JP2016219368A - Laminate type secondary battery - Google Patents

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英晃 西村
怜 吉田
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怜 吉田
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Koichi Sugiura
功一 杉浦
藤巻 寿隆
Hisataka Fujimaki
寿隆 藤巻
祐貴 松下
Yuki Matsushita
祐貴 松下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminate type secondary battery capable of quickly absorbing exothermic heat exceeding normal battery usage time within a battery.SOLUTION: The laminate type secondary battery comprises a heat absorbing sheet between constitutional units and/or in a constitutional unit. The heat absorbing sheet includes a metal porous foil (11), on which a plurality of holes (10) are formed, and a heat absorbing material (12) filling the holes of the porous foil.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は積層型二次電池に関する。特に、本発明は、吸熱材料を有する積層型二次電池に関する。   The present invention relates to a stacked secondary battery. In particular, the present invention relates to a stacked secondary battery having an endothermic material.

近年におけるパソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界においても、電気自動車用又はハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウムイオン電池が注目を浴びている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, among various batteries, lithium ion batteries are attracting attention from the viewpoint of high energy density.

現在一般に市販されているリチウムイオン電池は、有機溶媒を電解液として使用している。そのため、電池を過充電した場合や、電池内部で短絡が生じた場合等に、電池の発熱量が増加する可能性があるという問題が指摘されていた。   Currently, commercially available lithium ion batteries use an organic solvent as an electrolyte. Therefore, a problem has been pointed out that the amount of heat generated by the battery may increase when the battery is overcharged or when a short circuit occurs inside the battery.

これに対して、上記問題を解決するため、高分子材料に電解液である有機溶媒を含浸、保持させたゲル状ポリマー電解質や、有機溶媒を用いない固体電解質を電解質として用いる電池等が研究されている。   On the other hand, in order to solve the above problems, research has been conducted on gel polymer electrolytes in which a polymer material is impregnated with an organic solvent that is an electrolytic solution and a battery using a solid electrolyte that does not use an organic solvent as an electrolyte. ing.

もっとも、ゲル状ポリマー電解質や固体電解質等を電解質として用いた電池であったとしても、電池を過充電した場合や、電池が短絡した場合等に、電池が発熱する場合があることに変わりはない。   However, even if the battery uses a gel polymer electrolyte or a solid electrolyte as the electrolyte, the battery may generate heat when the battery is overcharged or when the battery is short-circuited. .

これらの電池においては、電池内部が高温になることで電解質が化学反応を起こして電解質の性能が低下するという問題がある。特に、積層型二次電池においては、電池内部の放熱性が悪いため、電池内部で発熱量が増加した場合、電池内部において熱が蓄積され、電池の温度が通常使用時の温度を超えて上昇してしまうので、電池内部の発熱を抑制する手段を設ける必要性が高い。   In these batteries, there is a problem that when the temperature inside the battery becomes high, the electrolyte causes a chemical reaction and the performance of the electrolyte is lowered. In particular, in laminated type secondary batteries, the heat dissipation inside the battery is poor, so if the amount of heat generated inside the battery increases, heat accumulates inside the battery, and the temperature of the battery rises above the normal use temperature. Therefore, it is highly necessary to provide means for suppressing heat generation inside the battery.

これに対して、積層型二次電池の構成単位セルの間に吸熱材料としての高分子層を挿入し、電池内部で発生した熱を吸熱材料によって吸収させることにより、通常の電池使用時を超えた発熱を防止することができる、積層型二次電池が知られている。(特許文献1)   On the other hand, by inserting a polymer layer as an endothermic material between the structural unit cells of a stacked secondary battery and absorbing the heat generated inside the battery with the endothermic material, it exceeds the normal battery usage. A multilayer secondary battery that can prevent excessive heat generation is known. (Patent Document 1)

特開平11−233145号公報JP 11-233145 A

特許文献1のような積層型二次電池の場合、電池内部で通常の電池使用時を超えた発熱が起こった場合に、吸熱材料が電池内部の熱を吸熱反応等により吸熱して電池内部の温度上昇を抑えるまでに時間がかかる。これは、吸熱材料は一般に熱伝導率が低いために、電池内部で発生した熱を吸熱材料の面内方向の広い範囲に伝達することが難しいためと考えられる。そのため、特許文献1の積層型二次電池の場合には、吸熱材料による吸熱速度を向上させるためには、吸熱材料の厚みを大きくする必要があり、その場合には電池のエネルギー密度が低下してしまう。   In the case of a stacked secondary battery as in Patent Document 1, when heat generation exceeding the normal battery use occurs inside the battery, the heat absorbing material absorbs the heat inside the battery by an endothermic reaction or the like, It takes time to suppress the temperature rise. This is presumably because heat absorption materials generally have low thermal conductivity, so that it is difficult to transfer the heat generated inside the battery to a wide range in the in-plane direction of the heat absorption materials. Therefore, in the case of the stacked secondary battery of Patent Document 1, in order to improve the endothermic speed of the endothermic material, it is necessary to increase the thickness of the endothermic material, in which case the energy density of the battery is reduced. End up.

