JP2023132317A - Collector and secondary battery - Google Patents

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圭祐 森田
Keisuke Morita
朋也 松永
Tomoya Matsunaga
昌士 児玉
Masashi Kodama
貴寛 矢▲崎▼
Takahiro Yazaki
智 古澤
Satoshi Furusawa
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Abstract

To improve the cycle characteristics of a secondary battery with a precipitated lithium negative electrode.SOLUTION: A collector according to the present disclosure is used in a lithium-deposited electrode, and the collector includes a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less. Further, the secondary battery according to the present disclosure includes a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode current collector, and a metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector upon charging, and the negative electrode current collector contains a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は集電体及び二次電池を開示する。 This application discloses a current collector and a secondary battery.

特許文献1には、リチウム析出型電極を備える二次電池において、集電体の表面形状を工夫することで、集電体上に金属リチウムが析出した際に生じる電極の膨張を抑制する技術が開示されている。特許文献2には、リチウムイオン二次電池用樹脂集電体であって、導電性無孔質樹脂層とその上に積層された導電性樹脂層からなるものが開示されている。特許文献3には、双極型二次電池用集電体であって、エラストマー及びポリオレフィン樹脂を含むものが開示されている。 Patent Document 1 describes a technique for suppressing expansion of the electrode that occurs when metallic lithium is deposited on the current collector by devising the surface shape of the current collector in a secondary battery equipped with a lithium-deposited electrode. Disclosed. Patent Document 2 discloses a resin current collector for a lithium ion secondary battery that includes a conductive nonporous resin layer and a conductive resin layer laminated thereon. Patent Document 3 discloses a current collector for a bipolar secondary battery that includes an elastomer and a polyolefin resin.

特開2019-212604号公報JP 2019-212604 Publication 特開2018-098204号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-098204 特開2011-054492号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-054492

本発明者の知見によると、特許文献1に開示されているようなリチウム析出型負極を備える二次電池においては、電解質層と負極集電体との間に金属リチウムが不均一に析出し、電池のサイクル特性が低下する虞がある。この点、リチウム析出型負極を備える二次電池について、そのサイクル特性を改善するための新たな技術が必要である。 According to the findings of the present inventors, in a secondary battery equipped with a lithium-deposited negative electrode as disclosed in Patent Document 1, metallic lithium is non-uniformly deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector. There is a possibility that the cycle characteristics of the battery may deteriorate. In this regard, new technology is needed to improve the cycle characteristics of secondary batteries equipped with lithium-deposited negative electrodes.

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
リチウム析出型負極に用いられる集電体であって、
樹脂と導電材料とを含み、且つ、
17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するもの
を開示する。
This application, as one of the means to solve the above problems,
A current collector used in a lithium-deposited negative electrode,
contains a resin and a conductive material, and
A material having a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less is disclosed.

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
二次電池であって、正極、電解質層、負極集電体、及び、充電によって前記電解質層と前記負極集電体との間に析出する負極活物質としての金属リチウム、を備え、
前記負極集電体が、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するもの
を開示する。
This application, as one of the means to solve the above problems,
A secondary battery, comprising a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode current collector, and metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector upon charging,
The negative electrode current collector includes a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less.

本開示の二次電池において、前記電解質層が、固体電解質を含むものであってもよい。 In the secondary battery of the present disclosure, the electrolyte layer may include a solid electrolyte.

本開示の技術によれば、リチウム析出型負極を有する二次電池のサイクル特性が改善され易い。 According to the technology of the present disclosure, the cycle characteristics of a secondary battery having a lithium-deposited negative electrode can be easily improved.

二次電池100について、充電後及び放電後の各々の構成を概略的に示している。The configuration of the secondary battery 100 after charging and after discharging is schematically shown. リチウム析出型負極においてヤング率が過度に大きい集電体を採用した二次電池について、充電後の構成を概略的に示している。This figure schematically shows the configuration after charging of a secondary battery that employs a current collector with an excessively large Young's modulus in a lithium-precipitated negative electrode. リチウム析出型負極においてヤング率が過度に小さい集電体を採用した二次電池について、充電後の構成を概略的に示している。This figure schematically shows the configuration after charging of a secondary battery that employs a current collector with an excessively small Young's modulus in a lithium-precipitated negative electrode.

1.集電体
本開示の集電体は、リチウム析出型負極に用いられる集電体であって、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有する。「リチウム析出型負極」とは、充電時に金属リチウムの析出を伴う負極をいう。
1. Current Collector The current collector of the present disclosure is a current collector used in a lithium-precipitated negative electrode, includes a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less. The term "lithium-deposited negative electrode" refers to a negative electrode in which metallic lithium is deposited during charging.

