JP2018174110A - Current collector and lithium ion secondary battery - Google Patents

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佐々木 孝
Takashi Sasaki
孝 佐々木
秀明 関
Hideaki Seki
秀明 関
宏郁 角田
Hiroiku Tsunoda
宏郁 角田
昭信 野島
Akinobu Nojima
昭信 野島
慎 藤田
Shin Fujita
慎 藤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which there is a possibility that bias in a temperature distribution of an electrode group cannot be avoided when a heat removal property in a thickness direction of an electrode plate is lowered due to thermal expansion of a battery, consequently, a temperature of a separator becomes nonuniform and it becomes difficult to uniformly advance shutdown.SOLUTION: Each of current collectors 22, 32 includes an anisotropic thermal conductor on a main thin metal plate. The anisotropic thermal conductor contains at least one of carbon nanotube, graphene, aluminum based STC, and copper based STC.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、集電体及びリチウムイオン二次電池に関し、特に除熱性に優れたリチウムイオン二次電池用の集電体、及びその集電体を含むリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a current collector and a lithium ion secondary battery, and more particularly to a current collector for a lithium ion secondary battery excellent in heat removal and a lithium ion secondary battery including the current collector.

リチウムイオン二次電池は、鉛電池やニッケル水素電池等と比べて起電力が大きく、エネルギー密度が高く、しかも充放電効率に優れていることから、携帯電子機器用の小型電池から車載用、電力貯蔵用の大型電池に至るまで、幅広い用途において期待が寄せられている。   Lithium ion secondary batteries have higher electromotive force, higher energy density, and better charge / discharge efficiency than lead batteries and nickel metal hydride batteries. There are expectations for a wide range of applications, from large storage batteries.

ところで、リチウムイオン二次電池は、充放電時の電池反応や電池の内部抵抗に依って発熱することが知られている。特に出力の大きな電池では内部が高温となり、その状態が長く続くと電池寿命が短くなったり、内部要素の性能が劣化したりする点が指摘されている。   By the way, it is known that a lithium ion secondary battery generates heat depending on a battery reaction at the time of charging and discharging and an internal resistance of the battery. In particular, it has been pointed out that a battery with a large output has a high internal temperature, and if the state continues for a long time, the battery life is shortened or the performance of the internal elements deteriorates.

そのような指摘に対し、例えば特許文献1には、電池缶の内部に、缶に接するように放熱板を設け、電池内部の発熱を外に逃がして電池内部の温度上昇を抑える仕組みが提案されている。
また、例えば特許文献2には、正極と負極とを隔離するセパレータの厚さ方向の熱伝導率を高くし(0.5W/(m・k)以上)、除熱性を高めることで、電池内部の温度上昇を抑える仕組みが提案されている。
In response to such indications, for example, Patent Document 1 proposes a mechanism in which a heat radiating plate is provided inside the battery can so as to be in contact with the can, and heat generated inside the battery is released to the outside to suppress the temperature rise inside the battery. ing.
Also, for example, in Patent Document 2, by increasing the thermal conductivity in the thickness direction of the separator that separates the positive electrode and the negative electrode (0.5 W / (m · k) or more) and improving the heat removal performance, A mechanism for suppressing temperature rise has been proposed.

ところで、比較的大型のリチウムイオン二次電池においては、過充電時の安全性を高めるために、セパレータとして多孔質ポリエチレン製フィルム等を用いることが知られている。この多孔質セパレータは、通常の充放電時にはリチウムイオンが通過可能であり、正極と負極との間の短絡を防止している。一方、過充電時には、非水電解質液と活物質との化学反応に伴う発熱でポリエチレンが軟化溶融してシャットダウンする(すなわち、溶融したポリエチレンが多孔を閉塞してリチウムイオンの通過を遮断する)。これにより、充放電が遮断されるので、電池温度の急激な上昇を未然に防ぐことができる。   By the way, in a relatively large lithium ion secondary battery, it is known to use a porous polyethylene film or the like as a separator in order to improve safety during overcharge. This porous separator allows lithium ions to pass during normal charging and discharging, and prevents a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. On the other hand, at the time of overcharging, the heat generated by the chemical reaction between the nonaqueous electrolyte solution and the active material causes the polyethylene to soften and melt and shut down (that is, the molten polyethylene closes the pores and blocks the passage of lithium ions). Thereby, since charging / discharging is interrupted | blocked, the rapid raise of battery temperature can be prevented beforehand.

例えば特許文献3には、多孔質セパレータを挟んで正極板と負極板とが捲回された電極群の中心に、正極又は負極と同じ材料からなる金属製軸芯が配置され、その軸芯の一端部が正極又は負極の接続部材のいずれか一方に接合されているリチウムイオン二次電池が提案されている。この発明によれば、正極又は負極と同じ材料からなる金属製軸芯を設けることで、電極群全体の温度分布の偏りが小さくなり、過充電時における多孔質セパレータのシャットダウンがほぼ一様に進行するので、電池の安全性が確保される。   For example, in Patent Document 3, a metal shaft core made of the same material as the positive electrode or the negative electrode is disposed at the center of an electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound with a porous separator interposed therebetween. A lithium ion secondary battery has been proposed in which one end is joined to either a positive electrode or a negative electrode connecting member. According to the present invention, by providing a metal shaft made of the same material as the positive electrode or the negative electrode, the temperature distribution of the entire electrode group is less biased, and the shutdown of the porous separator during overcharge proceeds substantially uniformly. Therefore, the safety of the battery is ensured.

