JP2019186008A - Secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a secondary battery capable of suppressing a temperature rise amount of the secondary battery, even in short circuit mode where a nail is penetrated into a secondary battery from the outside, such as a nail penetration test.SOLUTION: There is provided a secondary battery in which at least one of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector contains an amorphous alloy. In the secondary battery, a surface coat of the amorphous alloy is dense, and the thickness of the surface coat is relatively uniform, so that, even in short circuit mode such as a nail penetration test, contact resistance between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector does not decrease excessively and a temperature rise amount can be suppressed. Further, when the positive electrode current collector contains an Fe-based amorphous alloy and the negative electrode current collector contains copper or a copper alloy, output of the secondary battery is also increased.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、二次電池に関するものである。本開示は、特に、釘刺し試験等で、正極集電体と負極集電体が短絡した場合でも、温度上昇量が抑制されている二次電池に関する。   The present disclosure relates to a secondary battery. In particular, the present disclosure relates to a secondary battery in which an increase in temperature is suppressed even when a positive electrode current collector and a negative electrode current collector are short-circuited in a nail penetration test or the like.

充電によって繰り返し使用できる二次電池は、経済性及び環境保全等の観点から、広く普及している。また、近年の二次電池は、エネルギー密度等の性能が飛躍的に向上しているため、二次電池が用いられる分野は、急速に拡大している。   Secondary batteries that can be repeatedly used by charging are widely used from the viewpoints of economy and environmental protection. In addition, recent secondary batteries have dramatically improved performance such as energy density. Therefore, the fields in which secondary batteries are used are rapidly expanding.

二次電池には、多様な種類が存在する。いずれの種類の二次電池も、正極集電体と負極集電体(以下、正極集電体と負極集電体を総称して、「集電体」ということがある。)から、電気を取り出す点で共通している。   There are various types of secondary batteries. In any type of secondary battery, electricity is supplied from a positive electrode current collector and a negative electrode current collector (hereinafter, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be collectively referred to as “current collector”). It is common in the point to take out.

二次電池の集電体として、正極集電体については、アルミニウムが用いられ、負極集電体については、銅が用いられることがある。しかし、二次電池の集電体としては、前述の材料以外の組み合わせでもよく、二次電池の種類及び/又はその用途によって、集電体の材料は適宜決められている。   As the current collector of the secondary battery, aluminum may be used for the positive electrode current collector, and copper may be used for the negative electrode current collector. However, the current collector of the secondary battery may be a combination other than the materials described above, and the material of the current collector is appropriately determined depending on the type of secondary battery and / or its use.

例えば、特許文献1には、非水電解液二次電池の正極集電体として、フェライト系ステンレス鋼箔を用いることが開示されている。また、そのフェライトステンレス鋼箔が、日本工業規格のSUS444でできており、その硬さが200Hvであり、かつ、その厚さが6〜12であることが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses using a ferritic stainless steel foil as a positive electrode current collector of a non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, it is disclosed that the ferritic stainless steel foil is made of Japanese Industrial Standard SUS444, its hardness is 200 Hv, and its thickness is 6-12.

特開2003−178766号公報JP 2003-178766 A

特許文献1に開示された正極集電体は、それを薄くすることができ、かつ、短絡し難くすることができる。しかし、一旦、短絡してしまうと、二次電池の温度が上昇してしまうという課題があった。   The positive electrode current collector disclosed in Patent Document 1 can be made thin and can be made difficult to short-circuit. However, once the short circuit occurs, there is a problem that the temperature of the secondary battery increases.

このことから、釘刺し試験のように、二次電池に、その外部から釘が刺さるような短絡モードにおいては、従来の正極集電体では、抵抗が過剰に低下してしまい、二次電池の温度上昇量が高くなる、という課題を本発明者は見出した。   Therefore, in the short-circuit mode in which the nail is inserted into the secondary battery from the outside as in the nail penetration test, the resistance of the conventional positive electrode current collector is excessively reduced, and the secondary battery The present inventor has found a problem that the amount of temperature increase is high.

本開示は、上記課題を解決するためになされたもので、釘刺し試験のように、二次電池に、その外部から釘が刺さるような短絡モードにおいても、二次電池の温度上昇量を抑制することができる二次電池を供給することを目的とする。   The present disclosure has been made to solve the above problems, and suppresses the temperature increase of the secondary battery even in a short-circuit mode in which the nail is inserted into the secondary battery from the outside, as in the nail penetration test. An object of the present invention is to provide a secondary battery that can be used.

本発明者は、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の二次電池を完成させた。その態様は、次のとおりである。
〈1〉正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が、アモルファス合金を含む、二次電池。
〈2〉前記正極集電体がFe基アモルファス合金を含み、かつ、前記負極集電体が銅又は銅合金を含む、〈1〉項に記載の二次電池。
In order to achieve the above object, the present inventor has intensively studied and completed the secondary battery of the present disclosure. The aspect is as follows.
<1> A secondary battery in which at least one of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector contains an amorphous alloy.
<2> The secondary battery according to <1>, wherein the positive electrode current collector includes an Fe-based amorphous alloy, and the negative electrode current collector includes copper or a copper alloy.

本開示の二次電池によれば、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方がアモルファス合金を含むことによって、釘刺し試験等の短絡モードにおいても、正極集電体と負極集電体の接触抵抗が過剰に低下しない。その結果、本開示の二次電池によれば、釘刺し試験等の短絡モードにおいても、温度上昇量を抑制可能な二次電池を提供することができる。   According to the secondary battery of the present disclosure, since at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector contains an amorphous alloy, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be used even in a short-circuit mode such as a nail penetration test. Contact resistance does not decrease excessively. As a result, according to the secondary battery of the present disclosure, it is possible to provide a secondary battery that can suppress the amount of temperature increase even in a short-circuit mode such as a nail penetration test.

図1は、通常の金属又は合金とアモルファス合金の組織を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a normal metal or alloy and an amorphous alloy. 図2は、全固体リチウムイオン二次電池の縦断面を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a longitudinal section of an all-solid lithium ion secondary battery. 図3は、図2に示した全固体リチウムイオン二次電池の構造を立体的に説明する模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for three-dimensionally explaining the structure of the all-solid-state lithium ion secondary battery shown in FIG. 図4は、釘刺し試験装置の概要を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the nail penetration test apparatus. 図5は、実施例1〜2及び比較例1〜2の正極集電体と負極集電体の組合せについて、応力と接触抵抗の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between stress and contact resistance for the combinations of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2. 図6は、実施例1及び実施例3〜4並びに比較例1〜2の正極集電体と負極集電体の組合せについて、応力と接触抵抗の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between stress and contact resistance for the combination of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of Example 1, Examples 3 to 4, and Comparative Examples 1 and 2. 図7は、実施例1、実施例3〜4、及び比較例1〜2の二次電池の出力を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the outputs of the secondary batteries of Example 1, Examples 3-4, and Comparative Examples 1-2.

以下、本開示の二次電池の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の二次電池を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of the secondary battery of the present disclosure will be described in detail. In addition, embodiment shown below does not limit the secondary battery of this indication.

二次電池において、通常使用時には、正極集電体は正極活物質と接触しており、負極集電体は負極活物質と接触している。一方、釘刺し試験のように、二次電池に釘等の金属物体等が挿入されたときには、正極集電体及び/又は負極集電体は、二次電池の内部に巻き込まれ、正極集電体と負極集電体が接触(短絡)する。そして、この接触により、ジュール熱が発生するため、二次電池の温度が上昇する。   In a secondary battery, during normal use, the positive electrode current collector is in contact with the positive electrode active material, and the negative electrode current collector is in contact with the negative electrode active material. On the other hand, when a metal object such as a nail is inserted into the secondary battery as in the nail penetration test, the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector is wound inside the secondary battery, and the positive electrode current collector The body and the negative electrode current collector contact (short circuit). And since Joule heat generate | occur | produces by this contact, the temperature of a secondary battery rises.

上述したように、二次電池においては、正極集電体にアルミニウムを用い、負極集電体に銅を用いることがある。これに対して、アルミニウム及び銅よりも高い抵抗を有するステンレス鋼を用いても、釘刺し試験時のジュール熱の発生量を抑制することができず、その上、二次電池の通常使用時の性能が低下してしまうこともあった。   As described above, in the secondary battery, aluminum may be used for the positive electrode current collector and copper may be used for the negative electrode current collector. On the other hand, even if stainless steel having higher resistance than aluminum and copper is used, the amount of Joule heat generated during the nail penetration test cannot be suppressed. The performance sometimes deteriorated.

ところが、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に、アモルファス合金を用いると、二次電池の通常使用時には、性能の低下が僅かで、実用上、ほとんど問題なく、釘刺し試験時には、ジュール熱を著しく抑制することができることを、本発明者は知見した。   However, when an amorphous alloy is used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, there is little degradation in performance during normal use of the secondary battery, and there is almost no problem in practical use. The present inventor has found that heat can be remarkably suppressed.

理論に拘束されないが、この理由について、図1を用いて、次のように説明できると考えている。   Although not bound by theory, it is considered that this reason can be explained as follows using FIG.

図1は、通常の金属又は合金とアモルファス合金の組織を模式的に示す図である。図1において、(a)は通常の金属又は合金の組織を示し、(b)はアモルファス合金の組織を示す。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a normal metal or alloy and an amorphous alloy. In FIG. 1, (a) shows the structure of a normal metal or alloy, and (b) shows the structure of an amorphous alloy.

通常の金属又は合金、並びにアモルファス合金のいずれも、酸化物等の表面被膜200を有する。この表面被膜200は、人工的に施す高抵抗の被膜とは異なり、ある程度の導電性を有する。この導電性によって、二次電池の通常使用時には、表面被膜200の内部を電子が移動できる。   Both ordinary metals or alloys and amorphous alloys have a surface coating 200 of oxide or the like. Unlike the high resistance film artificially applied, the surface film 200 has a certain degree of conductivity. Due to this conductivity, electrons can move inside the surface coating 200 during normal use of the secondary battery.

