》
この実施形態では、電極体40は、図2に示すように、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平に押し曲げられている。図2に示す例では、正極集電箔51の露出部52と負極集電箔61の露出部62とは、それぞれセパレータ72、74の両側において、らせん状に露出している。図1に示すように、電極体40は、セパレータ72、74からはみ出た正負の露出部52、62が、正負の電極端子23、24の電池ケース20の内部に配置された先端部23a、24aに溶接されている。
<< Attachment of
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
図1に示す形態では、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平な捲回電極体40が電池ケース20に収容されている。電池ケース20には、さらに電解液が注入される。電解液80は、捲回軸WL(図2参照)の軸方向の両側から電極体40の内部に浸入する。
In the form shown in FIG. 1, a flat
《電解液(液状電解質)》
電解液80としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(以下、適宜に「EC」という。)、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート(以下、適宜に「DMC」という。)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(以下、適宜に「EMC」という。)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(例えば体積比1:1)にLiPF6を約1mol/Lの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
<< Electrolytic solution (liquid electrolyte) >>
As the
なお、図1は、電池ケース20内に注入される電解液80を模式的に示しており、電池ケース20内に注入される電解液80の量を厳密に示すものではない。また、電池ケース20内に注入された電解液80は、捲回電極体40の内部において、正極活物質層53や負極活物質層63の空隙などに十分に染み渡っている。
FIG. 1 schematically shows the
かかるリチウムイオン二次電池10の正極集電箔51と負極集電箔61は、電池ケース20を貫通した電極端子23、24を通じて外部の装置に電気的に接続される。以下、充電時と放電時のリチウムイオン二次電池10の動作を説明する。
The positive electrode
《充電時の動作》
充電時、リチウムイオン二次電池10は、正極シート50と負極シート60との間に、電圧が印加され、正極活物質層53中の正極活物質からリチウムイオン(Li)が電解液に放出され、正極活物質層53から電荷が放出される。負極シート60では電荷が蓄えられるとともに、電解液中のリチウムイオン(Li)が、負極活物質層63中の負極活物質に吸収され、かつ、貯蔵される。これにより、負極シート60と正極シート50とに電位差が生じる。
<Operation during charging>
During charging, the lithium ion
《放電時の動作》
放電時、リチウムイオン二次電池10は、負極シート60と正極シート50との電位差によって、負極シート60から正極シート50に電荷が送られるとともに、負極活物質層63に貯蔵されたリチウムイオンが電解液に放出される。また、正極では、正極活物質層53中の正極活物質に電解液中のリチウムイオンが取り込まれる。
<Operation during discharge>
At the time of discharging, the lithium ion
このようにリチウムイオン二次電池10の充放電において、正極活物質層53中の正極活物質や負極活物質層63中の負極活物質にリチウムイオンが吸蔵されたり、放出されたりする。そして、電解液を介して、正極活物質層53と負極活物質層63との間でリチウムイオンが行き来する。
Thus, in the charge / discharge of the lithium ion
ところで、非水電解質二次電池の正極シートや負極シートは、生産性を向上させるため、また品質を確保するために、例えば、2条のシートに対して、電極活物質層を形成している。そして、当該電極活物質層が形成されたシートを長手方向に沿って切断して、1条のシートを2本得ている。 By the way, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet of the non-aqueous electrolyte secondary battery have an electrode active material layer formed on, for example, two sheets in order to improve productivity and ensure quality. . And the sheet | seat in which the said electrode active material layer was formed was cut | disconnected along the longitudinal direction, and two 1 sheet | seat sheets are obtained.
