JP2019053862A - Laminated electrode body and power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層電極体及び蓄電素子に関する。 The present invention relates to a laminated electrode body and a storage element.
携帯電話、電気自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。近年、これらの機器の高出力化や高性能化に伴い、より小型でエネルギー密度(電気容量)が大きい蓄電素子が求められている。 Chargeable / dischargeable storage elements are used in various devices such as mobile phones and electric vehicles. In recent years, with higher output and higher performance of these devices, there is a demand for a power storage element that is smaller and has a higher energy density (electric capacity).
一般に蓄電素子は、表面に正極活物質層が形成された正極板と表面に負極活物質層が形成された負極板とを電気絶縁性を有するセパレータを介して交互に積層して形成される積層電極体を有する。このような蓄電素子で単位体積当たりのエネルギー密度を大きくするには、セパレータを薄くすることが有効である。このため、セパレータを樹脂フィルムによって形成した蓄電素子が実用化されている。 In general, a storage element is formed by alternately stacking a positive electrode plate having a positive electrode active material layer formed on a surface and a negative electrode plate having a negative electrode active material layer formed on a surface through an electrically insulating separator. It has an electrode body. In order to increase the energy density per unit volume in such a storage element, it is effective to make the separator thinner. For this reason, the electrical storage element which formed the separator with the resin film is put in practical use.
蓄電素子では、負極において電析によって生成される金属析出物(例えばリチウムデンドライトや金属異物の溶解析出による金属析出物)がセパレータを貫通して正極板と負極板とを微小短絡させる可能性がある。正極板又は負極板を挟む一対のセパレータの外縁を接着して袋状にした袋詰電極板を用いて、正極板近傍の電解液に析出物を生成し得る金属イオンを生じる金属種が混入することを抑制し、金属イオンが負極に接触して電析することを抑制する積層電極体が公知である。 In a power storage device, metal deposits generated by electrodeposition in the negative electrode (for example, metal deposits due to dissolution and precipitation of lithium dendrite or metal foreign matter) may penetrate the separator and cause a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate. . A metal electrode that generates metal ions capable of forming precipitates is mixed in the electrolyte solution in the vicinity of the positive electrode plate by using a bag-shaped electrode plate formed by bonding the outer edges of a pair of separators sandwiching the positive electrode plate or the negative electrode plate into a bag shape. A laminated electrode body that suppresses this and prevents electrodeposition of metal ions in contact with the negative electrode is known.
正極板又は負極板の平面視外側に形成されるセパレータの接着部分は充放電に寄与しないため、セパレータの接着部分は蓄電素子内部の所定空間を占有して蓄電素子のエネルギー密度を大きくする妨げとなり得る。 Since the bonded portion of the separator formed outside the positive electrode plate or the negative electrode plate in plan view does not contribute to charging / discharging, the bonded portion of the separator occupies a predetermined space inside the power storage element and prevents the energy density of the power storage element from being increased. obtain.
積層電極体において、平面視で正極板が負極板からはみ出すと負極板の端部に電流が集中して電析が局所的に促進される。このため、積層電極体では、正極板の平面寸法が負極板の平面寸法よりも小さい必要があり、これも蓄電素子のエネルギー密度を制限する要因となっている。 In the laminated electrode body, when the positive electrode plate protrudes from the negative electrode plate in plan view, the current concentrates at the end of the negative electrode plate, and the electrodeposition is promoted locally. For this reason, in the laminated electrode body, the planar dimension of the positive electrode plate needs to be smaller than the planar dimension of the negative electrode plate, which is also a factor that limits the energy density of the storage element.
樹脂フィルムから形成されるセパレータは、比較的熱に弱いため、蓄電素子のエネルギー密度を大きくすると、セパレータが熱により損傷し、電析によって生成される金属析出物がセパレータを貫通して正極板と負極板とを微小短絡させる可能性がある。このため、セパレータの電極板に当接する面に耐熱層(無機層)を形成し、セパレータの耐熱性を向上した蓄電素子が提案されている(特開2013−143337号公報参照)。 Since the separator formed from the resin film is relatively weak against heat, when the energy density of the energy storage device is increased, the separator is damaged by heat, and metal precipitates generated by electrodeposition penetrate the separator and the positive electrode plate. There is a possibility of short-circuiting the negative electrode plate. For this reason, a power storage element has been proposed in which a heat-resistant layer (inorganic layer) is formed on the surface of the separator that comes into contact with the electrode plate to improve the heat resistance of the separator (see JP 2013-143337 A).
前記公報に記載の蓄電素子では、正極板を一対のセパレータで挟み、正極板の平面視外側において一対のセパレータを接着した袋詰正極板と、正極板よりも大きく、且つセパレータよりも小さい袋詰めされていない負極板とを交互に積層した積層電極体を外装材の中に収容している。外周部において複数のセパレータを外装材で挟むことによって複数の袋詰正極板及び複数の負極板を保持している。 In the electricity storage device described in the above publication, a positive electrode plate is sandwiched between a pair of separators, and a packaged positive electrode plate in which the pair of separators are bonded to each other on the outside in plan view, and a bagging larger than the positive electrode plate and smaller than the separator. A laminated electrode body in which negative electrode plates that are not formed are alternately laminated is accommodated in an exterior material. A plurality of packed positive plates and a plurality of negative plates are held by sandwiching a plurality of separators with an exterior material at the outer periphery.
このように、複数の袋詰正極板と複数の負極板とを交互に積層する場合、積層電極体の中で負極板を正確に位置決めすることが難しい。正極板が負極板からはみ出さないよう正極板を小さく形成することが必要となるため、エネルギー密度の向上が阻害される。また、正極板を小さくしても、袋詰正極板の上に負極板を正確に位置決めして配置する必要があることから、複数の袋詰正極板と複数の負極板とを積層する作業が煩雑であり、製造効率の向上が制限される。 Thus, when laminating a plurality of packaged positive plates and a plurality of negative plates alternately, it is difficult to accurately position the negative plates in the laminated electrode body. Since it is necessary to make the positive electrode plate small so that the positive electrode plate does not protrude from the negative electrode plate, improvement in energy density is hindered. Even if the positive electrode plate is made smaller, it is necessary to accurately position and dispose the negative electrode plate on the packaged positive electrode plate. Therefore, the work of laminating a plurality of packaged positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates is difficult. It is complicated and the improvement of production efficiency is limited.
本発明は、効率よく製造することができ、エネルギー密度が大きい積層電極体及び蓄電素子を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a laminated electrode body and a storage element that can be efficiently manufactured and have a high energy density.
本発明の一態様に係る積層電極体は、正極板と、前記正極板に積層される負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に挟まれるセパレータとを備え、前記セパレータが、多孔質樹脂層と、間欠的に形成されて前記正極板又は前記負極板に直接対向する接着層とを有し、前記接着層が、セパレータの平面視において前記セパレータの外縁から連続する接着剤非存在領域を残すよう配置される。 A laminated electrode body according to an aspect of the present invention includes a positive electrode plate, a negative electrode plate laminated on the positive electrode plate, and a separator sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the separator is a porous resin layer. And an adhesive layer that is intermittently formed and directly faces the positive electrode plate or the negative electrode plate, and the adhesive layer leaves an adhesive non-existing region continuous from the outer edge of the separator in a plan view of the separator. Arranged so that.
本発明の一態様に係る積層電極体は、効率よく製造することができ、且つエネルギー密度が大きい。 The laminated electrode body according to one embodiment of the present invention can be efficiently manufactured and has a high energy density.