通常の金属又は合金は、結晶粒の集まりである。このことから、図1の(a)に示したように、通常の金属又は合金の表面被膜200には、結晶粒界220との交差部225が存在する。この交差部225では、表面被膜200の厚さが、局所的に減少している。   A normal metal or alloy is a collection of crystal grains. Therefore, as shown in FIG. 1A, the surface coating 200 of a normal metal or alloy has an intersection 225 with the crystal grain boundary 220. At the intersection 225, the thickness of the surface coating 200 is locally reduced.

一方、図1の(b)に示したように、アモルファス合金の内部は、非晶質体230であるため、通常の金属又は合金のように、明確な結晶粒210及び結晶粒界220(図1の(a)を参照)が存在しない。このことから、アモルファス合金の表面被膜200は、図1の(b)に示したように、その厚さが比較的均一である。このように、通常の金属又は合金と、アモルファス合金とでは、表面被膜200の状態が異なる。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, the inside of the amorphous alloy is an amorphous body 230, so that the crystal grains 210 and the grain boundaries 220 (see FIG. 1 (see (a)) does not exist. From this, the surface film 200 of the amorphous alloy has a relatively uniform thickness as shown in FIG. Thus, the state of the surface coating 200 is different between a normal metal or alloy and an amorphous alloy.

二次電池の通常使用時においては、表面被膜200によって生じる抵抗が小さいほど、二次電池の内部抵抗等を小さくでき、好ましい。一方、釘刺し試験時には、表面被膜200によって生じる抵抗が大きいほど、ジュール熱の発生量を抑制でき、好ましい。   During normal use of the secondary battery, the smaller the resistance generated by the surface coating 200, the smaller the internal resistance of the secondary battery, which is preferable. On the other hand, at the time of the nail penetration test, it is preferable that the resistance generated by the surface coating 200 is larger because the amount of Joule heat generated can be suppressed.

二次電池の集電体には、応力が負荷されている。その応力の大きさは、通常使用時には0.01〜40MPaであり、釘刺し試験時には100MPa以上である。   Stress is applied to the current collector of the secondary battery. The magnitude of the stress is 0.01 to 40 MPa during normal use and 100 MPa or more during the nail penetration test.

通常の金属又は合金においては、図1の(a)に示したように、交差部225がある。また、通常の金属又は合金のうち、アルミニウム及び銅においては、表面被膜200が全体的に薄い。そのため、集電体に負荷される応力が増加しても、表面被膜200の導電性は、それほど増加しない。しかし、集電体に負荷される応力が0.01〜40MPa(通常使用時に相当)でも、既に、その導電性は充分に大きく、かつ、交差部225が電子の経路となっている。そのため、集電体に負荷される応力によらず、表面被膜200によって生じる抵抗が小さい。これにより、集電体にアルミニウム及び銅を用いると、通常使用時には、二次電池としての性能が良好であるが、釘刺し試験時には、ジュール熱の発生量を抑制することができない。   In a normal metal or alloy, there is an intersection 225 as shown in FIG. Further, among ordinary metals or alloys, the surface coating 200 is entirely thin in aluminum and copper. Therefore, even if the stress applied to the current collector increases, the conductivity of the surface coating 200 does not increase so much. However, even when the stress applied to the current collector is 0.01 to 40 MPa (corresponding to normal use), the conductivity is already sufficiently large, and the intersection 225 is an electron path. Therefore, the resistance generated by the surface coating 200 is small regardless of the stress applied to the current collector. Thus, when aluminum and copper are used for the current collector, the performance as a secondary battery is good during normal use, but the amount of Joule heat generated cannot be suppressed during the nail penetration test.

一方、通常の金属又は合金のうち、ステンレス鋼においては、表面被膜200が全体的に厚い。そのため、集電体に負荷される応力が0.01MPa程度では、表面被膜200の導電性は良好ではなく、かつ、交差部225もほとんど変形せず、交差部225が電子の経路となり難い。そのため、表面被膜200によって生じる抵抗は高いままである。しかし、集電体に負荷される応力が増加するにつれて、表面被膜200の厚さが減少して、その導電性は増加する。また、交差部225が変形することによって、交差部225が電子の経路となり、表面被膜200によって生じる抵抗が減少する。そして、集電体に負荷される応力が、釘刺し試験時のように100MPa以上になると、表面被膜200によって生じる抵抗は、さらに減少し、集電体にアルミニウム及び銅を用いる場合と同等になる。このことから、集電体にステンレス鋼を用いると、釘刺し試験時に、ジュール熱の発生量を抑制することができない。   On the other hand, the surface coating 200 is generally thick in stainless steel among ordinary metals or alloys. For this reason, when the stress applied to the current collector is about 0.01 MPa, the conductivity of the surface coating 200 is not good, and the intersecting portion 225 is hardly deformed, and the intersecting portion 225 is unlikely to be an electron path. Therefore, the resistance caused by the surface coating 200 remains high. However, as the stress applied to the current collector increases, the thickness of the surface coating 200 decreases and its conductivity increases. Further, when the intersecting portion 225 is deformed, the intersecting portion 225 becomes an electron path, and the resistance generated by the surface coating 200 is reduced. When the stress applied to the current collector becomes 100 MPa or more as in the nail penetration test, the resistance generated by the surface coating 200 is further reduced, and is equivalent to the case where aluminum and copper are used for the current collector. . For this reason, when stainless steel is used for the current collector, the amount of Joule heat generated cannot be suppressed during the nail penetration test.

これに対し、アモルファス合金の表面被膜200は、図1の(b)に示したように、交差部225がなく、厚さが比較的均一で、緻密である。そのため、集電体にアモルファス合金を用いると、集電体に負荷される応力が、通常使用時の応力から、釘刺し試験時の応力に増加しても、表面被膜200によって生じる抵抗がほとんど変化しない。そして、その表面被膜200によって生じる抵抗は、二次電池の通常使用時には実用上問題なく、釘刺し試験時にはジュール熱の発生量を抑制できるものである。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, the amorphous alloy surface coating 200 has no intersection 225, has a relatively uniform thickness, and is dense. Therefore, when an amorphous alloy is used for the current collector, even if the stress applied to the current collector increases from the stress during normal use to the stress during the nail penetration test, the resistance generated by the surface coating 200 changes almost. do not do. The resistance generated by the surface coating 200 has no practical problem during normal use of the secondary battery, and can suppress the amount of Joule heat generated during the nail penetration test.

これまで説明してきた知見等によって完成された、本開示の二次電池の構成要件を、次に説明する。   The constituent requirements of the secondary battery of the present disclosure, which have been completed based on the knowledge described so far, will be described next.

《二次電池》
本開示の二次電池は、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が、アモルファス合金を含めば、二次電池の種類は特に限定されない。上述したように、本開示の二次電池の効果は、アモルファス合金の表面被膜が緻密であり、その厚さが比較的均一であることによって得られる。このことから、本開示の二次電池の効果は、二次電池の種類によらず、得ることができる。
<Secondary battery>
In the secondary battery of the present disclosure, the type of the secondary battery is not particularly limited as long as at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes an amorphous alloy. As described above, the effect of the secondary battery of the present disclosure is obtained by the fact that the surface film of the amorphous alloy is dense and the thickness thereof is relatively uniform. From this, the effect of the secondary battery of this indication can be acquired irrespective of the kind of secondary battery.

二次電池の種類としては、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池、ニッケル・鉄二次電池、ニッケル・亜鉛二次電池、酸化銀・亜鉛二次電池等が挙げられる。この中で、リチウムイオン二次電池の場合には、電気エネルギーが大きく、釘刺し試験等の短絡時に流れる電流も大きいため、本開示の二次電池の効果が大きい。リチウムイオン二次電池は、全固体リチウムイオン二次電池、及び非水電解液リチウムイオン二次電池等、いずれでもよい。   Secondary batteries include lithium ion secondary batteries, lithium ion polymer secondary batteries, nickel / hydrogen secondary batteries, nickel / cadmium secondary batteries, nickel / iron secondary batteries, nickel / zinc secondary batteries, and silver oxide. -A zinc secondary battery etc. are mentioned. Among these, in the case of a lithium ion secondary battery, since the electric energy is large and the current that flows during a short circuit such as a nail penetration test is large, the effect of the secondary battery of the present disclosure is great. The lithium ion secondary battery may be an all solid lithium ion secondary battery, a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, or the like.

〈正極集電体及び負極集電体〉
本開示の二次電池は、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が、アモルファス合金を含む。正極集電体のすべてがアモルファス合金でなくてもよく、例えば、正極活物質層と接触する部分のみがアモルファス合金であってもよく、タブ部は金属又は合金(アモルファス合金を除く)であってよい。
<Positive electrode current collector and negative electrode current collector>
In the secondary battery of the present disclosure, at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes an amorphous alloy. All of the positive electrode current collector may not be an amorphous alloy. For example, only the portion in contact with the positive electrode active material layer may be an amorphous alloy, and the tab portion is a metal or an alloy (excluding an amorphous alloy). Good.