《合材ペーストを用いた活物質層の製造プロセス》
正極活物質層53と負極活物質層63(図2参照)とは、例えば、それぞれ正極活物質粒子または負極活物質粒子と、バインダ、増粘剤などを含む合材ペーストを作製し、これを集電箔に塗布し、乾燥させ、プレスすることによって成形することができる。
<< Manufacturing process of active material layer using composite paste >>
The positive electrode
ここで、図3から図5は、活物質粒子を含む合材ペーストを集電箔に塗布し、乾燥させ、プレスして電極シートを得る場合の製造プロセスを説明する図である。図3は、活物質粒子を含む合材ペーストを集電箔に塗布する工程を示している。図4は、集電箔に塗布し、乾燥させた合材ペーストの層(活物質層)をプレスする工程を示している。図5は、合材ペーストの層(活物質層)が形成された集電箔を切断する工程を示している。 Here, FIG. 3 to FIG. 5 are diagrams for explaining a manufacturing process in a case where a mixture paste containing active material particles is applied to a current collector foil, dried and pressed to obtain an electrode sheet. FIG. 3 shows a process of applying a composite paste containing active material particles to a current collector foil. FIG. 4 shows a step of pressing the layer (active material layer) of the composite paste applied to the current collector foil and dried. FIG. 5 shows a step of cutting the current collector foil on which the layer (active material layer) of the composite paste is formed.
合材ペーストを作製し、これを集電箔に塗布する際に、合材ペーストを集電箔の縁に塗布すると、合材ペーストの縁は、集電箔の縁に向かって厚みが徐々に減少するように傾斜する。つまり、集電箔に塗布された合材ペーストの縁は、ペーストの表面張力によって保たれており、傾斜した厚み形状になる。集電箔の縁に塗布された合材ペーストの縁が、傾斜した厚み形状になると、当該集電箔の縁に形成される活物質層の目付量や密度が設計値から外れる。集電箔の縁に形成される活物質層は、目付量や密度が設計値にできる限り近づけることが望ましい。合材ペーストを塗布して活物質層を形成する場合、集電箔の縁に合材ペーストを塗布するのは、当該部位においける活物質層の目付量や密度を設計値にできる限り近づけるという観点において適切でない。 When preparing the composite paste and applying it to the current collector foil, if the composite paste is applied to the edge of the current collector foil, the edge of the composite paste gradually becomes thicker toward the edge of the current collector foil. Inclined to decrease. That is, the edge of the composite paste applied to the current collector foil is maintained by the surface tension of the paste, and has an inclined thickness shape. When the edge of the composite paste applied to the edge of the current collector foil has an inclined thickness, the basis weight and density of the active material layer formed on the edge of the current collector foil deviate from the design value. It is desirable that the active material layer formed on the edge of the current collector foil be as close to the design value as possible in terms of the basis weight and density. When the active material layer is formed by applying the composite paste, applying the composite paste to the edge of the current collector foil makes the basis weight and density of the active material layer in the part as close as possible to the design value. Is not appropriate in terms of
このため、例えば、図3に示すように、2条分の幅を有する集電箔101を用意し、当該集電箔101の幅方向の両側部にそれぞれ露出部102、103を設定する。そして、当該露出部102、103を除く中間部分に合材ペースト104を塗布している。この場合、合材ペースト104は、集電箔101の幅方向の中間部分に塗布され、集電箔101の縁には塗布されない。この場合、合剤ペースト104は、露出部102、103側の縁104a、104bを除く中間部分では、適切な厚さで塗布される。なお、合剤ペースト104の露出部102、103側の縁104a、104bは、徐々に合剤ペースト104の厚みが徐々に減少した傾斜した厚み形状になる。塗布された合材ペースト104の層は、乾燥させ、図4に示すようにプレスされて、活物質層104が形成される。ここでは、集電箔101の片面に活物質層104が形成されているが、その後、同様の方法で、集電箔101の反対側の面にも活物質層104が形成される。そして、図5に示すように、集電箔101の幅方向の中心に沿って、集電箔101および塗工された活物質層104を長さ方向に切断する。これによって、集電箔101の幅方向の片側の縁に沿って露出部102、103が設けられ、かつ、当該露出部102、103を除いて集電箔101の両面に活物質層104が形成された、2条の電極シート105、106が得られる。