1.1 樹脂
本開示の集電体は、樹脂を含む。樹脂の種類によって、集電体のヤング率が任意に調整され得る。本開示の集電体を構成する樹脂の具体例としては、例えば、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ビニル系樹脂(ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン等)、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン等)、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート等)、アクリル系樹脂(ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート等)、これらの共重合体等の各種の熱可塑性樹脂が挙げられる。或いは、合成ゴム(スチレンブタジエンゴム及びポリアクリロニトリル等)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びポリエーテルニトリル等のエンジニアリングプラスチックを用いることもできる。樹脂は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。本発明者の確認した限りでは、少なくともビニル系樹脂(ビニル樹脂)を含む集電体、中でも、少なくともフッ素系樹脂と官能基含有ビニル系樹脂とを含む集電体が、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するものになり易い。
1.1 Resin The current collector of the present disclosure includes resin. The Young's modulus of the current collector can be arbitrarily adjusted depending on the type of resin. Specific examples of the resin constituting the current collector of the present disclosure include, for example, fluorine resins (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), vinyl resins (polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, etc.). , polyvinyl acetal, polyvinylpyrrolidone, etc.), polyolefin resins (polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polycycloolefin, etc.), polyester resins (polyethylene terephthalate, etc.), acrylic resins (polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, etc.), Various thermoplastic resins such as these copolymers can be mentioned. Alternatively, engineering plastics such as synthetic rubbers (styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile, etc.), epoxy resins, silicone resins, and polyethernitrile can also be used. One type of resin may be used alone, or two or more types may be used in combination. As far as the present inventor has confirmed, the current collector containing at least a vinyl resin (vinyl resin), especially the current collector containing at least a fluorine resin and a functional group-containing vinyl resin, has a young temperature of 17 MPa or more and 60 MPa or less. It tends to become something with a certain rate.

上記樹脂(特に官能基含有ビニル系樹脂)は、導電材料の分散性を向上させる観点から、官能基として、アミド基、イミド基、エーテル基、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、シラノール基、アミノ基、ピロリドン基からなる群より選ばれる少なくとも一種の極性官能基を有していてもよく、また、樹脂中の官能基濃度が1~23mmol/gであってもよい。樹脂中の官能基濃度は、5~23mmol/gが好ましく、10~23mmol/gがより好ましい。 From the viewpoint of improving the dispersibility of the conductive material, the above resins (particularly functional group-containing vinyl resins) include amide groups, imide groups, ether groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, It may have at least one polar functional group selected from the group consisting of a silanol group, an amino group, and a pyrrolidone group, and the concentration of the functional group in the resin may be 1 to 23 mmol/g. The functional group concentration in the resin is preferably 5 to 23 mmol/g, more preferably 10 to 23 mmol/g.

上記樹脂の重量平均分子量としては、1,000~200,000であることが好ましく、2,000~100,000、7,000~50,000であることがより好ましい。また、樹脂がビニル系樹脂である場合、その重合度としては、100~4,000であることが好ましく、100~3,000、特に、150~700であることがより好ましい。なお、本明細書における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて測定した重量平均分子量を、標準ポリスチレンの分子量を基準にして換算した値である。具体的には、ゲルパーミュエーションクロマトグラフとして、「HLC8120GPC」(商品名、東ソー社製)を使用し、カラムとして、「TSKgel G-4000HXL」「TSKgel G-3000HXL」「TSKgel G-2500HXL」及び「TSKgel G-2000HXL」(商品名、いずれも東ソー社製)の4本を使用し、移動相テトラヒドロフラン、測定温度40℃、流速1mL/min及び検出器RIの条件下で測定することができる。 The weight average molecular weight of the resin is preferably 1,000 to 200,000, more preferably 2,000 to 100,000, and more preferably 7,000 to 50,000. Further, when the resin is a vinyl resin, its degree of polymerization is preferably 100 to 4,000, more preferably 100 to 3,000, and particularly preferably 150 to 700. Note that the weight average molecular weight in this specification is a value obtained by converting the weight average molecular weight measured using gel permeation chromatography (GPC) based on the molecular weight of standard polystyrene. Specifically, "HLC8120GPC" (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) was used as a gel permeation chromatograph, and "TSKgel G-4000HXL", "TSKgel G-3000HXL", "TSKgel G-2500HXL" and "TSKgel G-2500HXL" were used as columns. The measurement can be performed using four units of "TSKgel G-2000HXL" (trade name, all manufactured by Tosoh Corporation) under the conditions of a mobile phase of tetrahydrofuran, a measurement temperature of 40° C., a flow rate of 1 mL/min, and a detector RI.

集電体における樹脂の含有量は、集電体として必要な導電性が確保され、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率が達成される限り、特に限定されるものではない。例えば、集電体の全体の質量を基準(100質量%)として、樹脂が40質量%以上99質量%以下含まれていてもよい。樹脂の含有量は、45質量%以上又は50質量%以上であってもよく、95質量%以下又は90質量%以下であってもよい。 The content of the resin in the current collector is not particularly limited as long as the conductivity required for the current collector is ensured and a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less is achieved. For example, the resin may be contained in an amount of 40% by mass or more and 99% by mass or less, based on the entire mass of the current collector (100% by mass). The content of the resin may be 45% by mass or more or 50% by mass or more, and may be 95% by mass or less or 90% by mass or less.