本発明の一態様に係る積層電極体は、正極板と、前記正極板に積層される負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に挟まれるセパレータとを備え、前記セパレータが、多孔質樹脂層と、間欠的に形成されて前記正極板又は前記負極板に直接対向する接着層とを有し、前記接着層が、セパレータの平面視において前記セパレータの外縁から連続する接着剤非存在領域を残すよう配置される。 A laminated electrode body according to an aspect of the present invention includes a positive electrode plate, a negative electrode plate laminated on the positive electrode plate, and a separator sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the separator is a porous resin layer. And an adhesive layer that is intermittently formed and directly faces the positive electrode plate or the negative electrode plate, and the adhesive layer leaves an adhesive non-existing region continuous from the outer edge of the separator in a plan view of the separator. Arranged so that.
当該積層電極体は、セパレータが接着層を有することで正極板及び負極板の少なくともいずれかと接着されるので、セパレータと正極板及び負極板の少なくともいずれかとの相対位置が正確且つ不変である。このため、当該積層電極体は、正極板と負極板とを正確に積層することが容易であり、正極板と負極板との対向面積を大きくしても正極板が負極板からはみ出して電析を助長することが防止される。また、当該積層電極体は、前記接着層がセパレータの外縁から連続する接着剤非存在領域を残すよう配置されるので、この接着剤非存在領域を通して電解液をセパレータ全体に効率よく含浸させることができる。このため、当該積層電極体は、効率よく製造することができ且つエネルギー密度が大きい。 Since the separator has an adhesive layer, the laminated electrode body is bonded to at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, so that the relative position between the separator and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is accurate and unchanged. For this reason, the laminated electrode body is easy to accurately laminate the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the positive electrode plate protrudes from the negative electrode plate even when the opposing area between the positive electrode plate and the negative electrode plate is increased. Is promoted. Further, since the laminated electrode body is arranged so that the adhesive layer remains in a region where no adhesive is present from the outer edge of the separator, it is possible to efficiently impregnate the entire separator with the electrolytic solution through the region where the adhesive is absent. it can. For this reason, the said laminated electrode body can be manufactured efficiently, and its energy density is large.
前記接着層の前記セパレータの平面視における形状が、互いに平行に配置される複数の波線パターンであることが好ましい。この構成によれば、接着層によってセパレータを正極板又は負極板に対して一様且つ堅固に接着することができる。 It is preferable that the shape of the adhesive layer in the plan view of the separator is a plurality of wavy line patterns arranged in parallel to each other. According to this configuration, the separator can be uniformly and firmly bonded to the positive electrode plate or the negative electrode plate by the adhesive layer.
前記波線パターンの平均振幅が、前記波線パターンの平均間隔以上であることが好ましい。この構成によれば、セパレータを直線状に切断したときに切断方向に拘わらず切断線が必ず波線パターンを横切るため、波線パターンが切断された部分において接着剤非存在領域がセパレータの外縁に達し、電解液の導入を促進することができる。また、この構成によって、セパレータを方形状に切断したときに4辺にそれぞれ必ず波線パターンの切断箇所が存在することで、正極板又は負極板を挟む一対のセパレータの外周部を正極板又は負極板の外側で確実に接着することができる。 It is preferable that an average amplitude of the wavy line pattern is equal to or greater than an average interval of the wavy line patterns. According to this configuration, when the separator is cut in a straight line, the cutting line always crosses the wavy pattern regardless of the cutting direction, so the adhesive non-existing region reaches the outer edge of the separator in the portion where the wavy pattern is cut, The introduction of the electrolytic solution can be promoted. In addition, with this configuration, when the separator is cut into a square shape, there are always cut portions of the wavy pattern on each of the four sides, so that the outer peripheral portion of the pair of separators sandwiching the positive electrode plate or the negative electrode plate is connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate It is possible to securely bond outside the surface.
前記波線パターンの平均幅が、前記波線パターンの平均間隔の0.2倍以上5倍以下であることが好ましい。この構成によれば、接着力を確保しつつ、接着剤非存在領域を通して電解液を浸透させることが容易となる。 It is preferable that the average width of the wavy line pattern is 0.2 to 5 times the average interval of the wavy line pattern. According to this configuration, it is easy to infiltrate the electrolyte solution through the adhesive non-existing region while securing the adhesive force.
前記波線パターンの平均幅が、0.5mm以上5mm以下であることが好ましい。この構成によれば、十分な接着力を得ながら波線パターンの直下の多孔質樹脂層に電解液を迅速に含浸させる効果をより確実にすることができる。 It is preferable that an average width of the wavy line pattern is 0.5 mm or more and 5 mm or less. According to this configuration, the effect of rapidly impregnating the electrolytic solution into the porous resin layer immediately below the wavy line pattern while obtaining a sufficient adhesive force can be further ensured.
本発明の別の態様に係る蓄電素子は、前記積層電極体と、前記積層電極体を収容するケースとを備える。当該蓄電素子は、前記積層電極体を用いるため、効率よく製造することができ、且つエネルギー密度が大きい。 The electrical storage element which concerns on another aspect of this invention is equipped with the said multilayer electrode body and the case which accommodates the said multilayer electrode body. Since the power storage element uses the laminated electrode body, it can be efficiently manufactured and has a high energy density.
なお、「波線」とは、周期的に繰り返し屈曲する線状であることを意味し、例えば正弦波状、矩形波状、三角波状、鋸波状、その他の任意の波形が繰り返されるものとすることができる。 “Wavy line” means a line shape that bends periodically and repeatedly. For example, a sine wave shape, a rectangular wave shape, a triangular wave shape, a sawtooth wave shape, or any other waveform can be repeated. .
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
図1に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子の構成を示す。この蓄電素子は、積層電極体1と、この積層電極体1を収容するケース2とを備える。ケース2の中には、積層電極体1と共に電解液が封入される。
In FIG. 1, the structure of the electrical storage element which concerns on one Embodiment of this invention is shown. The power storage element includes a laminated
積層電極体1は、図2に示すように、複数の正極板3と、正極板3と交互に積層される複数の負極板4と、正極板3及び負極板4の間に挟まれる複数のセパレータ5とを備える。また、積層電極体1は、複数の正極板3、負極板4及びセパレータ5の積層体の外周を覆う絶縁性を有する樹脂フィルム6を有することが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
積層電極体1は、それぞれn枚の正極板3及び負極板4と2n枚のセパレータ5とから形成される複数の電極ユニットUと、1枚のさらなる負極板4とを積層して形成することができる(nは自然数)。
The
各電極ユニットUは、複数のサブユニットSを積層して形成することができる。このサブユニットSは、図3に示すように、2枚のセパレータ5と、この2枚のセパレータ5の間に配置されて接着固定された1枚の正極板3と、2枚のセパレータ5のうちの一方のセパレータにおける、正極板3と反対側の面に接着固定された1枚の負極板4とを備える。
Each electrode unit U can be formed by stacking a plurality of subunits S. As shown in FIG. 3, the subunit S includes two
正極板3は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電体7と、この正極集電体7の表面に積層される正極活物質層8とを有する。より具体的には、正極板3は、正極集電体7の表面に正極活物質層8が積層される平面視矩形状の活物質領域と、この活物質領域から正極集電体7が活物質領域よりも幅の小さい帯状に延出する正極タブ9(図4参照)とを有する。
The
正極板3の正極集電体7の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電体7の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電体7としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H4000(2014)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。
As a material of the positive electrode
正極集電体7の平均厚さの下限としては、5μmが好ましく、10μmがより好ましい。一方、正極集電体7の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、40μmがより好ましい。正極集電体7の平均厚さを前記下限以上とすることによって、正極集電体7に十分な強度を付与することができる。また、正極集電体7の平均厚さを前記上限以下とすることによって、積層電極体1のエネルギー密度を大きくすることができる。
The lower limit of the average thickness of the positive electrode
正極活物質層8は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層8を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。
The positive electrode
前記正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiαCo(1−α)O2、LixNiαMnβCo(1−α−β)O2、LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層8においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。
Examples of the positive electrode active material include complex oxides (Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x ) represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal). MnO 3, Li x Ni α Co (1-α)
正極活物質層8における正極活物質の含有量の下限としては、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、94質量%がより好ましい。正極活物質の含有量を前記下限以上とすることによって、積層電極体1のエネルギー密度を大きくすることができる。また、正極活物質の含有量を前記上限以下とすることによって、正極活物質層8の強度を確保することができる。
As a minimum of content of the positive electrode active material in the positive electrode
前記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect battery performance. Examples of such a conductive agent include carbon black such as natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber.
