JP2020119640A - Collector - Google Patents

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Abstract

To provide a collector which is low in resistance during normal use and high in PTC characteristics at high temperatures.SOLUTION: In the present disclosure, there is provided a collector for use in an all-solid-state lithium battery. The collector includes a collector layer and a PTC layer formed on one side of the collector layer. The PTC layer contains a polysilsesquioxane, a conductive material and a polymer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、全固体リチウム電池に用いられる集電体に関する。 The present disclosure relates to a current collector used for an all-solid-state lithium battery.

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

全固体リチウム電池は、正極層および負極層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。例えば、特許文献1には、集電体層と活物質層との間に、導電材と絶縁性無機物とポリマーとを含有するPTC膜を有する全固体電池が開示されている。PTCとは、「Positive Temperature Coefficient(正温度係数)」であって、PTC膜は、温度上昇に伴って電子抵抗が正の係数を持って変化する性質であるPTC特性を有する膜をいう。 An all-solid-state lithium battery is a battery that has a solid electrolyte layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer, and it is easier to simplify a safety device than a liquid battery that has an electrolytic solution containing a flammable organic solvent. Have advantages. For example, Patent Document 1 discloses an all-solid-state battery having a PTC film containing a conductive material, an insulating inorganic material, and a polymer between a current collector layer and an active material layer. The PTC is a "Positive Temperature Coefficient", and the PTC film is a film having a PTC characteristic in which the electronic resistance changes with a positive coefficient as the temperature rises.

一方、全固体リチウム電池に関する技術ではないものの、特許文献2には、導電材と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを含む非水電池が開示されている。同様に、全固体リチウム電池に関する技術ではないものの、特許文献3、4には、電池に、シルセスキオキサンを用いることが開示されている。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a non-aqueous battery containing a conductive material and polyvinylidene fluoride as a binder, although the technology is not related to an all-solid-state lithium battery. Similarly, although not related to an all-solid-state lithium battery, Patent Documents 3 and 4 disclose the use of silsesquioxane for the battery.

特開2018−014286号公報JP, 2008-014286, A 特開2012−104422号公報JP2012-104422A 特開2018−113194号公報JP, 2018-113194, A 特開2013−191331号公報JP, 2013-191331, A

特許文献1には、絶縁性無機物を含有するPTC膜を有する全固体電池が開示されている。積層方向に拘束圧力が与えられている全固体電池では、温度上昇によってPTC特性が低下しやすいが、PTC膜に含まれる絶縁性無機物は、PTC特性の低下を抑制する機能を有する 。一方、PTC膜に含まれる絶縁性無機物は、文字通り、絶縁性を有するため、通常使用時の抵抗が高くなりやすい。 Patent Document 1 discloses an all-solid-state battery having a PTC film containing an insulating inorganic material. In an all-solid-state battery in which a constraining pressure is applied in the stacking direction, the PTC characteristics tend to deteriorate due to temperature rise, but the insulating inorganic substance contained in the PTC film has a function of suppressing the deterioration of the PTC characteristics. On the other hand, since the insulating inorganic substance contained in the PTC film literally has an insulating property, the resistance tends to be high during normal use.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、通常使用時の抵抗が低く、高温時のPTC特性が高い集電体を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide a current collector having low resistance during normal use and high PTC characteristics at high temperatures.

上記課題を達成するために、本開示においては、全固体リチウム電池に用いられる集電体であって、上記集電体が、集電層と、上記集電層の一方の面側に形成されたPTC層とを有し、上記PTC層が、ポリシルセスキオキサンと導電材とポリマーとを含有する、集電体を提供する。 In order to achieve the above object, in the present disclosure, a current collector used for an all-solid-state lithium battery, wherein the current collector is formed on a current collecting layer and one surface side of the current collecting layer. And a PTC layer, and the PTC layer contains a polysilsesquioxane, a conductive material, and a polymer.

本開示によれば、PTC層がポリシルセスキオキサンを含有するため、通常使用時の抵抗が低く、高温時のPTC特性が高い集電体とすることができる。 According to the present disclosure, since the PTC layer contains polysilsesquioxane, the current collector has low resistance during normal use and high PTC characteristics at high temperatures.