アモルファス合金は、全部が非晶質であってもよいし、少なくとも一部が非晶質であってもよい。アモルファス合金中、非晶質の含有量は50体積%以上が好ましい。非晶質の含有量が50体積%以上であれば、結晶粒界によって、表面被膜が局部的に薄くなることが少ないためである。この観点からは、非晶質の含有量は、65体積%以上がより好ましく、80体積%以上がより一層好ましい。一方、アモルファス合金の全部が非晶質であることは、製造コストの著しい上昇等を招く。アモルファス合金中、非晶質の含有量は97体積%以下、95体積%以下、又は90体積%以下であっても、実用上、問題ない。   The amorphous alloy may be entirely amorphous or at least partially amorphous. In the amorphous alloy, the amorphous content is preferably 50% by volume or more. This is because if the amorphous content is 50% by volume or more, the surface coating is less likely to be locally thinned by the crystal grain boundaries. In this respect, the amorphous content is more preferably 65% by volume or more, and still more preferably 80% by volume or more. On the other hand, the fact that all of the amorphous alloy is amorphous leads to a significant increase in manufacturing cost. Even if the amorphous content in the amorphous alloy is 97% by volume or less, 95% by volume or less, or 90% by volume or less, there is no practical problem.

アモルファス合金の組成は、その合金の少なくとも一部が非晶質であり、かつ、そのアモルファス合金が二次電池の正極集電体及び負極集電体として機能すれば、特に制限はない。アモルファス合金としては、例えば、Fe基アモルファス合金、Ni基アモルファス合金、FeNi基アモルファス合金、及びCoCr基アモルファス合金等が挙げられる。   The composition of the amorphous alloy is not particularly limited as long as at least a part of the alloy is amorphous and the amorphous alloy functions as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector of the secondary battery. Examples of amorphous alloys include Fe-based amorphous alloys, Ni-based amorphous alloys, FeNi-based amorphous alloys, and CoCr-based amorphous alloys.

アモルファス合金としては、Fe基アモルファス合金、Ni基アモルファス合金、及びFeNi基アモルファス合金が好ましい。正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に、Fe基アモルファス合金、Ni基アモルファス合金、又はFeNi基アモルファス合金が用いられると、釘刺し試験等の短絡時に、二次電池の温度上昇量を抑制できるとともに、通常使用時の二次電池としての性能も比較的高い。特に、正極集電体にFe基アモルファス合金が用いられ、負極集電体に銅が用いられると、通常使用時の二次電池の出力も向上する。これは、正極集電体にFe基アモルファス合金を用い、負極集電体に銅を用いたとき、応力を0.1〜40MPaにすると、接触抵抗をより低減することができるためである。   As the amorphous alloy, Fe-based amorphous alloy, Ni-based amorphous alloy, and FeNi-based amorphous alloy are preferable. When Fe-based amorphous alloy, Ni-based amorphous alloy, or FeNi-based amorphous alloy is used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, the temperature rise of the secondary battery can be reduced during a short circuit such as a nail penetration test. While being able to suppress, the performance as a secondary battery at the time of normal use is also comparatively high. In particular, when an Fe-based amorphous alloy is used for the positive electrode current collector and copper is used for the negative electrode current collector, the output of the secondary battery during normal use is also improved. This is because when the Fe-based amorphous alloy is used for the positive electrode current collector and copper is used for the negative electrode current collector, the contact resistance can be further reduced by setting the stress to 0.1 to 40 MPa.

Fe基アモルファス合金とは、Feを主成分とするアモルファス合金を意味する。Ni基アモルファス合金とは、Niを主成分とするアモルファス合金を意味する。FeNiアモルファス合金とは、FeとNiを主成分とするアモルファス合金を意味する。CoCr基アモルファス合金とは、CoとCrを主成分とするアモルファス合金を意味する。なお、「主成分」とは、その合金中で、含有量(原子%)が最も多い成分(元素)を意味する。例えば、Feを主成分とするアモルファス合金では、その合金中で、Feの含有量が最も多い。Niを主成分とするアモルファス合金では、その合金中で、Niの含有量が最も多い。FeとNiを主成分とするアモルファス合金では、その合金中で、FeとNiの合計含有量が最も多い。CoとCrを主成分とするアモルファス合金では、その合金中で、CoとCrの合計含有量が最も多い。   The Fe-based amorphous alloy means an amorphous alloy containing Fe as a main component. The Ni-based amorphous alloy means an amorphous alloy containing Ni as a main component. The FeNi amorphous alloy means an amorphous alloy mainly composed of Fe and Ni. The CoCr-based amorphous alloy means an amorphous alloy mainly composed of Co and Cr. The “main component” means a component (element) having the highest content (atomic%) in the alloy. For example, an amorphous alloy containing Fe as a main component has the highest Fe content in the alloy. An amorphous alloy containing Ni as a main component has the highest Ni content in the alloy. An amorphous alloy mainly composed of Fe and Ni has the highest total content of Fe and Ni in the alloy. In an amorphous alloy containing Co and Cr as main components, the total content of Co and Cr is the largest in the alloy.

Fe基アモルファス合金の組成については、Feの含有量は、50原子%以上が好ましく、60原子%以上がより好ましく、70原子%以上がより一層好ましい。   Regarding the composition of the Fe-based amorphous alloy, the Fe content is preferably 50 atomic% or more, more preferably 60 atomic% or more, and even more preferably 70 atomic% or more.

Fe基アモルファス合金としては、例えば、2〜25原子%のSi、及び2〜25原子%のBを含有し、残部がFe及び不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。Siの含有量の下限については、4原子%がより好ましく、8原子%がより一層好ましい。一方、Siの含有量の上限については、20原子%が好ましく、10原子%がより一層好ましい。また、Bの含有量の下限については、5原子%がより好ましく、10原子%がより一層好ましい。一方、Bの含有量の上限については、20原子%がより好ましく、15原子%以下がより一層好ましい。このFe基アモルファス合金は、Fe−Si−B系アモルファス合金と呼んでもよい。   Examples of the Fe-based amorphous alloy include an alloy containing 2 to 25 atomic% of Si and 2 to 25 atomic% of B, with the balance being Fe and inevitable impurities. About the minimum of content of Si, 4 atomic% is more preferable and 8 atomic% is still more preferable. On the other hand, the upper limit of the Si content is preferably 20 atomic%, and more preferably 10 atomic%. Moreover, about the minimum of content of B, 5 atomic% is more preferable and 10 atomic% is still more preferable. On the other hand, the upper limit of the B content is more preferably 20 atomic% and even more preferably 15 atomic% or less. This Fe-based amorphous alloy may be called an Fe—Si—B based amorphous alloy.

上述のFe基アモルファス合金において、0.1〜8.0原子%のFeに代えて、C、Al、Cr、W、P、Mn、Zn、Ti、Nb、Ta、Mo、Cu、及び希土類元素から選ばれる1種以上を含有してもよい。Fe基アモルファス合金中に、これらの元素が0.1〜8.0原子%含有しても、本開示の二次電池の効果を損なわず、特定の特性、例えば、耐熱性及び耐食性等が向上する。これらの元素の含有量の下限は、0.5原子%、1.0原子%、又は3.0原子%であってよい。一方、これらの元素の含有量の上限は、6.0原子%、5.0原子%、又は4.0原子であってよい。   In the above-described Fe-based amorphous alloy, C, Al, Cr, W, P, Mn, Zn, Ti, Nb, Ta, Mo, Cu, and rare earth elements are substituted for 0.1 to 8.0 atomic% of Fe. You may contain 1 or more types chosen from these. Even if these elements are contained in the Fe-based amorphous alloy in an amount of 0.1 to 8.0 atomic%, specific characteristics such as heat resistance and corrosion resistance are improved without impairing the effects of the secondary battery of the present disclosure. To do. The lower limit of the content of these elements may be 0.5 atomic%, 1.0 atomic%, or 3.0 atomic%. On the other hand, the upper limit of the content of these elements may be 6.0 atom%, 5.0 atom%, or 4.0 atom.

不可避的不純物とは、原材料及び/又は製造工程中で不可避に含有する不純物のことをいう。不可避的不純物の含有量については、2原子%以下が好ましく、1原子%以下がより好ましい。   Inevitable impurities refer to impurities inevitably contained in raw materials and / or manufacturing processes. The content of inevitable impurities is preferably 2 atomic percent or less, and more preferably 1 atomic percent or less.

Ni基アモルファス合金の組成については、Niの含有量は40原子%以上が好ましく、50原子%以上がより好ましく、60原子%以上がより一層好ましい。   Regarding the composition of the Ni-based amorphous alloy, the Ni content is preferably 40 atomic% or more, more preferably 50 atomic% or more, and even more preferably 60 atomic% or more.

Ni基アモルファス合金としては、例えば、60〜80原子%のNi、2〜15原子%のSi、及び5〜15原子%のBを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the Ni-based amorphous alloy include an alloy containing 60 to 80 atomic% Ni, 2 to 15 atomic% Si, and 5 to 15 atomic% B, with the balance being inevitable impurities. It is done.

Ni基アモルファス合金としては、例えば、60〜80原子%のNi、2〜15原子%のSi、及び5〜15原子%のBを含有し、さらに、2〜20原子%のCr、2〜5原子%のFe、2〜5原子%のW、及び15〜20原子%のCoから選ばれる1種以上を含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the Ni-based amorphous alloy include 60 to 80 atomic% Ni, 2 to 15 atomic% Si, and 5 to 15 atomic% B, and further 2 to 20 atomic% Cr, 2 to 5 An alloy having a composition containing at least one selected from atomic percent Fe, 2 to 5 atomic percent W, and 15 to 20 atomic percent Co, with the balance being an inevitable impurity.

Ni基アモルファス合金としては、例えば、40〜70原子%のNi、15〜20原子%のB、及び10〜15原子%のCrを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the Ni-based amorphous alloy include an alloy containing 40 to 70 atomic% Ni, 15 to 20 atomic% B, and 10 to 15 atomic% Cr, with the balance being inevitable impurities. It is done.