正極活物質層8における導電剤の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、導電剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。導電剤の含有量を前記範囲内とすることで、積層電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of content of a conductive agent in cathode
前記バインダとしては、例えばフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム等のエラストマー、多糖類高分子などが挙げられる。 Examples of the binder include thermoplastic resins such as fluorine resin (polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, etc.), polyethylene, polypropylene, polyimide, etc., such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine. Examples thereof include elastomers such as rubber, polysaccharide polymers, and the like.
正極活物質層8におけるバインダの含有量の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましい。一方、バインダの含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。バインダの含有量を前記範囲内とすることで、正極活物質を安定して保持することができる。
As a minimum of content of the binder in the positive electrode
前記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like.
前記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。 The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, and carbon.
正極活物質層8の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、20μmがより好ましい。一方、正極活物質層8の平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましい。正極活物質層8の平均厚さを前記下限以上とすることによって、正極反応を十分に活性化することができる。また、正極活物質層8の平均厚さを前記上限以下とすることによって、積層電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of average thickness of positive electrode
負極板4は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電体10と、この負極集電体10の表面に積層される負極活物質層11とを有する。具体的には、負極板4は、負極集電体10の表面に活物質層が積層される平面視矩形状の活物質領域と、この活物質領域から活物質領域よりも幅の小さい帯状に、正極タブ9と間隔を空けて正極タブ9と同じ方向に延出する負極タブ12(図4参照)とを有する。
The
負極板4の負極集電体10は、上述の正極集電体7と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板4の負極集電体10としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
The negative electrode
負極活物質層11は、負極活物質を含むいわゆる負極板合材から形成される。また、負極活物質層11を形成する負極板合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層8と同様のものを用いることができる。
The negative electrode
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属、金属酸化物、ポリリン酸化合物、例えば黒鉛、非晶質炭素(易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably used. Specific examples of the negative electrode active material include metals such as lithium and lithium alloys, metal oxides, polyphosphate compounds such as carbon materials such as graphite and amorphous carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Is mentioned.
前記負極活物質の中でも、正極板3と負極板4との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲内とする観点から、Si、Si酸化物、Sn、Sn酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Si酸化物を用いることが特に好ましい。なお、SiとSnとは、酸化物にした際に、黒鉛の3倍程度の放電容量を持つことができる。
Among the negative electrode active materials, Si, Si oxide, Sn, Sn oxide, or a combination thereof is used from the viewpoint of setting the discharge capacity per unit facing area between the
負極活物質としてSi酸化物を用いる場合、Si酸化物に含まれるOのSiに対する原子数の比としては0超2未満が好ましい。つまり、Si酸化物としては、SiOx(0<x<2)で表される化合物が好ましい。また、前記原子数の比としては、0.5以上1.5以下がより好ましい。 When Si oxide is used as the negative electrode active material, the ratio of the number of atoms of O to Si contained in the Si oxide is preferably more than 0 and less than 2. That is, as the Si oxide, a compound represented by SiO x (0 <x <2) is preferable. The ratio of the number of atoms is more preferably 0.5 or more and 1.5 or less.
なお、負極活物質は上述したものを一種単体で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。例えば、Si酸化物と他の負極活物質とを混合して用いることで、正極板3と負極板4との単位対向面積当たりの放電容量及び後述する負極活物質の質量に対する前記正極活物質の質量の比が共に好適な値となるように調整できる。Si酸化物と混合して用いる他の負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、コークス類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、フラーレン、活性炭等の炭素材料が挙げられる。これらの炭素材料は、一種のみをSi酸化物と混合してもよいし、二種以上を任意の組み合わせ及び比率でSi酸化物と混合してもよい。これらの他の負極活物質の中でも、充放電電位が比較的卑である黒鉛が好ましく、黒鉛を用いることで高いエネルギー密度の二次電池素子が得られる。Si酸化物と混合して用いる黒鉛としては、鱗片状黒鉛、球状黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、充放電を繰り返してもSi酸化物粒子表面との接触を維持し易い鱗片状黒鉛が好ましい。
As the negative electrode active material, those described above may be used singly or in combination of two or more. For example, by using a mixture of Si oxide and another negative electrode active material, the discharge capacity per unit facing area between the
さらに、負極活物質層11は、Si酸化物に加えて少量のB、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。
Furthermore, the negative electrode
前記Si酸化物(一般式SiOxで表される物質)として、SiO2及びSiの両相を含むものを使用することが好ましい。このようなSi酸化物は、SiO2のマトリックス中のSiにリチウムが吸蔵及び放出されるため、体積変化が小さく、且つ充放電サイクル特性に優れる。 As the Si oxide (substance represented by the general formula SiO x ), it is preferable to use a material containing both phases of SiO 2 and Si. Such an Si oxide has a small volume change and excellent charge / discharge cycle characteristics because lithium is occluded and released in Si in the SiO 2 matrix.
また、前記Si酸化物の平均粒子径は、1μm以上15μm以下が好ましい。Si酸化物の平均粒子径を前記上限以下とすることで、積層電極体1の充放電サイクル特性を向上することができる。
The average particle size of the Si oxide is preferably 1 μm or more and 15 μm or less. By making the average particle diameter of the Si oxide not more than the above upper limit, the charge / discharge cycle characteristics of the
前記Si酸化物は、高結晶性のものからアモルファスのものまで使用することができる。さらに、Si酸化物としては、フッ化水素、硫酸などの酸で洗浄されているものや水素で還元されているものを使用してもよい。 The Si oxide can be used from highly crystalline to amorphous. Further, as the Si oxide, one washed with an acid such as hydrogen fluoride or sulfuric acid or one reduced with hydrogen may be used.
