JP2020035634A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics by reducing the internal resistance of a battery.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery includes: an electrode including a collector and an electrode active material layer arranged on a surface of the collector, the electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer; and an electrolyte layer arranged between the electrodes, the electrolyte layer comprising a separator impregnated with an electrolyte. When x [m] represents a pore volume per 1 mof the electrode, y [m] represents a volume of a gel-forming polymer contained per 1 mof the electrode, and z [%] represents a liquid-absorption rate of a gel-forming polymer with respect to the electrolyte, 0.30≤yz/x≤1.06 is satisfied.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。車載電源への適用を指向した非水電解質二次電池は、高容量であり、優れた出力特性を有することが求められる。   2. Description of the Related Art In recent years, the spread of various electric vehicles has been expected to solve environmental and energy problems. Development of secondary batteries has been earnestly carried out as a vehicle-mounted power supply such as a motor drive power supply that holds the key to the spread of these electric vehicles. Non-aqueous electrolyte secondary batteries intended for application to in-vehicle power supplies are required to have high capacity and excellent output characteristics.

高容量化した電池を得るための技術として、特許文献1には、電極の膜厚を厚くすることにより、集電体やセパレータの相対的な割合を減少させて電池のエネルギー密度を高くするという手段が開示されている。   As a technique for obtaining a battery with a high capacity, Patent Document 1 discloses that by increasing the thickness of an electrode, the relative proportion of a current collector or a separator is reduced to increase the energy density of the battery. Means are disclosed.

特開平9−204936号公報JP-A-9-204936

しかしながら、特許文献1のように、電極の膜厚を厚くすると、電池の内部抵抗が増加することで、出力特性が低下するという問題が生じてしまう。   However, when the thickness of the electrode is increased as in Patent Literature 1, a problem arises in that the internal resistance of the battery increases and output characteristics deteriorate.

したがって、本発明は、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮しうる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can exhibit excellent output characteristics by reducing the internal resistance of the battery.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、ゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層を有する電極と電解液とを用いた非水電解質二次電池において、電極の空孔体積、ゲル形成性ポリマーの体積および電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が所定の関係を満たすように制御することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, in a nonaqueous electrolyte secondary battery using an electrode having an electrode active material layer containing a gel-forming polymer and an electrolyte, the pore volume of the electrode, the volume of the gel-forming polymer, and the It has been found that it is effective to control the liquid absorption of the polymer so as to satisfy a predetermined relationship, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係る非水電解質二次電池は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有する。ここで、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、 That is, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is an electrode in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is disposed on the surface of a current collector, and a separator disposed between the electrodes. And an electrolyte layer impregnated with an electrolytic solution. Here, the volume of pores per m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained per m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is When the liquid absorption rate of z is z [%],

を満たすことを特徴とする。 Is satisfied.

本発明の一形態に係る非水電解質二次電池によれば、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮することができる。   According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of one embodiment of the present invention, excellent output characteristics can be exhibited by reducing the internal resistance of the battery.

本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which represented typically the bipolar secondary battery which is one Embodiment of this invention. 二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a secondary battery.

本発明の一形態は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有する非水電解質二次電池である。ここで、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、 One embodiment of the present invention is an electrode in which an electrode active material layer including an electrode active material and a gel-forming polymer is disposed on a surface of a current collector, and a separator disposed between the electrodes is impregnated with an electrolytic solution. And a non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte layer. Here, the volume of pores per m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained per m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is When the liquid absorption rate of z is z [%],

を満たすことを特徴とする。本形態の非水電解質二次電池によれば、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮することができる。 Is satisfied. According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, excellent output characteristics can be exhibited by reducing the internal resistance of the battery.

上記効果を奏する詳細なメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。なお、本発明の技術的範囲は下記メカニズムに何ら制限されない。   The detailed mechanism of the above effect is unknown, but is presumed as follows. The technical scope of the present invention is not limited to the following mechanism.

本形態では、電極活物質層が電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含有し、この際電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化している。上記yz/xの値を0.30以上に制御すると、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化して、電極の空孔に浮遊する電極活物質の発生が抑制される。これにより、電子伝導を向上することができる。また、ゲル形成性ポリマーが電解液を吸液してイオン伝導を担うため、有効イオン伝導を向上することができる。よって、直流抵抗値を低減できる。また、上記yz/xの値を1.06以下に制御することで、ゲル形成性ポリマーが電極活物質を過剰に被覆することが抑制される。これにより、電子伝導の低下を抑制できる。また、ゲル形成性ポリマーが電極の空孔を過剰に占有すること、電解液量が減少することおよびイオン量(例えば、Liイオン量)が低下することを抑制することで、有効イオン伝導の低下を抑制できる。よって、直流抵抗値を低減できる。このように、yz/xの値を所定の範囲に制御することにより、本形態の非水電解質二次電池では、直流抵抗値を低減でき、優れた出力特性を発揮することができると考えられる。   In this embodiment, the electrode active material layer contains the electrode active material and the gel-forming polymer, and at this time, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured. When the value of yz / x is controlled to 0.30 or more, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured, and the generation of the electrode active material floating in the pores of the electrode is suppressed. Thereby, electron conduction can be improved. In addition, since the gel-forming polymer absorbs the electrolytic solution and plays a role in ion conduction, effective ion conduction can be improved. Therefore, the DC resistance can be reduced. Further, by controlling the value of yz / x to 1.06 or less, it is possible to suppress the gel-forming polymer from excessively covering the electrode active material. Thereby, a decrease in electron conduction can be suppressed. In addition, the gel-forming polymer excessively occupies the pores of the electrode, reduces the amount of the electrolyte solution, and suppresses the decrease in the amount of ions (eg, the amount of Li ions), thereby reducing the effective ion conduction. Can be suppressed. Therefore, the DC resistance can be reduced. As described above, by controlling the value of yz / x within a predetermined range, it is considered that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can reduce the DC resistance value and exhibit excellent output characteristics. .

以下、図面を参照しながら、上述した本発明に係る実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。以下では、非水電解質二次電池の一形態である、双極型リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)、相対湿度40〜50%RHの条件で行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention described above will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the claims, and is not limited to only the following embodiments. . Hereinafter, the present invention will be described using a bipolar lithium ion secondary battery as an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the sake of explanation, and may differ from the actual ratios. In the present specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”. Unless otherwise specified, operations and measurements of physical properties are performed at room temperature (20 to 25 ° C.) and relative humidity of 40 to 50% RH.

本明細書では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「双極型二次電池」とも称し、双極型リチウムイオン二次電池用電極を単に「双極型電極」と称することがある。   In this specification, the bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as “bipolar secondary battery”, and the electrode for the bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as “bipolar electrode”.

<双極型二次電池>
図1は、本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。図1に示す双極型二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。
<Bipolar secondary battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery according to one embodiment of the present invention. The bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 which is a battery exterior body.

図1に示すように、本形態の双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層(セパレータ)17を介して積層されて発電要素21を形成する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。   As shown in FIG. 1, the power generating element 21 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment has the positive electrode active material layer 13 electrically connected to one surface of the current collector 11, and It has a plurality of bipolar electrodes 23 having a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via an electrolyte layer (separator) 17 to form a power generating element 21. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other with the electrolyte layer 17 interposed therebetween. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is disposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。これにより、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止している。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the unit cell layers 19 are stacked. In addition, a seal portion (insulating layer) 31 is arranged on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. This prevents a liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 17, causes adjacent current collectors 11 to come into contact with each other in the battery, or causes a slight irregularity in the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. To prevent a short circuit caused by the above. The positive electrode active material layer 13 is formed only on one surface of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side located on the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side located on the outermost layer of the power generating element 21.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板(正極タブ)25が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板(負極タブ)27が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム29から導出している。   Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate (positive tab) 25 is disposed adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a battery exterior body. It is derived from the laminate film 29. On the other hand, a negative electrode current collector (negative electrode tab) 27 is arranged adjacent to the outermost layer current collector 11 b on the negative electrode side, and is similarly extended and led out of the laminate film 29.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装体であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。なお、ここでは、双極型二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能な非水電解質電池の種類は特に制限されず、発電要素において単電池層が並列接続されてなる形式のいわゆる並列積層型電池などの従来公知の任意の非水電解質二次電池に適用可能である。   Note that the number of laminations of the unit cell layer 19 is adjusted according to a desired voltage. In the bipolar secondary battery 10, the number of stacks of the unit cell layer 19 may be reduced as long as a sufficient output can be ensured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. In the bipolar secondary battery 10 as well, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the power generating element 21 is sealed under reduced pressure in a laminate film 29 as a battery exterior body, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector 25 are sealed. It is preferable that the electric plate 27 is taken out of the laminate film 29. Note that, here, the embodiment of the present invention has been described by taking a bipolar secondary battery as an example, but the type of nonaqueous electrolyte battery to which the present invention can be applied is not particularly limited, and the unit cell layer in the power generation element is not limited. The present invention can be applied to any conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery such as a so-called parallel stacked battery of a type connected in parallel.