特開2011−113895号公報JP 2011-113895 A 特開2006−269358号公報JP 2006-269358 A 特開2006−40772号公報JP 2006-40772 A

しかしながら、従前のリチウムイオン二次電池では、セパレータ等の工夫により電極板の厚さ方向への除熱性を高めるなどの提案がなされているものの、電極板の面方向への除熱性については十分な検討がなされておらず、電池の熱膨張により電極板の厚さ方向への除熱性が低下した場合に、電極群の温度分布に偏りが生じることを回避出来ない可能性があり、その結果としてセパレータの温度が均一ではなくなりシャットダウンを一様に進行させることが難しくなる点が指摘されており、改善の余地が認められる。   However, in the conventional lithium ion secondary battery, although proposals such as improving the heat removal performance in the thickness direction of the electrode plate have been made by devising a separator or the like, the heat removal performance in the surface direction of the electrode plate is sufficient. If the heat removal performance in the thickness direction of the electrode plate is reduced due to the thermal expansion of the battery, it may not be possible to avoid the occurrence of bias in the temperature distribution of the electrode group as a result. It has been pointed out that the temperature of the separator is not uniform and it is difficult to proceed with the shutdown uniformly, and there is room for improvement.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池反応により内部に生じた熱を効率的に逃がすことで、内部で発生した熱を効率良く電池の外に逃がし、温度上昇を防ぐことにある。また、過充電時には、熱を効率的に逃がすことに伴い、セパレータの温度を均一にすることにし、セパレータのシャットダウンを一様に進行させることで、リチウムイオン二次電池の構造を大幅に変えることなく、安全性を向上させることにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to efficiently release the heat generated inside by the battery reaction, thereby efficiently releasing the heat generated inside to the outside of the battery, resulting in a temperature rise. Is to prevent. In addition, when overcharging, the structure of the lithium ion secondary battery can be significantly changed by making the temperature of the separator uniform, and by making the shutdown of the separator proceed uniformly, as heat is efficiently released. Not to improve safety.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)本発明の第1の態様にかかる集電体は、主体となる金属薄板と、前記金属薄板に含有される異方性熱伝導体とを有する。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1) The current collector according to the first aspect of the present invention includes a metal thin plate as a main component and an anisotropic thermal conductor contained in the metal thin plate.

(2)上記第1の態様にかかる集電体においては、前記異方性熱伝導体として、カーボンナノチューブ、グラフェン、アルミニウム系STC、及び銅系STCのいずれかを少なくとも一種含んでもよい。 (2) The current collector according to the first aspect may include at least one of carbon nanotubes, graphene, aluminum-based STC, and copper-based STC as the anisotropic thermal conductor.

(3)上記第1の態様にかかる集電体は、前記金属薄板の表面に沿う所定の方向に、前記所定の方向とは異なる方向よりも高い熱伝導性を有してもよい。 (3) The current collector according to the first aspect may have higher thermal conductivity in a predetermined direction along the surface of the metal thin plate than in a direction different from the predetermined direction.

(4)上記第1の態様にかかる集電体においては、前記所定の方向の熱伝導率が500W/m・K以上であってもよい。 (4) In the current collector according to the first aspect, the thermal conductivity in the predetermined direction may be 500 W / m · K or more.

(5)本発明の第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極集電体と、前記正極集電体上の主面に形成された正極層とを有する正極と、負極集電体と、前記負極集電体上の主面に形成された負極層とを有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在して双方を隔てるセパレータと、非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記正極集電体又は前記負極集電体の少なくともいずれか一方が、上記(1)から(4)のいずれか一つの集電体である。 (5) A lithium ion secondary battery according to a second aspect of the present invention includes a positive electrode current collector, a positive electrode having a positive electrode layer formed on a main surface of the positive electrode current collector, and a negative electrode current collector. A negative electrode having a negative electrode layer formed on the main surface of the negative electrode current collector, a separator interposed between and separated from the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. In the secondary battery, at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is any one of the current collectors (1) to (4).

(6)本発明の第3の態様にかかる集電体は、異方性熱伝導体からなり、表面に沿う所定の方向に、前記所定の方向とは異なる方向よりも高い熱伝導性を有する。 (6) The current collector according to the third aspect of the present invention is made of an anisotropic thermal conductor, and has higher thermal conductivity in a predetermined direction along the surface than in a direction different from the predetermined direction. .

(7)上記第3の態様にかかる集電体においては、前記異方性熱伝導体がグラファイトシートであってもよい。 (7) In the current collector according to the third aspect, the anisotropic thermal conductor may be a graphite sheet.

(8)上記第3の態様にかかる集電体においては、前記グラファイトシートの面内方向の熱伝導率が500W/m・K以上であってもよい。 (8) In the current collector according to the third aspect, the thermal conductivity in the in-plane direction of the graphite sheet may be 500 W / m · K or more.

(9)本発明の第4の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極集電体と、前記正極集電体上の主面に形成された正極層とを有する正極と、負極集電体と、前記負極集電体上の主面に形成された負極層とを有する負極と、前記正極と前記負極との間に双方を隔てて介在するセパレータと、非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記正極集電体又は前記負極集電体の少なくともいずれか一方が、上記(6)から(8)のいずれか一つの集電体である。 (9) A lithium ion secondary battery according to a fourth aspect of the present invention includes a positive electrode current collector, a positive electrode having a positive electrode layer formed on a main surface of the positive electrode current collector, and a negative electrode current collector. A negative electrode having a negative electrode layer formed on the main surface of the negative electrode current collector, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. In the secondary battery, at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is any one of the current collectors (6) to (8).

本発明によれば、集電体がその厚さ方向とは異なる方向、例えば集電体の面内方向に熱を逃がすことで除熱性が維持される。これにより、もし電池の熱膨張により電極板の厚さ方向への除熱性が低下したとしても、電極の除熱性は大きく低下することなく維持される。その結果、電極群全体の温度分布の偏りが小さくなり、過充電時における多孔質セパレータのシャットダウンがほぼ一様に進行するので、電池の安全性を確保することができる。   According to the present invention, the heat removal property is maintained by releasing the heat in a direction different from the thickness direction of the current collector, for example, in the in-plane direction of the current collector. As a result, even if the heat removal performance in the thickness direction of the electrode plate is reduced due to the thermal expansion of the battery, the heat removal performance of the electrode is maintained without being greatly reduced. As a result, the bias of the temperature distribution of the entire electrode group is reduced, and the shutdown of the porous separator during overcharging proceeds almost uniformly, so that the safety of the battery can be ensured.

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the lithium ion secondary battery concerning this embodiment. 正極集電体及び正極集電体の平面形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the planar shape of a positive electrode collector and a positive electrode collector.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases where the characteristic parts are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios and the like of each component are different from actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.