負極活物質におけるSi酸化物の含有量の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%より好ましく、70質量%がさらに好ましい。一方、Si酸化物の含有量の上限としては、通常100質量%であり、90質量%が好ましい。負極活物質におけるSi酸化物の含有量を上記範囲内とすることで、積層電極体1の放電サイクル特性を向上することができる。
As a minimum of content of Si oxide in a negative electrode active material, 30 mass% is preferred, 50 mass% is more preferred, and 70 mass% is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the content of Si oxide is usually 100% by mass, and preferably 90% by mass. By setting the content of the Si oxide in the negative electrode active material within the above range, the discharge cycle characteristics of the
負極活物質層11における負極活物質の含有量の下限としては、60質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましい。一方、負極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、98質量%がより好ましい。負極活物質の含有量を前記範囲内とすることで、積層電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of content of the negative electrode active material in the negative electrode
負極活物質層11におけるバインダの含有量の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、バインダの含有量の上限としては、20質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。バインダの含有量を前記範囲内とすることで、負極活物質を安定して保持することができる。
As a minimum of content of the binder in the negative electrode
負極活物質層11の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、20μmがより好ましい。一方、負極活物質層11の平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましい。負極活物質層11の平均厚さを前記下限以上とすることによって、負極反応を十分に活性化することができる。また、負極活物質層11の平均厚さを前記上限以下とすることによって、積層電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of average thickness of negative electrode
セパレータ5は、正極板3と負極板4との間に介在して正極板3と負極板4とが直接接触することを防止すると共に、その内部に電解液が含浸して、正極板3と負極板4との間でイオンを介した電荷の受け渡しを可能にする。
The
図5に詳しく示すように、セパレータ5は、シート状の多孔質樹脂層13と、この多孔質樹脂層13の少なくとも正極板3に対向する面に積層された耐酸化層14と、この多孔質樹脂層13及び耐酸化層14の積層体の両面にそれぞれ間欠的に形成されて正極板3又は負極板4に直接対向(当接)する一対の接着層15とを有する。
As shown in detail in FIG. 5, the
セパレータ5の多孔質樹脂層13は、主に電解液を保持する層であり、多孔質樹脂フィルムから形成される。
The
この多孔質樹脂層13の主成分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、多孔質樹脂層13の主成分としては、耐電解液性及び耐久性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。
Examples of the main component of the
多孔質樹脂層13の平均厚さの下限としては、5μmが好ましく、10μmがより好ましい。一方、多孔質樹脂層13の平均厚さの上限としては、30μmが好ましく、20μmがより好ましい。多孔質樹脂層13の平均厚さを前記下限以上とすることによって、セパレータ5同士の接着時に多孔質樹脂層13が破断することを防止できる。また、多孔質樹脂層13の平均厚さを前記上限以下とすることによって、積層電極体1のエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of average thickness of
セパレータ5の耐酸化層14は、多孔質樹脂層13が酸化して劣化することを抑制するために設けられる層であり、多数の無機粒子とこの無機粒子間を接続するバインダとを含む。
The oxidation-
無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐酸化層14の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。
As the main component of the inorganic particles, for example, oxides such as alumina, silica, zirconia, titania, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide, nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, silicon carbide, carbonate Calcium, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate Etc. Among these, alumina, silica, and titania are particularly preferable as the main component of the inorganic particles of the oxidation
耐酸化層14の無機粒子の平均粒子径の下限としては、1nmが好ましく、7nmがより好ましい。一方、無機粒子の平均粒子径の上限としては、5μmが好ましく、1μmがより好ましい。無機粒子の平均粒子径を前記下限以上とすることによって、耐酸化層14中のバインダの比率を小さくして、耐酸化層14の耐熱性を大きくすることができる。また、無機粒子の平均粒子径を前記上限以下とすることによって、均質な耐酸化層14を形成することができる。なお、「平均粒子径」とは、透過電子顕微鏡(TEM)又は走査電子顕微鏡(SEM)を用いてJIS−670に準じて測定される値である。
The lower limit of the average particle size of the inorganic particles of the oxidation
耐酸化層14のバインダの主成分としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の合成ゴム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩等のセルロース誘導体、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド及びその前駆体(ポリアミック酸等)等のポリイミド、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルなどが挙げられる。
Examples of the main component of the binder of the oxidation-
耐酸化層14の平均厚さの下限としては、2μmが好ましく、4μmがより好ましい。一方、耐酸化層14の平均厚さの上限としては、6μmが好ましく、5μmがより好ましい。耐酸化層14の平均厚さを前記下限以上とすることによって、耐酸化層14がセパレータ5の接着固定時に破断することを防止できる。また、耐酸化層14の平均厚さを前記上限以下とすることによって、セパレータ5の厚さが不必要に大きくなることを抑制して積層電極体1ひいては当該蓄電素子のエネルギー密度を大きくすることができる。
The lower limit of the average thickness of the oxidation
セパレータ5の接着層15は、正極板3及び負極板4における電極反応を可能にすることができるようイオン伝導性を有すると共に、セパレータ5を正極板3及び負極板4に接着する層である。具体的には、接着層15は、加熱により接着性を発現する層であることが好ましく、常温を超える温度、例えば60℃以上の温度且つセパレータ5のシャットダウン温度(多孔質樹脂層13が溶融する温度)未満の温度に晒されたときに接着性を発現することができる(接着性を発現する温度が60℃以上且つセパレータ5のシャットダウン温度未満である)よう構成される。接着層15をこのような温度範囲で接着性を発現するよう構成することによって、常温では接着層15が接着性を発現しないことからサブユニットSの取り扱いが容易となり、且つ他の構成要素がダメージを受けない程度に加熱することで接着層15が接着性を発現することで、他のサブユニットSと容易に接合して、電極ユニットUひいては積層電極体1を効率よく形成することができる。
The
接着層15は、図4に示すように、セパレータ5の平面視において、セパレータ5の外縁から連続する接着剤非存在領域Eを残すようパターニングして配置される。セパレータ5が接着剤非存在領域Eを有するように接着層15がパターニングされることによって、当該蓄電素子の製造時に、この接着剤非存在領域Eを通して多孔質樹脂層13の全体に迅速に電解液を含浸させることができる。
As shown in FIG. 4, the
セパレータ5の平面視における接着層15の形状としては、例えば散点、ストライプ等であってもよいが、互いに平行に配置される複数の波線パターンWであることが好ましい。接着層15が複数の波線パターンWとして形成されることによって、連続する接着剤非存在領域Eを残しつつセパレータ5の全体に接着剤を分散して配置して、セパレータ5を正極板3又は負極板4に対して一様且つ堅固に接着することができる。
The shape of the
波線パターンWの平均振幅の下限としては、波線パターンWの平均間隔(接着剤非存在領域Eの平均幅)の1.0倍が好ましく、1.2倍がより好ましい。一方、波線パターンWの平均振幅の上限としては、波線パターンWの平均間隔の5倍が好ましく、4倍がより好ましい。波線パターンWの平均振幅を前記下限以上とすることによって、セパレータ5を直線状に切断したときに切断線が必ず波線パターンWを横切るため、セパレータ5を方形状に形成した場合にセパレータ5の4辺の外縁全てに接着剤非存在領域Eが形成されると共に波線パターンW(接着剤)が配置される。このため、接着剤非存在領域Eを通した電解液の導入を促進することができ、且つ、波線パターンWによって正極板3又は負極板4を挟んで対向するセパレータ5の外縁同士を接着して、正極板3又は負極板4の外縁部に異物が混入して電析を生じることを防止することができる。
The lower limit of the average amplitude of the wavy line pattern W is preferably 1.0 times the average interval (average width of the adhesive non-existing region E) of the wavy line pattern W, and more preferably 1.2 times. On the other hand, the upper limit of the average amplitude of the wavy pattern W is preferably 5 times the average interval of the wavy pattern W, and more preferably 4 times. By setting the average amplitude of the wavy line pattern W to be equal to or higher than the lower limit, the cutting line always crosses the wavy line pattern W when the