本開示では、通常使用時の抵抗が低く、高温時のPTC特性が高い集電体を提供することができるという効果を奏する。 The present disclosure has an effect that it is possible to provide a current collector having low resistance during normal use and high PTC characteristics at high temperatures.

本開示における集電体の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electrical power collector in this indication. 実施例および比較例の、電子抵抗測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of electronic resistance measurement of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の、PTC特性の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the PTC characteristic of an Example and a comparative example. PTC層の硬度を比較したグラフである。It is a graph which compared the hardness of a PTC layer.

以下、本開示における集電体について、詳細に説明する。
図1は、本開示における集電体の一例を示す概略断面図である。図1に示す集電体10は、集電層2と、集電層2の一方の面側に形成されたPTC層1とを有しており、PTC層1は、ポリシルセスキオキサン3、導電材4、およびポリマー5を含有する。
Hereinafter, the current collector in the present disclosure will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a current collector in the present disclosure. The current collector 10 shown in FIG. 1 has a current collecting layer 2 and a PTC layer 1 formed on one surface side of the current collecting layer 2, and the PTC layer 1 is a polysilsesquioxane 3 , Conductive material 4, and polymer 5.

本開示によれば、PTC層がポリシルセスキオキサンを含有するため、通常使用時の抵抗が低く、高温時のPTC特性が高い集電体とすることができる。 According to the present disclosure, since the PTC layer contains polysilsesquioxane, the current collector has low resistance during normal use and high PTC characteristics at high temperatures.

ここで、上記特許文献1および2には、PTC層が開示されている。また、特許文献3には、負極の活物質層がシルセスキオキサンを含有することが開示されている。さらに、特許文献4には、負極がシリコーンレジン(ポリオルガノシルセスキオキサン樹脂)を含有することが開示されている。しかしながら、いずれの文献にもPTC層がポリシルセスキオキサンを含有することは、一切記載も示唆もしていない。 Here, PTC layers are disclosed in Patent Documents 1 and 2 above. Patent Document 3 discloses that the active material layer of the negative electrode contains silsesquioxane. Further, Patent Document 4 discloses that the negative electrode contains a silicone resin (polyorganosilsesquioxane resin). However, none of the documents describes or suggests that the PTC layer contains polysilsesquioxane.

以下、本開示における集電体の各構成および集電体の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, each configuration of the current collector and the method for manufacturing the current collector in the present disclosure will be described in detail.

1.PTC層
本開示におけるPTC層は、集電層の一方の面側に形成されており、後述するポリシルセスキオキサンと導電材とポリマーとを含有する。
1. PTC Layer The PTC layer in the present disclosure is formed on one surface side of the current collecting layer, and contains polysilsesquioxane, a conductive material, and a polymer described later.

PTC層の厚さは、例えば、1μm以上20μm以下であることが好ましく、1μm以上10μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the PTC layer is, for example, preferably 1 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 10 μm or less.

(1)ポリシルセスキオキサン
本開示におけるポリシルセスキオキサンは、(RSiO3/2)nで表わされる三次元網目状の構造を有する、ネットワーク型ポリマー(多面体クラスター)である。上記Rは、置換または非置換の炭素数1〜20の有機基であり、例えばメチル基等を挙げることができる。また、上記Rとしては、例えばアルコキシシラン、クロロシラン、シラノール等を挙げることもできる。つまり、本開示におけるポリシルセスキオキサンは、ポリオルガノシルセスキオキサンを包含する。本開示におけるPTC層には、ポリシルセスキオキサンの、例えばUV照射等により硬化させた硬化物を用いることができる。ポリシルセスキオキサンの硬化物としては、例えば信越化学工業社製の市販品である、KMP−590、KMP591、およびX−52−854等を挙げることができる。その他、例えばシグマアルドリッチ社製のシルセルキオキサン(POSS)を挙げることができる。
(1) Polysilsesquioxane Polysilsesquioxane in the present disclosure is a network-type polymer (polyhedral cluster) having a three-dimensional network structure represented by (RSiO 3/2 )n. R is a substituted or unsubstituted organic group having 1 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group. Further, examples of R include alkoxysilane, chlorosilane, silanol and the like. That is, the polysilsesquioxane in the present disclosure includes polyorganosilsesquioxane. A cured product of polysilsesquioxane, which is cured by, for example, UV irradiation, can be used for the PTC layer in the present disclosure. Examples of the cured product of polysilsesquioxane include KMP-590, KMP591, and X-52-854, which are commercial products manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Other examples include silserquioxane (POSS) manufactured by Sigma-Aldrich.