以下、上述した双極型二次電池の主な構成要素について説明する。   Hereinafter, main components of the above-described bipolar secondary battery will be described.

[電極]
電極は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された構成を有する。
[electrode]
The electrode has a configuration in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is arranged on the surface of a current collector.

〔集電体〕
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
(Current collector)
The current collector has a function of mediating the transfer of electrons from one surface in contact with the positive electrode active material layer to the other surface in contact with the negative electrode active material layer. There is no particular limitation on the material constituting the current collector, but, for example, a metal or a resin having conductivity may be employed.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔、またはカーボン被覆アルミニウム箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。   Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a foil having a metal surface coated with aluminum or a carbon-coated aluminum foil may be used. Among them, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferred from the viewpoint of electron conductivity and battery operating potential.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the latter resin having conductivity include a resin obtained by adding a conductive filler as necessary to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylenevinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process and reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide imide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。   A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as needed. In particular, when the resin serving as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is indispensable to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金もしくは金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。   The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, as a material excellent in conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking property, metal, conductive carbon, and the like can be given. The metal is not particularly limited, but is at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to include an alloy or metal oxide containing Further, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, Vulcan (registered trademark), Black Pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one kind.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜80質量%程度である。   The amount of the conductive filler to be added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 80% by mass.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。   Note that the current collector may have a single-layer structure made of a single material or a stacked structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include a conductive resin layer made of at least a conductive resin. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the unit cells, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

〔電極活物質層〕
電極活物質層は、上記集電体の表面に配置され、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む。
(Electrode active material layer)
The electrode active material layer is disposed on the surface of the current collector, and includes an electrode active material and a gel-forming polymer.

電極活物質層中、電極活物質の含有量(固形分換算)は、出力特性の観点から、好ましくは60〜95質量%であり、より好ましくは80〜95質量%である。   The content (in terms of solid content) of the electrode active material in the electrode active material layer is preferably from 60 to 95% by mass, and more preferably from 80 to 95% by mass, from the viewpoint of output characteristics.

電極活物質層中、ゲル形成性ポリマーの含有量(固形分換算)は、上記yz/xの範囲を満たすように適宜調整することができる。ゲル形成性ポリマーの含有量(固形分換算)は、出力特性の観点から、好ましくは0.5〜10.0質量%であり、より好ましくは1.0〜6.0質量%である。   The content of the gel-forming polymer (in terms of solid content) in the electrode active material layer can be appropriately adjusted so as to satisfy the above range of yz / x. The content (in terms of solid content) of the gel-forming polymer is preferably from 0.5 to 10.0% by mass, more preferably from 1.0 to 6.0% by mass, from the viewpoint of output characteristics.

電極活物質層の厚さは、正極活物質層については、好ましくは150〜1500μmであり、より好ましくは180〜950μmであり、さらに好ましくは200〜800μmである。また、負極活物質層の厚さは、好ましくは150〜1500μmであり、より好ましくは180〜1200μmであり、さらに好ましくは200〜1000μmである。電極活物質層の厚さが上述した下限値以上の値であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、電極活物質層の厚さが上述した上限値以下の値であれば、電極活物質層の構造を十分に維持することができる。   The thickness of the electrode active material layer for the positive electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 950 μm, and still more preferably 200 to 800 μm. Further, the thickness of the negative electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 1200 μm, and still more preferably 200 to 1000 μm. When the thickness of the electrode active material layer is equal to or greater than the lower limit described above, the energy density of the battery can be sufficiently increased. On the other hand, when the thickness of the electrode active material layer is equal to or less than the above upper limit, the structure of the electrode active material layer can be sufficiently maintained.

本形態において、電極活物質層では、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化することで、機械的強度を向上させることができる。そのため、電極の膜厚を厚くしても、優れた出力特性を維持しつつ、電極の機械的強度を向上することができる。   In the present embodiment, in the electrode active material layer, the mechanical strength can be improved by structuring the electrode active material and the gel-forming polymer. Therefore, even if the thickness of the electrode is increased, the mechanical strength of the electrode can be improved while maintaining excellent output characteristics.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはLi(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)、またはリチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム複合酸化物(以下単に、「NCA複合酸化物」とも称する)などが用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2, and lithium-based materials such as those in which some of these transition metals are replaced by other elements. A transition metal composite oxide, a lithium-transition metal phosphate compound, a lithium-transition metal sulfate compound, and the like can be given. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used. More preferably Li (Ni-Mn-Co) O 2 , and in which a part of these transition metals are replaced by other elements (hereinafter, simply referred to as "NMC composite oxide"), or a lithium - nickel - cobalt -Aluminum composite oxide (hereinafter, also simply referred to as "NCA composite oxide") or the like is used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which lithium atomic layers and transition metal (Mn, Ni and Co are arranged in an orderly) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. Then, one Li atom is contained per atom of the transition metal M, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, so that a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which part of a transition metal element is replaced by another metal element. Other elements in this case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn, etc., preferably, Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably, Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr, and more preferably, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0≦c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 NMC composite oxide, since the theoretical discharge capacity is high, preferably the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 ( In the formula, a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. At least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化される。その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   Generally, it is known that nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of a material and improving electronic conductivity. Ti and the like partially replace the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is replaced by another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). The crystal structure is stabilized by the solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr. As a result, it is considered that the capacity of the battery can be prevented from lowering even when charge and discharge are repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位質量あたりの容量が大きい。これにより、エネルギー密度の向上が可能となり、コンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しているため、航続距離の観点からも好ましい。 In a more preferred embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.26 Is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 which has been used in general consumer batteries. The capacity per unit mass is larger than that of. This has the advantage that the energy density can be improved and that a compact and high-capacity battery can be manufactured, which is preferable from the viewpoint of the cruising distance.

また、より好ましい実施形態としては、より容量が大きいという観点から、LiNi0.8Co0.1Al0.1やLiNi0.8Co0.15Al0.05が好ましい。 Moreover, as a more preferable embodiment, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 or LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 is preferable from the viewpoint of larger capacity.

正極活物質の平均粒子径は、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。本明細書において、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置により計測されたものを採用する。   The average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of increasing the output. In the present specification, the average particle diameter used is a value measured by a particle size distribution analyzer using a laser diffraction / scattering method.

(負極活物質)
負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料(スズ、シリコン)、リチウム合金系負極材料(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−アルミニウム−マンガン合金等)などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon, and hard carbon; lithium-transition metal composite oxides (eg, Li 4 Ti 5 O 12 ); metal materials (tin, silicon); Alloy-based negative electrode materials (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-aluminum-manganese alloy, and the like) and the like. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoints of capacity and output characteristics, a carbon material, a lithium-transition metal composite oxide, and a lithium alloy-based negative electrode material are preferably used as the negative electrode active material. In addition, it goes without saying that a negative electrode active material other than the above may be used.

負極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。   Although the average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, it is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of high output.

(ゲル形成性ポリマー)
ゲル形成性ポリマーは、イオン伝導性ポリマーであり、電極活物質と共に構造体を形成して、イオン伝導の役割を担うことができる。ゲル形成性ポリマーとしては、出力特性の観点から、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリメチルメタクリレート、およびこれらの共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である。
(Gel-forming polymer)
The gel-forming polymer is an ion-conductive polymer, and can form a structure together with the electrode active material and play a role of ion conduction. As the gel-forming polymer, from the viewpoint of output characteristics, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP), It is at least one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol diacrylate, polymethyl methacrylate, and a copolymer thereof.

ゲル形成性ポリマーは、出力特性をより高めるとの観点から、好ましくはポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択され、より好ましくはポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)である。   The gel-forming polymer is preferably polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (EPO) from the viewpoint of further enhancing output characteristics. (PVdF-HEP) and polymethyl methacrylate (PMMA), more preferably polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP).

電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、特に制限されず、0.30≦yz/x≦1.06の関係式を満たすように適宜調整できる。電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、例えば0.006〜0.038mであり、好ましくは0.009〜0.035m、より好ましくは0.015〜0.028mである。電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、仕込み量などにより制御することができる。 The volume of the gel-forming polymer contained per electrode 1 m 3 is not particularly limited, can be appropriately adjusted so as to satisfy the relationship of 0.30 ≦ yz / x ≦ 1.06. The volume of the gel-forming polymer contained per electrode 1 m 3 is, for example, 0.006~0.038M 3, preferably 0.009~0.035M 3, more preferably 0.015~0.028M 3 is there. The volume of the gel-forming polymer contained per electrode 1 m 3 can be controlled by such charged amount.