Ni基アモルファス合金としては、例えば、40〜70原子%のNi、15〜20原子%のB、及び10〜15原子%のCrを含有し、さらに、15〜20原子%のCo、2〜5原子%のFe、及び2〜5原子%のMoから選ばれる1種以上を含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the Ni-based amorphous alloy include 40 to 70 atomic% Ni, 15 to 20 atomic% B, and 10 to 15 atomic% Cr, and 15 to 20 atomic% Co, 2 to 5 An alloy having a composition containing at least one element selected from atomic percent Fe and 2 to 5 atomic percent Mo, with the balance being an inevitable impurity.

Ni基アモルファス合金としては、60〜85原子%のNi、及び15〜20原子%のPを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the Ni-based amorphous alloy include alloys containing 60 to 85 atomic% Ni and 15 to 20 atomic% P, with the balance being inevitable impurities.

Ni基アモルファス合金としては、60〜85原子%のNi、及び15〜20原子%のPを含有し、さらに、15〜20原子%のCrを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   The Ni-based amorphous alloy contains 60 to 85 atomic% Ni and 15 to 20 atomic% P, and further contains 15 to 20 atomic% Cr, with the balance being inevitable impurities. An alloy is mentioned.

これまでに説明したNi基アモルファス合金の不可避的不純物としては、例えば、C、Al、Mn、Zn、Ti、Cuが挙げられる。不可避的不純物とは、原材料及び/又は製造工程中で不可避に含有する不純物のことをいう。不可避的不純物の含有量については、2原子%以下が好ましく、1原子%以下がより好ましい。   Examples of the inevitable impurities of the Ni-based amorphous alloy described so far include C, Al, Mn, Zn, Ti, and Cu. Inevitable impurities refer to impurities inevitably contained in raw materials and / or manufacturing processes. The content of inevitable impurities is preferably 2 atomic percent or less, and more preferably 1 atomic percent or less.

FeNi基アモルファス合金の組成については、FeとNiの合計含有量は60原子%以上が好ましく、70原子%以上がより好ましい。   Regarding the composition of the FeNi-based amorphous alloy, the total content of Fe and Ni is preferably 60 atomic percent or more, and more preferably 70 atomic percent or more.

FeNi基アモルファス合金としては、例えば、25〜45原子%のFe、30〜50原子%のNi、10〜20原子%のBを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the FeNi-based amorphous alloy include an alloy containing 25 to 45 atomic% Fe, 30 to 50 atomic% Ni, and 10 to 20 atomic% B, with the balance being inevitable impurities. .

FeNi基アモルファス合金としては、例えば、25〜45原子%のFe、30〜50原子%のNi、10〜20原子%のBを含有し、さらに、0〜5原子%のMo、0〜3原子%のCo、0〜3原子%のCr、0〜3原子%のMn、0〜3原子%から選ばれるNb、0〜2原子%のSi、及び0〜2原子%のCから選ばれる少なくとも1種以上を含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。このFeNi基アモルファス合金において、Moを選択した場合、この合金を、Fe−Ni−Mo−B系アモルファス合金と呼んでもよい。   The FeNi-based amorphous alloy contains, for example, 25 to 45 atomic% Fe, 30 to 50 atomic% Ni, 10 to 20 atomic% B, and further contains 0 to 5 atomic% Mo and 0 to 3 atoms. % Co, 0-3 atomic% Cr, 0-3 atomic% Mn, Nb selected from 0-3 atomic%, 0-2 atomic% Si, and 0-2 atomic% C An alloy having a composition containing at least one kind and the balance being inevitable impurities can be mentioned. When Mo is selected in this FeNi-based amorphous alloy, this alloy may be called an Fe—Ni—Mo—B based amorphous alloy.

これまでに説明したFeNi基アモルファス合金の不可避的不純物としては、例えば、Al、Mn、Zn、Ti、Cuが挙げられる。不可避的不純物とは、原材料及び/又は製造工程中で不可避に含有する不純物のことをいう。不可避的不純物の含有量については、2原子%以下が好ましく、1原子%以下がより好ましい。   Examples of the inevitable impurities of the FeNi-based amorphous alloy described so far include Al, Mn, Zn, Ti, and Cu. Inevitable impurities refer to impurities inevitably contained in raw materials and / or manufacturing processes. The content of inevitable impurities is preferably 2 atomic percent or less, and more preferably 1 atomic percent or less.

CoCr基アモルファス合金の組成については、CoとCrの合計含有量は50原子%以上が好ましく、60原子%以上がより好ましい。   Regarding the composition of the CoCr-based amorphous alloy, the total content of Co and Cr is preferably 50 atomic% or more, and more preferably 60 atomic% or more.

CoCr基アモルファス合金としては、例えば、60〜80原子%のCo、15〜25原子%のCr、及び5〜15原子%のBを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   Examples of the CoCr-based amorphous alloy include an alloy containing 60 to 80 atomic percent Co, 15 to 25 atomic percent Cr, and 5 to 15 atomic percent B, with the balance being inevitable impurities. It is done.

CoCr基アモルファス合金としては、例えば、60〜80原子%のCo、15〜25原子%のCr、及び5〜15原子%のBを含有し、さらに、2〜5原子%のSiを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   The CoCr-based amorphous alloy contains, for example, 60 to 80 atomic% Co, 15 to 25 atomic% Cr, and 5 to 15 atomic% B, and further contains 2 to 5 atomic% Si. An alloy having a composition in which the balance is an inevitable impurity is used.

CoCr基アモルファス合金としては、例えば、30〜60原子%のCo、20〜40原子%のCr、5〜15原子%のB、及び5〜15原子%のWを含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   The CoCr-based amorphous alloy contains, for example, 30 to 60 atomic% Co, 20 to 40 atomic% Cr, 5 to 15 atomic% B, and 5 to 15 atomic% W, with the remainder being inevitable impurities. An alloy having a composition of

CoCr基アモルファス合金としては、例えば、30〜60原子%のCo、20〜40原子%のCr、5〜15原子%のB、及び5〜15原子%のWを含有し、さらに、2〜5原子%のFe、2〜5原子%のSi、2〜5原子%のNi、及び2〜8原子%のCから選ばれる1種以上を含有し、残部が不可避的不純物である組成を有する合金が挙げられる。   The CoCr-based amorphous alloy contains, for example, 30 to 60 atomic percent Co, 20 to 40 atomic percent Cr, 5 to 15 atomic percent B, and 5 to 15 atomic percent W. Alloy containing at least one selected from atomic percent Fe, 2-5 atomic percent Si, 2-5 atomic percent Ni, and 2-8 atomic percent C, with the balance being inevitable impurities Is mentioned.

これまでに説明したCoCr基アモルファス合金における不可避的不純物としては、例えば、C、Al、P、Mn、Zn、Tiが挙げられる。不可避的不純物とは、原材料及び/又は製造工程中で不可避に含有する不純物のことをいう。不可避的不純物の含有量については、2原子%以下が好ましく、1原子%以下がより好ましい。   Examples of the inevitable impurities in the CoCr-based amorphous alloy described so far include C, Al, P, Mn, Zn, and Ti. Inevitable impurities refer to impurities inevitably contained in raw materials and / or manufacturing processes. The content of inevitable impurities is preferably 2 atomic percent or less, and more preferably 1 atomic percent or less.

これまでに説明してきたFe基アモルファス合金、Ni基アモルファス合金、FeNi基アモルファス合金、及びCoCr基アモルファス合金には、軟磁性材料として用いられるアモルファス合金が含まれる。本開示の二次電池の正極集電体及び/又は負極集電体は、軟磁性材料である必要はない。しかし、軟磁性材料として用いられるアモルファス合金は、非晶質の含有率が50体積%以上であることが多く、そのため、その表面被膜は比較的均一かつ緻密である。このことから、軟磁性材料として用いられるアモルファス合金は、本開示の二次電池に用いて好適である。また、このような軟磁性材料として用いられるアモルファス合金に、その磁気特性を改善するための元素をさらに添加した合金を、本開示の二次電池の集電体として使用することができる。磁気特性を改善する元素としては、例えば、希土類元素等が挙げられる。   The Fe-based amorphous alloy, Ni-based amorphous alloy, FeNi-based amorphous alloy, and CoCr-based amorphous alloy that have been described so far include amorphous alloys used as soft magnetic materials. The positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector of the secondary battery of the present disclosure need not be a soft magnetic material. However, an amorphous alloy used as a soft magnetic material often has an amorphous content of 50% by volume or more. Therefore, the surface film is relatively uniform and dense. For this reason, the amorphous alloy used as the soft magnetic material is suitable for use in the secondary battery of the present disclosure. Further, an alloy obtained by further adding an element for improving the magnetic properties to an amorphous alloy used as such a soft magnetic material can be used as a current collector of the secondary battery of the present disclosure. Examples of elements that improve magnetic properties include rare earth elements.

本開示の二次電池においては、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方がアモルファス合金を含むが、アモルファス合金を含まない集電体は、二次電池として周知に用いられる金属又は合金を適用することができる。   In the secondary battery of the present disclosure, at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector contains an amorphous alloy, but the current collector not containing the amorphous alloy is made of a metal or alloy that is well-known as a secondary battery. Can be applied.

例えば、全固体リチウムイオン二次電池においては、正極集電体として、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金の集電体を適用することができる。化学的安定性の観点から、正極集電体としては、アルミニウムの集電体が好ましい。アモルファス合金を含まない正極集電体についての金属又は合金の適用については、非水電解液リチウムイオン二次電池においても、全固体リチウムイオン二次電池と同様である。   For example, in an all-solid-state lithium ion secondary battery, as a positive electrode current collector, a current collector of various metals such as silver, copper, gold, aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, or an alloy thereof Can be applied. From the viewpoint of chemical stability, the positive electrode current collector is preferably an aluminum current collector. About application of the metal or alloy about the positive electrode electrical power collector which does not contain an amorphous alloy, also in a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, it is the same as that of an all-solid-state lithium ion secondary battery.