ポリシルセスキオキサンは、例えばアルミナ等の、従来用いられている絶縁性無機物と比較した場合、以下のような利点を有する。ポリシルセスキオキサンは、常温時の抵抗が比較的低いため、常温時の抵抗値に対する高温時の抵抗値の割合が相対的に大きくなる。ポリシルセスキオキサンは、粗大粒子の割合が比較的少なく、ポリマー樹脂融解時に導電材の間に入り込めるため、イオン伝導パスを良好に切断できる。また、ポリマー樹脂融解時には、ポリシルセスキオキサンの流動性が低いために凝集が起こりにくい。これらの利点によりポリシルセスキオキサンを含有するPTC層は上述した効果を奏することができる。 Polysilsesquioxane has the following advantages when compared with conventionally used insulating inorganic substances such as alumina. Since the resistance of polysilsesquioxane at room temperature is relatively low, the ratio of the resistance value at high temperature to the resistance value at room temperature is relatively large. Since polysilsesquioxane has a relatively small proportion of coarse particles and can enter between the conductive materials when the polymer resin is melted, the ionic conduction path can be cut well. Further, when the polymer resin is melted, aggregation is less likely to occur because the polysilsesquioxane has low fluidity. Due to these advantages, the PTC layer containing polysilsesquioxane can exhibit the above-mentioned effects.

また、ポリシルセスキオキサンは比較的柔らかい材料である。そのため、ポリシルセスキオキサンを含有するPTC層は、アルミナまたはシリカを含有したPTC層よりも硬度が低い。そのため、ポリシルセスキオキサンを含有するPTC層は、集電層、正極合材層、または負極合材層と良好に接触できるため、通常使用時の抵抗を低減することができる。 Also, polysilsesquioxane is a relatively soft material. Therefore, the PTC layer containing polysilsesquioxane has a lower hardness than the PTC layer containing alumina or silica. Therefore, the PTC layer containing polysilsesquioxane can make good contact with the current collecting layer, the positive electrode mixture layer, or the negative electrode mixture layer, so that the resistance during normal use can be reduced.

ポリシルセスキオキサンの平均粒径(D50)は、例えば、50nm以上5μm以下であることが好ましく、100nm以上2μm以下であることがより好ましい。 The average particle size (D 50 ) of the polysilsesquioxane is, for example, preferably 50 nm or more and 5 μm or less, and more preferably 100 nm or more and 2 μm or less.

PTC層におけるポリシルセスキオキサンの含有量は、例えば、50体積%以上であることが好ましく、60体積%以上であることがより好ましい。ポリシルセスキオキサンの含有量が少なすぎる場合、温度上昇時に溶融したポリマーの変形および流動を抑制することが不十分となり、電子抵抗が低下する恐れがあるためである。また、PTC層におけるポリシルセスキオキサンの含有量は、通常使用時に安定した電子伝導性を確保できれば良く、例えば、85体積%以下であることが好ましく、80体積%以下であることがより好ましい。ポリシルセスキオキサンの含有量が多すぎる場合、相対的にポリマーの含有量が減少し、体積膨張したポリマーによって、導電材間の距離を長くすることができずに、電子抵抗の増加が不十分となる恐れがあるためである。また、導電材により形成される導電パスが、多すぎるポリシルセスキオキサンにより阻害され、PTC層の電子伝導性が低くなる恐れがあるためである。 The content of polysilsesquioxane in the PTC layer is, for example, preferably 50% by volume or more, and more preferably 60% by volume or more. This is because if the content of polysilsesquioxane is too low, it becomes insufficient to suppress the deformation and flow of the polymer melted when the temperature rises, and the electronic resistance may decrease. The content of polysilsesquioxane in the PTC layer may be such that stable electron conductivity can be secured during normal use, and is preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. .. When the content of polysilsesquioxane is too high, the content of the polymer is relatively decreased, and the volume-expanded polymer cannot increase the distance between the conductive materials, which causes an increase in electronic resistance. This is because there is a fear that it will be sufficient. Further, it is because the conductive path formed by the conductive material may be blocked by too much polysilsesquioxane, and the electronic conductivity of the PTC layer may be lowered.