波線パターンWの平均幅の下限としては、波線パターンWの平均間隔の0.2倍が好ましく、0.5倍がより好ましい。一方、波線パターンWの平均幅の上限としては、波線パターンWの平均間隔の5倍が好ましく、3倍がより好ましい。波線パターンWの平均幅を前記下限以上とすることによって、接着層15が十分な接着力を発現することができる。また、波線パターンWの平均幅を前記上限以下とすることによって、多孔質樹脂層13の接着層15で覆われている部分への電解液の含浸を容易にすることができる。
The lower limit of the average width of the wavy line pattern W is preferably 0.2 times the average interval of the wavy line pattern W, and more preferably 0.5 times. On the other hand, the upper limit of the average width of the wavy line pattern W is preferably 5 times the average interval of the wavy line pattern W, and more preferably 3 times. By setting the average width of the wavy line pattern W to be equal to or more than the lower limit, the
具体的な波線パターンWの平均幅の下限としては、0.5mmが好ましく、1mmがより好ましい。一方、波線パターンWの平均幅の上限としては、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。波線パターンWの平均幅を前記下限以上とすることによって、接着層15の接着力を十分に大きくすることができると共に、接着層15の形成が容易となる。また、波線パターンWの平均幅を前記上限以下とすることによって、多孔質樹脂層13の接着層15で覆われている部分への電解液の含浸を容易にすることができる。
As a specific lower limit of the average width of the wavy line pattern W, 0.5 mm is preferable and 1 mm is more preferable. On the other hand, the upper limit of the average width of the wavy line pattern W is preferably 5 mm, and more preferably 3 mm. By setting the average width of the wavy line pattern W to be equal to or greater than the lower limit, the adhesive force of the
接着層15は、イオン伝導性を発現する粒子と、バインダとを含む混合材料から形成することができる。具体的には、接着層15は、電解液を含んでイオン伝導性を担保する固体電解液粒子と、例えば加熱、超音波振動等により接着性を発現するバインダとを含む材料から形成することができる。接着層15は、液体及び気体が通過できるよう、連続気孔を有することが好ましい。
The
接着層15の平均厚さの下限としては、0.1μmが好ましく、0.2μmがより好ましく、0.4μmがさらに好ましい。一方、接着層15の平均厚さの上限としては、5μmが好ましく、3μmがより好ましく、1.2μmがさらに好ましい。接着層15の平均厚さを前記下限以上とすることによって、十分な接着性を得ることができる。また、接着層15の平均厚さを前記上限以下とすることによって、十分なイオン伝導性を得ることができる。
The lower limit of the average thickness of the
接着層15の固体電解液粒子の材質としては、例えば無機固体電解液、純正固体高分子電解液、高分子ゲル電解液(Gel Polymer Electrolyte)等が挙げられるが、中でもイオン伝導度を大きくできると共に均質で粒子径を調節し易い高分子ゲル電解液が特に好適に用いられる。
Examples of the material of the solid electrolyte particles of the
高分子ゲル電解液は、電解液を高分子によってゲル化することによって取り扱いを容易化したものである。電解液をゲル化する高分子としては、例えばフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリメチルメタクリル酸、ポリアクリロニトリル等を挙げることができる。 The polymer gel electrolyte is one that is made easy to handle by gelling the electrolyte with a polymer. Examples of the polymer that gels the electrolytic solution include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polymethylmethacrylic acid, polyacrylonitrile, and the like.
高分子ゲル電解液の電解液としては、有機溶媒に支持電解液を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解液としては、リチウム塩が好適に用いられる。リチウム塩としては、特に制限はないが、例えばLiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLi等が挙げられる。中でも、有機溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが特に好ましい。
As the electrolytic solution of the polymer gel electrolytic solution, an organic electrolytic solution in which a supporting electrolytic solution is dissolved in an organic solvent is used. A lithium salt is preferably used as the supporting electrolyte. The lithium salt is not particularly limited, for example LiPF 6, LiAsF 6, LiBF 4 , LiSbF 6,
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解液を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート類、例えばγ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類、例えば1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類など一種又は複数種を組み合わせて用いることができる。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いカーボネート類が特に好適に用いられる。 The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolytic solution. For example, carbonates such as dimethyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and methyl ethyl carbonate, for example, Esters such as γ-butyrolactone and methyl formate, ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran, and sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide can be used alone or in combination. Among these, carbonates having a high dielectric constant and a wide stable potential region are particularly preferably used.
電解液中における支持電解液の濃度の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、電解液中における支持電解液の濃度の上限としては、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましい。電解液中における支持電解液の濃度を前記範囲内とすることによって、比較的大きいイオン伝導性を得ることができる。 As a minimum of the density | concentration of the support electrolyte solution in electrolyte solution, 1 mass% is preferable and 5 mass% is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the density | concentration of the support electrolyte solution in electrolyte solution, 30 mass% is preferable and 20 mass% is more preferable. By setting the concentration of the supporting electrolyte in the electrolyte within the above range, relatively high ion conductivity can be obtained.
固体電解液粒子の平均粒子径の下限としては、0.1μmが好ましく、0.2μmがより好ましい。一方、固体電解液粒子の平均粒子径の上限としては、2μmが好ましく、1μmがより好ましい。固体電解液粒子の平均粒子径を前記下限以上とすることによって、固体電解液粒子同士を接触させて接着層15にイオン伝導性を付与することが容易となる。また、固体電解液粒子の平均粒子径を前記上限以下とすることによって、接着層15を均一な膜状に形成することが容易となる。
The lower limit of the average particle diameter of the solid electrolyte particles is preferably 0.1 μm, and more preferably 0.2 μm. On the other hand, the upper limit of the average particle diameter of the solid electrolyte solution particles is preferably 2 μm, and more preferably 1 μm. By setting the average particle diameter of the solid electrolyte solution particles to be equal to or larger than the lower limit, the solid electrolyte solution particles can be brought into contact with each other to easily impart ion conductivity to the
固体電解液粒子の形状としては、固体電解液粒子同士の接触を促進してイオン伝導性を大きくできるよう、例えば棒状、錐状、板状等の真球度が小さい形状が好ましい。 The shape of the solid electrolyte solution particles is preferably a shape having a small sphericity such as a rod shape, a cone shape, or a plate shape so that the contact between the solid electrolyte solution particles can be promoted to increase the ion conductivity.