例えば、全固体リチウムイオン二次電池においては、負極集電体として、各種金属、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、若しくはチタン等、又はこれらの合金を用いることができる。化学的安定性の観点から、負極集電体としては、銅の集電体が好ましい。銅に、本開示の二次電池の電気的特性を損なわない範囲で合金元素を添加して、銅合金の集電体としてもよい。アモルファス合金を含まない負極集電体についての金属又は合金の適用については、非水電解液リチウムイオン二次電池においても、全固体リチウムイオン二次電池と同様である。   For example, in an all-solid-state lithium ion secondary battery, various metals such as silver, copper, gold, aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, or alloys thereof may be used as the negative electrode current collector. it can. From the viewpoint of chemical stability, the negative electrode current collector is preferably a copper current collector. An alloy element may be added to copper within a range that does not impair the electrical characteristics of the secondary battery of the present disclosure, and a copper alloy current collector may be used. About application of the metal or alloy about the negative electrode collector which does not contain an amorphous alloy, also in a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, it is the same as that of an all-solid-state lithium ion secondary battery.

正極集電体及び負極集電体のいずれも、二次電池の集電体として機能すれば、その形態は特に制限されず、周知の形態であってよい。例えば、薄板、薄片(リボン)、及び箔等が挙げられる。正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に用いられるアモルファス合金は、典型的には、液体急冷法によって製造される。このことから、正極集電体及び/又は負極集電体の形態としては、薄片(リボン)及び箔等が好都合である。正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に用いられるアモルファス合金の製造方法については、後述する。   As long as both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector function as the current collector of the secondary battery, the form thereof is not particularly limited and may be a known form. For example, a thin plate, a thin piece (ribbon), a foil, etc. are mentioned. The amorphous alloy used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is typically produced by a liquid quenching method. From this, as a form of the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector, a thin piece (ribbon), a foil, and the like are convenient. A method for producing an amorphous alloy used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector will be described later.

本開示の二次電池は、その種類によらず、電解質中に、正極集電体、正極活物質層、セパレート層、負極活物質層、及び負極集電体を、この順で具備している。正極集電体及び負極集電体については、上述したとおりであるが、正極活物質層、セパレート層、負極活物質層、及び電解質は、それぞれの種類の二次電池で周知のものを用いることができる。   Regardless of the type of the secondary battery of the present disclosure, the electrolyte includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a separate layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector in this order. . The positive electrode current collector and the negative electrode current collector are as described above, and the positive electrode active material layer, the separate layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte should be known for each type of secondary battery. Can do.

ここでは、本開示の二次電池が、例えば、全固体リチウムイオン二次電池又は非水電解液リチウムイオン二次電池である場合について説明するが、これらに限られない。   Here, the case where the secondary battery of the present disclosure is, for example, an all-solid lithium ion secondary battery or a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery will be described, but is not limited thereto.

先ず、本開示の二次電池が、全固体リチウムイオン二次電池である場合について説明する。全固体リチウムイオン二次電池は、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体を、この順で具備する。全固体リチウムイオン二次電池では、固体電解質層がセパレート層として機能する。以下、全固体リチウムイオン二次電池に関し、正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層について説明する。   First, the case where the secondary battery of the present disclosure is an all-solid lithium ion secondary battery will be described. The all-solid-state lithium ion secondary battery includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector in this order. In the all solid lithium ion secondary battery, the solid electrolyte layer functions as a separate layer. Hereinafter, the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer will be described with respect to the all solid lithium ion secondary battery.

〈全固体リチウムイオン二次電池の正極活物質層〉
正極活物質層の原材料は、正極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、及び固体電解質を含有している。これらは、次の材料を選択することができる。なお、固体電解質については、固体電解質層で挙げる材料を用いることができる。
<Positive electrode active material layer of all-solid-state lithium ion secondary battery>
The raw material of the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, and optionally a conductive additive, a binder, and a solid electrolyte. For these, the following materials can be selected. In addition, about a solid electrolyte, the material quoted by a solid electrolyte layer can be used.

正極活物質としては、マンガン、コバルト、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも1種の遷移金属及びリチウムを含む金属酸化物、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、若しくはニッケルコバルトマンガン酸リチウム等、異種元素置換Li−Mnスピネル、チタン酸リチウム、リン酸金属リチウム、又はこれらの組合せから選択できる。   As the positive electrode active material, at least one transition metal selected from manganese, cobalt, nickel, and titanium and a metal oxide containing lithium, such as lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, or nickel cobalt lithium manganate Or the like, selected from a hetero-element substituted Li-Mn spinel, lithium titanate, lithium metal phosphate, or a combination thereof.

正極活物質は、リチウムイオン電導性能を有し、かつ活物質又はセパレート層と接触しても流動しない被覆層の形態を維持し得る物質で被覆されていてもよい。具体的には、正極活物質は、例えばLiNbO、LiTi12、LiPO等で被覆されていてもよい。 The positive electrode active material may be coated with a material that has lithium ion conductivity and can maintain the form of a coating layer that does not flow even when in contact with the active material or the separate layer. Specifically, the positive electrode active material may be coated with, for example, LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 3 PO 4 or the like.

導電助剤としては、炭素材、例えば、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、若しくはカーボンナノチューブ等、又はこれらの組合せから選択することができる。   The conductive assistant is selected from carbon materials such as VGCF (vapor grown carbon fiber), acetylene black, ketjen black (registered trademark), or carbon nanotube, or a combination thereof. Can do.

バインダーとしては、ポリマー樹脂、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ブタジエンゴム(BR)、若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等、又はこれらの組合せから選択することができる。   The binder can be selected from polymer resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), or combinations thereof.

〈全固体リチウムイオン二次電池の固体電解質層〉
固体電解質層の原材料は、固体電解質を含有している。固体電解質層の原材料としては、次を選択することができる。
<Solid electrolyte layer of all-solid-state lithium ion secondary battery>
The raw material of the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte. The following can be selected as a raw material for the solid electrolyte layer.

すなわち、固体電解質層の原材料としては、全固体リチウムイオン二次電池の固体電解質として利用可能な材料から選択することができる。具体的には、硫化物系非晶質固体電解質、例えば、LiS−P、LiO・LiS・P、LiS、P、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P、若しくはLiS−P等;酸化物系非晶質固体電解質、例えば、LiO−B−P若しくはLiO−SiO等;結晶質酸化物、例えば、LiI、LiN、LiLaTa12、LiLiZr12、LiBaLaTa12、LiPO(4−3/2w)(w<1)等;若しくは、硫化物系結晶質固体電解質、例えば、Li11、Li3.250.75等のガラスセラミックス、若しくはLi3.240.24Ge0.76等のthio−LiSiO系の結晶等;又はこれらの組合せから選択することができる。 That is, the raw material of the solid electrolyte layer can be selected from materials that can be used as the solid electrolyte of the all-solid lithium ion secondary battery. Specifically, sulfide-based amorphous solid electrolyte, for example, Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 O.Li 2 S.P 2 S 5 , Li 2 S, P 2 S 5 , Li 2 S -SiS 2, LiI-Li 2 S -SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5, or Li 2 S—P 2 S 5 etc .; oxide-based amorphous solid electrolyte such as Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 or Li 2 O—SiO 2 ; crystalline oxide such as LiI, Li 3 N, Li 5 La 3 Ta 2 O 12, Li 7 Li 3 Zr 2 O 12, Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12, Li 3 PO (4-3 / 2w) N w (w <1) or the like; or, sulfide-based crystalline solid electrolyte, for example, Li 7 P 3 S 1 , Li 3.25 P 0.75 S 4 such as glass ceramics, or Li 3.24 P 0.24 Ge 0.76 of S 4, etc. thio-LiSiO based crystal, and the like; or be combinations thereof it can.

〈全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質層〉
負極活物質層の原材料は、負極活物質、並びに随意に導電助剤、バインダー、及び固体電解質を含有している。これらは、次の材料を選択することができる。なお、固体電解質については、固体電解質層で挙げた材料を用いることができる。
<Anode active material layer of all-solid-state lithium ion secondary battery>
The raw material of the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and optionally a conductive additive, a binder, and a solid electrolyte. For these, the following materials can be selected. In addition, about the solid electrolyte, the material quoted by the solid electrolyte layer can be used.

負極活物質としては、金属イオン、例えば、リチウムイオン等を吸蔵・放出可能である物質から選択され、グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料、若しくはSi、Si合金等のケイ素材料、又はこれらの組合せから選択できる。また、金属材料、例えば、インジウム、アルミニウム、若しくはすず、又はこれらの組合せから選択できる。   The negative electrode active material is selected from materials capable of occluding and releasing metal ions, such as lithium ions, and is selected from carbon materials such as graphite and hard carbon, silicon materials such as Si and Si alloys, or combinations thereof. You can choose. It can also be selected from metallic materials such as indium, aluminum, or tin, or combinations thereof.

負極活物質として結晶性炭素材料であるグラファイト材料を用いる場合、グラファイトの表面にアモルファス被覆をしてもよい。   When a graphite material that is a crystalline carbon material is used as the negative electrode active material, an amorphous coating may be applied to the surface of the graphite.

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

次に、本開示の二次電池が、非水電解液リチウムイオン二次電池である場合について説明する。非水電解液リチウムイオン二次電池は、正極集電体、正極活物質層、セパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体を、この順で具備する。非水電解液リチウムイオン二次電池では、非水電解液が、正極活物質層、セパレータ層、及び負極活物質層に含浸している。   Next, a case where the secondary battery of the present disclosure is a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery will be described. The non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer, a separator layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector in this order. In the non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, the non-aqueous electrolyte impregnates the positive electrode active material layer, the separator layer, and the negative electrode active material layer.