[リチウムイオン二次電池]
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。
また図示されていないが、積層体40とともに電解液が、ケース50内に収容されている。
[Lithium ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to this embodiment. A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 mainly includes a laminated body 40, a case 50 that accommodates the laminated body 40 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the laminated body 40.
Although not shown, the electrolyte solution is housed in the case 50 together with the laminate 40.

積層体40は、セパレータ10に隔てられた正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。   The stacked body 40 is configured such that the positive electrode 20 and the negative electrode 30 separated by the separator 10 are arranged to face each other with the separator 10 interposed therebetween. The positive electrode 20 is obtained by providing a positive electrode active material layer 24 on a plate-like (film-like) positive electrode current collector 22. The negative electrode 30 is obtained by providing a negative electrode active material layer 34 on a plate-like (film-like) negative electrode current collector 32.

正極活物質層24及び負極活物質層34は、セパレータ10の両側にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部にはタブ22a、32aがそれぞれ形成されており、これらタブ22a、32aは、それぞれリード60、62が接続されており、リード60、62の端部はケース50の外部にまで延びている。なお、図1には、ケース50内に積層体40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。   The positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are in contact with both sides of the separator 10. Tabs 22a and 32a are formed at the ends of the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively. The tabs 22a and 32a are connected to leads 60 and 62, respectively. The end extends to the outside of the case 50. In addition, although the case where the laminated body 40 is one in the case 50 is illustrated in FIG. 1, a plurality of laminated bodies may be laminated.

「セパレータ」
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
"Separator"
The separator 10 only needs to be formed of an electrically insulating porous structure, for example, a single layer of a film made of polyethylene, polypropylene, or polyolefin, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or cellulose, polyester, and Examples thereof include a fiber nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of polypropylene.

「正極」
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。
"Positive electrode"
The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 provided on the positive electrode current collector 22.

(正極集電体)
正極集電体22には、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属に、異方性熱伝導体を含む箔状の金属薄板を用いることができる。この金属薄板に含まれる異方性熱伝導体としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、アルミニウム系STC、及び銅系STC等が挙げられる。ここで、STCとはグラファイトと銅又はアルミニウムとの複合材である。STCは銅やアルミニウムに比べて熱伝導率が高く、かつ異方性を有し、グラファイトの配列方向に沿って高い熱伝達性を示す。これら異方性熱伝導体として使用される材料の熱伝導率は、1000W/m・K以上であることが好ましい。
正極集電体22は、これら各種の異方性熱伝導体を少なくともひとつ以上含んでいる。正極集電体22に含まれる異方性熱伝導体は、正極集電体22の表面に沿う一方向に向きをほぼ揃えられている。具体的には、図2に示すように、正極集電体22は平面視すると長方形状に形成されており、長手方向の一方の端部にタブ22aが形成されている。正極集電体22には異方性熱伝導体が含まれるが、その多くが、正極集電体22の長手方向の他方の端部から、タブ22aを形成された一方の端部に向かう方向(図2中の矢印方向)に配向されている。
上記各種の異方性熱導電体を、自身の長手方向に向きを揃えるようにして含んでいることにより、正極集電体22は、その長手方向に、幅方向よりも高い熱伝達性を有する。正極集電体22の長手方向の熱伝導率は、500W/m・K以上が確保されることが好ましい。
また、正極集電体22には、上記各種の異方性熱伝導体を含む金属薄板ではなく、異方性熱伝導体であるグラファイトシートを用いることもできる。グラファイトシートとは、黒鉛をシート状に加工したもので、面方向に高い熱拡散性を有する。この場合も、正極集電体22の面内方向の熱伝導率は、500W/m・K以上であることが好ましい。
(Positive electrode current collector)
For the positive electrode current collector 22, for example, a foil-like thin metal plate including an anisotropic heat conductor in a metal such as aluminum, copper, or nickel can be used. Examples of the anisotropic heat conductor contained in the metal thin plate include carbon nanotubes, graphene, aluminum-based STC, and copper-based STC. Here, STC is a composite material of graphite and copper or aluminum. STC has higher thermal conductivity than copper and aluminum, has anisotropy, and exhibits high heat transfer along the direction of graphite alignment. The thermal conductivity of the material used as these anisotropic heat conductors is preferably 1000 W / m · K or more.
The positive electrode current collector 22 contains at least one of these various anisotropic thermal conductors. The anisotropic thermal conductor included in the positive electrode current collector 22 is substantially aligned in one direction along the surface of the positive electrode current collector 22. Specifically, as shown in FIG. 2, the positive electrode current collector 22 is formed in a rectangular shape in plan view, and a tab 22a is formed at one end portion in the longitudinal direction. The positive electrode current collector 22 includes an anisotropic thermal conductor, most of which is from the other end in the longitudinal direction of the positive electrode current collector 22 toward one end where the tab 22a is formed. It is oriented in the direction of the arrow in FIG.
By including the various anisotropic thermal conductors so that their orientations are aligned in the longitudinal direction, the positive electrode current collector 22 has a higher heat transferability in the longitudinal direction than in the width direction. . The thermal conductivity in the longitudinal direction of the positive electrode current collector 22 is preferably secured to 500 W / m · K or more.
In addition, the positive electrode current collector 22 may be made of a graphite sheet that is an anisotropic heat conductor, instead of a metal thin plate that includes the various anisotropic heat conductors. The graphite sheet is obtained by processing graphite into a sheet shape and has high thermal diffusivity in the surface direction. Also in this case, the thermal conductivity in the in-plane direction of the positive electrode current collector 22 is preferably 500 W / m · K or more.

(正極活物質層)
正極活物質層24は、正極活物質と正極バインダーとを有し、必要に応じて正極導電材を有する。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 24 includes a positive electrode active material and a positive electrode binder, and includes a positive electrode conductive material as necessary.

(正極活物質)
正極活物質には、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6−)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等が挙げられる。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material includes insertion and extraction of lithium ions, desorption and insertion of lithium ions (intercalation), or doping and dedoping of lithium ions and lithium ion counter anions (for example, PF 6− ). An electrode active material that can be reversibly advanced can be used. As the positive electrode active material, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, A composite metal oxide represented by one or more elements selected from Cr), a lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), an olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb) , Ti, Al, one or more elements selected from Zr or VO), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1), etc. Products, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene and the like.