接着層15のバインダとしては、固体電解液粒子及び正極活物質層8に対して接着性を有するものであればよいが、比較的低い温度で加熱することによって、正極活物質層8に対して粘着可能な樹脂、つまり比較的低いガラス転移点を有し、粘着性を発現する高分子材料が好適に用いられる。
The binder of the
バインダのガラス転移点の下限としては、−50℃が好ましく、−45℃がより好ましい。一方、バインダのガラス転移点の上限としては、50℃が好ましく、45℃がより好ましい。バインダのガラス転移点を前記下限以上とすることによって、接着層15の強度を確保できる。また、バインダのガラス転移点を前記上限以下とすることによって、多孔質樹脂層13を損傷しない温度でセパレータ5を正極板3又は負極板4並びに正極板3又は負極板4を挟んで対向するセパレータ5の外縁部に接着することができる。
As a minimum of the glass transition point of a binder, -50 degreeC is preferable and -45 degreeC is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the glass transition point of a binder, 50 degreeC is preferable and 45 degreeC is more preferable. By setting the glass transition point of the binder to the lower limit or more, the strength of the
バインダの主成分としては、例えばアクリル系重合体等が挙げられる。アクリル重合体としては、ニトリル基を有する単量体単位及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含むニトリル基含有アクリル重合体が好適に用いられる。ここで、ニトリル基を有する単量体単位とは、例えばアクリロニトリル、メタアクリロニトリル等を重合して得られる構造単位であり、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位とは、CH2=CR1−COOR2(式中、R1は水素原子又はメチル基を、R2はアルキル基又はシクロアルキル基を表す。)で表される化合物由来の単量体単位である。ニトリル基含有アクリル重合体は、ニトリル基を有する単量体単位及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位に加えて、エチレン性不飽和酸単量体を重合して形成されるエチレン性不飽和酸単量体単位を含んでいてもよい。また、ニトリル基含有アクリル重合体は、架橋されていてもよい。 Examples of the main component of the binder include an acrylic polymer. As the acrylic polymer, a nitrile group-containing acrylic polymer containing a monomer unit having a nitrile group and a (meth) acrylic acid ester monomer unit is suitably used. Here, the monomer unit having a nitrile group is a structural unit obtained by polymerizing acrylonitrile, methacrylonitrile, or the like, for example, and the (meth) acrylic acid ester monomer unit is CH 2 ═CR 1 − It is a monomer unit derived from a compound represented by COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group). A nitrile group-containing acrylic polymer is an ethylenically unsaturated compound formed by polymerizing an ethylenically unsaturated acid monomer in addition to a monomer unit having a nitrile group and a (meth) acrylic acid ester monomer unit. An acid monomer unit may be included. The nitrile group-containing acrylic polymer may be cross-linked.
接着層15における固体電解液粒子の割合の下限としては、70質量%が好ましく、80質量%がより好ましい。一方、接着層15における固体電解液粒子の割合の上限としては、95質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。接着層15における固体電解液粒子の割合を前記下限以上とすることによって、接着層15に十分なイオン伝導性を付与することができる。また、接着層15における固体電解液粒子の割合を前記上限以下とすることによって、相対的にバインダの割合を一定以上として接着層15に十分な接着性を付与することができる。
The lower limit of the ratio of the solid electrolyte particles in the
接着層15を耐酸化層14の表面にパターニングして配置する方法としては、例えばグラビ印刷等の印刷技術を用いることができる。接着層15の波線パターンWは、印刷時に接着剤の粘性によりグラビアロールの軸方向の力(スラスト)を生じないよう、グラビアロールの周方向に延在する無端状に形成されることが好ましい。
As a method for arranging the
積層電極体1の電極ユニットUは、複数のサブユニットSを積層し、積層方向から見て正極板3及び負極板4の外側に突出しているセパレータ5の外周部をまとめて接着することにより形成することができる。
The electrode unit U of the
電極ユニットUにおいて、正極板3は、両側のセパレータ5に接着固定されているが、負極板4は、同じサブユニットSのセパレータ5のみに接着固定され、隣接するサブユニットSのセパレータ5には接着固定されていない。
In the electrode unit U, the
電極ユニットUは、正極板3及び負極板4の正極タブ9及び負極タブ12が存在しない対向する一対の側縁に沿って第1の接着領域が形成されることが好ましい。また、電極ユニットUは、正極板3及び負極板4の正極タブ9及び負極タブ12が存在する側縁及びこれに対向する側縁に沿って、複数のセパレータ5を部分的に接着した第2の接着領域が形成されてもよい。この場合、第1の接着領域及び第2の接着領域は、セパレータ5の角の近傍には形成されないことが好ましい。複数のセパレータ5を互いに密着させるために各セパレータは正極板3及び負極板4の側縁にそって、正極板3及び負極板4の厚さ方向に折り曲げられるが、セパレータ5の角の近傍では異なる方向の折り曲げが干渉するため、この部分で接着すると過度の負荷が加わってセパレータ5が損傷するおそれがある。
In the electrode unit U, it is preferable that a first bonding region is formed along a pair of opposing side edges where the
電極ユニットUが有するサブユニットSの数としては、例えば5以上15以下とすることができる。サブユニットSの積層数をこの範囲内とすることによって、両外側のセパレータ5間の距離が大きくなり過ぎない、これにより、各サブユニットSの正極板3及び負極板4の端部から突出するセパレータ5の長さを小さくしても、セパレータ5の端部同士を束ねて接着し、複数のサブユニットSを一体化することができるので、セパレータ5の使用量を低減することができる。
The number of subunits S that the electrode unit U has can be, for example, 5 or more and 15 or less. By setting the number of stacked subunits S within this range, the distance between the
樹脂フィルム6は、複数の電極ユニットUを互いに接着する際に、電極ユニットU間の位置ずれを防止すると共に、後述する導電性のケース2と負極板4とが接触することを防止する。
The resin film 6 prevents misalignment between the electrode units U when the plurality of electrode units U are bonded to each other, and prevents the
樹脂フィルム6の主成分としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。中でも、樹脂フィルム6の主成分としては、ヒートシール性が良好なポリプロピレンが特に好適である。 Examples of the main component of the resin film 6 include polypropylene, polyethylene, and polyethylene terephthalate. Among these, as the main component of the resin film 6, polypropylene having a good heat sealing property is particularly suitable.