For this reason, for example, as shown in FIG. 3, a
このように、合材ペースト104を集電箔101に塗布し、乾燥させ、プレスして活物質層104を形成する場合には、次のような問題点が挙げられる。合材ペースト104は、集電箔101の幅方向の縁に沿って塗布できない。このため、図3に示すように、集電箔の幅方向の縁に露出部102、103を設定して、集電箔の幅方向の中央部に合材ペースト104が塗布される。この場合、活物質層104の縁104bは、活物質層104の厚みが徐々に減少した傾斜形状になる。つまり、活物質層104の縁104bにおいて厚さを凡そ一定に保つことができない。また、合材ペースト104を乾燥させるために、多くのエネルギーが必要になる。また、プレス後、形成された活物質層104を切断する必要があるために、活物質層104由来の異物が発生しやすい。
As described above, when the
また、図4に示すように、活物質層104が形成された電極シート100をプレスする際には、例えば、圧延ロール151、152によって電極シート100を挟んでプレスする。この場合、活物質層104が成形されている部分では、活物質層104が形成されていない露出部102、103に比べてプレス時により大きな力で加圧される。活物質粒子の高密度化を図る場合には、成形された活物質層104がより高い圧力でプレスされる。このため、高密度化を図る場合には、活物質層104が成形されている部分と、露出部102、103とで、集電箔101の伸びが顕著に異なる場合がある。このため、プレス時に集電箔101に生じる応力差に起因して、電極シートに皺が生じる場合がある。かかる皺は、例えば、プレス圧を高くして高密度化を図る場合に顕著になる。
As shown in FIG. 4, when pressing the
《粉体を用いた活物質層の製造プロセス》
これに対して、本発明者は、かかる非水電解質二次電池について、正極活物質層53と負極活物質層63(図2参照)をそれぞれ粉体成形によって成形することを検討している。この場合、活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体を用意する。図6は、ここで得られる造粒粒子240を模式的に示している。
<< Process for producing active material layer using powder >>
On the other hand, the present inventor is considering forming the positive electrode
ここで用意される造粒粒子240は、図6に示すように、活物質粒子241と、バインダ242とを少なくとも含んでいるとよい。かかる造粒粒子240の粉体220は、例えば、活物質粒子241とバインダ242とを溶媒に混ぜ合わせた合剤(懸濁液)を、スプレードライ製法で造粒することによって得られる。スプレードライ製法では、合剤が乾燥雰囲気中に噴霧される。この際、噴霧される液滴に含まれる粒子が概ね1つの塊になって造粒される。このため、液滴の大きさによって、造粒粒子240に含まれる固形分量が変わり、造粒粒子240の大きさや質量などが変わる。噴霧される液滴には、活物質粒子241とバインダ242とが少なくとも含まれているとよい。噴霧される液滴には、活物質粒子241とバインダ242と以外の材料が含まれていてもよく、例えば、導電材や増粘材が含まれていてもよい。ここで用意される造粒粒子240は、例えば、平均粒径が凡そ60μm〜100μmであるとよい。なお、本明細書中において「平均粒径」とは、特記しない限り、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布における積算値50%での粒径、すなわち50%体積平均粒子径を意味するものとする。
The
〈活物質粒子241〉
ここで提案される電極の製造方法は、種々の電極に適用できる。例えば、リチウムイオン二次電池では、正極用の電極および負極用の電極の何れにも適用できる。造粒粒子240に含まれる活物質粒子241は、作製される電極によって異なる。例えば、活物質粒子241には、リチウムイオン二次電池の正極用の電極を製造する場合には、当該正極に用いられる活物質粒子が用いられる。また、リチウムイオン二次電池の負極用の電極を製造する場合には、当該負極に用いられる活物質粒子が用いられる。
<
The electrode manufacturing method proposed here can be applied to various electrodes. For example, a lithium ion secondary battery can be applied to both a positive electrode and a negative electrode. The
そして、このような造粒粒子の粉体を集電箔の上に堆積させ、成形し、これをプレスすることによって、集電箔の上に付着した活物質粒子の層(電極活物質層)を成形することができる。また、他の方法として、当該粉体をローラの上に堆積させて、これを集電箔に転写することによって、集電箔の上に付着した活物質粒子の層(電極活物質層)を成形することができる。造粒粒子の粉体から成形するプロセスでは、かかる乾燥工程が不要あるいは簡素化でき、製造設備を簡素化できる。また乾燥工程で要する燃料コストが抑えられるので、製造コストを低く抑えることができる。 Then, a layer of active material particles (electrode active material layer) adhered on the current collector foil by depositing, molding and pressing the powder of such granulated particles on the current collector foil. Can be molded. As another method, a layer of active material particles (electrode active material layer) attached on the current collector foil is obtained by depositing the powder on a roller and transferring the powder to the current collector foil. Can be molded. In the process of forming from the granulated particle powder, such a drying step is unnecessary or simplified, and the manufacturing equipment can be simplified. Moreover, since the fuel cost required in the drying process can be suppressed, the manufacturing cost can be suppressed low.