ゲル形成性ポリマーは、電解液に対する吸液率が好ましくは10%以上であり、より好ましくは50%以上である。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率の上限は、特に制限されないが、例えば200%以下であり、好ましくは120%以下であり、より好ましくは90%以下である。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率が10%以上であると、ゲル形成性ポリマーが十分に電解液を保持することができるため、イオン伝導を担わせることができる。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率が200%以下であると、電極活物質との構造体を維持できる。   The gel-forming polymer preferably has a liquid absorption of 10% or more, more preferably 50% or more, with respect to the electrolytic solution. The upper limit of the liquid absorption of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is not particularly limited, but is, for example, 200% or less, preferably 120% or less, and more preferably 90% or less. When the absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is 10% or more, the gel-forming polymer can sufficiently hold the electrolytic solution, and thus can perform ion conduction. When the absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolyte is 200% or less, the structure with the electrode active material can be maintained.

本明細書において、「電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率」は、電解液への浸漬前および浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量を測定して、以下の式により算出する。   In the present specification, the “absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution” is calculated by the following formula by measuring the mass of the gel-forming polymer before and after immersion in the electrolytic solution.

吸液率(%)=[(電解液浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量−電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量)/電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量]×100。   Liquid absorption (%) = [(mass of gel-forming polymer after immersion in electrolyte−mass of gel-forming polymer before immersion in electrolyte) / mass of gel-forming polymer before immersion in electrolyte] × 100.

試料としては、上記ゲル形成性ポリマーをN−メチル−2−ピロリドンに溶解して、キャスト膜を作製する。キャスト膜の電解液への浸漬は、25℃〜50℃にて24時間行う。   As a sample, the gel-forming polymer is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cast film. The immersion of the cast film in the electrolytic solution is performed at 25 ° C. to 50 ° C. for 24 hours.

吸液率を求めるための電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた電解液を用いる。 As an electrolytic solution for obtaining the liquid absorption rate, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (volume ratio 1: 1) to LiN obtained by dissolving the (FSO 2) 2 2mol / L Use electrolyte.

(導電助剤)
電極活物質層は、導電助剤をさらに含むことができる。
(Conduction aid)
The electrode active material layer may further include a conductive additive.

導電助剤は、電極活物質層中で電子伝導パス(導電通路)を形成する機能を有する。このような電子伝導パスが電極活物質層中に形成されると、電池の内部抵抗が低減し、高レートでの出力特性向上に寄与しうる。特に、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)ことが好ましい。このような形態を有することで、電極活物質層中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減されるため、電池の高レートでの出力特性をより一層向上しうる。なお、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)か否かは、SEMや光学顕微鏡を用いて電極活物質層の断面を観察することにより確認することができる。   The conductive additive has a function of forming an electron conductive path (conductive path) in the electrode active material layer. When such an electron conduction path is formed in the electrode active material layer, the internal resistance of the battery is reduced, which can contribute to an improvement in output characteristics at a high rate. In particular, at least a part of the conductive additive forms a conductive path that electrically connects the two main surfaces of the electrode active material layer (in the present embodiment, the conductive path contacts the electrolyte layer side of the electrode active material layer). It is preferable to form a conductive path that electrically connects the first main surface to the second main surface that contacts the current collector. By having such a form, the electron transfer resistance in the thickness direction in the electrode active material layer is further reduced, so that the output characteristics at a high rate of the battery can be further improved. Note that at least a part of the conductive additive forms a conductive path that electrically connects the two main surfaces of the electrode active material layer (in the present embodiment, the conductive path is in contact with the electrolyte layer side of the electrode active material layer). (A conductive path for electrically connecting the first main surface to the second main surface contacting the current collector side is formed) using a SEM or an optical microscope to determine the cross section of the electrode active material layer. It can be confirmed by observation.

このような導電通路を確実に形成するという観点から、導電助剤は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。具体的には、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。   From the viewpoint of reliably forming such a conductive passage, the conductive auxiliary agent is preferably a conductive fiber having a fibrous form. Specifically, carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers obtained by uniformly dispersing a highly conductive metal or graphite in synthetic fibers, and metals such as stainless steel are used. Metal fibers, conductive fibers in which the surfaces of organic fibers are coated with a metal, and conductive fibers in which the surfaces of organic fibers are coated with a resin containing a conductive substance. Among them, carbon fibers are preferred because they have excellent conductivity and are lightweight.

ただし、繊維状の形態を有しない導電助剤が用いられてももちろんよい。例えば、粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤が用いられうる。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01〜10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。   However, a conductive auxiliary agent having no fibrous form may be used. For example, a conductive auxiliary having a particulate (for example, spherical) form can be used. When the conductive auxiliary agent is in the form of particles, the shape of the particles is not particularly limited, and may be any shape such as a powder, a sphere, a plate, a column, an irregular shape, a scale, and a spindle. The average particle diameter (primary particle diameter) when the conductive additive is in the form of particles is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm from the viewpoint of the electric characteristics of the battery. In addition, in this specification, "particle diameter" means the largest distance L among the distances between any two points on the outline of the conductive additive. The value of the “average particle diameter” is determined by using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) as an average value of particle diameters of particles observed in several to several tens of visual fields. It is assumed that the calculated value is adopted.

粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。   Examples of the conductive assistant having a particulate (eg, spherical) form include, for example, metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, and titanium; alloys or metal oxides containing these metals; (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), but are not limited thereto. Further, a material obtained by coating the above-described metal material around a particulate ceramic material or resin material by plating or the like can also be used as the conductive assistant. Among these conductive aids, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to include at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon. , Silver, gold, and carbon, and more preferably at least one carbon. One of these conductive assistants may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

電極活物質層中における導電助剤の含有量は、電極活物質層の全固形分量(全ての部材の固形分量の合計)100質量%に対して、4〜8質量%であることが好ましい。導電助剤の含有量が上記範囲であると、電極活物質層中で電子伝導パスを良好に形成できるとともに、電池のエネルギー密度が低下するのを抑えることができるという利点がある。   The content of the conductive additive in the electrode active material layer is preferably 4 to 8% by mass based on 100% by mass of the total solid content of the electrode active material layer (the sum of the solid contents of all members). When the content of the conductive auxiliary agent is in the above range, there is an advantage that an electron conduction path can be favorably formed in the electrode active material layer and a decrease in energy density of the battery can be suppressed.

(電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体)
本発明の好ましい実施形態において、電極活物質層は、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を含む。これにより、電極活物質は、導電助剤と良好に接触でき、電極活物質が活性状態となるため、電子伝導をより向上することできる。また、電極活物質周辺に導電助剤が構造化されることにより、優れた導電性を担保することができるため、出力および容量を向上させることができる。さらに、電極活物質周辺に導電助剤が構造化されることで、空孔内のパーコレーションが形成される。よって、有効イオン伝導度をより向上することができる。加えて、このような構造体とすることで、電極活物質層を自立膜とすることができ、電極の強度をさらに増加することもできる。
(Structure composed of electrode active material, gel-forming polymer and conductive aid)
In a preferred embodiment of the present invention, the electrode active material layer includes a structure composed of the electrode active material, the gel-forming polymer, and the conductive auxiliary. Thereby, the electrode active material can be brought into good contact with the conductive auxiliary agent, and the electrode active material is activated, so that the electron conduction can be further improved. In addition, since the conductive auxiliary agent is structured around the electrode active material, excellent conductivity can be ensured, so that output and capacity can be improved. Further, by structuring the conductive additive around the electrode active material, percolation in the pores is formed. Therefore, the effective ionic conductivity can be further improved. In addition, with such a structure, the electrode active material layer can be a free-standing film, and the strength of the electrode can be further increased.

〔電極の空孔体積の算出方法〕
電極の空孔体積は、以下のようにして算出する。
(1)電極の単位面積当たりの質量を測定し、使用した材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求める。
(2)電極の厚さ[A]を測定する。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]を算出する。
(4)測定した電極の厚さ[A]と算出した電極の厚さ[B]との差(A−B)から電極の空孔体積を算出する。
[Method of calculating pore volume of electrode]
The pore volume of the electrode is calculated as follows.
(1) The mass per unit area of the electrode is measured, and the mass of each material per unit area is determined from the mixing ratio of the materials used.
(2) The thickness [A] of the electrode is measured.
(3) Using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material, calculate the electrode thickness [B] when the porosity is 0%.
(4) The pore volume of the electrode is calculated from the difference (AB) between the measured electrode thickness [A] and the calculated electrode thickness [B].