(2)導電材
導電材としては、所望の電子伝導性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックや、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素繊維や、活性炭、カーボン、グラファイト、グラフェン、フラーレン等を挙げることができ、中でも上記カーボンブラックを用いることが好ましい。上記カーボンブラックは、添加量に対する電子伝導度が高いという利点を有するからである。導電材の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、粒子状を挙げることができる。導電材の平均一次粒子径は、例えば、10nm以上200nm以下であることが好ましく、15nm以上100nm以下であることがより好ましい。ここで、導電材の平均一次粒子径は、例えば、SEM(走査型電子顕微鏡)等の電子顕微鏡を用いた画像解析に基づいて30個以上の一次粒子径を測定し、それらの算術平均として得られる値を採用することができる。
(2) Conductive Material The conductive material is not particularly limited as long as it has a desired electronic conductivity, and examples thereof include a carbon material. Examples of the carbon material include carbon black such as furnace black, acetylene black, Ketjen black, and thermal black, carbon fibers such as carbon nanotubes and carbon nanofibers, activated carbon, carbon, graphite, graphene, and fullerenes. However, it is preferable to use the above carbon black. This is because the carbon black has the advantage of high electron conductivity with respect to the amount added. The shape of the conductive material is not particularly limited, but examples thereof include particles. The average primary particle diameter of the conductive material is, for example, preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 15 nm or more and 100 nm or less. Here, the average primary particle diameter of the conductive material is, for example, obtained by measuring 30 or more primary particle diameters based on image analysis using an electron microscope such as an SEM (scanning electron microscope), and calculating the arithmetic average of them. It is possible to adopt the value that is set.

PTC層における導電材の含有量は、温度上昇時に電子抵抗を増加させることができれば良く、例えば、50体積%以下であることが好ましく、30体積%以下であることがより好ましい。導電材の含有量が多すぎる場合、ポリマーの体積膨張によって、導電材間の距離を長くすることができずに、電子抵抗の増加が不十分となるためである。また、PTC層における導電材の含有量は、通常使用時に安定した電子伝導性を確保できれば良く、例えば、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることがさらに好ましい。導電材の含有量が少なすぎる場合、形成される導電パスが減少し、PTC層の電子伝導性が低くなるためである。 The content of the conductive material in the PTC layer should be such that the electronic resistance can be increased when the temperature rises. For example, it is preferably 50% by volume or less, and more preferably 30% by volume or less. This is because if the content of the conductive material is too large, the distance between the conductive materials cannot be increased due to the volume expansion of the polymer, and the increase in electronic resistance becomes insufficient. Further, the content of the conductive material in the PTC layer may be such that stable electron conductivity can be secured during normal use, and is, for example, preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and 20% by volume. % Or more is more preferable. This is because when the content of the conductive material is too small, the conductive paths formed are reduced and the electronic conductivity of the PTC layer is lowered.

(3)ポリマー
ポリマーとしては、温度上昇時に体積膨張できるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール等を挙げることができる。
ポリマーの融点は、電池の通常使用時の温度よりも高い温度であれば良く、例えば、80℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましい。融点は、例えば、示差熱分析(DTA)により測定することができる。
(3) Polymer The polymer is not particularly limited as long as it can expand in volume when the temperature rises, and examples thereof include thermoplastic resins. Examples of the thermoplastic resin include polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, polystyrene, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin, methacrylic resin, polyamide, polyester, polycarbonate, polyacetal and the like.
The melting point of the polymer may be higher than the temperature at which the battery is normally used, and is, for example, preferably 80° C. or higher and 300° C. or lower, and more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower. The melting point can be measured by, for example, differential thermal analysis (DTA).