したがって、本発明の目的は、電池内部で通常の電池使用時を超えた発熱が起こった場合に、電池内部の温度上昇を素早く抑制することができる積層型二次電池を提供するものである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a stacked secondary battery that can quickly suppress an increase in temperature inside a battery when heat generation beyond the normal battery use occurs inside the battery.

本発明を利用すれば、吸熱材料の厚みを大きくする必要がなく、電池のエネルギー密度を低下させずに吸熱速度を向上させることができる。   If the present invention is used, it is not necessary to increase the thickness of the endothermic material, and the endothermic speed can be improved without reducing the energy density of the battery.

本発明者は、以下の手段により、上記問題を解決できることを見出した。   The present inventor has found that the above problem can be solved by the following means.

構成単位セル間及び/又は構成単位セル内部に吸熱シートを有し、吸熱シートは、複数の孔が形成された金属の多孔箔、及び多孔箔の孔に充てんされた吸熱材料を有する、積層型二次電池。   A laminated type having an endothermic sheet between and / or inside constituent unit cells, the endothermic sheet having a metal porous foil having a plurality of holes formed therein, and an endothermic material filled in the holes of the porous foil. Secondary battery.

本発明の積層型二次電池によれば、電池内部で通常の電池使用時を超えた発熱が起こった場合に、電池内部の温度上昇を素早く抑制することができる。   According to the multilayer secondary battery of the present invention, when heat generation exceeding the normal battery use occurs inside the battery, the temperature rise inside the battery can be quickly suppressed.

図1は、本発明の積層型二次電池における構成単位セルの構造例である。FIG. 1 is a structural example of a structural unit cell in a stacked secondary battery of the present invention. 図2は、本発明の積層型二次電池の簡略な図である。FIG. 2 is a simplified diagram of the laminated secondary battery of the present invention. 図3は、(a)金属の多孔箔、及び(b)金属の多孔箔の孔に吸熱材料を充てんして作成した吸熱シートの図である。FIG. 3 is a view of an endothermic sheet prepared by filling a hole in the (a) metal porous foil and (b) the metal porous foil with an endothermic material. 図4は、金属の多孔箔の孔のみでなく、金属の多孔箔の一方の面を覆う形に吸熱材料を配置した場合の吸熱シートの一例である。FIG. 4 is an example of an endothermic sheet in which an endothermic material is disposed so as to cover not only the hole of the metal porous foil but also one surface of the metal porous foil. 図5は、吸熱シートを負極集電体として用いた場合の図である。FIG. 5 is a diagram when the endothermic sheet is used as a negative electrode current collector. 図6は、吸熱シートを集電体として用いた場合と、孔のない金属箔を集電体として用いた場合の放電容量を比較した結果である。FIG. 6 shows the results of comparison of discharge capacities when the endothermic sheet is used as a current collector and when a metal foil without holes is used as a current collector.

以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるのではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist of the present invention.

本発明の積層型二次電池は、構成単位セル間及び/又は構成単位セル内部に吸熱シートを有し、吸熱シートは、複数の孔が形成された金属の多孔箔、及び多孔箔の孔に充てんされた吸熱材料を有する。   The laminated secondary battery of the present invention has an endothermic sheet between constituent unit cells and / or inside the constituent unit cell, and the endothermic sheet is formed in a metal porous foil in which a plurality of holes are formed, and a hole in the porous foil. It has a filled endothermic material.

本発明者は、研究の結果、特許文献1の積層型二次電池について、電池内部で通常の電池使用時を超えた発熱があった場合に、吸熱材料が電池内部の温度上昇を抑えるまでに時間がかかることを発見した。   As a result of research, the present inventors have found that the heat absorption material suppresses the temperature rise inside the battery when the heat generation exceeding the normal battery use time occurs in the battery in the multilayer secondary battery of Patent Document 1. I found that it takes time.

原理によって限定されるものではないが、特許文献1及び本件発明における、吸熱材料が電池内部の熱を吸熱する作用原理は、以下のとおりと考えられる。   Although not limited by the principle, the principle of action in which the heat absorbing material absorbs the heat inside the battery in Patent Document 1 and the present invention is considered as follows.