電極1mあたりの空孔体積は、特に制限されず、0.30≦yz/x≦1.06の関係式を満たすように適宜調整できる。電極1mあたりの空孔体積は、例えば0.180m〜0.445mであり、好ましくは0.190m〜0.435mである。電極1mあたりの空孔体積は、電極活物質の粒子径、ゲル形成性ポリマーの仕込み量、電極活物質層の膜厚などにより調整することができる。また、後述するように、電極作製時にプレスすることなどにより調整することができる。 The pore volume per 1 m 3 of the electrode is not particularly limited, and can be appropriately adjusted so as to satisfy the relational expression of 0.30 ≦ yz / x ≦ 1.06. Pore volume per electrode 1 m 3 is, for example, 0.180m 3 ~0.445m 3, preferably 0.190m 3 ~0.435m 3. Pore volume per electrode 1 m 3 can be adjusted particle diameter of the electrode active material, the charged amount of the gel forming polymer, such as by the thickness of the electrode active material layer. In addition, as described later, it can be adjusted by pressing at the time of manufacturing the electrode.

[電解質層]
電解質層は、電極の間に配置され、セパレータに電解液が含浸されてなる構成を有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is disposed between the electrodes, and has a configuration in which the separator is impregnated with the electrolytic solution.

電解液は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する電解液は、非水溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。   The electrolyte has a function as a carrier for lithium ions. The electrolyte constituting the electrolyte layer has a form in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.

非水溶媒は、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4−メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2−メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびγ−ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。中でも、非水溶媒は、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびブチレンカーボネート(BC)が好ましく、エチレンカーボネートを含むことが好ましい。添加される非水溶媒は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Non-aqueous solvents include, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), methyl formate (MF) ), 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) ), And γ-butyrolactone (GBL). Among them, non-aqueous solvents include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) ) Is preferable, and preferably contains ethylene carbonate. As the nonaqueous solvent to be added, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

リチウム塩としては、LiN(FSO、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。なかでも、電池出力および充放電サイクル特性の観点から、LiN(FSOより好ましい。 Examples of the lithium salt include LiN (FSO 2 ) 2 , Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like. Among them, LiN (FSO 2 ) 2 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.

電解液中におけるリチウム塩の濃度は、0.1〜3.0mol/Lであることが好ましく、0.8〜2.2mol/Lであることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the electrolyte is preferably from 0.1 to 3.0 mol / L, and more preferably from 0.8 to 2.2 mol / L.

電解液は、上述した成分以外の添加剤をさらに混合してもよい。また、添加剤は電解液に含有させてもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。これらの添加剤は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液100質量%に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。   The electrolyte may further include additives other than the above-described components. Further, the additive may be contained in the electrolytic solution. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, diphenyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and 1,2-divinyl ethylene carbonate. , 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylene carbonate, vinyl Oxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acryloxymethylethylene carbonate, Oxy methylethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl carbonate, ethynyloxy methylethylene carbonate, propargyloxy ethylene carbonate, methylene carbonate, etc. 1,1-dimethyl-2-methylene-ethylene carbonate. One of these additives may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. When the additive is used in the electrolytic solution, the amount is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass, based on 100% by mass of the electrolytic solution before adding the additive. % By mass.

本形態では、電解質層にセパレータが用いられる。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。   In this embodiment, a separator is used for the electrolyte layer. The separator has a function of retaining electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the form of the separator include a porous sheet separator and a nonwoven fabric separator made of a polymer or a fiber that absorbs and retains the electrolyte solution.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As the separator of the porous sheet made of polymer or fiber, for example, a microporous (microporous membrane) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or the fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); and a laminate obtained by laminating a plurality of these (for example, three layers of PP / PE / PP). And a microporous (microporous membrane) separator made of polyimide, aramid, a hydrocarbon resin such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, or the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. As an example, in a use such as a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the thickness is 4 to 60 μm in a single layer or a multilayer. Is desirable. It is desirable that the micropore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is 1 μm or less at maximum (usually, the pore diameter is about several tens nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。   As the nonwoven fabric separator, conventionally known materials such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; polyimides and aramids are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Further, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。   The separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate (a separator with a heat-resistant insulating layer). The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a high heat-resistant separator having a melting point or a thermal softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is reduced, so that the effect of suppressing heat shrinkage can be obtained. As a result, induction of a short circuit between the electrodes of the battery can be prevented, so that a battery configuration in which performance degradation due to a rise in temperature hardly occurs is obtained. In addition, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer is improved, and the separator is hardly broken. Further, the separator is unlikely to curl in the battery manufacturing process due to the effect of suppressing heat shrinkage and the high mechanical strength.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 The inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing heat shrinkage. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples include oxides of silicon, aluminum, zirconium, and titanium (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine and mica, or may be artificially produced. In addition, one kind of these inorganic particles may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Among these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3 ).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5〜15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . Within this range, sufficient ion conductivity is obtained, and the heat resistance is preferably maintained.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。   The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of bonding the inorganic particles and the inorganic particles and the resin porous substrate layer. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer and prevents peeling between the porous base layer and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   There is no particular limitation on the binder used for the heat-resistant insulating layer. For example, carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber Compounds such as butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), and methyl acrylate can be used as the binder. Among them, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. One of these compounds may be used alone, or two or more of them may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2〜20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。   The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass based on 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the content of the binder is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous base layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the content of the binder is 20% by mass or less, the gap between the inorganic particles is appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be secured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour at 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a material having high heat resistance, the heat generation becomes high, and even when the battery internal temperature reaches 150 ° C., the contraction of the separator can be effectively prevented. As a result, induction of a short circuit between the electrodes of the battery can be prevented, so that a battery configuration in which performance degradation due to a rise in temperature hardly occurs is obtained.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive current collector and negative current collector]
The material constituting the current collectors (25, 27) is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector for a lithium ion secondary battery can be used. As a constituent material of the current collector, for example, a metal material such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), or an alloy thereof is preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In addition, the same material may be used for the positive electrode current collector 27 and the negative electrode current collector 25, or different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive electrode lead and negative electrode lead]
Although not shown, the current collector 11 and the current collector (25, 27) may be electrically connected via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As the constituent materials of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, the parts removed from the exterior may be in contact with peripheral equipment or wiring, etc., causing a short circuit, which will not affect products (for example, automobile parts, especially electronic equipment, etc.). It is preferable to coat with a tube or the like.

[シール部]
シール部(絶縁層)31は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム(エチレン−プロピレン−ジエンゴム:EPDM)、等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いても良く、ホットメルト接着剤(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂)などを用いても良い。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが、好ましい。
[Seal part]
The seal portion (insulating layer) 31 has a function of preventing contact between current collectors and short-circuiting at an end of the unit cell layer. As a material constituting the seal portion, any material having an insulating property, a seal property against falling off of the solid electrolyte, a seal property against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance at a battery operating temperature, and the like can be used. Good. For example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber (ethylene-propylene-diene rubber: EPDM), and the like can be used. Further, an isocyanate-based adhesive, an acrylic resin-based adhesive, a cyanoacrylate-based adhesive, or the like, or a hot-melt adhesive (urethane resin, polyamide resin, polyolefin resin), or the like may be used. Among them, polyethylene resin or polypropylene resin is preferably used as a constituent material of the insulating layer from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, easiness of production (film forming property), economy, etc., and amorphous polypropylene resin is mainly used. It is preferable to use a resin obtained by copolymerizing ethylene, propylene and butene as components.

[電池外装体]
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[Battery exterior]
As the battery outer case, a known metal can case can be used, and a bag-shaped case using a laminated film 29 containing aluminum, which can cover the power generating element as shown in FIG. 1, can be used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but the present invention is not limited thereto. Laminated films are desirable from the viewpoint that they are excellent in high output and cooling performance and can be suitably used for batteries for large-sized devices for EV and HEV. In addition, since the group pressure applied to the power generation element from the outside can be easily adjusted and the thickness of the electrolyte layer can be easily adjusted to a desired value, the exterior body is more preferably an aluminate laminate.

本形態の双極型二次電池は、優れた出力特性を発揮することができる。したがって、本形態の双極型二次電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。   The bipolar secondary battery of the present embodiment can exhibit excellent output characteristics. Therefore, the bipolar secondary battery of the present embodiment is suitably used as a power supply for driving EVs and HEVs.

[電極の空孔体積、ゲル形成性ポリマーの体積およびゲル形成性ポリマーの吸液率]
本実施形態の非水電解質二次電池は、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、
[Pore volume of electrode, volume of gel-forming polymer, and liquid absorption of gel-forming polymer]
In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the volume of pores per m 3 of the electrode is x [m 3 ], and the volume of the gel-forming polymer contained per m 3 of the electrode is y [m 3 ]. When the absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolyte is z [%],

を満たすことを特徴とする。本発明者らは、電極の空孔に占めるゲル形成性ポリマーの割合とゲル形成性ポリマーの吸液率との間に適正範囲が存在することを見出し、その知見を上記関係式で数値化した。 Is satisfied. The present inventors have found that there is an appropriate range between the ratio of the gel-forming polymer to the pores of the electrode and the liquid absorption of the gel-forming polymer, and quantified the finding with the above relational expression. .