(正極導電材)
正極導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。なお、正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層24は導電材を含んでいなくてもよい。
(Positive electrode conductive material)
Examples of the positive electrode conductive material include carbon powders such as carbon blacks, carbon nanotubes, carbon materials, metal fine powders such as copper, nickel, stainless steel, and iron, a mixture of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides such as ITO. Can be mentioned. In addition, when sufficient electroconductivity is securable only with a positive electrode active material, the positive electrode active material layer 24 does not need to contain the electrically conductive material.

(正極バインダー)
正極に用いるバインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と正極集電体22とを結合する。バインダーとして使用される材料は、上述の結合が可能なものであればよく、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)、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)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
(Positive electrode binder)
The binder used for the positive electrode bonds the active materials to each other and bonds the active material to the positive electrode current collector 22. The material used as the binder may be any material as long as the above-described bonding is possible. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) , Tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), Fluorine resin such as polyvinyl fluoride (PVF) can be used.

また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。   In addition to the above, as the binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber The containing rubbers (VDF-CTFE-based fluorine rubber) vinylidene fluoride-based fluorine rubbers such as may be used.

また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電材の機能も発揮するので導電材を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also functions as a conductive material, it is not necessary to add a conductive material. Examples of the ion conductive conductive polymer include monomers of polymer compounds (polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyphosphazenes, etc.), LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6, and the like. Examples include a composite of a lithium salt or an alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

この他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。   In addition, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, or the like may be used as the binder.

「負極」
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の上に設けられた負極活物質層34とを有する。
"Negative electrode"
The negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 provided on the negative electrode current collector 32.

(負極集電体)
負極集電体32にも、正極集電体22と同じものを使用できる。
負極集電体32も、正極集電体22の説明において例示された各種の異方性熱伝導体を少なくともひとつ以上含んでおり、負極集電体32の表面に沿う一方向に向きをほぼ揃えられている。具体的には、図2に示すように、負極集電体32は正極集電体22と同じ形状を有しており、長手方向の一方の端部にタブ32aが形成されている。負極集電体32に含まれる異方性熱伝導体は、その多くが、負極集電体32の長手方向の他方の端部から、タブ32aを形成された一方の端部に向かう方向に配向されている。
上記各種の異方性熱導電体を、自身の長手方向に向きを揃えるようにして含んでいることにより、負極集電体32も、その長手方向に、幅方向よりも高い熱伝達性を有する。負極集電体32の長手方向の熱伝導率も、正極集電体22と同様に500W/m・K以上が確保されることが好ましい。
また、正極集電体22と同様に、負極集電体32にも、上記各種の異方性熱伝導体を含む金属薄板ではなくグラファイトシートを用いることができる。
(Negative electrode current collector)
As the negative electrode current collector 32, the same material as the positive electrode current collector 22 can be used.
The negative electrode current collector 32 also includes at least one of the various anisotropic heat conductors exemplified in the description of the positive electrode current collector 22, and the directions are substantially aligned in one direction along the surface of the negative electrode current collector 32. It has been. Specifically, as shown in FIG. 2, the negative electrode current collector 32 has the same shape as the positive electrode current collector 22, and a tab 32a is formed at one end in the longitudinal direction. Many of the anisotropic thermal conductors included in the negative electrode current collector 32 are oriented in the direction from the other end in the longitudinal direction of the negative electrode current collector 32 toward one end where the tab 32a is formed. Has been.
By including the various anisotropic thermal conductors so that their orientations are aligned in their longitudinal direction, the negative electrode current collector 32 also has a higher heat transferability in the longitudinal direction than in the width direction. . The thermal conductivity in the longitudinal direction of the negative electrode current collector 32 is preferably secured to 500 W / m · K or more, as with the positive electrode current collector 22.
Further, similarly to the positive electrode current collector 22, a graphite sheet can be used for the negative electrode current collector 32 instead of the metal thin plate containing the various anisotropic heat conductors.

(負極活物質層)
負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて負極導電材を有する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 34 includes a negative electrode active material and a negative electrode binder, and optionally includes a negative electrode conductive material.

(負極活物質)
負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な、公知のリチウム二次電池用の負極活物質を用いることができる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、SiO(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)等を含む粒子が挙げられる。
(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, a known negative electrode active material for lithium secondary batteries capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as metallic lithium, graphite capable of occluding and releasing lithium ions (natural graphite, artificial graphite), carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and low-temperature calcined carbon. Metals that can be combined with lithium such as aluminum, silicon and tin, amorphous compounds mainly composed of oxides such as SiO x (0 <x <2) and tin dioxide, lithium titanate (Li 4 Ti 5 And particles containing O 12 ) and the like.

(負極導電材)
負極に用いる同電材としては、正極と同じものを使用できる。なお、負極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、負極活物質層34は導電材を含んでいなくてもよい。
(Negative electrode conductive material)
As the same electric material used for the negative electrode, the same material as the positive electrode can be used. Note that in the case where sufficient conductivity can be ensured with only the negative electrode active material, the negative electrode active material layer 34 may not contain a conductive material.

(負極バインダー)
負極に用いるバインダーとしても、正極と同じものを使用できる。
(Negative electrode binder)
As the binder used for the negative electrode, the same binder as that for the positive electrode can be used.

「電解液」
電解液には、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。
"Electrolyte"
As the electrolytic solution, an electrolyte solution containing lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, since the electrolytic aqueous solution has a low decomposition voltage electrochemically, the withstand voltage during charging is limited to be low. Therefore, an electrolyte solution (nonaqueous electrolyte solution) using an organic solvent is preferable.

非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。   The nonaqueous electrolytic solution has an electrolyte dissolved in a nonaqueous solvent, and may contain a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent.

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネート等を用いることができる。   As cyclic carbonate, what can solvate electrolyte can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, or the like can be used.

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等を混合して使用してもよい。   The chain carbonate can reduce the viscosity of the cyclic carbonate. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。   The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.