PTC層におけるポリマーの含有量は、温度上昇時に体積膨張によって電子抵抗を増加させることができれば良く、例えば、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。ポリマーの含有量が少なすぎる場合、体積膨張したポリマーによって、導電材間の距離を長くすることができずに、電子抵抗の増加が不十分となるためである。また、PTC層におけるポリマーの含有量は、通常使用時に安定した電子伝導性を確保できれば良く、例えば、90体積%以下であることが好ましく、80体積%以下であることがより好ましい。ポリマーの含有量が多すぎる場合、導電材により形成される導電パスがポリマーにより阻害され、PTC層の電子伝導性が低くなるためである。 The content of the polymer in the PTC layer may be such that the electronic resistance can be increased by volume expansion when the temperature rises, and is, for example, preferably 5% by volume or more, and more preferably 10% by volume or more. This is because when the content of the polymer is too low, the volume-expanded polymer cannot increase the distance between the conductive materials, resulting in an insufficient increase in electronic resistance. Further, the content of the polymer in the PTC layer may be such that stable electron conductivity can be secured during normal use, and is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. This is because when the content of the polymer is too large, the conductive path formed by the conductive material is blocked by the polymer, and the electron conductivity of the PTC layer becomes low.

2.集電層
本開示における集電層としては、電子伝導性を有する層であれば特に限定されない。集電層の材料としては、例えば金属材料が挙げられる。金属材料としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、In等の一または二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。
2. Current Collection Layer The current collection layer in the present disclosure is not particularly limited as long as it is a layer having electronic conductivity. Examples of the material of the current collecting layer include metal materials. Examples of the metal material include metal materials containing one or more elements such as Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge and In. ..

集電層の厚さは、例えば5μm以上であり、10μm以上であっても良い。一方、集電層の厚さは、例えば100μm以下であり、50μm以下であっても良い The thickness of the current collecting layer is, for example, 5 μm or more, and may be 10 μm or more. On the other hand, the thickness of the current collecting layer is, for example, 100 μm or less, and may be 50 μm or less.

3.集電体の製造方法
集電体の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上述した導電材とポリシルセスキオキサンとポリマーとを、N−メチルピロリドン等の有機溶媒と混合してペースト状にし、上述した集電層に塗工し、乾燥させることで形成する方法を挙げることができる。
3. Manufacturing Method of Current Collector The manufacturing method of the current collector is not particularly limited, but, for example, the above-mentioned conductive material, polysilsesquioxane, and polymer are mixed with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone. Then, it may be formed into a paste, coated on the current collecting layer described above, and dried.

4.全固体リチウム電池
本開示における集電体は、全固体リチウム電池に用いられる。全固体リチウム電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良い。また、電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。
4. All-solid-state lithium battery The current collector in the present disclosure is used for an all-solid-state lithium battery. The all-solid-state lithium battery may be a primary battery or a secondary battery. The shape of the battery may be, for example, a coin type, a laminated type, a cylindrical type, a square type, or the like.

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。 Note that the present disclosure is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of claims of the present disclosure, and has any similar effects to the present invention. It is included in the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
導電材として平均一次粒子径が66nmであるファーネスブラック(東海カーボン株式会社製)、メチルトリメトキシシランの重合体である平均粒子径2μmのポリオルガノシルセスキオキサン硬化物(信越シリコーン社製KMP−590)、ポリマーとしてPVDF(株式会社クレハ製KFポリマーL#9130)を準備した。ファーネスブラック:ポリオルガノシルセスキオキサン:PVDF=10:60:30の体積比となるように溶剤であるN−メチルピロリドンと混合して、ペーストを作製した。その後、厚さ15μmのアルミ箔に乾燥後の厚さが10μmとなるようにペーストを塗工し、定置乾燥炉で100℃、1時間の条件で乾燥させ、PTC層を備えたアルミ箔を形成した。
[Example 1]
Furnace black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) having an average primary particle diameter of 66 nm as a conductive material, a polyorganosilsesquioxane cured product having a mean particle diameter of 2 μm (KMP-manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), which is a polymer of methyltrimethoxysilane. 590), and PVDF (KF polymer L#9130 manufactured by Kureha Co., Ltd.) was prepared as a polymer. Furnace black:polyorganosilsesquioxane:PVDF=10:60:30 The volume ratio of the mixture was mixed with N-methylpyrrolidone as a solvent to prepare a paste. After that, the paste is applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the thickness after drying becomes 10 μm, and is dried in a stationary drying oven at 100° C. for 1 hour to form an aluminum foil having a PTC layer. did.