このような構成を有する非水電解質二次電池によれば、電極活物質層が電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含有し、この際電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化している。上記yz/xの値を0.30以上に制御すると、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化して、電極の空孔に浮遊する電極活物質の発生が抑制される。これにより、電子伝導を向上することができる。また、ゲル形成性ポリマーが電解液を吸液してイオン伝導を担うため、有効イオン伝導を向上することができる。よって、直流抵抗値を低減できる。また、上記yz/xの値を1.06以下に制御することで、ゲル形成性ポリマーが電極活物質を過剰に被覆することが抑制される。これにより、電子伝導の低下を抑制できる。また、ゲル形成性ポリマーが電極の空孔を過剰に占有すること、電解液量が減少することおよびLiイオン量が低下することを抑制することで、有効イオン伝導の低下を抑制できる。よって、直流抵抗値を低減できる。このように、yz/xの値を所定の範囲に制御することにより、本形態の非水電解質二次電池では、直流抵抗値を低減することで、優れた出力特性を発揮することができると考えられる。   According to the nonaqueous electrolyte secondary battery having such a configuration, the electrode active material layer contains the electrode active material and the gel-forming polymer, and at this time, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured. When the value of yz / x is controlled to 0.30 or more, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured, and the generation of the electrode active material floating in the pores of the electrode is suppressed. Thereby, electron conduction can be improved. In addition, since the gel-forming polymer absorbs the electrolytic solution and plays a role in ion conduction, effective ion conduction can be improved. Therefore, the DC resistance can be reduced. Further, by controlling the value of yz / x to 1.06 or less, it is possible to suppress the gel-forming polymer from excessively covering the electrode active material. Thereby, a decrease in electron conduction can be suppressed. Further, by suppressing the gel-forming polymer from excessively occupying the pores of the electrode, decreasing the amount of the electrolytic solution and decreasing the amount of Li ions, a decrease in effective ion conduction can be suppressed. Therefore, the DC resistance can be reduced. As described above, by controlling the value of yz / x within a predetermined range, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can exhibit excellent output characteristics by reducing the DC resistance value. Conceivable.

上記x、yおよびzは、出力特性をより向上させるとの観点から、0.45≦yz/x≦0.86を満たすことが好ましく、0.50≦yz/x≦0.86を満たすことがより好ましい。   From the viewpoint of further improving the output characteristics, the above x, y and z preferably satisfy 0.45 ≦ yz / x ≦ 0.86, and satisfy 0.50 ≦ yz / x ≦ 0.86. Is more preferred.

[非水電解質二次電池の製造方法]
本発明の一形態は、電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して電極を得る工程と、前記電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程と、前記発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程と、有する非水電解質二次電池の製造方法である。この際、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である。本形態の非水電解質二次電池の製造方法によれば、ゲル形成性ポリマーを電極活物質および導電助剤と構造化すること、ならびにゲル形成性ポリマーに電解液を保持させることにより、電子伝導およびイオン電導とが最適化され、また直流抵抗値を低減することで、優れた出力特性を発揮する非水電解質二次電池を得ることができる。
[Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery]
One embodiment of the present invention provides an electrode by forming an electrode active material layer by applying an electrode active material slurry containing an electrode active material, a gel-forming polymer, a conductive additive, and a solvent to the surface of a current collector. And a step of laminating the electrode and the separator to obtain a power generating element, and a step of covering the power generating element with an exterior body and injecting an electrolytic solution. At this time, the absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolyte is 10% or more. According to the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the gel-forming polymer is structured with an electrode active material and a conductive auxiliary, and the gel-forming polymer holds an electrolytic solution, so that the electronic conductivity is improved. By optimizing ion conduction and reducing the DC resistance value, a non-aqueous electrolyte secondary battery exhibiting excellent output characteristics can be obtained.

(電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して電極を得る工程)
まず、上述した電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤を溶媒とともに混合して、電極活物質スラリーを調製する。
(Step of obtaining an electrode by forming an electrode active material layer by applying an electrode active material slurry containing an electrode active material, a gel-forming polymer, a conductive additive and a solvent to the surface of the current collector)
First, an electrode active material slurry is prepared by mixing the above-mentioned electrode active material, gel-forming polymer and conductive additive together with a solvent.

溶媒としては、特に制限されず、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサン、水などが用いられうる。   The solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane, water and the like can be used.

電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を混合し、電極活物質スラリーを調製する方法は特に制限されず、部材の添加順、混合方法等、従来公知の知見が適宜参照される。   The method for preparing the electrode active material slurry by mixing the electrode active material, the gel-forming polymer, the conductive auxiliary agent and the solvent is not particularly limited, and conventionally known knowledge such as the order of addition of the members and the mixing method is appropriately referred to. .

電極活物質スラリーの濃度は、特に制限されない。ただし、後述するスラリーの塗布を容易にする観点から、電極活物質スラリー100質量%に対する全固形分の濃度は、好ましくは35〜75質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。濃度が上記範囲内であると、塗布で十分な厚さを有する電極活物質層を容易に形成することができる。   The concentration of the electrode active material slurry is not particularly limited. However, from the viewpoint of facilitating the application of the slurry described later, the concentration of the total solid content with respect to 100% by mass of the electrode active material slurry is preferably 35 to 75% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass. When the concentration is within the above range, an electrode active material layer having a sufficient thickness can be easily formed by coating.

次いで、電極活物質スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させる。塗布後、必要に応じて、プレスを行ってもよい。このように、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤を電極活物質スラリー調製の際に混合することにより、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を有する電極活物質層を形成することができる。   Next, the electrode active material slurry is applied on the current collector and dried. After the application, pressing may be performed as necessary. As described above, by mixing the electrode active material, the gel-forming polymer, and the conductive auxiliary at the time of preparing the electrode active material slurry, the electrode active material having the structure including the electrode active material, the gel-forming polymer, and the conductive auxiliary can be mixed. A material layer can be formed.

電極活物質スラリーの集電体への塗布方法としては、特に制限されず、スクリーン印刷法、スプレーコート法、静電スプレーコート法、インクジェット法、ドクターブレード法等が挙げられる。   The method for applying the electrode active material slurry to the current collector is not particularly limited, and examples thereof include a screen printing method, a spray coating method, an electrostatic spray coating method, an ink jet method, and a doctor blade method.

電極活物質スラリーの塗工厚は、形成される電極活物質層の厚さを考慮して適宜設定さ
れる。電極活物質スラリーの塗工厚は、好ましくは200〜2000μmであり、より好
ましくは400〜1000μmである。
The coating thickness of the electrode active material slurry is appropriately set in consideration of the thickness of the electrode active material layer to be formed. The coating thickness of the electrode active material slurry is preferably 200 to 2000 μm, and more preferably 400 to 1000 μm.

電極活物質スラリーを集電体上に塗布した後の乾燥方法としては、特に制限されず、溶媒の少なくとも一部が除去されればよい。当該乾燥方法としては、加熱が挙げられる。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、適用する電極活物質スラリーに含有される溶媒の揮発速度、電極活物質スラリーの塗布量等に応じて適宜設定されうる。   The method of drying after applying the electrode active material slurry on the current collector is not particularly limited, and it is sufficient that at least a part of the solvent is removed. Heating is mentioned as the drying method. The drying conditions (drying time, drying temperature, and the like) can be appropriately set according to the volatilization rate of the solvent contained in the applied electrode active material slurry, the applied amount of the electrode active material slurry, and the like.

プレスを行う場合、プレス手段としては、特に限定されず、例えば、カレンダーロール、平板プレス等が用いられうる。   When the pressing is performed, the pressing means is not particularly limited, and for example, a calender roll, a flat plate press, or the like can be used.

このようにして、電極(正極または負極)を得ることができる。   Thus, an electrode (a positive electrode or a negative electrode) can be obtained.

(電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程)
上記のように電極を作製した後、電極とセパレータとを積層して発電要素を作製する。発電要素の作製方法は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照される。一例としては、正極と負極とがセパレータを介して対向するように積層させて、単電池層を作製する。前記単電池層を所望の数となるまで積層することで、発電要素を得ることができる。
(Step of laminating electrode and separator to obtain power generation element)
After producing the electrode as described above, the electrode and the separator are laminated to produce a power generating element. The method for producing the power generating element is not particularly limited, and conventionally known knowledge is appropriately referred to. As an example, a unit cell layer is manufactured by laminating a positive electrode and a negative electrode so as to face each other with a separator interposed therebetween. By stacking the unit cell layers to a desired number, a power generation element can be obtained.