特許文献1の積層型二次電池の場合、電池内部の構成単位セルにおいて温度が上昇すると、主に、構成単位セルの発熱により加熱されている加熱部分と吸熱材料との接触部を介して、構成単位セルから吸熱材料への温度伝達が起こる。その後、吸熱材料中の伝熱により吸熱材料が所定温度に到達し、吸熱材料の吸熱反応が起こり、電池温度が低下すると考えられる。   In the case of the stacked secondary battery of Patent Document 1, when the temperature rises in the constituent unit cell inside the battery, mainly through the contact portion between the heating part and the endothermic material heated by the heat generated by the constituent unit cell, Temperature transfer from the structural unit cell to the endothermic material occurs. Thereafter, it is considered that the endothermic material reaches a predetermined temperature due to heat transfer in the endothermic material, the endothermic reaction of the endothermic material occurs, and the battery temperature decreases.

この機構において、吸熱材料の熱伝導率は一般に低いため、吸熱材料中の伝熱により、吸熱材料のうち、構成単位セルの加熱部分と吸熱材料との接触部から離れている部分は、所定の温度に到達するのに時間がかかる。そのために、電池内部で温度が上昇してから吸熱材料が電池内部の熱を吸熱するまでに時間がかかっていると考えられる。   In this mechanism, since the heat conductivity of the endothermic material is generally low, a portion of the endothermic material that is away from the contact portion between the heating portion of the structural unit cell and the endothermic material due to heat transfer in the endothermic material is predetermined. It takes time to reach temperature. For this reason, it is considered that it takes time until the heat absorbing material absorbs the heat inside the battery after the temperature rises inside the battery.

一方、本発明の場合、複数の孔が形成された金属の多孔箔、及び多孔箔の孔に充てんされた吸熱材料を有する構造をもつ吸熱シートを使用することで、電池内部の発熱を抑制する機構は以下のようになると考えられる。   On the other hand, in the case of the present invention, heat generation inside the battery is suppressed by using a metal porous foil in which a plurality of holes are formed and a heat absorbing sheet having a structure having a heat absorbing material filled in the holes of the porous foil. The mechanism is considered as follows.

電池内部の構成単位セルにおいて温度が上昇すると、構成単位セル加熱部分と吸熱材料との接触部を介して、構成単位セルから吸熱材料への温度伝達が起こることに加え、構成単位セルの加熱部分と金属の多孔箔との接触部を介して、構成単位セルから金属の多孔箔に温度伝達が起こる。その後、吸熱材料のうち、構成単位セルの加熱部分と吸熱材料との接触部から離れている部分については、吸熱材料中の伝熱に加え、金属の多孔箔と吸熱材料との接触部を介して、金属の多孔箔から吸熱材料に温度伝達する。その後、吸熱材料中の伝熱により吸熱材料の実質的部分が所定温度に到達し、吸熱材料の吸熱反応が起こり、電池温度が低下すると考えられる。   When the temperature rises in the structural unit cell inside the battery, temperature transfer from the structural unit cell to the endothermic material occurs via the contact portion between the structural unit cell heating portion and the endothermic material, and the heated portion of the structural unit cell. The temperature is transferred from the structural unit cell to the metal porous foil through the contact portion between the metal porous foil and the metal porous foil. After that, in the endothermic material, the part away from the contact portion between the heated portion of the structural unit cell and the endothermic material is added via the contact portion between the metal porous foil and the endothermic material in addition to the heat transfer in the endothermic material. The temperature is transferred from the metal porous foil to the heat absorbing material. Thereafter, it is considered that a substantial part of the endothermic material reaches a predetermined temperature due to heat transfer in the endothermic material, an endothermic reaction of the endothermic material occurs, and the battery temperature decreases.

吸熱材料が吸熱反応を起こすためには、吸熱材料が所定の温度に到達する必要がある。吸熱材料が所定の温度に到達するまでにかかる時間は、吸熱材料の体積に対する、吸熱材料に単位時間あたりに伝導される熱量の割合が大きいほうが、短くなる。そして、単位時間あたりに吸熱材料に伝導される熱量の大きさは、構成単位セルから生じた熱が吸熱材料に伝えられる部分の表面積の大きさに比例する。   In order for the endothermic material to cause an endothermic reaction, the endothermic material needs to reach a predetermined temperature. The time taken for the endothermic material to reach a predetermined temperature becomes shorter as the ratio of the amount of heat conducted to the endothermic material per unit time with respect to the volume of the endothermic material is larger. The amount of heat conducted to the endothermic material per unit time is proportional to the size of the surface area of the portion where heat generated from the constituent unit cell is transferred to the endothermic material.