[実施例2]
ポリオルガノシルセスキオキサン硬化物として、メチルトリメトキシシランの重合体である平均粒子径0.7μmの信越シリコーン社製X−52−854を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、PTC層を備えたアルミ箔を形成した。
[Example 2]
As the polyorganosilsesquioxane cured product, the same procedure as in Example 1 was carried out except that X-52-854 manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd., which was a polymer of methyltrimethoxysilane and had an average particle diameter of 0.7 μm, was used. An aluminum foil with a PTC layer was formed.

[比較例1]
ポリオルガノシルセスキオキサン硬化物の代わりに平均粒子径2μmのアルミナ(昭和電工社製CBP−02)を使用したこと以外は、実施例1同様にして、PTC層を備えたアルミ箔を形成した。
[Comparative Example 1]
An aluminum foil having a PTC layer was formed in the same manner as in Example 1 except that alumina having an average particle diameter of 2 μm (CBP-02 manufactured by Showa Denko KK) was used in place of the polyorganosilsesquioxane cured product. ..

[比較例2]
比較例1で使用したアルミナを、平均粒子径0.7μmのアルミナ(デンカ社製AA−07)に変更したこと以外は、比較例1と同様にして、PTC層を備えたアルミ箔を形成した。
[Comparative example 2]
An aluminum foil having a PTC layer was formed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the alumina used in Comparative Example 1 was changed to alumina having an average particle size of 0.7 μm (DENKA AA-07). ..

[評価]
(電子抵抗測定)
実施例1〜2および比較例1〜2で得られたPTC層を備えたアルミ箔を、銅箔と接触させ、直流抵抗系(Hioki社製)のワニ口端子を銅箔およびアルミ箔につけることで測定した。銅箔には、直径11.28cm穴が書いたカプトンテープが貼ってあり、この穴部に直径11.28cmの円柱を設置して、オートグラフで100Nの圧力を加えて、端子間に1mAの定電流通電を行い、端子間の電圧を測定して電子抵抗値を算出した。なお、比較例1の結果を基準とした相対値で評価した。結果を図2に示す。
[Evaluation]
(Electronic resistance measurement)
The aluminum foil provided with the PTC layer obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 is brought into contact with a copper foil, and a DC resistance type (manufactured by Hioki) crocodile terminal is attached to the copper foil and the aluminum foil. It was measured by that. A Kapton tape with a hole of 11.28 cm in diameter is attached to the copper foil, and a cylinder of 11.28 cm in diameter is installed in this hole, and a pressure of 100 N is applied by an autograph to make a 1 mA gap between the terminals. A constant current was applied, the voltage between the terminals was measured, and the electronic resistance value was calculated. In addition, it evaluated by the relative value on the basis of the result of the comparative example 1. The results are shown in Figure 2.

(PTC特性)
実施例1〜2および比較例1〜2で得られたPTC層を備えたアルミ箔に対して、加熱時の電子抵抗の値を、加熱前(常温時)の電子抵抗の値で割ることで評価した。つまり、PTC特性は、常温時から高温時にした際の、抵抗上昇率を算出することで評価した。加熱前の電子抵抗は、上述した方法で測定した。加熱時の電子抵抗は、以下のようにして測定した。作製したPTC層を備えたアルミ箔を直径11.28cmの円形状に打ち抜き、同径の円柱状端子で挟み、端子間に60MPaの拘束圧力を与えた。PTC層を備えたアルミ箔を挟んだ端子ごと恒温槽に設置し、250℃まで昇温した後、1時間保持し、直流抵抗系(Hioki社製)で電子抵抗を測定した。結果を図3に示す。
(PTC characteristics)
For the aluminum foil provided with the PTC layer obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, the value of electronic resistance during heating is divided by the value of electronic resistance before heating (at room temperature). evaluated. That is, the PTC characteristics were evaluated by calculating the rate of resistance increase from normal temperature to high temperature. The electronic resistance before heating was measured by the method described above. The electronic resistance during heating was measured as follows. The produced aluminum foil provided with the PTC layer was punched into a circular shape having a diameter of 11.28 cm, sandwiched between cylindrical terminals having the same diameter, and a binding pressure of 60 MPa was applied between the terminals. The terminals sandwiching the aluminum foil provided with the PTC layer were placed in a constant temperature bath, heated to 250° C., held for 1 hour, and the electronic resistance was measured with a direct current resistance system (manufactured by Hikiki). Results are shown in FIG.