得られた発電要素に正極タブ、負極タブを溶接により接合する。必要に応じて、溶接後に余分なタブ等をトリミングにより除去するのが望ましい。接合方法としては特に制限されるものではないが、超音波溶接機にて行うのが、接合時に発熱(加熱)せず、極めて短時間で接合できる為、熱による電極活物質層(負極活物質層および正極活物質層)の劣化を防止できる点で優れている。この際、正極タブと、負極タブとは、同じ辺(同じ取出し側)で対向(対峙)するように配置することができる。これにより、各正極の正極タブを1つに束ねて1つの正極集電板として外装体から取り出すことができる。同様に各負極の負極タブを1つに束ねて1つの負極集電板として外装体から取り出すことができる。また、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)とが、反対の辺(異なる取出し辺)となるように配置してもよい。   A positive electrode tab and a negative electrode tab are joined to the obtained power generating element by welding. If necessary, it is desirable to remove extra tabs and the like by welding after welding. Although there is no particular limitation on the joining method, since it is possible to perform the joining in an extremely short time by using an ultrasonic welding machine without generating heat (heating) at the time of joining, the electrode active material layer (negative electrode active material) by heat is used. Layer and the positive electrode active material layer). At this time, the positive electrode tab and the negative electrode tab can be arranged so as to be opposed (facing) on the same side (same extraction side). Thereby, the positive electrode tabs of each positive electrode can be bundled into one and taken out from the package as one positive electrode current collector plate. Similarly, the negative electrode tabs of each negative electrode can be bundled into one and taken out from the package as one negative electrode current collector plate. Further, the positive electrode current collector (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector (negative electrode current collector tab) may be arranged so as to be on opposite sides (different extraction sides).

(発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程)
得られた発電要素を外装体で覆う。発電要素を外装体で覆う方法は制限されず、従来公知の知見が適宜参照される。一例としては、発電要素を電池外装体に用いるラミネートフィルムで、上下から、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)を電池外装体の外部に取り出せるようにして、挟み込む。
(Step of covering the power generation element with an exterior body and injecting the electrolyte)
The obtained power generating element is covered with an exterior body. The method for covering the power generating element with the outer package is not limited, and conventionally known knowledge is appropriately referred to. As an example, a laminate film using a power generation element for a battery outer package is provided so that a positive current collector (a positive current collector tab) and a negative current collector (a negative current collector tab) can be taken out of the battery outer package from above and below. Then, sandwich it.

次に、上下のラミネートフィルムの外周部(封止部)のうち3辺を熱圧着して封止する。外周部のうち3辺を熱圧着して封止することで、3辺封止体を得る。この際、正極集電板(正極集電タブ)、負極集電板(負極集電タブ)を取り出す辺の熱封止部は、封止しておくのが好ましい。これは、その後の注液時に、これらの正極集電板、負極集電板が開口部にあると、注液時に電解液が飛び散るなどする恐れがあるためである。   Next, three sides of the outer peripheral portions (sealing portions) of the upper and lower laminated films are sealed by thermocompression bonding. A three-side sealed body is obtained by sealing three sides of the outer peripheral portion by thermocompression bonding. At this time, it is preferable that the heat sealing portion on the side from which the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) are taken out is sealed. This is because if the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate are in the openings during the subsequent injection, the electrolyte may be scattered during the injection.

なお、上記においては、積層構造の電池の説明を行ったが、積層型に限定されず、電池の構成としては、角形、ペーパー型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。   Note that, in the above description, a battery having a stacked structure is described. However, the battery is not limited to a stacked type, and various shapes such as a square, a paper, a cylinder, and a coin can be adopted as the battery configuration. it can.

次に、注液装置にて3辺封止体の残る1辺の開口部より、3辺封止体内部に、電解液を注入する。これによりセパレータに電解質を含浸した電解質層が形成される。この際、電解質が3辺封止体内部の積層体、特にセパレータおよび電極活物質層にできるだけ早く含浸できるように、3辺封止体は、真空ポンプに連結された真空ボックスに収納することが好ましい。さらに、減圧して内部を高真空状態にした状態で注入を行うのが望ましい。注入後、3辺封止体を真空ボックスから取出し、3辺封止体の残る1辺を仮封止して、ラミネートタイプ(積層構造)の非水電解質二次電池を得ることができる。   Next, an electrolytic solution is injected into the inside of the three-side sealed body from the opening of the remaining one side of the three-side sealed body by the liquid injection device. As a result, an electrolyte layer in which the electrolyte is impregnated in the separator is formed. At this time, the three-sided sealed body may be housed in a vacuum box connected to a vacuum pump so that the electrolyte, particularly the separator and the electrode active material layer, inside the three-sided sealed body can be impregnated as soon as possible. preferable. Further, it is desirable to perform the injection in a state where the pressure is reduced and the inside is set in a high vacuum state. After the injection, the three-side sealed body is taken out of the vacuum box, and the remaining one side of the three-side sealed body is temporarily sealed to obtain a laminate type (laminated structure) nonaqueous electrolyte secondary battery.

[セルサイズ]
図2は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Cell size]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the secondary battery.

図2に示すように、扁平な双極型二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、双極型二次電池50の電池外装体(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図1に示す双極型二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、双極型電極23が、電解質層17を介して複数積層されたものである。   As shown in FIG. 2, the flat bipolar secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for extracting electric power are drawn out from both sides thereof. I have. The power generation element 57 is wrapped by a battery outer casing (laminated film 52) of the bipolar secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 pulls out the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 to the outside. Sealed. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above. The power generating element 57 is formed by stacking a plurality of bipolar electrodes 23 via the electrolyte layer 17.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装体に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   Note that the lithium ion secondary battery is not limited to a stacked flat battery. The wound lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have such a cylindrical shape deformed into a rectangular flat shape. It is not particularly limited. In the case of the cylindrical shape, there is no particular limitation, for example, a laminate film may be used for the exterior body, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used. Preferably, the power generating element is clad with an aluminum laminated film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図2に示すタブ(58、59)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   The removal of the tabs (58, 59) shown in FIG. 2 is not particularly limited. As shown in FIG. 2, the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side. It is not limited to. In a wound lithium ion battery, terminals may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of a tab.

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。   In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170L. Since cells and auxiliary equipment such as charge / discharge control devices are stored in this space, the storage space efficiency of the normal cells is about 50%. The cell loading efficiency in this space is a factor that governs the cruising distance of the electric vehicle. If the size of the single cell is reduced, the above-mentioned loading efficiency is impaired, and the cruising distance cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。   Therefore, in the present invention, it is preferable that the battery structure in which the power generation element is covered with the outer package is large. Specifically, the length of the short side of the laminated cell battery is preferably 100 mm or more. Such a large battery can be used for vehicle use. Here, the length of the short side of the laminate cell battery refers to the shortest side. The upper limit of the length of the short side is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

[体積エネルギー密度および定格放電容量]
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)をいかに長くするかが重要な開発目標である。かような点を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
[Volume energy density and rated discharge capacity]
In a general electric vehicle, an important development target is how to increase the mileage (cruising distance) per charge. In consideration of such points, it is preferable that the volume energy density of the battery is 157 Wh / L or more, and the rated capacity is 20 Wh or more.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池に対して本発明が適用されることが好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 In addition, as a viewpoint of a larger battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, the size of the battery can be specified from the relationship between the battery area and the battery capacity. For example, in the case of a flat laminated type laminated battery, the value of the ratio of the battery area to the rated capacity (projected area of the battery including the battery exterior body) is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more. The present invention is preferably applied to a certain battery. Furthermore, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. Note that the aspect ratio of the electrode is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, there is an advantage that both the required performance of the vehicle and the mounting space can be achieved.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery pack]
An assembled battery is formed by connecting a plurality of batteries. More specifically, at least two or more are used for serialization and / or parallelization. It is possible to freely adjust the capacity and the voltage by making them serial and parallel.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   A plurality of batteries may be connected in series or in parallel to form a detachable small assembled battery. Then, a plurality of the small battery packs which can be attached and detached are further connected in series or in parallel, and a large capacity and a large capacity suitable for a vehicle drive power supply and an auxiliary power supply requiring a high volume energy density and a high volume output density are required. A battery pack having an output can also be formed. How many batteries are connected to create a battery pack, and how many small battery packs are stacked to produce a large capacity battery pack, depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be determined according to the output.