〈非水電解液リチウムイオン二次電池の正極活物質層〉
正極活物質層の原材料は、正極活物質及び溶媒、並びに随意に導電助剤及びバインダーを含有している。これらは、次の材料を選択することができる。
<Positive electrode active material layer of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery>
The raw material of the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and a solvent, and optionally a conductive additive and a binder. For these, the following materials can be selected.

正極活物質としては、マンガン、コバルト、ニッケル及びチタンから選ばれる少なくとも1種の遷移金属及びリチウムを含む金属酸化物、例えば例えばコバルト酸リチウム(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、及びこれらの組合せ、例えばニッケルマンガン酸リチウム、及びニッケルコバルトマンガン酸リチウムを挙げることができる。ニッケルコバルトマンガン酸リチウムとしては、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3を挙げることができる。 As the positive electrode active material, at least one transition metal selected from manganese, cobalt, nickel and titanium and a metal oxide containing lithium, such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), Mention may be made of lithium nickelate (LiNiO 2 ) and combinations thereof, such as lithium nickel manganate and nickel cobalt lithium manganate. Examples of the nickel cobalt lithium manganate include LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 .

また、高電圧で作動する非水電解液リチウムイオン二次電池の場合には、正極活物質としては、ニッケル−マンガンスピネル系正極活物質、例えばLiNi0.5Mn1.54−w(0<x<2、0≦w<2)、特にLiNi0.5Mn1.5を用いることができる。なお、ニッケル−マンガンスピネル系正極活物質の遷移金属サイトには、チタン(Ti)、鉄(Fe)等の置換元素が含まれていてもよい。 In the case of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that operates at a high voltage, the positive electrode active material may be a nickel-manganese spinel-based positive electrode active material, such as Li x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4− w (0 <x <2, 0 ≦ w <2), in particular LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 can be used. The transition metal site of the nickel-manganese spinel-based positive electrode active material may contain a substitution element such as titanium (Ti) or iron (Fe).

溶媒としては、正極合材スラリーに含有される正極活物質に悪影響を与えない非プロトン性極性溶媒、特に非プロトン性極性の有機溶媒、例えばNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を用いることができる。   As the solvent, an aprotic polar solvent that does not adversely affect the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture slurry, particularly an aprotic polar organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) is used. it can.

随意の導電助材としては、例えば、炭素系導電材、特にアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(登録商標)等のカーボンブラック、黒鉛(グラファイト)を用いることができる。   As an optional conductive aid, for example, a carbon-based conductive material, particularly carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (registered trademark), graphite (graphite) can be used.

随意のバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のポリマー系バインダーを用いることができる。非水電解液リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させる観点から、バインダーは非電解質であることが好ましく、PVDFが特に好ましい。   As an optional binder, for example, a polymer-based binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like can be used. From the viewpoint of improving the durability of the non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, the binder is preferably a non-electrolyte, and PVDF is particularly preferable.

〈非水電解液リチウムイオン二次電池のセパレート層〉
セパレート層として、周知の材料(セパレータ)を用いることができる。セパレータとしては、多孔性ポリエチレン膜(PE)、多孔性ポリプロピレン膜(PP)、多孔性ポリオレフィン膜、多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜を用いることができる。また、セパレータとしては、リチウムイオン又はイオン導電性ポリマー電解質膜を用いることもできる。これらのセパレータは、単独で又は組み合わせて使用することができる。電池出力を高める観点からは、多孔性ポリエチレン膜(PE)を上下二層の多孔性ポリプロピレン膜(PP)で挟んだ三層コートセパレータを用いることが好ましい。
<Separate layer of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery>
A well-known material (separator) can be used as a separate layer. As the separator, a porous polymer film such as a porous polyethylene film (PE), a porous polypropylene film (PP), a porous polyolefin film, or a porous polyvinyl chloride film can be used. Moreover, as a separator, a lithium ion or an ion conductive polymer electrolyte membrane can also be used. These separators can be used alone or in combination. From the viewpoint of increasing the battery output, it is preferable to use a three-layer coated separator in which a porous polyethylene film (PE) is sandwiched between two upper and lower porous polypropylene films (PP).

〈非水電解液リチウムイオン二次電池の負極活物質層〉
負極活物質層の原材料は、負極活物質、並びに随意に導電助剤及びバインダー等を含有している。
<Negative electrode active material layer of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery>
The raw material of the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and optionally a conductive additive and a binder.

負極活物質層の原材料は、負極活物質及び溶媒、並びに随意に導電助剤及びバインダーを含有している。これらは、次の材料を選択することができる。   The raw material of the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and a solvent, and optionally a conductive additive and a binder. For these, the following materials can be selected.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、例えば、黒鉛(グラファイト)等からなる粉末状の炭素材料や、天然黒鉛を非晶質炭素で被覆した非晶質炭素被覆天然黒鉛等を用いることができる。   The negative electrode active material is a material capable of inserting and extracting lithium, for example, a powdery carbon material made of graphite or the like, or amorphous carbon-coated natural graphite obtained by coating natural graphite with amorphous carbon Etc. can be used.

溶媒、導電助剤、及びバインダーとしては、正極活物質層に関して挙げた材料を用いることができる。バインダーにスチレンブタジエンラバー(SBR)を用いた場合は、溶媒として水を用いることが好ましい。   As the solvent, the conductive additive, and the binder, the materials mentioned for the positive electrode active material layer can be used. When styrene butadiene rubber (SBR) is used for the binder, it is preferable to use water as the solvent.

〈非水電解液リチウムイオン二次電池の電解液〉
電解液として、非水電解液を用いる。非水電解液は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物であってよい。非水溶媒としては、有機電解質、フッ素系溶媒、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、及びそれらの二種以上の組合せからなる群より選択される材料を挙げることができる。
<Electrolytic solution of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery>
A non-aqueous electrolyte is used as the electrolyte. The nonaqueous electrolytic solution may be a composition in which a supporting salt is contained in a nonaqueous solvent. Nonaqueous solvents include organic electrolytes, fluorine-based solvents, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and two or more thereof The material selected from the group which consists of these can be mentioned.

非水溶媒としては、フッ素系溶媒、例えばフッ素化炭酸エステルが好ましい。具体的なフッ素化炭酸エステルとしては、炭酸メチル−2,2,2−トリフルオロエチル(MFEC;Carbonic acid, methyl 2,2,2−trifluoroethyl ester;CAS 156783−95−8)、及び/又はジフルオロジメチルカーボネート(DFDMC)が好ましく、これらを体積比50対50で混合したものが特に好ましい。   As the non-aqueous solvent, a fluorinated solvent such as a fluorinated carbonate is preferable. Specific fluorinated carbonates include methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (MFEC; Carbonic acid, methyl 2,2,2-trifluoroethyl ester; CAS 156783-95-8), and / or difluoro. Dimethyl carbonate (DFDMC) is preferred, and those mixed at a volume ratio of 50:50 are particularly preferred.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiCSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiIのリチウム化合物(リチウム塩)、及びそれらの二種以上の組合せからなる群より選択される材料を挙げることができる。電池電圧の向上及び耐久性の観点からは、LiPFが支持塩として好ましい。 Supporting salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiI lithium A material selected from the group consisting of compounds (lithium salts) and combinations of two or more thereof can be given. From the viewpoint of improving battery voltage and durability, LiPF 6 is preferred as the supporting salt.

《二次電池の製造方法》
正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に、アモルファス合金を用いれば、本開示の二次電池の製造方法は、周知の方法を適用できる。上述したように、本開示の二次電池は、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に、アモルファス合金を用いれば、二次電池の種類を問わない。そのため、本開示の二次電池は、それぞれの種類の二次電池の周知の製造方法を適用できる。
<Method for manufacturing secondary battery>
If an amorphous alloy is used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, a known method can be applied to the method for manufacturing a secondary battery of the present disclosure. As described above, the secondary battery of the present disclosure can be of any type as long as an amorphous alloy is used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. Therefore, a known manufacturing method of each type of secondary battery can be applied to the secondary battery of the present disclosure.

例えば、本開示の二次電池が、全固体リチウムイオン二次電池の場合には、次のような製造方法が挙げられる。例えば、正極集電体、正極活物質層の原材料、固体電解質層の原材料、負極活物質層の原材料、及び負極集電体を、この順で金型に装入し、これを圧縮する。   For example, when the secondary battery of the present disclosure is an all-solid lithium ion secondary battery, the following manufacturing method can be given. For example, the positive electrode current collector, the raw material of the positive electrode active material layer, the raw material of the solid electrolyte layer, the raw material of the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector are placed in this order in a mold and compressed.

例えば、本開示の二次電池が、非水電解液リチウムイオン二次電池の場合には、次のような製造方法が挙げられる。例えば、正極活物質等の原材料を混錬等して、スラリー状の正極合剤を準備する。同様に、負極活物質等の原材料を混錬等して、スラリー状の負極合材を準備する。正極集電体の両面に正極合剤を塗布し、正極合剤中の溶媒を乾燥除去して、正極集電体の両面に正極活物質層を形成して、正極とする。同様に、負極集電体の両面に負極合剤を塗布し、負極合剤中の溶媒を乾燥除去して、負極集電体の両面に負極活物質層を形成して、負極とする。正極と負極をセパレータで挟んで積層又は巻回し、これを、非水電解液の入った容器に装入する。   For example, when the secondary battery of the present disclosure is a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, the following manufacturing method may be mentioned. For example, a raw material such as a positive electrode active material is kneaded to prepare a slurry-like positive electrode mixture. Similarly, a raw material such as a negative electrode active material is kneaded to prepare a slurry-like negative electrode mixture. A positive electrode mixture is applied to both surfaces of the positive electrode current collector, the solvent in the positive electrode mixture is removed by drying, and a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of the positive electrode current collector to form a positive electrode. Similarly, a negative electrode mixture is applied to both surfaces of the negative electrode current collector, the solvent in the negative electrode mixture is removed by drying, and a negative electrode active material layer is formed on both surfaces of the negative electrode current collector to form a negative electrode. A positive electrode and a negative electrode are sandwiched or wound between separators, and this is charged into a container containing a non-aqueous electrolyte.