したがって、構成単位セルから生じた熱が吸熱材料に伝えられる部分の表面積の、吸熱材料の体積に対する割合が大きいほうが、吸熱材料のうち、構成単位セルの加熱部分と吸熱材料との接触部から離れている部分が吸熱反応を起こすまでにかかる時間が短くなると考えられる。   Therefore, the larger the ratio of the surface area of the portion where heat generated from the structural unit cell is transferred to the endothermic material to the volume of the endothermic material, the farther the endothermic material is from the contact portion between the heated portion of the structural unit cell and the endothermic material. It is considered that the time taken for the end portion to undergo an endothermic reaction is shortened.

特許文献の場合、構成単位セルの熱は、主に、構成単位セルのうち発熱により加熱されている部分と吸熱材料が接触している面を介して吸熱材料に伝導される。   In the case of the patent document, the heat of the structural unit cell is mainly conducted to the endothermic material through the surface where the endothermic material is in contact with the portion of the structural unit cell that is heated by heat generation.

これに対して、本発明では、金属箔の熱伝導率が高いことから、構成単位セルから生じた熱は金属箔全体に短時間で伝達される。そのため、構成単位セルから生じた熱は、主に、構成単位セルの加熱部分と吸熱材料との接触部と、金属箔が吸熱材料との接触部を介して吸熱材料に伝導される。   On the other hand, in this invention, since the heat conductivity of metal foil is high, the heat which generate | occur | produced from the structural unit cell is transmitted to the whole metal foil in a short time. Therefore, the heat generated from the structural unit cell is mainly conducted to the endothermic material through the contact portion between the heated portion of the structural unit cell and the endothermic material and the metal foil through the contact portion with the endothermic material.

したがって、本発明では、特許文献1の場合と比較して、構成単位セルから生じた熱が吸熱材料に伝えられる部分の表面積の、吸熱材料の体積に対する割合が大きいといえる。   Therefore, in this invention, compared with the case of patent document 1, it can be said that the ratio with respect to the volume of the endothermic material of the surface area of the part which the heat generated from the structural unit cell is transmitted to the endothermic material is large.

よって、本発明の積層型二次電池は、特許文献1の積層型二次電池より早く吸熱できると考えられる。   Therefore, it is considered that the multilayer secondary battery of the present invention can absorb heat faster than the multilayer secondary battery of Patent Document 1.

<積層型二次電池> <Multilayer secondary battery>

本発明において、積層型二次電池とは、構成単位セルを積層することによって作成される電池である。積層型二次電池の積層方法としては、特に限定されないが、例えば、構成単位セルを直列に積層する方法、並列に積層する方法、又はこれらの組み合わせが挙げられる。   In the present invention, a stacked secondary battery is a battery created by stacking structural unit cells. The stacking method of the stacked secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a method of stacking structural unit cells in series, a method of stacking in parallel, and a combination thereof.

<構成単位セル> <Unit cell>

本発明において、構成単位セル(6)としては、例えば、正極集電体(1)、正極活物質層(2)、固体電解質層(3)、負極活物質層(4)、及び負極集電体(5)を有する単電池(図1)が挙げられるが、単電池としての機能を有するものであれば特に限定されない。以下、電解質として硫化物固体電解質を使用した場合の例を挙げるが、構成単位セルの構成はこれに限定されるものではない。   In the present invention, examples of the structural unit cell (6) include the positive electrode current collector (1), the positive electrode active material layer (2), the solid electrolyte layer (3), the negative electrode active material layer (4), and the negative electrode current collector. Although the single battery (FIG. 1) which has a body (5) is mentioned, if it has a function as a single battery, it will not specifically limit. Hereinafter, although the example at the time of using a sulfide solid electrolyte as an electrolyte is given, the structure of a structural unit cell is not limited to this.

1.正極活物質層
正極活物質層は、正極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、硫化物固体電解質を含有している。
1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, and optionally a conductive additive, a binder, and a sulfide solid electrolyte.

正極活物質としては、マンガン、コバルト、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも1種の遷移金属及びリチウムを含む金属酸化物、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、若しくはニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3)等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。 As the positive electrode active material, at least one transition metal selected from manganese, cobalt, nickel and titanium and a metal oxide containing lithium, for example, lithium cobaltate (Li x CoO 2 ), lithium nickelate (Li x NiO 2). ), Lithium nickel cobalt manganate (Li 1 + x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), or a combination thereof.

正極活物質の平均粒径としては、特に限定されないが、例えば1μm以上、3μm以上、5μm以上、又は10μm以上を挙げることができ、かつ100μm以下、50μm以下、30μm以下、又は20μm以下を挙げることができる。正極活物質の平均粒径としては、1〜50μmの範囲が好ましく、1μm〜20μmの範囲がより好ましく、1μm〜10μmの範囲が更に好ましく、1μm〜6μmの範囲が特に好ましい。   The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include 1 μm or more, 3 μm or more, 5 μm or more, or 10 μm or more, and 100 μm or less, 50 μm or less, 30 μm or less, or 20 μm or less. Can do. The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably in the range of 1 to 50 μm, more preferably in the range of 1 μm to 20 μm, still more preferably in the range of 1 μm to 10 μm, and particularly preferably in the range of 1 μm to 6 μm.