図2に示したように、アルミナ(絶縁性無機物)を用いた比較例1〜2と比べて、ポリシルセスキオキサンを用いた実施例1〜2では、通常使用時の電子抵抗が顕著に低いことが確認された。これは、比較例1〜2に用いたアルミナは硬いため、PTC層と集電層との接点が取りづらかったためと推察される。 As shown in FIG. 2, as compared with Comparative Examples 1 and 2 using alumina (insulating inorganic material), Examples 1 and 2 using polysilsesquioxane show remarkable electron resistance in normal use. It was confirmed to be low. It is speculated that this is because the alumina used in Comparative Examples 1 and 2 was hard, and it was difficult to make a contact between the PTC layer and the current collecting layer.

また、図3に示したように、実施例1〜2では、加熱前と加熱時における電子抵抗が加熱前に比べて大きく、優れたPTC特性を発揮することが確認された。 Further, as shown in FIG. 3, in Examples 1 and 2, it was confirmed that the electronic resistance before heating and during heating was larger than that before heating, and that excellent PTC characteristics were exhibited.

(硬度特性)
実施例1および比較例1〜2で得られたPTC層を備えたアルミ箔に対して、以下のようにして圧力に対する厚みの変化を確認して、硬度特性を評価した。
作製したPTC層を備えたアルミ箔20枚をそれぞれ直径11.28cmに打ち抜き重ねた。重ねたアルミ箔をピン(断面積=0.25cm)に載せて、オートグラフに設置した。オートグラフで400N、800N、1200N、1600N、および2000Nの圧力で圧縮方向に加圧し、除荷を行った。その後、2400Nの圧力を加えた際のアルミ箔の厚みの変化Aを確認した。また、圧力を加えず、ピンに載せた状態での厚み変化Bも確認した。硬度特性を、圧力(2400N)/(A−B)で求め、比較例1の結果を1として相対的に評価した。結果を図4に示す。
(Hardness characteristics)
With respect to the aluminum foil provided with the PTC layer obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the change in thickness with respect to pressure was confirmed and the hardness characteristics were evaluated as follows.
Twenty aluminum foils each having the produced PTC layer were punched and stacked to have a diameter of 11.28 cm. The stacked aluminum foil was placed on a pin (cross-sectional area = 0.25 cm 2 ) and placed on an autograph. Unloading was performed by pressurizing in the compression direction with a pressure of 400 N, 800 N, 1200 N, 1600 N, and 2000 N using an autograph. Then, the change A of the thickness of the aluminum foil when a pressure of 2400 N was applied was confirmed. In addition, a thickness change B was also confirmed in the state of being placed on the pin without applying pressure. The hardness characteristics were obtained by the pressure (2400N)/(A-B), and the result of Comparative Example 1 was set to 1 and relatively evaluated. The results are shown in Fig. 4.

図4に示したように、ポリシルセスキオキサンを含有した実施例1および2のPTC層は、アルミナを含有した比較例1よりも柔らかいことが確認された。そのため、ポリシルセスキオキサンを含有する、本開示におけるPTC層であれば、集電層、正極合材層、または負極合材層と良好に接触でき、通常使用時の抵抗を低減することができることが示唆された。 As shown in FIG. 4, it was confirmed that the PTC layers of Examples 1 and 2 containing polysilsesquioxane were softer than Comparative Example 1 containing alumina. Therefore, the PTC layer in the present disclosure containing polysilsesquioxane can make good contact with the current collecting layer, the positive electrode mixture layer, or the negative electrode mixture layer, and can reduce the resistance during normal use. It was suggested that it could be done.

1 … PTC層
2 … 集電層
3 … ポリシルセスキオキサン
4 … 導電材
5 … ポリマー
10 … 集電体
1... PTC layer 2... Current collector layer 3... Polysilsesquioxane 4... Conductive material 5... Polymer 10... Current collector

Claims (1)

全固体リチウム電池に用いられる集電体であって、
前記集電体が、集電層と、前記集電層の一方の面側に形成されたPTC層とを有し、
前記PTC層が、ポリシルセスキオキサンと導電材とポリマーとを含有する、集電体。
A current collector used for an all-solid-state lithium battery,
The current collector has a current collecting layer and a PTC layer formed on one surface side of the current collecting layer,
A current collector in which the PTC layer contains polysilsesquioxane, a conductive material, and a polymer.
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