樹脂フィルム6の平均厚さの下限としては、20μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、樹脂フィルム6の平均厚さの上限としては、150μmが好ましく、100μmがより好ましい。樹脂フィルム6の平均厚さを前記下限以上とすることによって、破れることなく、複数の電極ユニットU及び負極板4の製造途中での位置ずれを防止すると共に負極板4を保護することができる。また、樹脂フィルム6の平均厚さを前記上限以下にすることによって、複数の電極ユニットU及び負極板4の積層体を容易且つ隙間なくタイトに被覆することができるので、電極ユニットU及び負極板4の位置ずれを防止する効果を確実にすることができ、積層電極体1のエネルギー密度向上に貢献する。
As a minimum of average thickness of
ケース2は、積層電極体1を収容し、内部に電解液が封入される密閉容器である。
The
ケース2の材質としては、電解液を封入できるシール性と、積層電極体1を保護できる強度とを備えるものであれば、例えば樹脂等であってもよいが、金属が好適に用いられる。換言すると、ケース2としては、例えばラミネートフィルムから形成され、可撓性を有する袋体等であってもよいが、積層電極体1をより確実に保護できる堅固な金属ケースを用いることが好ましい。
The material of the
ケース2は、有底四角筒状のケース本体16と、このケース本体16の開口を封止する板状の蓋体17とを備える構成とすることができる。また、蓋体17には、正極板3の正極タブ9に電気的に接続される正極外部端子18と、負極板4の負極タブ12に電気的に接続される負極外部端子19とが配設される。具体的には、正極外部端子18及び負極外部端子19は、蓋体17を貫通するよう設けられる。
The
また、蓄電素子は、ケース2の内側で正極外部端子18及び負極外部端子19に取り付けられ、積層電極体1の正極タブ9及び負極タブ12が接続される正極接続部材20及び負極接続部材21をさらに備えてもよい。
In addition, the storage element is attached to the positive electrode
ケース2に積層電極体1と共に封入される電解液としては、当該蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、又は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等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート等を溶解した溶液を用いることができる。
As the electrolytic solution sealed together with the
当該蓄電素子は、特に限定されないが、積層電極体1を形成する工程(積層電極体形成工程)と、積層電極体1をケース2に収容する工程(積層電極体収容工程)と、ケース2内に電解液を充填する工程(電解液充填工程)とを備える方法によって製造することができる。
Although the said electrical storage element is not specifically limited, The process (laminated electrode body formation process) of forming the
積層電極体形成工程は、サブユニットSを形成する工程(サブユニット形成工程)と、電極ユニットUを形成する工程(電極ユニット形成工程)と、電極ユニットUを複数積層する工程(電極ユニット積層工程)と、最も外層に配置されるセパレータ5上に1枚の負極板4を配置する工程(負極板配置工程)と、複数の電極ユニットU及び負極板4を積層した状態で加熱及び加圧する工程(電極体加熱加圧工程)とを備えることが好ましい。また、積層電極体形成工程は、前記電極体加熱加圧工程の前に、複数の電極ユニットU及び負極板4の積層体の外周を樹脂フィルム6で覆う工程(樹脂フィルムラッピング工程)をさらに備えることがより好ましい。
The stacked electrode body forming step includes a step of forming the subunit S (subunit forming step), a step of forming the electrode unit U (electrode unit forming step), and a step of stacking a plurality of electrode units U (electrode unit stacking step). ), A step of disposing one
サブユニット形成工程は、2枚のセパレータ5の間に1枚の正極板3を配置すると共に2枚のセパレータ5のうちの一方のセパレータ5上に1枚の負極板4を配置する工程(配置工程)と、1枚の負極板4、2枚のセパレータ5の一方、1枚の正極板3及び2枚のセパレータ5の他方をこの順番に積層した状態で加熱及び加圧する工程(ユニット加熱加圧工程)と、2枚のセパレータ5の両側縁が正極板3及び負極板4の側縁からそれぞれ突出するように2枚のセパレータ5を切断する工程(切断工程)とを有することが好ましい。
In the subunit forming step, one
サブユニット形成工程は、最初に切断工程を行って予めサブユニットSにおける寸法に切断されたセパレータ5を用いて行ってもよいが、2枚の長尺シート状のセパレータ母材を用いて連続的に配置工程及びユニット加熱加圧工程を行った後に切断工程を行うことで、サブユニットSを連続的に効率よく製造することができる。
The subunit forming step may be performed using the
具体的に説明すると、配置工程では、2枚のセパレータ母材を連続的に供給して長手方向に搬送し、この搬送状態の2つのセパレータ母材の間に最終製品における寸法に切断された正極板3を等間隔(サブユニットSの幅と等しいピッチ)で順次挿入すると共に、一方のセパレータ母材の外側に正極板3と対向するよう最終製品における寸法に切断された負極板4を順次配置する。
More specifically, in the placement step, two separator base materials are continuously supplied and transported in the longitudinal direction, and the positive electrode is cut to the dimensions of the final product between the two separator base materials in the transported state. The
ユニット加熱加圧工程では、この長尺の積層体を連続搬送しつつ加熱及び加圧する。加熱と加圧とは、同時に行ってもよい。代替的に、加熱後にセパレータ5の接着層15の温度が接着力を喪失する温度まで低下する前に積層体を加圧してもよい。
In the unit heating and pressing step, this long laminate is heated and pressurized while being continuously conveyed. Heating and pressurization may be performed simultaneously. Alternatively, the laminate may be pressed after heating and before the temperature of the
セパレータ母材、正極板3及び負極板4の積層体の連続搬送は、例えば離型性を有する搬送ベルト等を用いて行うことができる。
Continuous conveyance of the separator base material, the laminate of the
ユニット加熱加圧工程における積層体の加熱は、例えば前記積層体を挟むよう配置されるプレートヒータ等を用いて行うことができる。また、ユニット加熱加圧工程における加圧は、例えば前記積層体を挟む一対の加圧ローラを用いて行うことができる。代替的に、前記積層体を挟んで発熱する一対の加熱ローラを用いて加熱と加圧とを同時に行ってもよい。 The laminated body in the unit heating and pressing step can be heated using, for example, a plate heater disposed so as to sandwich the laminated body. Moreover, the pressurization in the unit heating and pressurizing step can be performed using, for example, a pair of pressure rollers that sandwich the laminate. Alternatively, heating and pressurization may be performed simultaneously using a pair of heating rollers that generate heat with the laminate interposed therebetween.
ユニット加熱加圧工程における加熱温度としては、セパレータ5の接着層15が接着力を発現する温度以上、且つ多孔質樹脂層13のシャットダウン温度未満とされ、例えば80℃以上120℃以下とすることができる。
The heating temperature in the unit heating and pressing step is set to be equal to or higher than the temperature at which the
ユニット加熱加圧工程における加圧圧力としては、加圧ローラの単位長さ当たりの荷重で、例えば0.1N/cm以上10.0N/cm以下とすることができる。 The pressurizing pressure in the unit heating and pressurizing step can be set to, for example, 0.1 N / cm or more and 10.0 N / cm or less by a load per unit length of the pressing roller.
切断工程では、カッタによりセパレータ母材を切断して所定の長さのセパレータ5とすることによって、サブユニットSを順次分離する。
In the cutting step, the subunits S are sequentially separated by cutting the separator base material with a cutter to form a
電極ユニット形成工程は、サブユニットSを複数積層する工程(サブユニット積層工程)と、積層した複数のサブユニットSそれぞれの正極板3及び負極板4の端部から突出するセパレータ5同士を接着する工程(接着工程)とを有することが好ましい。また、積層電極体形成工程は、接着した複数のセパレータ5の外側部分をトリミングする工程(トリミング工程)と、複数のセパレータ5の接着部分を正極板3及び負極板4の側縁に沿って折り曲げる工程(折り曲げ工程)とをさらに有してもよい。
In the electrode unit formation step, a plurality of subunits S are stacked (subunit stacking step), and the
サブユニット積層工程では、複数のサブユニットSを同じ向きに配向して積層する。これにより、複数の正極板3と複数の負極板4とがセパレータ5を介して交互に配置され、最も外側の正極板3のさらに外側にセパレータ5が配置される積層体が形成される。
In the subunit stacking step, a plurality of subunits S are oriented and stacked in the same direction. Thereby, the some
複数のサブユニットSの積層は、例えばセパレータ5の四方の外縁に当接するガイド等を用いて、前記サブユニット形成工程で形成されたサブユニットSを順番にガイド内に投入して重力によりサブユニットSを積み重ねることで、比較的迅速且つ正確に行うことができる。
The plurality of subunits S are stacked by, for example, using a guide or the like that contacts the four outer edges of the
接着工程では、全てのセパレータ5の端部を互いに密着させるよう束ねて接着する。このセパレータ5の端部の接着は、加熱部材や超音波振動子を用いて行うことができる。
In the bonding step, the end portions of all the
トリミング工程では、セパレータ5の接着領域の外側に突出する部分を切り落とす。セパレータ5は、接着領域を形成できる最小限の大きさに設計されるが、接着工程で複数のセパレータ5を互いに密着するよう束ねる際に正極板3及び負極板4の厚さによりセパレータ5の端部が階段状に位置ずれするため、全てのセパレータ5が積層される部分に形成される接着領域の外側にセパレータ5が突出することになる。従って、このトリミング工程では、接着領域の外側に階段状に突出する部分を主に切除する。これにより、積層電極体1を形成したときに接着領域の外側のセパレータ5が占有するデッドスペースを小さくして、積層電極体1のエネルギー密度を大きくすることができる。