導電助剤としては、VGCF、アセチレンブラック、又はケッチェンブラック等の炭素材料の他、ニッケル・アルミニウム・SUS等の金属、又はこれらの組み合わせを上げることができる。   Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as VGCF, acetylene black, and ketjen black, metals such as nickel, aluminum, and SUS, or combinations thereof.

バインダーとしては、特に限定されないが、ポリマー樹脂、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)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、若しくはカルボキシメチルセルロース(CMC)等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。高温耐久性の観点から、バインダーとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル、若しくはカルボキシメチルセルロース等、又はこれらの組み合わせが好ましい。   The binder is not particularly limited, but a polymer resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), butadiene rubber (BR) Styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), or a combination thereof. From the viewpoint of high temperature durability, the binder is preferably polyimide, polyamide, polyamideimide, polyacryl, carboxymethylcellulose, or a combination thereof.

硫化物固体電解質としては、特に限定されず、例えば、75LiS−25P、8LiO・67LiS・25P、LiS、P、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiPO−P、LiI−LiS−P、若しくはLiI−LiS−B等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。 The sulfide solid electrolyte is not particularly limited, for example, 75Li 2 S-25P 2 S 5, 8Li 2 O · 67Li 2 S · 25P 2 S 5, Li 2 S, P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S- SiS 2, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, or LiI-Li 2 S-B 2 S 3 or the like, or their Combinations can be mentioned.

2.負極活物質層
負極活物質層は、負極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、電解質を含有している。
2. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and optionally a conductive additive, a binder, and an electrolyte.

負極活物質の形態は、好ましくは粉体である。負極活物質としては、金属イオン、例えば、リチウムイオン等を吸蔵・放出可能であれば特に限定されないが、金属、例えば、Li、Sn、Si、若しくはIn等、LiとTi、Mg若しくはAlとの合金、若しくは炭素材料、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン若しくはグラファイト等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。   The form of the negative electrode active material is preferably a powder. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude / release metal ions such as lithium ions, but metal such as Li, Sn, Si, or In, and Li and Ti, Mg, or Al. An alloy or a carbon material such as hard carbon, soft carbon, graphite, or a combination thereof can be given.

負極活物質層の導電助剤、バインダー、電解質としては、正極活物質層に関して挙げた材料を用いることができる。   As the conductive additive, binder, and electrolyte of the negative electrode active material layer, the materials mentioned for the positive electrode active material layer can be used.

3.硫化物固体電解質層
硫化物固体電解質層は上記正極活物質層において記載した電解質を利用することができる。
3. Sulfide solid electrolyte layer The electrolyte described in the positive electrode active material layer can be used for the sulfide solid electrolyte layer.

4.集電体
集電体としては、正極集電体又は負極集電体を挙げることができる。正極集電又は負極集電体の原材料としては、特に限定されることなく、各種金属、例えば、Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe、SUS、若しくはTi等、又はこれらの合金の集電体を用いることができる。化学的安定性の観点から、正極集電体としては、アルミニウムの集電体が好ましく、かつ負極集電体としては、銅の集電体が好ましい。
4). Current collector Examples of the current collector include a positive electrode current collector and a negative electrode current collector. The raw material of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is not particularly limited, and is a current collector of various metals such as Ag, Cu, Au, Al, Ni, Fe, SUS, or Ti, or alloys thereof. The body can be used. From the viewpoint of chemical stability, the positive electrode current collector is preferably an aluminum current collector, and the negative electrode current collector is preferably a copper current collector.

<吸熱シート>
吸熱シートは、金属の多孔箔(11)と、多孔箔の孔(10)に充てんされた吸熱材料(12)を有している(図3)。図3の(a)は金属の多孔箔の図であり、(b)は孔に吸熱材料を充てんした金属の多孔箔の図である。
<Endothermic sheet>
The endothermic sheet has a metal porous foil (11) and an endothermic material (12) filled in the holes (10) of the porous foil (FIG. 3). 3A is a diagram of a metal porous foil, and FIG. 3B is a diagram of a metal porous foil in which holes are filled with an endothermic material.