電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、LiPFを含むことが好ましい。 Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN ( CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2, lithium salts such as LiBOB can be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of the degree of ionization.

LiPFを非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the lithium ion concentration of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. Moreover, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.

LiPFをその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPFからのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.

「ケース」
ケース50は、その内部に積層体40及び電解液を密封する。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
"Case"
The case 50 seals the laminated body 40 and the electrolytic solution therein. The case 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。外側の高分子膜54の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等の融点の高い高分子材料が好ましく、内側の高分子膜54の材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。   For example, as the case 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52 and a film such as polypropylene can be used as the polymer film 54. The material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer material having a high melting point, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP Etc.) are preferred.

「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum. The leads 60 and 62 are welded to the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively, and the separator 10 is sandwiched between the positive electrode active material layer 24 of the positive electrode 20 and the negative electrode active material layer 34 of the negative electrode 30, It inserts in case 50 with electrolyte solution, and the entrance of case 50 is sealed.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次に、リチウムイオン二次電池100を製造する方法について具体的に説明する。
まず、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。負極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で90wt%〜98wt%:0wt%〜3.0wt%:2.0wt%〜5.0wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 100 will be specifically described.
First, a negative electrode active material, a binder, and a solvent are mixed to prepare a paint. A conductive material may be further added as necessary. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. The constituent ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder is preferably 90 wt% to 98 wt%: 0 wt% to 3.0 wt%: 2.0 wt% to 5.0 wt% in mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole.

塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、負極集電体32に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極についても、同様に正極集電体22上に正極用の塗料を塗布する。   The mixing method of these components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is not particularly limited. The paint is applied to the negative electrode current collector 32. There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method. Similarly, the positive electrode paint is applied on the positive electrode current collector 22 for the positive electrode.

続いて、正極集電体22及び負極集電体32上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。
除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22及び負極集電体32を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。
Subsequently, the solvent in the paint applied on the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 is removed.
The removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 to which the paint is applied may be dried in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C.

そして、このようにして正極活物質層24、負極活物質層34が形成された電極を必要に応じ、ロールプレス装置等によりプレス処理を行う。   Then, the electrode on which the positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are formed in this way is subjected to a press treatment by a roll press device or the like as necessary.

次いで、正極活物質層24を有する正極20と、負極活物質層34を有する負極30と、正極と負極との間に介在するセパレータ10と、電解液と、をケース50内に封入する。   Next, the positive electrode 20 having the positive electrode active material layer 24, the negative electrode 30 having the negative electrode active material layer 34, the separator 10 interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution are sealed in a case 50.

例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、正極20及び負極30を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状のケース50に、積層体40を入れる。   For example, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are stacked, and the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are heated and pressed with a press tool from a direction perpendicular to the stacking direction, and the positive electrode 20, the separator 10, and the negative electrode 30. Adhere. For example, the laminated body 40 is put into a bag-like case 50 prepared in advance.

最後に電解液をケース50内に注入することにより、リチウムイオン二次電池が作製される。なお、ケースに電解液を注入するのではなく、積層体40を電解液に含浸させてもよい。   Finally, the lithium ion secondary battery is manufactured by injecting the electrolytic solution into the case 50. Instead of injecting the electrolytic solution into the case, the laminate 40 may be impregnated with the electrolytic solution.

本実施形態によれば、集電体がその厚さ方向とは異なる方向、例えば集電体の面内方向に熱を逃がすことで除熱性が維持される。これにより、もし電池の熱膨張により電極板の厚さ方向への除熱性が低下したとしても、電極の除熱性は大きく低下することなく維持される。その結果、電極群全体の温度分布の偏りが小さくなり、過充電時における多孔質セパレータのシャットダウンがほぼ一様に進行する。このため、本実施形態にかかる集電体を含むリチウムイオン二次電池によれば、新たな構成要素を追加したり、電池の構造を大幅に変えたりすることなく、安全性を確保することができる。   According to the present embodiment, the heat removal performance is maintained by releasing the heat in a direction different from the thickness direction of the current collector, for example, in the in-plane direction of the current collector. As a result, even if the heat removal performance in the thickness direction of the electrode plate is reduced due to the thermal expansion of the battery, the heat removal performance of the electrode is maintained without being greatly reduced. As a result, the temperature distribution in the entire electrode group is less biased, and the shutdown of the porous separator during overcharge proceeds almost uniformly. Therefore, according to the lithium ion secondary battery including the current collector according to the present embodiment, it is possible to ensure safety without adding new components or changing the structure of the battery significantly. it can.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and the omission of the configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible.

[実施例1]
正極集電体としてアルミニウムの薄板を用意するとともに、正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05O (以下、「NCA」という。)を90重量%、導電剤として炭素粉末を6重量%、結着剤としてPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を4重量%それぞれ用意した。次に、これらをN−メチルピロリドン(NMP)溶液と混合して正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーを、アルミニウムの薄板上にドクターブレード法により塗布した後、加圧ロールに通すことで活物質層の膜厚55μmの正極を作製した。
[Example 1]
An aluminum thin plate is prepared as a positive electrode current collector, 90% by weight of LiNi0.8Co0.15Al0.05O 2 (hereinafter referred to as “NCA”) as a positive electrode active material, and 6% by weight of carbon powder as a conductive agent. As an adhesive, 4% by weight of PVDF (polyvinylidene fluoride) was prepared. Next, these were mixed with an N-methylpyrrolidone (NMP) solution to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied on a thin aluminum plate by a doctor blade method, and then passed through a pressure roll to produce a positive electrode having an active material layer thickness of 55 μm.

負極集電体として銅系STC(以下、「STC−Cu」という)からなる薄板を用意するとともに、負極活物質としてMCMB(メソフェーズカーボンマイクロビーズ)を87重量%、導電剤として炭素粉末を3重量%、結着剤としてPVDFを10重量%それぞれ用意した。次に、これらをNMP溶液と混合して負極用スラリーを調製した。この負極用スラリーを、STC−Cuの薄板上にドクターブレード法により塗布した後、加圧ロールに通すことで活物質層の膜厚40μmの負極を作製した。   A thin plate made of copper-based STC (hereinafter referred to as “STC-Cu”) is prepared as a negative electrode current collector, MCMB (mesophase carbon microbeads) is 87% by weight as a negative electrode active material, and carbon powder is 3% as a conductive agent. %, And 10% by weight of PVDF was prepared as a binder. Next, these were mixed with an NMP solution to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was applied to a STC-Cu thin plate by a doctor blade method, and then passed through a pressure roll to prepare a negative electrode having an active material layer thickness of 40 μm.