[車両]
本形態の非水電解質二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment maintains a discharge capacity even when used for a long time, and has good cycle characteristics. Further, the volume energy density is high. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require higher capacity and larger size and longer life than electric and portable electronic device applications. . Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a vehicle power supply, for example, as a vehicle drive power supply or an auxiliary power supply.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   Specifically, a battery or an assembled battery obtained by combining a plurality of these batteries can be mounted on a vehicle. According to the present invention, since a long-life battery having excellent long-term reliability and output characteristics can be formed, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long charge mileage can be formed. . For example, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle (all four-wheel vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.) This is because the use in a motorcycle (including a motorcycle) and a three-wheeled vehicle) results in a vehicle having a long life and high reliability. However, the application is not limited to automobiles. For example, other vehicles, for example, various power supplies for moving objects such as trains can be applied, and a mounting power supply such as an uninterruptible power supply. It is also possible to use as.

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to only the following Examples.

[実施例1]
<正極の作製>
正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05(Li含有層状遷移金属酸化物、平均粒子径:9μm)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(デンカ株式会社製、デンカブラック(登録商標);平均粒子径(一次粒子径):0.023μm)および炭素繊維(大阪ガスケミカル株式会社製)と、ゲル形成性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)(Kyner Flex 2501−10、Arkema製)と、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンとをそれぞれ8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)となるように配合し、遊星撹拌型混合混練装置「あわとり練太郎」(ARE−310、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで6分間混合し、正極スラリーを作製した。正極スラリーを平滑盤上に設置したAl箔の上に、正極活物質層の厚みが400μmとなるように、ドクターブレードを用いて均一に塗布した。その後、80℃に加温したホットプレート上で2時間乾燥することで、正極活物質質量(正極活物質の目付量)で94mg/cmの多孔質構造体である正極を得た。
[Example 1]
<Preparation of positive electrode>
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (Li-containing layered transition metal oxide, average particle diameter: 9 μm) as a positive electrode active material, and acetylene black as a conductive additive (Denka Corporation) Black (registered trademark); average particle diameter (primary particle diameter: 0.023 μm) and carbon fiber (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) as a gel-forming polymer (PVdF-HFP) (Kyner Flex 2501-10, manufactured by Arkema) and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent so that the ratio becomes 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio). Mixing and mixing at 2000 rpm using a planetary stirring type mixing and kneading device “Awatori Neritaro” (ARE-310, manufactured by Shinky Corporation) Mixed to prepare a positive electrode slurry minutes. The positive electrode slurry was uniformly applied on an Al foil placed on a smoothing plate using a doctor blade so that the thickness of the positive electrode active material layer was 400 μm. Thereafter, by drying on a hot plate heated to 80 ° C. for 2 hours, a positive electrode having a porous structure with a positive electrode active material mass (weight of the positive electrode active material) of 94 mg / cm 2 was obtained.

<負極の作製>
負極活物質としてのハードカーボン(株式会社クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製、カーボトロン(登録商標)PS(F)、平均粒子径:20μm)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(デンカ株式会社製、デンカブラック(登録商標);平均粒子径(一次粒子径):0.023μm)および炭素繊維(大阪ガスケミカル株式会社製)と、ゲル形成性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)(Kyner Flex 2501−10、Arkema製)と、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンとをそれぞれ8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)となるように配合し、遊星撹拌型混合混練装置「あわとり練太郎」(ARE−310、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで6分間混合し、負極スラリーを作製した。負極スラリーを平滑盤上に設置したCu箔の上に、負極活物質層の厚みが420μmとなるように、ドクターブレードを用いて均一に塗布した。その後、80℃に加温したホットプレート上で2時間乾燥することで、負極活物質質量(負極活物質の目付量)で39mg/cmの多孔質構造体である負極を得た。
<Preparation of negative electrode>
Hard carbon (manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd., Carbotron (registered trademark) PS (F), average particle diameter: 20 μm) as an anode active material, and acetylene black (manufactured by Denka Corporation) as a conductive aid , Denka Black (registered trademark); average particle size (primary particle size: 0.023 μm), carbon fiber (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) as a gel-forming polymer. ) (Kyner Flex 2501-10, manufactured by Arkema) and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent are 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9.00 (mass ratio), respectively. And a planetary agitation type mixing and kneading device “Awatori Neritaro” (ARE-310, Shinki Co., Ltd.) Using Ltd.) were mixed for 6 minutes at 2000 rpm, to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was uniformly applied on a Cu foil placed on a smoothing plate using a doctor blade so that the thickness of the negative electrode active material layer was 420 μm. Thereafter, by drying on a hot plate heated to 80 ° C. for 2 hours, a negative electrode having a porous structure of 39 mg / cm 2 in terms of negative electrode active material mass (basis weight of negative electrode active material) was obtained.

<リチウムイオン電池の作製>
得られた正極を12cm、負極を12.4cmとなるように裁断した。正極では、Al端子付きアルミ箔を裁断した正極の集電箔側に積層した。負極では、Ni端子付き銅箔を裁断した負極の集電箔側に積層した。セパレータ(セルガード社製、セルガード(登録商標)3501 PP製)を正極、負極の電極側に挿入し、積層体とした。この積層体を熱融着型アルミラミネートフィルムに挟み、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた非水電解液を注入後、真空封止することで、パウチ型リチウムイオン電池を作製した。
<Production of lithium ion battery>
The resulting 12cm 2 a positive electrode was cut negative electrode such that the 12.4 cm 2. In the positive electrode, the aluminum foil with the Al terminal was laminated on the current collector foil side of the cut positive electrode. In the negative electrode, the copper foil with the Ni terminal was laminated on the current collecting foil side of the cut negative electrode. A separator (manufactured by Celgard Co., Ltd., manufactured by Celgard (registered trademark) 3501 PP) was inserted into the positive electrode side and the negative electrode side to form a laminate. Sandwiching the laminate heat fusion type aluminum laminate film, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (volume ratio 1: 1) to LiN (FSO 2) dissolved 2 2 mol / L to obtain After injecting the obtained non-aqueous electrolyte, it was vacuum-sealed to produce a pouch type lithium ion battery.

[実施例2]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.10:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.34:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 2]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.10: 6.00 (mass ratio), and in the preparation of the porous structure for negative electrode, the mixing ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.34: 9.00 (mass ratio). .

[実施例3]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.13:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.45:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 3]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.13: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for negative electrode, the mixing ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.45: 9.00 (mass ratio). .

[実施例4]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.16:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.57:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 4]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.16: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for negative electrode, the compounding ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.57: 9.00 (mass ratio). .

[実施例5]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.20:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.68:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 5]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.20: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for negative electrode, the mixing ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.68: 9.00 (mass ratio). .

[比較例1]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.00:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.00:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 1]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.00: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for a negative electrode, the mixing ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.00: 9.00 (mass ratio). .

[比較例2]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.23:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.80:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.23: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for negative electrode, the mixing ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.80: 9.00 (mass ratio). .

[比較例3]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.26:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.91:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 3]
In producing the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members was changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.26: 6.00 (mass ratio), and in the production of the porous structure for negative electrode, the compounding ratio of the members was 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.91: 9.00 (mass ratio). .

[電極の空孔体積の算出]
実施例1〜5および比較例1〜3において作製した電極について、以下のようにして空孔体積を算出した。
(1)単位面積当たりの質量を測定した。材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求めた。
(2)マイクロメーターを用いて、電極の厚さ[A]を測定した。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]を算出した。
(4)測定した電極の厚さと算出した電極の厚さとの差(A−B)から電極の空孔体積を算出し、電極1mあたりの空孔体積を求めた。
[Calculation of pore volume of electrode]
The pore volumes of the electrodes manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were calculated as follows.
(1) The mass per unit area was measured. The mass of each material per unit area was determined from the mixing ratio of the materials.
(2) The thickness [A] of the electrode was measured using a micrometer.
(3) The thickness [B] of the electrode when the porosity was 0% was calculated using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material.
(4) to calculate the pore volume from the difference (A-B) of the electrode of thickness between the calculated electrode measured electrode was determined pore volume per electrode 1 m 3.

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[ゲル形成性ポリマー空孔占有率の算出]
実施例1〜5および比較例2〜3において作製した電極におけるゲル形成性ポリマー空孔占有率を算出した。
[Calculation of porosity of gel-forming polymer]
The occupancy rate of the gel-forming polymer vacancies in the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 2 to 3 was calculated.

ゲル形成性ポリマー空孔占有率とは、ゲル形成性ポリマー以外の材料を用いて作製した電極の空孔体積に対する、ゲル形成性ポリマーを用いて作製した電極に含まれるゲル形成性ポリマーの体積の割合を意味する。すなわち、ゲル形成性ポリマー空孔占有率は、以下の式により算出した;
ゲル形成性ポリマー空孔占有率=ゲル形成性ポリマー体積/(ゲル形成性ポリマー体積+電極の空孔体積)。
The gel-forming polymer pore occupancy is the volume of the gel-forming polymer contained in the electrode made using the gel-forming polymer with respect to the pore volume of the electrode made using a material other than the gel-forming polymer. Means percentage. That is, the gel-forming polymer void occupancy was calculated by the following equation:
Gel-forming polymer pore occupancy = gel-forming polymer volume / (gel-forming polymer volume + electrode pore volume).