吸熱シートは、積層されている構成単位セル間、及び/又は、構成単位セル内部に挿入される。図2は、積層されている構成単位セル間に吸熱シートが挿入された積層型二次個体電池の構成例である。図2の積層型二次電池(8)は、単位構成セルが並列に積層され、隣り合う構成単位セル(6)の正極集電体同士の間に吸熱シート(7)が挿入されている。各構成単位セルの正極集電体、負極集電体は、それぞれ集電タブ(9)に接続されている。   The endothermic sheet is inserted between the stacked unit cell and / or inside the unit cell. FIG. 2 is a configuration example of a stacked secondary solid battery in which an endothermic sheet is inserted between stacked structural unit cells. In the stacked secondary battery (8) of FIG. 2, unit constituent cells are stacked in parallel, and an endothermic sheet (7) is inserted between the positive electrode current collectors of adjacent constituent unit cells (6). The positive electrode current collector and the negative electrode current collector of each constituent unit cell are each connected to a current collecting tab (9).

吸熱シートが構成単位セル内部に挿入される場合、挿入箇所は特に限定されないが、例えば、吸熱シートの金属箔部分(11)が負極集電体を兼ね、負極活物質層(13)に直接重ねられる構成(図5)を挙げることができる。   When the endothermic sheet is inserted into the constituent unit cell, the insertion location is not particularly limited. For example, the metal foil portion (11) of the endothermic sheet also serves as the negative electrode current collector and is directly stacked on the negative electrode active material layer (13). Can be mentioned (FIG. 5).

1.金属の多孔箔
本発明において、金属の多孔箔とは、複数の孔を有する金属箔をいう。金属の多孔箔に用いられる金属の種類は限定されず、例えば、Zn、Al、Au、Ag、Sn、Fe、Cu、Ni、Pt、若しくはSUS、又はこれらの合金が挙げられる。熱伝導率、加工の容易性、金属の価格等の観点から、Cu、Al、Ni、SUSなどが好ましい。
1. Metal porous foil In the present invention, the metal porous foil refers to a metal foil having a plurality of holes. The kind of metal used for the metal porous foil is not limited, and examples thereof include Zn, Al, Au, Ag, Sn, Fe, Cu, Ni, Pt, SUS, and alloys thereof. From the viewpoints of thermal conductivity, ease of processing, metal price, etc., Cu, Al, Ni, SUS and the like are preferable.

金属の多孔箔の厚さは特に限定されないが、電池の小型化、及び吸熱材料の塗布等の加工の容易性等の観点から、10μm以上、20μm以上、又は40μm以上であってよい。また、この厚さは100μm以下、80μm以下、又は60μm以下であってよい。   The thickness of the metal porous foil is not particularly limited, but may be 10 μm or more, 20 μm or more, or 40 μm or more from the viewpoints of battery miniaturization and ease of processing such as application of endothermic material. The thickness may be 100 μm or less, 80 μm or less, or 60 μm or less.

金属の多孔箔の孔の形状は、吸熱材料を充てんすることができる形状であれば特に限定されないが、孔の形状としては、円形、楕円形、多角形などが挙げられ、孔の並び方としては、60°千鳥型、角千鳥型、並行型などが挙げられる。より具体的には、丸孔60°千鳥型、丸孔角千鳥型、丸孔並列型、長丸孔千鳥型、長丸孔並列型、角孔千鳥型、角孔並列型、六角形60°千鳥型、長角孔千鳥型、若しくは長角孔並列型、又はこれらの組み合わせが挙げられる。また、孔は貫通している場合、貫通していない場合の両方を含む。   The shape of the holes in the metal porous foil is not particularly limited as long as it can be filled with an endothermic material. Examples of the shape of the holes include a circle, an ellipse, a polygon, and the like. , 60 ° staggered type, square staggered type, parallel type and the like. More specifically, round hole 60 ° staggered type, round hole square staggered type, round hole parallel type, long round hole staggered type, long round hole parallel type, square hole staggered type, square hole parallel type, hexagonal 60 ° A zigzag type, a long-angle hole zigzag type, a long-angle hole parallel type, or a combination thereof can be used. Moreover, the hole includes both the case where it penetrates and the case where it does not penetrate.

金属の多孔箔の孔の孔径は特に限定されないが、吸熱効率等の観点から、例えば孔の形状が丸孔の場合、平均孔径は25μm以上、50μm以上、又は75μm以上であってよい。また、200μm以下150μm以下、又は125μm以下であってよい。   The hole diameter of the metal porous foil is not particularly limited, but from the viewpoint of endothermic efficiency and the like, for example, when the hole shape is a round hole, the average hole diameter may be 25 μm or more, 50 μm or more, or 75 μm or more. Moreover, it may be 200 μm or less, 150 μm or less, or 125 μm or less.