これら正極及び負極の中央に直径約2mmの大きさでエチレン−メタアクリル酸の共重合体を点付けし、負極と正極との間にセパレータは配置した上で負極と正極とを交互に配置し、100℃で樹脂を溶融しながら、繰り返し積層し、正極が10枚、負極が11枚からなる積層体を得た。なお、セパレータには膜厚12μmのポリエチレンの多孔質膜を使用した。   An ethylene-methacrylic acid copolymer having a diameter of about 2 mm is spotted at the center of the positive electrode and the negative electrode, and a separator is disposed between the negative electrode and the positive electrode, and the negative electrode and the positive electrode are alternately disposed. While the resin was melted at 100 ° C., lamination was repeated to obtain a laminate comprising 10 positive electrodes and 11 negative electrodes. A polyethylene porous film having a film thickness of 12 μm was used as the separator.

得られた積層体に電流取り出し用のリードを付け、所定の電解液、一定量とともにこれらをアルミラミネートパックに封入し、真空シールを行った。その後、80℃で熱プレスを行ってパック内の積層体を一体化し、3456サイズ、容量1100mAhのリチウムイオン二次電池を作製した。   The obtained laminate was provided with a lead for taking out current, sealed together with a predetermined electrolyte and a predetermined amount in an aluminum laminate pack, and vacuum-sealed. Thereafter, heat pressing was performed at 80 ° C. to integrate the laminated body in the pack, and a lithium ion secondary battery having a 3456 size and a capacity of 1100 mAh was produced.

[実施例2]
正極集電体として、実施例1と同じ正極(アルミニウムを主体とする)を作製した。
負極集電体として、グラファイトシートを用意した。次に、実施例1と同じ成分の負極用スラリーを、グラファイトシート上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して実施例1と同じ膜厚の負極を作製した。
なお、以下の実施例では、積層体の作製、及びリチウムイオン二次電池の作製の手順については実施例1と同じとしたのでその説明は省略する。
[Example 2]
As the positive electrode current collector, the same positive electrode (mainly composed of aluminum) as in Example 1 was produced.
A graphite sheet was prepared as a negative electrode current collector. Next, a negative electrode slurry having the same components as in Example 1 was applied on a graphite sheet by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to produce a negative electrode having the same film thickness as in Example 1.
In the following examples, the procedures for producing the laminate and producing the lithium ion secondary battery are the same as those in Example 1, and therefore description thereof is omitted.

[実施例3]
正極集電体として、STC−Alからなる薄板を用意した。次に、実施例1と同じ成分の正極用スラリーを、STC−Alの薄板上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して実施例1と同じ膜厚の正極を作製した。
負極集電体として、銅の薄板を用意した。次に、実施例1と同じ成分のスラリーを調製し、そのスラリーを、銅の薄板上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して負極を作製した。
[Example 3]
A thin plate made of STC-Al was prepared as a positive electrode current collector. Next, a positive electrode slurry having the same components as in Example 1 was applied on a STC-Al thin plate by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to produce a positive electrode having the same film thickness as in Example 1. did.
A copper thin plate was prepared as a negative electrode current collector. Next, a slurry having the same components as in Example 1 was prepared, and the slurry was applied on a copper thin plate by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to prepare a negative electrode.

[実施例4]
正極集電体として実施例3と同じ正極(STC−Alを主体とする)を作製するとともに、負極集電体として実施例1と同じ負極(STC−Cuを主体とする)を作製した。
[Example 4]
While producing the same positive electrode (mainly STC-Al) as Example 3 as a positive electrode current collector, the same negative electrode (mainly STC-Cu) as Example 1 was produced as a negative electrode current collector.

[実施例5]
正極集電体として実施例3、4と同じ正極(STC−Alを主体とする)を作製するとともに、負極集電体として実施例2と同じ負極(グラファイトシートを主体とする)を作製した。
[Example 5]
The same positive electrode (mainly composed of STC-Al) as Examples 3 and 4 was prepared as a positive electrode current collector, and the same negative electrode (mainly composed of a graphite sheet) as Example 2 was prepared as a negative electrode current collector.

[実施例6]
正極集電体として、主体としてのアルミニウムに炭素繊維とカーボンナノチューブとを含む複合材(以下、「CNTアルミニウム複合材」という)からなる薄板を用意した。次に、実施例1と同じ成分の正極用スラリーを、その複合材からなる薄板上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して実施例1と同じ膜厚の正極を作製した。
負極集電体として、実施例3と同じ負極(銅を主体とする)を作製した。
[Example 6]
As the positive electrode current collector, a thin plate made of a composite material (hereinafter referred to as “CNT aluminum composite material”) containing carbon fibers and carbon nanotubes in aluminum as a main body was prepared. Next, a positive electrode slurry having the same components as in Example 1 was applied on the thin plate made of the composite material by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to form a positive electrode having the same film thickness as in Example 1. Produced.
As the negative electrode current collector, the same negative electrode (mainly copper) as in Example 3 was produced.

[実施例7]
正極集電体として実施例6と同じ正極(CNTアルミニウム複合材を主体とする)を作製するとともに、負極集電体として実施例1、4と同じ負極(STC−Cuを主体とする)を作製した。
[Example 7]
The same positive electrode as in Example 6 (mainly composed of a CNT aluminum composite) was produced as a positive electrode current collector, and the same negative electrode (mainly composed of STC-Cu) as in Examples 1 and 4 was produced as a negative electrode current collector. did.

[実施例8]
正極集電体として実施例6、7と同じ正極(CNTアルミニウム複合材を主体とする)を作製するとともに、負極集電体として、実施例2、5と同じ負極(グラファイトシートを主体とする)を作製した。
[Example 8]
The same positive electrode (mainly composed of a CNT aluminum composite) as Examples 6 and 7 was produced as a positive electrode current collector, and the same negative electrode (mainly composed of a graphite sheet) as Examples 2 and 5 was used as a negative electrode current collector. Was made.