《新規構造の提案》
ここでは、かかる粉体成形を用いた非水電解質二次電池の新規構造を提案する。
《Proposal of new structure》
Here, a novel structure of a non-aqueous electrolyte secondary battery using such powder molding is proposed.
ここで提案される非水電解質二次電池は、帯状の集電箔と、集電箔に形成された活物質層とを備えている。集電箔は、幅方向の片側の縁に沿って設けられた露出部を除いて、活物質層が形成されている。活物質層は、活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体が成形された成形体であり、活物質層の幅方向の両側の縁は切断されていない。 The proposed nonaqueous electrolyte secondary battery includes a strip-shaped current collector foil and an active material layer formed on the current collector foil. The current collector foil has an active material layer formed except for an exposed portion provided along one edge in the width direction. The active material layer is a molded body in which a powder of granulated particles including active material particles and a binder is molded, and the edges on both sides in the width direction of the active material layer are not cut.
《電極シートの新規製造プロセス》
図7から図9は、ここで提案される非水電解質二次電池の電極シート(正極シートおよび負極シート)の製造プロセスを説明する図である。図7は、活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体を集電箔に堆積させた工程を示している。図8は、集電箔に堆積させた堆積層(活物質層)をプレスする工程を示している。図9は、堆積層(活物質層)が形成された集電箔を切断する工程を示している。
<New electrode sheet manufacturing process>
FIG. 7 to FIG. 9 are diagrams for explaining a manufacturing process of electrode sheets (positive electrode sheet and negative electrode sheet) of the nonaqueous electrolyte secondary battery proposed here. FIG. 7 shows a process in which a powder of granulated particles containing active material particles and a binder is deposited on a current collector foil. FIG. 8 shows a step of pressing the deposited layer (active material layer) deposited on the current collector foil. FIG. 9 shows a step of cutting the current collector foil on which the deposited layer (active material layer) is formed.
ここで提案される非水電解質二次電池の電極シートの製造プロセスでは、図7に示すように、2条分の幅を有する集電箔201を用意する。ここで、集電箔201は、2条分の幅を有する集電箔201を用意する。また、別途、活物質層(堆積層204、205)を成形する際に用いる造粒粒子の粉体を用意する。ここでは、例えば、活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が用意される。
In the manufacturing process of the electrode sheet of the nonaqueous electrolyte secondary battery proposed here, a
例えば、ここでは、電極シートとして、非水電解質二次電池の捲回電極体40に用いられる正極シート50または負極シート60(図1または図2参照)が作製されうる。正極シート50を作製する場合、活物質粒子として、正極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が用意される。また、負極シート60を作製する場合、活物質粒子として、負極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が用意される。ここで用意される造粒粒子の粉体には、適宜に、導電材の粒子が含まれていてもよい。
For example, here, as the electrode sheet, the
当該集電箔201の幅方向の中央部分において、それぞれ電極シート200の露出部202、203に相当する領域に活物質層を形成しない領域(活物質層非形成領域)を設定する。そして、当該活物質層非形成領域(202、203)を除く、集電箔201の幅方向の両側にそれぞれ堆積層204、205を形成する。堆積層204、205には、造粒粒子の粉体をそれぞれ所定の厚さで堆積させる。
In the central portion of the