正極集電体及び/又は負極集電体に用いるアモルファス合金は、周知の方法で製造することができる。アモルファス合金の製造方法としては、例えば、単ロール法及び双ロール法等が挙げられる。単ロール法又は双ロール法で薄片(リボン)を鋳造する際には、その鋳造制御のために、単ロール又は双ロールから排出された薄片を、連続的に圧延してもよい。   The amorphous alloy used for the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector can be produced by a known method. Examples of the method for producing an amorphous alloy include a single roll method and a twin roll method. When casting a thin piece (ribbon) by the single roll method or the twin roll method, the thin piece discharged from the single roll or the double roll may be continuously rolled for the casting control.

以下、本開示の二次電池を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。なお、本開示の二次電池は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, the secondary battery of the present disclosure will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. Note that the secondary battery of the present disclosure is not limited to these.

(試料の作製)
試料として、中型(0.24Ah)の全固体リチウムイオン二次電池を作製した。図2は、全固体リチウムイオン二次電池の試料の縦断面を示す模式図である。全固体リチウムイオン二次電池100の試料は、正極集電体10、正極活物質層20、固体電解質層30、負極活物質層40、及び負極集電体50を、この順で備える。正極集電体10、正極活物質層20の原材料、固体電解質層30の原材料、負極活物質層40の原材料、及び負極集電体50を、この順で金型に装入し、これを圧縮して、全固体リチウムイオン二次電池100の試料を作製した。正極活物質層20の原材料、固体電解質層30の原材料、負極活物質層40の原材料については、正極活物質層20、固体電解質層30、及び負極活物質層40それぞれが、50.3μm、39.8μm、及び30.0μmの厚さを有するように、それぞれの原材料の必要量を金型に装入した。
(Sample preparation)
A medium-sized (0.24 Ah) all-solid-state lithium ion secondary battery was produced as a sample. FIG. 2 is a schematic view showing a longitudinal section of a sample of an all-solid lithium ion secondary battery. The sample of the all-solid-state lithium ion secondary battery 100 includes a positive electrode current collector 10, a positive electrode active material layer 20, a solid electrolyte layer 30, a negative electrode active material layer 40, and a negative electrode current collector 50 in this order. The positive electrode current collector 10, the raw material of the positive electrode active material layer 20, the raw material of the solid electrolyte layer 30, the raw material of the negative electrode active material layer 40, and the negative electrode current collector 50 are placed in this order in a mold and compressed. Thus, a sample of the all solid lithium ion secondary battery 100 was produced. About the raw material of the positive electrode active material layer 20, the raw material of the solid electrolyte layer 30, and the raw material of the negative electrode active material layer 40, the positive electrode active material layer 20, the solid electrolyte layer 30, and the negative electrode active material layer 40 are respectively 50.3 micrometers, 39 The required amount of each raw material was charged into the mold to have thicknesses of .8 μm and 30.0 μm.

図3は、図2に示した全固体リチウムイオン二次電池100の試料の構造を立体的に説明する模式図である。図3では、全固体リチウムイオン二次電池100の構造が分かり易いように、正極集電体10、正極活物質層20、固体電解質層30、負極活物質層40、及び負極集電体50それぞれを、便宜的に分離して示している。また、正極集電体10、正極活物質層20、固体電解質層30、負極活物質層40、及び負極集電体50それぞれを、便宜的に左右方向に移動して示している。図3に示したように、正極集電体10及び負極集電体50は、それぞれ、タブ部12、52を有する。   FIG. 3 is a schematic diagram for three-dimensionally explaining the structure of the sample of the all-solid-state lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. In FIG. 3, the positive electrode current collector 10, the positive electrode active material layer 20, the solid electrolyte layer 30, the negative electrode active material layer 40, and the negative electrode current collector 50 are respectively shown so that the structure of the all solid lithium ion secondary battery 100 can be easily understood. Are shown separately for convenience. In addition, each of the positive electrode current collector 10, the positive electrode active material layer 20, the solid electrolyte layer 30, the negative electrode active material layer 40, and the negative electrode current collector 50 is shown moving in the left-right direction for convenience. As shown in FIG. 3, the positive electrode current collector 10 and the negative electrode current collector 50 have tab portions 12 and 52, respectively.

正極集電体10と負極集電体50を構成する材料の組み合わせを、表1に示す。表1には、それぞれの集電体の厚さを併記した。表1のFe基アモルファス合金箔として、日立金属株式会社製Metglas(登録商標)2605S3Aを用いた。この合金は、単ロール法で製造されたFe−Si−B系アモルファス合金である。また、表1のFeNi基アモルファス合金箔として、日立金属株式会社製Metglas(登録商標)2826MBを用いた。この合金は、単ロール法で製造されたNi−Fe−Mo−B系アモルファス合金である。   Table 1 shows combinations of materials constituting the positive electrode current collector 10 and the negative electrode current collector 50. Table 1 also shows the thickness of each current collector. As the Fe-based amorphous alloy foil in Table 1, Metglas (registered trademark) 2605S3A manufactured by Hitachi Metals, Ltd. was used. This alloy is an Fe—Si—B based amorphous alloy manufactured by a single roll method. Further, as the FeNi-based amorphous alloy foil in Table 1, Metglas (registered trademark) 2826MB manufactured by Hitachi Metals, Ltd. was used. This alloy is a Ni—Fe—Mo—B based amorphous alloy produced by a single roll method.

Figure 2019186008
Figure 2019186008

正極活物質層は、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムを84.7質量%、硫化物系非晶質固体電解質を13.4質量%、バインダーを0.6質量%、VGCFを1.3質量%配合して作製した。正極活物質層において、活物質は75体積%、固体電解質は25体積%であった。   The positive electrode active material layer contains 84.7% by mass of nickel cobalt lithium manganate, 13.4% by mass of sulfide-based amorphous solid electrolyte, 0.6% by mass of binder, and 1.3% by mass of VGCF. Made. In the positive electrode active material layer, the active material was 75% by volume, and the solid electrolyte was 25% by volume.

固体電解質層は、硫化物系非晶質固体電解質を99.6質量%、バインダーを0.4質量%配合して作製した。   The solid electrolyte layer was prepared by blending 99.6% by mass of a sulfide-based amorphous solid electrolyte and 0.4% by mass of a binder.

負極活物質層は、Siを54.5質量%、硫化物系非晶質固体電解質を42.3質量%、バインダーを1.1質量%、VGCFを2.1質量%配合して作製した。負極活物質層において、活物質は55体積%、固体電解質は45体積%であった。   The negative electrode active material layer was prepared by blending 54.5 mass% Si, 42.3 mass% sulfide-based amorphous solid electrolyte, 1.1 mass% binder, and 2.1 mass% VGCF. In the negative electrode active material layer, the active material was 55% by volume and the solid electrolyte was 45% by volume.

〈評価〉
実施例1及び比較例1〜2の試料について、釘刺し試験を行った。また、実施例1〜4及び比較例1〜2の試料について、出力(mW/cm2)を測定した。さらに、表1に示した正極集電体及び負極集電体の組合せについて、表面抵抗を測定した。
<Evaluation>
A nail penetration test was performed on the samples of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Moreover, the output (mW / cm < 2 >) was measured about the sample of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2. Further, the surface resistance of the combination of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector shown in Table 1 was measured.

釘刺し試験は、短絡箇所に供試体二次電池以外の二次電池から流入する電流を加味して行った。図4は、釘刺し試験装置の概要を示す説明図である。供試体二次電池60を第一容器70に格納し、電子供給用二次電池85を第二容器80に格納する。供試体二次電池60は、2個の単電池を積層した。電子供給用二次電池85は、36個の単電池を積層した。供試体二次電池60と電子供給用二次電池85は並列接続され、これらの間には、電流計90が接続されている。試験は、第一容器70及び第二容器80の内部の温度が25℃、供試体二次電池60のSOC(State of Charge)が100%の状態で行った。供試体二次電池60の中央付近の釘刺し位置72に、0.5mm/秒の速度で、直径8mm及び先端角60度の釘95を挿入して試験した。   The nail penetration test was performed in consideration of the current flowing from the secondary battery other than the specimen secondary battery at the short-circuited portion. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the nail penetration test apparatus. The specimen secondary battery 60 is stored in the first container 70, and the electron supply secondary battery 85 is stored in the second container 80. The specimen secondary battery 60 was formed by stacking two single batteries. As the secondary battery 85 for electron supply, 36 single cells were stacked. The specimen secondary battery 60 and the electron supply secondary battery 85 are connected in parallel, and an ammeter 90 is connected between them. The test was performed in a state where the temperature inside the first container 70 and the second container 80 was 25 ° C., and the SOC (State of Charge) of the specimen secondary battery 60 was 100%. A test was performed by inserting a nail 95 having a diameter of 8 mm and a tip angle of 60 degrees into a nail penetration position 72 near the center of the specimen secondary battery 60 at a speed of 0.5 mm / second.

〈評価結果〉
釘刺し試験に関しては、比較例1〜2の電池については、釘刺し後に、二次電池の温度が急激に上昇したのに対して、実施例1の電池については、温度の上昇が充分に抑制されていた。実施例1の電池の温度上昇量は、比較例1の電池の温度上昇量の約17%であった。
<Evaluation results>
Regarding the nail penetration test, for the batteries of Comparative Examples 1 and 2, the temperature of the secondary battery increased rapidly after nail penetration, whereas for the battery of Example 1, the temperature increase was sufficiently suppressed. It had been. The amount of temperature increase of the battery of Example 1 was about 17% of the amount of temperature increase of the battery of Comparative Example 1.