[実施例9]
正極集電体として、グラファイトシートを用意した。次に、実施例1と同じ成分の正極用スラリーを、グラファイトシート上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して実施例1と同じ膜厚の正極を作製した。
負極集電体として、実施例3、6と同じ負極(銅を主体とする)を作製した。
[Example 9]
A graphite sheet was prepared as a positive electrode current collector. Next, a positive electrode slurry having the same components as in Example 1 was applied onto a graphite sheet by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to produce a positive electrode having the same film thickness as in Example 1.
As the negative electrode current collector, the same negative electrode (mainly copper) as in Examples 3 and 6 was produced.

[実施例10]
正極集電体として実施例9と同じ正極(グラファイトシートを主体とする)を作製するとともに、負極集電体として実施例1、4、7と同じ負極(STC−Cuを主体とする)を作製した。
[Example 10]
The same positive electrode (mainly composed of a graphite sheet) as that of Example 9 was prepared as a positive electrode current collector, and the same negative electrode (mainly composed of STC-Cu) as that of Examples 1, 4, and 7 was prepared as a negative electrode current collector. did.

[実施例11]
正極集電体として実施例9、10と同じ正極(グラファイトシートを主体とする)を作製するとともに、負極集電体として、実施例2、5、8と同じ負極(グラファイトシートを主体とする)を作製した。
[Example 11]
The same positive electrode as in Examples 9 and 10 (mainly composed of a graphite sheet) was produced as a positive electrode current collector, and the same negative electrode as in Examples 2, 5, and 8 (mainly composed of a graphite sheet) as a negative electrode current collector Was made.

[比較例]
正極集電体として、アルミニウムの薄板を用意した。次に、実施例1と同じ成分の正極用スラリーを、アルミニウム薄板上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して実施例1と同じ膜厚の正極を作製した。
負極集電体として銅の薄板を用意した。次に、実施例1と同じ成分のスラリーを調製し、そのスラリーを、銅の薄板上に実施例1と同じ手法により塗布した後、加圧ロールに通して負極を作製した。
[Comparative example]
An aluminum thin plate was prepared as a positive electrode current collector. Next, a positive electrode slurry having the same components as in Example 1 was applied on an aluminum thin plate by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to produce a positive electrode having the same film thickness as in Example 1.
A copper thin plate was prepared as a negative electrode current collector. Next, a slurry having the same components as in Example 1 was prepared, and the slurry was applied on a copper thin plate by the same method as in Example 1, and then passed through a pressure roll to prepare a negative electrode.

上記の手順で作製したリチウムイオン二次電池の実施例1から11、及び比較例について、以下の測定を行った。その結果を表1に示す。
(A)正極集電体の面内方向、すなわち正極の表面に沿う所定の方向(図2参照)の熱伝導率、及び正極集電体の厚さ方向の熱伝導率
(B)負極集電体の面内方向、すなわち負極の表面に沿う所定の方向(図2参照)の熱伝導率、及び負極集電体の厚さ方向の熱伝導率
(C)過充電時の電池表面の温度
The following measurements were performed for Examples 1 to 11 of the lithium ion secondary battery manufactured by the above procedure and a comparative example. The results are shown in Table 1.
(A) Thermal conductivity in the in-plane direction of the positive electrode current collector, that is, a predetermined direction along the surface of the positive electrode (see FIG. 2), and thermal conductivity in the thickness direction of the positive electrode current collector (B) Negative electrode current collector The thermal conductivity in the in-plane direction of the body, that is, the predetermined direction along the negative electrode surface (see FIG. 2), and the thermal conductivity in the thickness direction of the negative electrode current collector (C) The temperature of the battery surface during overcharging

Figure 2018174110
Figure 2018174110

ここで、正極集電体及び負極集電体の面内方向の熱伝導率測定には、光交流法熱拡散率測定装置LaserPIT(アドバンス理工株式会社製)を使用した。正極集電体及び負極集電体の厚さ方向の熱伝導率は、熱拡散率および単位体積当たりの熱容量をそれぞれ測定し、それらを乗じることにより、算出した。熱拡散率は、熱拡散率測定装置(商品名「アイフェイズ・モバイル」、アイフェイズ社製)によって測定し、熱容量は、示差走査熱量計(DSC)によって測定した。   Here, for measuring the thermal conductivity in the in-plane direction of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, an optical alternating current method thermal diffusivity measuring device LaserPIT (manufactured by Advance Riko Co., Ltd.) was used. The thermal conductivity in the thickness direction of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector was calculated by measuring and multiplying the thermal diffusivity and the heat capacity per unit volume, respectively. The thermal diffusivity was measured by a thermal diffusivity measuring apparatus (trade name “Eye Phase Mobile”, manufactured by Eye Phase Co.), and the heat capacity was measured by a differential scanning calorimeter (DSC).

表1に示す測定結果から、正極集電体にSTC−Alを使用すると、面内方向の熱伝導率が比較例に対して200%超の高い値を示し、その一方で厚さ方向の熱伝導率の値は比較例の13%程度にまで低下した(実施例3、4、5)。
正極集電体にCNTアルミニウム複合材を使用すると、面内方向の熱伝導率が比較例に対して300%超の高い値を示し、その一方で厚さ方向の熱伝導率の値は比較例の11%程度にまで低下した(実施例6、7、8)。
正極集電体にグラファイトシートを使用すると、面内方向の熱伝導率が比較例に対して700%近い高い値を示し、その一方で厚さ方向の熱伝導率の値は比較例の8%程度にまで低下した(実施例9、10、11)。
From the measurement results shown in Table 1, when STC-Al is used for the positive electrode current collector, the thermal conductivity in the in-plane direction shows a high value of more than 200% compared to the comparative example, while the heat in the thickness direction The conductivity value decreased to about 13% of the comparative example (Examples 3, 4, and 5).
When a CNT aluminum composite material is used for the positive electrode current collector, the thermal conductivity in the in-plane direction shows a high value of more than 300% compared to the comparative example, while the thermal conductivity value in the thickness direction is the comparative example. (Examples 6, 7, and 8).
When a graphite sheet is used for the positive electrode current collector, the thermal conductivity in the in-plane direction shows a high value close to 700% compared to the comparative example, while the thermal conductivity value in the thickness direction is 8% of the comparative example. (Examples 9, 10, and 11).