次に、集電箔201の幅方向の両側に形成された堆積層204、205(活物質層)をプレスする。この際、図8に示すように、堆積層204、205の縁にはガイド261〜263を設けた状態で、堆積層204、205をプレスするとよい。図8に示す形態では、圧延ロール251、252のうち、一方の圧延ロール251に、堆積層204、205の縁を支持するガイド261〜263が設けられている。ここで、ガイド261〜263は、図8に示すように、圧延ロール251の軸方向の予め定められた位置(堆積層204、205の縁に応じた位置)において、圧延ロール251の外周面から盛り上がっている。
Next, the deposited
ここで、圧延ロール251の軸方向の両側に設けられたガイド261、263の縁261a、263aは、集電箔の幅方向の両側縁に沿った堆積層204、205の外側の縁204b、205bを支持している。より具体的には、ガイド261、263の縁261a、263aは、堆積層204、205の外側の縁204b、205bの側面を支持している。また、圧延ロール251の軸方向の両側に設けられたガイド262の縁262a、262bは、集電箔の幅方向の中間部分に沿った堆積層204、205の内側の縁204a、205aを支持している。より具体的には、ガイド262の縁262a、262bは、堆積層204、205の内側の縁204a、205aの側面を支持している。また、当該ガイド261〜263の間には堆積層204、205が収まっており、当該圧延ロール251と他方の圧延ロール252との間でプレスされる。このように、造粒粒子の粉体を体積させて堆積層204、205を成形する場合には、縁204a、204b、205a、205bについても、側面を支持しつつプレス成形することによって、堆積層204、205の縁204a、204b、205a、205bにおいて厚さを凡そ一定に保つことができる。
Here, the
かかるプレス工程によって、堆積層204、205がプレスされる。堆積層204、205がプレスされると、堆積層204、205に含まれるバインダによって、活物質粒子同士および活物質粒子と集電箔とが接着される。これにより、集電箔201の中央部分(活物質層未形成領域202、203)を除いて、その両側に活物質層204、205が形成される。
The deposited layers 204 and 205 are pressed by this pressing process. When the deposited
この場合、集電箔201の幅方向の両側に設けられた堆積層204、205(活物質層)がプレスされると、堆積層204、205(活物質層)が形成された部位の集電箔201も応力を受けて伸ばされる。さらに、これに応じて集電箔101の中間部分の活物質層未形成領域202、203も両側の堆積層204、205(活物質層)が形成された部位の集電箔201に引っ張られて伸びる。この場合、集電箔201が凡そ一様に伸ばされるので、プレス後のシートに皺が生じにくい。
In this case, when the deposited
図7および図8では、集電箔201の片面に活物質層204、205が形成される工程が示されている。ここでは、同様の方法で、集電箔201の反対側の面にも活物質層204、205が形成され、集電箔201の両面に活物質層204、205が形成される。
7 and 8 show a process in which the active material layers 204 and 205 are formed on one surface of the
集電箔201の両面に活物質層204、205が形成された後、図9に示すように、集電箔201の幅方向の中心に沿って、集電箔201を長さ方向に切断する。これによって、2条の電極シート206、207が得られる。ここで得られる2条の電極シート206、207は、集電箔201の幅方向の片側の縁に沿って露出部202、203が設けられている。さらに、2条の電極シート206、207は、当該露出部202、203を除いて集電箔201に活物質層204、205が形成されている。また、かかる電極シート206、207では、図8に示すように、堆積層204、205(活物質層)が形成された部位と、堆積層204、205(活物質層)が成形されていない活物質層未形成領域202、203とで、プレス時に集電箔201の伸びの差が小さい。このため、プレス圧を高くして高密度化を図る場合でも、電極シート206、207に皺が生じにくい。
After the active material layers 204 and 205 are formed on both surfaces of the
ここで、電極シート206、207として、非水電解質二次電池の捲回電極体40に用いられる正極シート50または負極シート60(図1または図2参照)を作製することができる。この際、正極シート50を作製する際には、堆積層204、205を作製する際に、正極活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体を用いるとよい。また、負極シート60を作製する際には、堆積層204、205を作製する際に、負極活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体を用いるとよい。
Here, as the
以上のとおり、ここで提案される非水電解質二次電池によれば、例えば、正極シート50と負極シート60(図1および図2参照)において、図9に示すように、帯状の集電箔201と、集電箔201に形成された活物質層204、205とを備えている。活物質層204、205は、集電箔201のうち幅方向の片側の縁に沿って設けられた露出部202、203(活物質層未形成部)を除いて形成されている。ここでは、活物質層204、205は、活物質粒子とバインダとを含む造粒粒子の粉体が成形された成形体であり、バインダによって、活物質粒子同士が互いに付着し、かつ、集電箔201に付着している。そして、活物質層204、205の幅方向両側の縁は何れも切断されていない。このように非水電解質二次電池は、活物質層204、205が粉体成形で作製されているが、活物質層204、205の幅方向両側の縁は何れも切断されていない。このため、活物質層204、205が切断されたことに起因して生じる異物が少ない。