In the trimming step, a portion protruding outside the adhesion region of the
折り曲げ工程では、セパレータ5の正極板3及び負極板4から突出する部分を、正極板3及び負極板4の側縁に沿って折り曲げる。これにより、積層電極体1を形成したときにセパレータ5の正極板3及び負極板4から突出する部分が占有するデッドスペースを小さくして、積層電極体1のエネルギー密度を大きくすることができる。
In the bending step, the portions of the
電極ユニット積層工程では、複数の電極ユニットUを同じ向きに配向して積層する。つまり、隣接する2つの電極ユニットU間では、一方の電極ユニットUの負極板4に他方の電極ユニットUのセパレータ5が当接する。これにより、複数の正極板3及び負極板4がセパレータ5を介して積層された積層体を形成する。
In the electrode unit lamination step, the plurality of electrode units U are oriented and laminated in the same direction. That is, between two adjacent electrode units U, the
負極板配置工程では、最も外層に配置されるセパレータ5の外側にさらなる負極板4を積層することで、両外側に負極板4が配置され、複数の正極板3と負極板4とがそれぞれセパレータ5を介して交互に積層された積層体を形成する。
In the negative electrode plate arranging step, a further
樹脂フィルムラッピング工程では、複数の電極ユニットU及び1枚のさらなる負極板4の積層体を樹脂フィルム6で覆うことによって、次の電極体加熱加圧工程において複数の電極ユニットU及び負極板4が位置ずれしないよう保持する。
In the resin film wrapping step, a plurality of electrode units U and a laminate of one additional
このように、樹脂フィルム6によって電極体加熱加圧工程におけるセパレータ5、正極板3及び負極板4の位置ずれを防止することで、正極板3及び負極板4の位置ずれに対するマージンを小さくして正極板3及び負極板4の対向面積をより大きくし、積層電極体1のエネルギー密度をさらに向上することができる。
As described above, the resin film 6 prevents the displacement of the
電極体加熱加圧工程では、好ましくは樹脂フィルム6で覆った複数の電極ユニットU及び1枚の負極板4の積層体を加熱及び加圧することにより、隣接するサブユニットS間及び最も外側の電極ユニットUの外側のセパレータ5と負極板4との間を接合する。これにより、全てのセパレータ5、正極板3及び負極板4が互いに接着固定された積層電極体1が得られる。
In the electrode body heating and pressing step, the outermost electrodes between adjacent subunits S and the outermost electrodes are preferably heated and pressed by heating and pressing a laminated body of a plurality of electrode units U and one
積層電極体収容工程では、正極タブ9及び負極タブ12を正極接続部材20及び負極接続部材21にそれぞれ接続してから、積層電極体1をケース本体16内に挿入して、蓋体17でケース本体16の開口を封止する。
In the laminated electrode body housing step, the
正極タブ9及び負極タブ12の正極接続部材20及び負極接続部材21への接続方法としては、例えば超音波溶接、レーザー溶接、かしめ等を採用することができる。
As a method for connecting the
電解液充填工程では、ケース2内に電解液を注入する。このために、ケース2には、封止可能な注入口が形成されることが好ましい。
In the electrolytic solution filling step, the electrolytic solution is injected into the
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。 The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.
当該積層電極体は、セパレータ同士が正極板又は負極板の外側で接着されていないものであってもよく、セパレータ同士が溶着、つまり耐酸化層が破壊されて多孔質樹脂層同士が溶着されていてもよい。また、当該積層電極体は、電極ユニットやサブユニットを形成せずに複数の正極板、負極板及びセパレータを積層したものであってもよい。 The laminated electrode body may be one in which the separators are not bonded to each other on the outside of the positive electrode plate or the negative electrode plate, and the separators are welded together, that is, the oxidation-resistant layer is destroyed and the porous resin layers are welded together. May be. Moreover, the said laminated electrode body may laminate | stack the some positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator, without forming an electrode unit or a subunit.
当該積層電極体において、セパレータは耐酸化層を有しないものであってもよい。 In the laminated electrode body, the separator may not have an oxidation resistant layer.
当該蓄電素子は、正極外部端子が省略され、ケース(例えば蓋板)に正極タブが接続され、ケースが外部端子の役目を果たすものであってもよい。 The power storage element may be one in which the positive electrode external terminal is omitted, the positive electrode tab is connected to the case (for example, a cover plate), and the case serves as the external terminal.
本発明に係る積層電極体及び蓄電素子は、電気自動車やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)といった車両の電力源として特に好適に利用される。また、本発明に係る蓄電素子は、蓄電システム(大規模蓄電システム、家庭用小規模蓄電システム)、太陽光や風力等の自然エネルギーと組わせた分散電源システム、鉄道向け電源システム、無人搬送車(AGV)向け電源システムといった産業用途にも好適に利用することができる。 The laminated electrode body and the electricity storage device according to the present invention are particularly preferably used as a power source for vehicles such as electric vehicles and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV). The power storage device according to the present invention includes a power storage system (large-scale power storage system, small-scale power storage system for home use), a distributed power system combined with natural energy such as sunlight and wind power, a power supply system for railways, and an automated guided vehicle. It can also be suitably used for industrial applications such as a power supply system for (AGV).
1 積層電極体
2 ケース
3 正極板
4 負極板
5 セパレータ
6 樹脂フィルム
7 正極集電体
8 正極活物質層
9 正極タブ
10 負極集電体
11 負極活物質層
12 負極タブ
13 多孔質樹脂層
14 耐酸化層
15 接着層
16 ケース本体
17 蓋体
18 正極外部端子
19 負極外部端子
20 正極接続部材
21 負極接続部材
E 接着剤非存在領域
S サブユニット
U 電極ユニット
W 波線パターン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セパレータが、多孔質樹脂層と、間欠的に形成されて前記正極板又は前記負極板に直接対向する接着層とを有し、
前記接着層が、セパレータの平面視において前記セパレータの外縁から連続する接着剤非存在領域を残すよう配置される
積層電極体。 A positive electrode plate, a negative electrode plate laminated on the positive electrode plate, and a separator sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
The separator has a porous resin layer and an adhesive layer that is intermittently formed and directly faces the positive electrode plate or the negative electrode plate,
The laminated electrode body, wherein the adhesive layer is disposed so as to leave an adhesive non-existing region continuous from an outer edge of the separator in a plan view of the separator.
請求項1に記載の積層電極体。 The laminated electrode body according to claim 1, wherein a shape of the adhesive layer in a plan view of the separator is a plurality of wavy line patterns arranged in parallel to each other.
請求項2に記載の積層電極体。 The multilayer electrode body according to claim 2, wherein an average amplitude of the wavy line pattern is equal to or greater than an average interval of the wavy line patterns.
請求項2又は請求項3に記載の積層電極体。 The laminated electrode body according to claim 2 or 3, wherein an average width of the wavy line pattern is 0.2 to 5 times an average interval of the wavy line pattern.
請求項2、請求項3又は請求項4に記載の積層電極体。 The laminated electrode body according to claim 2, 3 or 4, wherein an average width of the wavy line pattern is 0.5 mm or more and 5 mm or less.
前記積層電極体を収容するケースと
を備える
蓄電素子。 The laminated electrode body according to any one of claims 1 to 5,
And a case for housing the laminated electrode body.
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