具体的には、ゲル形成性ポリマー空孔占有率を以下のようにして算出した;
(1)単位面積当たりの質量を測定した。材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求めた。
(2)マイクロメーターを用いて、電極の厚さ[A]を測定した。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]と、各材料の体積とを算出した。
(4)測定した電極の厚さと算出した電極の厚さとの差(A−B)から電極の空孔体積を算出した。
(5)電極の空孔体積とゲル形成性ポリマーの体積とを用いて、ゲル形成性ポリマー空孔占有率を算出した。
Specifically, the porosity of the gel-forming polymer was calculated as follows;
(1) The mass per unit area was measured. The mass of each material per unit area was determined from the mixing ratio of the materials.
(2) The thickness [A] of the electrode was measured using a micrometer.
(3) Using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material, the thickness [B] of the electrode when the porosity was 0% and the volume of each material were calculated. .
(4) The pore volume of the electrode was calculated from the difference (AB) between the measured electrode thickness and the calculated electrode thickness.
(5) The porosity of the gel-forming polymer was calculated using the pore volume of the electrode and the volume of the gel-forming polymer.

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率の測定]
電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率は、電解液への浸漬前および浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量を測定して、以下の式により算出した;
吸液率(%)=[(電解液浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量−電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量)/電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量]×100。
[Measurement of absorption rate of gel-forming polymer to electrolyte]
The liquid absorption of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution was calculated by the following formula by measuring the mass of the gel-forming polymer before and after immersion in the electrolytic solution;
Liquid absorption (%) = [(mass of gel-forming polymer after immersion in electrolyte−mass of gel-forming polymer before immersion in electrolyte) / mass of gel-forming polymer before immersion in electrolyte] × 100.

試料としては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)(Kyner Flex 2501−10、Arkema製)をN−メチル−2−ピロリドンに溶解して、キャスト膜を作製した。キャスト膜の電解液への浸漬は、25℃〜50℃にて24時間行った。   As a sample, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) (Kyner Flex 2501-10, manufactured by Arkema) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cast film. The immersion of the cast film in the electrolytic solution was performed at 25 ° C to 50 ° C for 24 hours.

吸液率を求めるための電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた電解液を用いた。 As an electrolytic solution for obtaining the liquid absorption rate, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (volume ratio 1: 1) to LiN obtained by dissolving the (FSO 2) 2 2mol / L An electrolytic solution was used.

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[出力特性評価]
出力評価は、25℃に設定した恒温槽内(ARSF−0250−10、エスペック株式会社製)に上記で作製したリチウムイオン電池を設置して実施した。出力評価は、リチウムイオン電池を厚み5mmウレタンラバーとシリコーンスポンジシートとで挟み込み、厚み10mmの金属板とM6ネジとを用いて6点拘束した状態で行った。初めに、低レート時の容量確認としてセル電圧範囲4.2〜2.5V、電流値0.05Cレートにて充放電評価を2回行い、得られた容量を基準容量とした。Cレートは、2.5Vカットオフにて得られるセル放電容量を基に算出した。次に、0.05Cにて4.2Vまで充電した後、0.05C、0.1C、0.2C、0.33C、0.5Cレートにて、セル電圧2.5Vになるまで放電を行った。得られた0.33Cにおける[実効容量/基準容量×100]を[0.33C実効容量比(%)]とした。結果を表1に示す。
[Output characteristic evaluation]
The output evaluation was performed by installing the lithium ion battery prepared above in a thermostat (ARSF-0250-10, manufactured by Espec Corporation) set at 25 ° C. The output was evaluated in a state where the lithium ion battery was sandwiched between a urethane rubber of 5 mm in thickness and a silicone sponge sheet and restrained at 6 points using a metal plate of 10 mm in thickness and M6 screws. First, as a capacity check at a low rate, charge / discharge evaluation was performed twice at a cell voltage range of 4.2 to 2.5 V and a current value of 0.05 C, and the obtained capacity was used as a reference capacity. The C rate was calculated based on the cell discharge capacity obtained at a 2.5 V cutoff. Next, after charging to 4.2 V at 0.05 C, discharging was performed at a rate of 0.05 C, 0.1 C, 0.2 C, 0.33 C, and 0.5 C until the cell voltage reached 2.5 V. Was. The [effective capacity / reference capacity × 100] at the obtained 0.33C was defined as [0.33C effective capacity ratio (%)]. Table 1 shows the results.

[DCR抵抗測定]
出力特性評価と同様に、0.05Cレートにて2サイクル充放電を行った後、SOCを50%に調整した。調整後のセルに対し、30秒間直流電流を流すことで得られる電圧から抵抗値を算出した。オーム抵抗は、電流印加直後(0.1秒)の電圧差から算出した。反応抵抗は、電流印加後1秒後の電圧差から算出した。拡散抵抗は、電流印加後30秒後の電圧差から算出した。電流印加に伴うセルOCVの変化量は、30秒印加後、十分に緩和させた後の電圧変動分から、電流印加時間に割り当てた平均電圧変動量を補正して求めた。
[DCR resistance measurement]
As in the case of the output characteristic evaluation, the SOC was adjusted to 50% after two cycles of charge / discharge at a 0.05 C rate. A resistance value was calculated from a voltage obtained by flowing a direct current for 30 seconds to the adjusted cell. The ohmic resistance was calculated from the voltage difference immediately after the application of the current (0.1 second). The reaction resistance was calculated from the voltage difference one second after current application. The diffusion resistance was calculated from the voltage difference 30 seconds after current application. The change amount of the cell OCV due to the current application was obtained by correcting the average voltage change amount assigned to the current application time from the voltage change amount after sufficiently relaxing after 30 seconds application.

上記結果から、本発明に係る実施例の非水電解質二次電池は、比較例の電池と比べて、DC抵抗率が顕著に低下し、出力特性に優れることが分かる。   From the above results, it can be seen that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the example according to the present invention has significantly lower DC resistivity and excellent output characteristics as compared with the battery of the comparative example.

10、50 双極型二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板(正極タブ)、
27 負極集電板(負極タブ)、
29、52 ラミネートフィルム、
31 シール部、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10, 50 bipolar secondary batteries,
11 current collector,
11a outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layers,
21, 57 power generation elements,
23 bipolar electrodes,
25 positive electrode current collector plate (positive electrode tab),
27 negative electrode current collector plate (negative electrode tab),
29, 52 laminated film,
31 seal part,
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (6)

電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、
前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有し、
前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、
を満たす、非水電解質二次電池。
An electrode in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is disposed on the surface of the current collector,
Having an electrolyte layer impregnated with an electrolytic solution in a separator disposed between the electrodes,
The volume of pores per m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained per m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the absorption of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution When the ratio is z [%],
Meet the non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記x、yおよびzが、
を満たす、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
Where x, y and z are
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which satisfies the following.
前記電極活物質層が前記電極活物質、前記ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を含む、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electrode active material layer includes a structure including the electrode active material, the gel-forming polymer, and a conductive auxiliary. 前記ゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the gel-forming polymer has a liquid absorption of 10% or more. 前記ゲル形成性ポリマーがポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレートおよびポリプロピレングリコールジアクリレート、ならびにこれらの共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The gel-forming polymer is polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP), polymethyl methacrylate (PMMA), The polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate and polypropylene glycol diacrylate, and at least one selected from the group consisting of copolymers thereof, according to any one of claims 1 to 4, The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the above. 電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して、電極を得る工程と、
前記電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程と、
前記発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程と、
を有し、
前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である、非水電解質二次電池の製造方法。
An electrode active material, a gel-forming polymer, an electrode active material slurry containing a conductive additive and a solvent, applied to the surface of the current collector to form an electrode active material layer, and a step of obtaining an electrode;
A step of laminating the electrode and the separator to obtain a power generating element,
A step of covering the power generation element with an exterior body and injecting an electrolytic solution,
Has,
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a liquid absorption of the gel-forming polymer with respect to the electrolyte is 10% or more.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016207250A (en) * 2013-10-07 2016-12-08 日産自動車株式会社 Electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2017220380A (en) * 2016-06-08 2017-12-14 日産自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2018098211A (en) * 2016-12-15 2018-06-21 日産自動車株式会社 Secondary battery electrode and secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016207250A (en) * 2013-10-07 2016-12-08 日産自動車株式会社 Electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2017220380A (en) * 2016-06-08 2017-12-14 日産自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2018098211A (en) * 2016-12-15 2018-06-21 日産自動車株式会社 Secondary battery electrode and secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021015769A (en) * 2019-07-16 2021-02-12 日産自動車株式会社 Electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery

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