図5は、実施例1〜2及び比較例1〜2の正極集電体と負極集電体の組合せについて、応力と接触抵抗の関係を示すグラフである。図6は、実施例1及び実施例3〜4並びに比較例1〜2の正極集電体と負極集電体の組合せについて、応力と接触抵抗の関係を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between stress and contact resistance for the combinations of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2. FIG. 6 is a graph showing the relationship between stress and contact resistance for the combination of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of Example 1, Examples 3 to 4, and Comparative Examples 1 and 2.

二次電池において、通常使用時の性能と釘刺し試験時の温度上昇抑制の両方を満足する正極集電体と負極集電体の組合せは、集電体に負荷される応力と、正極集電体と負極集電体の接触抵抗との関係で評価できる。   In a secondary battery, the combination of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector that satisfy both the performance during normal use and the suppression of temperature rise during the nail penetration test is determined by the stress applied to the current collector, It can be evaluated by the relationship between the contact resistance of the body and the negative electrode current collector.

二次電池の通常使用時においては、正極集電体は正極活物質に接触しており、負極集電体は負極活物質に接触しているため、正極集電体と負極集電体とが接触していない。それにもかかわらず、通常使用時の性能を満足する正極集電体と負極集電体の組合せを、集電体に負荷される応力と、正極集電体と負極集電体の表面抵抗との関係で評価できる理由は、次のとおりであると考えられる。   During normal use of the secondary battery, the positive electrode current collector is in contact with the positive electrode active material, and the negative electrode current collector is in contact with the negative electrode active material. There is no contact. Nevertheless, the combination of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector that satisfy the performance during normal use is determined based on the stress applied to the current collector and the surface resistance of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. The reason why the relationship can be evaluated is considered as follows.

図1の表面被膜200によって生じる抵抗は、通常使用時の性能にも大きな影響を与え、表面被膜200によって生じる抵抗は、表面被膜200に負荷される応力によって変化する。そして、表面被膜200に負荷される応力は、正極活物質及び負極圧物質の有無にかかわらず、同じように変化するためである。   The resistance generated by the surface coating 200 in FIG. 1 has a great influence on the performance during normal use, and the resistance generated by the surface coating 200 changes depending on the stress applied to the surface coating 200. This is because the stress applied to the surface coating 200 changes in the same manner regardless of the presence or absence of the positive electrode active material and the negative electrode pressure material.

図5及び図6において、破線は、二次電池の通常使用時の応力範囲と、その際の接触抵抗の許容範囲を示し、一点鎖線は、釘刺し試験等の短絡モードでの応力範囲と、その際の接触抵抗の許容範囲を示す。「接触抵抗の許容範囲」とは、通常使用時においては、二次電池としての性能を維持できる範囲を意味し、釘刺し試験等の短絡モードにおいては、二次電池の温度上昇量を抑制することができる範囲を意味する。図7は、実施例1、実施例3〜4、及び比較例1〜2の二次電池の出力を示すグラフである。なお、図7においては、比較例1の二次電池の出力を100として規格化してある。   5 and 6, the broken line indicates the stress range during normal use of the secondary battery and the allowable range of contact resistance at that time, and the alternate long and short dash line indicates the stress range in the short-circuit mode such as a nail penetration test, The allowable range of contact resistance is shown. The “permissible range of contact resistance” means a range in which the performance as a secondary battery can be maintained during normal use, and suppresses the temperature rise of the secondary battery in a short-circuit mode such as a nail penetration test. It means the range that can be. FIG. 7 is a graph showing the outputs of the secondary batteries of Example 1, Examples 3-4, and Comparative Examples 1-2. In FIG. 7, the output of the secondary battery of Comparative Example 1 is normalized as 100.

釘刺し試験の結果及び図5〜6から、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方にアモルファス合金が用いられると、二次電池の通常使用時の性能を維持しつつ、釘刺し試験等の短絡時に二次電池の温度上昇量を抑制可能なことを理解できる。   From the results of the nail penetration test and FIGS. 5 to 6, when an amorphous alloy is used for at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, the performance during normal use of the secondary battery is maintained and the nail penetration test or the like It can be understood that the temperature rise of the secondary battery can be suppressed during the short circuit.

また、図6から分かるように、正極集電体にFe基アモルファス合金、負極集電体に銅用いると、応力が0.1〜40MPaのときに、さらに接触抵抗を低減できる。そして、図7から分かるように、正極集電体にFe基アモルファス合金、負極集電体に銅を用いると、二次電池の出力も向上する。   Further, as can be seen from FIG. 6, when an Fe-based amorphous alloy is used for the positive electrode current collector and copper is used for the negative electrode current collector, the contact resistance can be further reduced when the stress is 0.1 to 40 MPa. As can be seen from FIG. 7, when an Fe-based amorphous alloy is used for the positive electrode current collector and copper is used for the negative electrode current collector, the output of the secondary battery is also improved.

二次電池の通常使用時の性能を維持しつつ、釘刺し試験等の短絡時に二次電池の温度上昇量を抑制するには、応力と表面抵抗の関係が、図5及び図6の破線及び一点鎖線で囲まれた範囲にあればよい。そして、図5及び図6の結果が得られるのは、上述したように、アモルファス合金の表面被膜が比較的均一かつ緻密であるためと考えられる。したがって、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が、アモルファス合金を含むことによって得られる本開示の二次電池の効果は、二次電池の種類によらないと考えることができる。   In order to suppress the temperature rise of the secondary battery at the time of a short circuit such as a nail penetration test while maintaining the performance of the secondary battery during normal use, the relationship between the stress and the surface resistance is shown by the broken line in FIG. 5 and FIG. It suffices if it is within the range surrounded by the alternate long and short dash line. The reason why the results of FIGS. 5 and 6 are obtained is considered that the surface film of the amorphous alloy is relatively uniform and dense as described above. Therefore, it can be considered that the effect of the secondary battery of the present disclosure obtained by including at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector contains an amorphous alloy does not depend on the type of the secondary battery.

以上の結果から、本開示の二次電池の効果を確認できた。   From the above results, the effect of the secondary battery of the present disclosure was confirmed.

10 正極集電体
12 タブ部
20 正極活物質層
30 固体電解質層
40 負極活物質層
50 負極集電体
52 タブ部
60 供試体二次電池
70 第一容器
72 釘刺し位置
80 第二容器
85 電子供給用二次電池
90 電流計
95 釘
100 全固体リチウムイオン二次電池
200 表面被膜
210 結晶粒
220 結晶粒界
225 交差部
230 非晶質体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positive electrode collector 12 Tab part 20 Positive electrode active material layer 30 Solid electrolyte layer 40 Negative electrode active material layer 50 Negative electrode collector 52 Tab part 60 Specimen secondary battery 70 First container 72 Nail penetration position 80 Second container 85 Electron Secondary battery for supply 90 Ammeter 95 Nail 100 All-solid lithium ion secondary battery 200 Surface coating 210 Crystal grain 220 Crystal grain boundary 225 Intersection 230 Amorphous body

Claims (2)

正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が、アモルファス合金を含む、二次電池。   A secondary battery in which at least one of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector contains an amorphous alloy. 前記正極集電体がFe基アモルファス合金を含み、かつ、前記負極集電体が銅又は銅合金を含む、請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode current collector includes an Fe-based amorphous alloy, and the negative electrode current collector includes copper or a copper alloy.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112825355A (en) * 2019-11-20 2021-05-21 恒大新能源技术(深圳)有限公司 Current collector, pole piece and secondary battery

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60101870A (en) * 1983-11-08 1985-06-05 Toppan Printing Co Ltd Thin battery
JPH10106582A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Sanyo Electric Co Ltd Collector for battery, battery and non-aqueous electrolyte battery
JP2001250559A (en) * 2000-03-08 2001-09-14 Sanyo Electric Co Ltd Lithium secondary cell
US20110136045A1 (en) * 2003-03-18 2011-06-09 Trevor Wende Current collector plates of bulk-solidifying amorphous alloys
JP2014107275A (en) * 2012-11-29 2014-06-09 Swatch Group Research & Development Ltd Electrochemical cell
JP2015506535A (en) * 2011-12-21 2015-03-02 ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド Device with an amorphous metal current collector
JP2016219267A (en) * 2015-05-21 2016-12-22 日本電気株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2017500710A (en) * 2013-12-18 2017-01-05 エレクトリシテ・ドゥ・フランス Anode compartment with collector made of amorphous alloy

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60101870A (en) * 1983-11-08 1985-06-05 Toppan Printing Co Ltd Thin battery
JPH10106582A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Sanyo Electric Co Ltd Collector for battery, battery and non-aqueous electrolyte battery
JP2001250559A (en) * 2000-03-08 2001-09-14 Sanyo Electric Co Ltd Lithium secondary cell
US20110136045A1 (en) * 2003-03-18 2011-06-09 Trevor Wende Current collector plates of bulk-solidifying amorphous alloys
JP2015506535A (en) * 2011-12-21 2015-03-02 ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド Device with an amorphous metal current collector
JP2014107275A (en) * 2012-11-29 2014-06-09 Swatch Group Research & Development Ltd Electrochemical cell
JP2017500710A (en) * 2013-12-18 2017-01-05 エレクトリシテ・ドゥ・フランス Anode compartment with collector made of amorphous alloy
JP2016219267A (en) * 2015-05-21 2016-12-22 日本電気株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112825355A (en) * 2019-11-20 2021-05-21 恒大新能源技术(深圳)有限公司 Current collector, pole piece and secondary battery

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