As described above, according to the proposed nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, in the
この場合、集電箔201の幅方向において露出部202、203が設けられた側の縁は切断されていてもよい。また、集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されていてもよい。例えば、図7のように、圧延された幅広の箔の素材から2条分の集電箔201が用意される場合には、用意される2条分の集電箔201においてその両側の縁は切断されている。このため、当該集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されている。このような場合でも、集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されているが、活物質層204、205の当該側の縁は切断されていない。
In this case, the edge on the side where the exposed
つまり、図9に示すように、ここで提案される非水電解質二次電池によれば、集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されている場合でも、活物質層204、205の当該側の縁は切断されていない。このため、異物の発生が少ない。また、活物質層204、205をプレスする際に、集電箔101が概ね一様に伸ばされるので皺も少ない。このため、ここで提案される非水電解質二次電池によれば、非水電解質二次電池の品質を向上させることができる。
That is, as shown in FIG. 9, according to the proposed nonaqueous electrolyte secondary battery, the edge on the side where the active material layers 204 and 205 are formed in the width direction of the
つまり、粉体成形を用いる場合でも、図3に示すように、合材ペーストを用いた製造プロセスと同様のプロセスで電極シート105、106を得ることはできる。この場合、図3に示すように、2条の集電箔101が用意され、当該集電箔101の幅方向の中間部分に活物質層104が形成する。そして、図5に示すように、集電箔101の幅方向の中央において、長手方向に沿って切断して電極シート105、106が得られる。しかし、この場合には、図5に示すように、電極シート105、106では、集電箔101の幅方向において活物質層104が形成された側の縁は切断されており、さらに、活物質層104の縁も切断されてしまう。かかる活物質層104が粉体成形で成形されていれば、切断によって、活物質粒子が欠落やすい。
That is, even when powder molding is used, as shown in FIG. 3, the
また、図4に示されているように、プレス時に起因して、活物質層104が成形されている部分で集電箔101が伸ばされても、露出部102、103では集電箔101が伸びにくい。このため、部分的に集電箔101の伸びの差が顕著に生じ、そのため皺が発生しやすい。つまり、集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されているが、活物質層204、205の当該側の縁は切断されていない電極シート206、207は、集電箔の中間部分に活物質層104形成する、図3〜図5のような製造プロセスでは作成しえない。
Further, as shown in FIG. 4, even if the
これに対して、ここで提案される非水電解質二次電池によれば、集電箔201の幅方向において活物質層204、205が形成された側の縁は切断されているが、活物質層204、205の当該側の縁は切断されていない。このため、活物質層204、205の縁から活物質粒子が欠落することに起因する異物の発生は少なく抑えられる。ここで提案される非水電解質二次電池によれば、集電箔101に生じる皺も小さく抑えられる。例えば、活物質層204、205が形成された部位と露出部202、203との、集電箔201の伸び率の差は、小さいほど良い。かかる集電箔201の伸び率の差は、例えば、10%以下であるとよく、また、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%以下、さらに好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下であると良い。
On the other hand, according to the nonaqueous electrolyte secondary battery proposed here, the edge on the side where the active material layers 204 and 205 are formed in the width direction of the
以上、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を説明したが、ここで提案される非水電解質二次電池は、上述した実施形態に限定されない。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention has been described above, but the nonaqueous electrolyte secondary battery proposed here is not limited to the above-described embodiment.