多孔箔の孔の開口率は特に限定されないが、吸熱効率等の観点から、例えば丸孔並列型の場合、開孔率(孔のある面の、面全体の面積に対する、全ての孔の口部の面積の割合)は、10%以上、20%以上であってよい。また、90%以下、80%以下であってよい。   The aperture ratio of the holes in the porous foil is not particularly limited, but from the viewpoint of endothermic efficiency, for example, in the case of a parallel type of round holes, the aperture ratio (the mouth portion of all the holes with respect to the area of the entire surface of the surface with holes) The area ratio) may be 10% or more and 20% or more. Further, it may be 90% or less and 80% or less.

2.吸熱材料
吸熱材料は、丸孔多孔箔の孔の全部または一部に充てんされるが、さらに、多孔箔の一方の面又は両面の、全部又は一部を覆っていてもよい(図4)。なお、図4において、(b)は(a)を側面から見た図である。
2. Endothermic material The endothermic material is filled in all or part of the holes of the round-hole porous foil, but may further cover all or part of one or both sides of the porous foil (FIG. 4). In addition, in FIG. 4, (b) is the figure which looked at (a) from the side.

吸熱材料は周囲より熱を吸収することができる物質であれば特に限定されないが、吸熱反応により熱を吸収することができるものが好ましい。吸熱材料としては、特に限定されないが、水和物、水酸化物、及び糖アルコール類などが挙げられる。より具体的には、マンニトール、エリスリトール、キシリトール、ガラシトール、水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、水酸化コバルト、水酸化ニッケル、石膏、硫酸銅3水和物、水酸化アルミニウム3水和物、ホウ酸亜鉛、ホウ砂、硝酸カリウム、ドーソナイト、アルミン酸カルシウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。   The endothermic material is not particularly limited as long as it is a substance that can absorb heat from the surroundings, but a material that can absorb heat by an endothermic reaction is preferable. Although it does not specifically limit as an endothermic material, A hydrate, a hydroxide, sugar alcohols, etc. are mentioned. More specifically, mannitol, erythritol, xylitol, galactitol, zinc hydroxide, aluminum hydroxide, zirconium hydroxide, cobalt hydroxide, nickel hydroxide, gypsum, copper sulfate trihydrate, aluminum hydroxide trihydrate Zinc borate, borax, potassium nitrate, dosonite, calcium aluminate and the like, but are not limited thereto.

以下に示す実施例を参照して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例によって限定されるものではないことは言うまでもない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but it goes without saying that the scope of the present invention is not limited by these examples.

<実施例1>
1.正極合材スラリーの作製
平均粒径D50が5μmのLiNi0.33Co0.33Mn0.33(日亜化学工業)52g、VGCF(昭和電工)、硫化物固体電解質17g、バインダー(PVDF)2g、及び酪酸ブチル(和光純薬)52gを秤量し、十分に混合したものを正極合材スラリーとした。なお、正極活物質であるLiNi0.33Co0.33Mn0.33の表面は、あらかじめLiNbOをコートした。
<Example 1>
1. Preparation of positive electrode mixture slurry 52 g of LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 (Nichia Corporation) having an average particle diameter D50 of 5 μm, VGCF (Showa Denko), 17 g of sulfide solid electrolyte, binder (PVDF ) 2 g and 52 g of butyl butyrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were weighed and mixed thoroughly to obtain a positive electrode mixture slurry. Note that the surface of LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 which is a positive electrode active material was previously coated with LiNbO 3 .

2.負極合材スラリーの作製
グラファイト36g、硫化物固体電解質25g、バインダー2g、及び酪酸ブチル(和光純薬)42gを秤量して混合したものを負極合材とした。
2. Preparation of Negative Electrode Mixture Slurry A mixture of 36 g of graphite, 25 g of a sulfide solid electrolyte, 2 g of binder, and 42 g of butyl butyrate (Wako Pure Chemical) was used as a negative electrode mixture.

3.固体電解質スラリーの作製
硫化物固体電解質25g、バインダー1g、及び脱水へプタン25gを十分に混合したものを固体電解質スラリーとした。
3. Production of Solid Electrolyte Slurry A solid electrolyte slurry was prepared by sufficiently mixing 25 g of sulfide solid electrolyte, 1 g of binder, and 25 g of dehydrated heptane.

4.吸熱シートの作製
Zn(OH)2g、バインダー0.2g、及び酪酸ブチル0.8gを秤量し、十分混合したものを吸熱材料スラリーとした。Alの多孔箔(開口率63%、穴径100μm)に上記吸熱材料スラリーを塗工・乾燥させ吸熱シートを作成した。
4). Preparation of endothermic sheet Zn (OH) 2 2 g, binder 0.2 g, and butyl butyrate 0.8 g were weighed and mixed thoroughly to obtain an endothermic material slurry. The endothermic material slurry was applied to an Al porous foil (opening ratio: 63%, hole diameter: 100 μm) and dried to prepare an endothermic sheet.