また、負正極集電体にSTC−Cuを使用すると、面内方向の熱伝導率が比較例に対して150%超の高い値を示し、その一方で厚さ方向の熱伝導率の値は比較例の9%程度にまで低下した(実施例1、4、7、10)。
正極集電体にグラファイトシートを使用すると、面内方向の熱伝導率が比較例に対して500%近い高い値を示し、その一方で厚さ方向の熱伝導率の値は比較例の5%程度にまで低下した(実施例2、5、8、11)。
In addition, when STC-Cu is used for the negative positive electrode current collector, the thermal conductivity in the in-plane direction shows a high value of more than 150% with respect to the comparative example, while the thermal conductivity value in the thickness direction is It decreased to about 9% of the comparative example (Examples 1, 4, 7, 10).
When a graphite sheet is used for the positive electrode current collector, the thermal conductivity in the in-plane direction is as high as 500% compared to the comparative example, while the thermal conductivity value in the thickness direction is 5% of the comparative example. (Examples 2, 5, 8, and 11).

そして、過充電時の電池表面の温度を比較すると、すべての実施例において比較例よりも低い値を示した。中でも、正極集電体及び負極集電体の双方にSTC−Cu、STC−Al、CNTアルミニウム複合材、グラファイトシートのいずれかからなる異方性材料を使用した例は過充電時の電池表面温度が低い結果が得られ(実施例4、5、7、8、10、11)、とりわけ正極集電体及び負極集電体の双方にグラファイトシートを使用した例は最も効果が顕著に表れた(実施例11)。   And when the temperature of the battery surface at the time of overcharge was compared, the lower value than the comparative example was shown in all the Examples. Among them, an example in which an anisotropic material made of any of STC-Cu, STC-Al, CNT aluminum composite, and graphite sheet is used for both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is the battery surface temperature during overcharge. (Examples 4, 5, 7, 8, 10, and 11), and the example in which the graphite sheet was used for both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector showed the most remarkable effect ( Example 11).

10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、22a…タブ、24…正極活物質層、30…負極、32…負極集電体、32a…タブ、34…負極活物質層、40…積層体、50…ケース、52…金属箔、54…高分子膜、60、62…リード、100…リチウムイオン二次電池   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode collector, 22a ... Tab, 24 ... Positive electrode active material layer, 30 ... Negative electrode, 32 ... Negative electrode collector, 32a ... Tab, 34 ... Negative electrode active material layer, 40 ... Laminated body, 50 ... case, 52 ... metal foil, 54 ... polymer film, 60, 62 ... lead, 100 ... lithium ion secondary battery

Claims (9)

主体となる金属薄板と、前記金属薄板に含有される異方性熱伝導体とを有する集電体。   A current collector comprising a metal thin plate as a main component and an anisotropic thermal conductor contained in the metal thin plate. 前記異方性熱伝導体として、カーボンナノチューブ、グラフェン、アルミニウム系STC、及び銅系STCのいずれかを少なくとも一種含む請求項1に記載の集電体。   The current collector according to claim 1, comprising at least one of carbon nanotubes, graphene, aluminum-based STCs, and copper-based STCs as the anisotropic heat conductor. 前記金属薄板の表面に沿う所定の方向に、前記所定の方向とは異なる方向よりも高い熱伝導性を有する請求項1又は2に記載の集電体。   The current collector according to claim 1, wherein the current collector has higher thermal conductivity in a predetermined direction along the surface of the metal thin plate than in a direction different from the predetermined direction. 前記所定の方向の熱伝導率が500W/m・K以上である請求項3に記載の集電体。   The current collector according to claim 3, wherein the heat conductivity in the predetermined direction is 500 W / m · K or more. 正極集電体と、前記正極集電体上の主面に形成された正極層とを有する正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上の主面に形成された負極層とを有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在して双方を隔てるセパレータと、
非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極集電体又は前記負極集電体の少なくともいずれか一方が、請求項1から4のいずれか一項に記載の集電体であるリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on a main surface of the positive electrode current collector;
A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on a main surface of the negative electrode current collector;
A separator that is interposed between the positive electrode and the negative electrode to separate them;
A lithium ion secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte,
The lithium ion secondary battery in which at least one of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is the current collector according to any one of claims 1 to 4.
異方性熱伝導体からなり、表面に沿う所定の方向に、前記所定の方向とは異なる方向よりも高い熱伝導性を有する集電体。   A current collector made of an anisotropic heat conductor and having higher thermal conductivity in a predetermined direction along the surface than in a direction different from the predetermined direction. 前記異方性熱伝導体がグラファイトシートである請求項6に記載の集電体。   The current collector according to claim 6, wherein the anisotropic heat conductor is a graphite sheet. 前記所定の方向の熱伝導率が500W/m・K以上である請求項6又は7に記載の集電体。   The current collector according to claim 6 or 7, wherein the thermal conductivity in the predetermined direction is 500 W / m · K or more. 正極集電体と、前記正極集電体上の主面に形成された正極層とを有する正極と、
負極集電体と、前記負極集電体上の主面に形成された負極層とを有する負極と、
前記正極と前記負極との間に双方を隔てて介在するセパレータと、
非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極集電体又は前記負極集電体の少なくともいずれか一方が、請求項6から8のいずれか一項に記載の集電体であるリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on a main surface of the positive electrode current collector;
A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on a main surface of the negative electrode current collector;
A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode with a gap therebetween,
A lithium ion secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte,
The lithium ion secondary battery in which at least one of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is the current collector according to any one of claims 6 to 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020149920A (en) * 2019-03-15 2020-09-17 Tdk株式会社 Lithium secondary battery
CN113764614A (en) * 2020-06-01 2021-12-07 本田技研工业株式会社 Secondary battery

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