ここで提案される非水電解液二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)は各種用途に利用可能であるが、活物質層が低抵抗であり、高い電池性能を有している。したがって、高いエネルギー密度や出力密度が要求される用途で好ましく用いることができる。かかる用途としては、例えば車両に搭載されるモーター用の動力源(駆動用電源)が挙げられる。車両の種類は特に限定されないが、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、電気トラック、原動機付自転車、電動アシスト自転車、電動車いす、電気鉄道等が挙げられる。なお、かかる非水電解液二次電池は、それらの複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態で使用されてもよい。 The proposed non-aqueous electrolyte secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) can be used for various applications, but the active material layer has low resistance and high battery performance. . Therefore, it can be preferably used in applications requiring high energy density and power density. As such an application, for example, a power source (drive power source) for a motor mounted on a vehicle can be cited. The type of vehicle is not particularly limited, and examples thereof include plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV), electric trucks, motorbikes, electric assist bicycles, electric wheelchairs, electric railways, and the like. . Such a non-aqueous electrolyte secondary battery may be used in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of them in series and / or in parallel.
例えば、ここで提案される非水電解質二次電池は、車両に搭載される車両駆動用電池として特に好適である。ここで、車両駆動用電池は、上述した非水電解質二次電池(典型的には、リチウムイオン二次電池)を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。かかる車両駆動用電池を電源として備える車両には、典型的には自動車、特にハイブリッド自動車(プラグインハイブリッド車を含む)、電気自動車のような電動機を備える自動車が含まれる。また、ここで、他の非水電解質二次電池としては、例えば、ナトリウムイオン二次電池が挙げられる。 For example, the nonaqueous electrolyte secondary battery proposed here is particularly suitable as a vehicle driving battery mounted on a vehicle. Here, the vehicle driving battery may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of the above-described non-aqueous electrolyte secondary batteries (typically, lithium ion secondary batteries) in series. Vehicles equipped with such a vehicle drive battery as a power source typically include automobiles, particularly automobiles equipped with electric motors such as hybrid cars (including plug-in hybrid cars) and electric cars. Moreover, as another nonaqueous electrolyte secondary battery, a sodium ion secondary battery is mentioned here, for example.
10 リチウムイオン二次電池
20 電池ケース
21 ケース本体
22 封口板
23 正極端子
24 負極端子
30 安全弁
32 注液口
33 封止材
40 捲回電極体
50 正極シート
51 正極集電箔
52 露出部
53 正極活物質層
60 負極シート
61 負極集電箔
62 露出部
63 負極活物質層
72、74 セパレータ
80 電解液
100 電極シート(2条幅)
101 集電箔
102、103 露出部
104 活物質層(塗布された合材ペースト)
105、106 電極シート(1条幅)
151、152 圧延ロール
200 電極シート(2条幅)
201 集電箔
202、203 露出部(活物質層未形成領域)
204、205 活物質層(堆積層)
206、207 電極シート(1条幅)
251、252 圧延ロール
261〜263 ガイド
DESCRIPTION OF
101 Current collecting foils 102, 103
105, 106 Electrode sheet (single width)
151, 152
201
204, 205 Active material layer (deposition layer)
206, 207 Electrode sheet (single width)
251,252 Rolling Rolls 261-263 Guide
Claims (4)
前記集電箔に形成された活物質層と
を備え、
前記活物質層は、
前記集電箔のうち幅方向の片側の縁に沿って設けられた露出部を除いて形成されており、
活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が成形された成形体であり、
前記活物質層の幅方向両側の縁は何れも切断されていない、
非水電解質二次電池。 A strip-shaped current collector foil,
An active material layer formed on the current collector foil,
The active material layer is
It is formed except for the exposed portion provided along the edge on one side in the width direction of the current collector foil,
A molded body in which a powder of granulated particles containing at least active material particles and a binder is molded,
None of the edges on both sides in the width direction of the active material layer are cut.
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記帯状の集電箔の幅方向の中間部に設定された露出部と、
前記露出部を除いて、前記帯状の集電箔の幅方向の両側の領域に、活物質粒子とバインダとを少なくとも含む造粒粒子の粉体が成形された活物質層を備えた電極シート。 A strip-shaped current collector foil,
An exposed portion set in an intermediate portion in the width direction of the strip-shaped current collector foil;
An electrode sheet comprising an active material layer in which a powder of granulated particles including at least active material particles and a binder is formed in regions on both sides in the width direction of the belt-shaped current collector foil except for the exposed portion.
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