5.電池の作製
Al箔に正極合材スラリーを塗工し、乾燥させたのち裁断した。Cu箔に負極合材スラリーを塗工し、乾燥させたのち裁断した。固体電解質スラリーを基材上に塗工・乾燥させたのち裁断して固体電解質層を作成した。そして、Al箔に正極合材スラリーを塗工・乾燥裁断したものとCu箔に負極合材スラリーを塗工・乾燥裁断したものの間に、硫化物固体電解質からなる固体電解質層を転写した。そして、Al箔に正極合材スラリーを塗工・乾燥裁断したもの、Cu箔に負極合材スラリーを塗工・乾燥裁断したもの、及び固体電解質層をプレスして、構成単位セルを作製した。作成した構成単位セル間に吸熱シートを入れながら積層した。集電タブとセル端子を超音波溶接し、アルミニウムラミネートフィルムで真空封入することで、0.5Ah級の実施例1の積層電池を得た。
5. Production of Battery A positive electrode mixture slurry was applied to an Al foil, dried, and then cut. The negative electrode mixture slurry was applied to Cu foil, dried and then cut. The solid electrolyte slurry was coated on a substrate and dried, and then cut to prepare a solid electrolyte layer. And the solid electrolyte layer which consists of sulfide solid electrolyte was transcribe | transferred between what applied the positive electrode compound-material slurry to Al foil, and was dry-cut, and what applied the negative electrode compound-material slurry to Cu foil, and dry-cut. Then, a positive electrode mixture slurry coated and dried on an Al foil, a negative electrode mixture slurry coated and dried on a Cu foil, and a solid electrolyte layer were pressed to prepare a structural unit cell. It laminated | stacked putting the endothermic sheet between the produced structural unit cells. The current collecting tab and the cell terminal were ultrasonically welded and vacuum-sealed with an aluminum laminate film to obtain a laminated battery of Example 1 of 0.5 Ah class.

<実施例2及び比較例1>
実施例1の作成方法のうち、吸熱シートの作製において使用する金属箔をNi多孔箔として吸熱シートを作成し、この吸熱シートを負極集電体として用いて、構成単位セルを作成し、これを実施例2の構成単位セルとした。また、実施例1の作成方法によって、構成単位セルを作成し、これを比較例1の構成単位セルとした。なお、表1は、実勢例2と比較例1の構成単位セルの構成を表にしたものである。
<Example 2 and Comparative Example 1>
Among the preparation methods of Example 1, an endothermic sheet is prepared using the metal foil used in the preparation of the endothermic sheet as a Ni porous foil, and this endothermic sheet is used as a negative electrode current collector to prepare a structural unit cell. The structural unit cell of Example 2 was used. Further, a structural unit cell was created by the creation method of Example 1, and this was used as the structural unit cell of Comparative Example 1. Table 1 shows the configurations of the structural unit cells of the actual example 2 and the comparative example 1.

Figure 2016219368
Figure 2016219368

実施例2の構成単位セルと、比較例1の構成単位セルの放電容量を比較した。比較の結果、図6のとおり、実施例2の構成単位セルと比較例1の構成単位セルでは、放電容量に大きな差は見られなかった(図6)。このことから、吸熱シートを負極集電体として用いたとしても、放電容量はほとんど低下しないといえる。   The discharge capacities of the structural unit cell of Example 2 and the structural unit cell of Comparative Example 1 were compared. As a result of comparison, as shown in FIG. 6, there was no significant difference in discharge capacity between the structural unit cell of Example 2 and the structural unit cell of Comparative Example 1 (FIG. 6). From this, it can be said that even when the endothermic sheet is used as the negative electrode current collector, the discharge capacity hardly decreases.

1 正極集電体
2 正極活物質層
3 固体電解質層
4 負極活物質層
5 負極集電体
6 構成単位セル
7 吸熱シート
8 積層体電池全体
9 集電タブ
10 孔
11 金属の多孔箔
12 吸熱材料
13 負極活物質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode collector 2 Positive electrode active material layer 3 Solid electrolyte layer 4 Negative electrode active material layer 5 Negative electrode collector 6 Structural unit cell 7 Endothermic sheet 8 The whole laminated battery 9 Current collection tab 10 Hole 11 Metal porous foil 12 Endothermic material 13 Negative electrode active material layer

Claims (1)

構成単位セル間及び/又は前記構成単位セル内部に吸熱シートを有し、
前記吸熱シートは、複数の孔が形成された金属の多孔箔、及び前記多孔箔の孔に充てんされた吸熱材料を有する、
積層型二次電池。
Having an endothermic sheet between the structural unit cells and / or inside the structural unit cells;
The endothermic sheet has a metal porous foil in which a plurality of holes are formed, and an endothermic material filled in the holes of the porous foil.
Multilayer secondary battery.
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