1.2 導電材料
本開示の集電体は、上記の樹脂とともに導電材料を含む。樹脂及び導電材料の種類によって、集電体のヤング率が任意に調整され得る。導電材料は、集電体に所望の導電性を付与可能なものであればよい。本開示の集電体を構成する導電材料の具体例としては、炭素材料(気相法炭素繊維(VGCF)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)、グラフェン等)や金属材料(ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等)等が挙げられる。導電材料は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。導電材料は、例えば、粒子状又は繊維状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。
1.2 Conductive Material The current collector of the present disclosure includes a conductive material along with the above resin. The Young's modulus of the current collector can be arbitrarily adjusted depending on the type of resin and conductive material. The conductive material may be any material as long as it can impart desired conductivity to the current collector. Specific examples of the conductive material constituting the current collector of the present disclosure include carbon materials (vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), Ketjen black (KB), carbon nanotubes (CNT), carbon nano Examples include fibers (CNF), graphene, etc.) and metal materials (nickel, aluminum, stainless steel, etc.). One type of conductive material may be used alone, or two or more types may be used in combination. The conductive material may be, for example, in the form of particles or fibers, and its size is not particularly limited.

中でも、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)から選ばれる少なくとも1種の繊維状導電材料が好ましく、単層又は多層の繊維状導電材料が好適に使用できる。 Among these, at least one type of fibrous conductive material selected from carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNF) is preferred, and single-layer or multilayer fibrous conductive materials can be suitably used.

上記繊維状導電材料の平均外径としては、特に限定されないが、例えば1nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上であり、例えば300nm以下、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下である。平均外径は透過型電子顕微鏡によって、例えば100本の形態観察を行い、短軸の長さを計測し、その数平均値により測定することができる。 The average outer diameter of the fibrous conductive material is not particularly limited, but is, for example, 1 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and is, for example, 300 nm or less, preferably 250 nm or less, more preferably 200 nm or less. . The average outer diameter can be determined by observing the morphology of, for example, 100 pieces using a transmission electron microscope, measuring the short axis length, and calculating the number average value.

上記繊維状導電材料の平均長さとしては、特に限定されないが、例えば0.1μm以上、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上である。平均長さの上限としては、特に限定されないが、例えば100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは60μm以下である。平均長さはSEMによって、例えば100本の形態観察を行い、繊維長の長さを計測し、その数平均値により測定することができる。 The average length of the fibrous conductive material is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, and more preferably 5 μm or more. The upper limit of the average length is not particularly limited, but is, for example, 100 μm or less, preferably 80 μm or less, and more preferably 60 μm or less. The average length can be determined by observing the morphology of, for example, 100 fibers using a SEM, measuring the fiber length, and calculating the number average value.

集電体における導電材料の含有量は、集電体として必要な導電性が確保され、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率が達成される限り、特に限定されるものではない。例えば、集電体の全体の質量を基準(100質量%)として、導電材料が1質量%以上60質量%以下含まれていてもよい。導電材料の含有量は、5質量%以上又は10質量%以上であってもよく、55質量%以下又は50質量%以下であってもよい。 The content of the conductive material in the current collector is not particularly limited as long as the conductivity required for the current collector is ensured and a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less is achieved. For example, the conductive material may be contained in an amount of 1% by mass or more and 60% by mass or less, based on the entire mass of the current collector (100% by mass). The content of the conductive material may be 5% by mass or more or 10% by mass or more, and may be 55% by mass or less or 50% by mass or less.

1.3 その他の材料
本開示の集電体は、集電体として必要な導電性が確保され、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率が達成される限り、上記の樹脂及び導電材料とともにその他の材料を含んでいてもよい。その他の材料は、特に限定されるものではない。
1.3 Other Materials The current collector of the present disclosure may be made of other materials in addition to the above-mentioned resins and conductive materials as long as the conductivity necessary for the current collector is ensured and a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less is achieved. May contain materials. Other materials are not particularly limited.

1.4 ヤング率
本開示の集電体は、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有する。集電体のヤング率が高過ぎると、リチウム析出型負極に適用した場合に、充電時に、面圧ムラが生じ易く、金属リチウムが不均一に析出し易くなる(図2参照)。集電体のヤング率が低過ぎると、リチウム析出型負極に適用した場合に、金属リチウムの析出に伴って集電体が過剰に塑性変形し、局所的に面圧抜けが生じて、反応ムラが生じ易くなり、金属リチウムが不均一に析出し易くなる(図3参照)。金属リチウムが不均一に析出した場合、二次電池のサイクル特性が低下し易い。一方で、本開示の集電体のように、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するものであれば、リチウム析出型負極に適用した場合にリチウムが均一に析出し易く、二次電池のサイクル特性が向上し易い。本開示の集電体のヤング率は、20MPa以上、25MPa以上又は30MPa以上であってもよく、55MPa以下、50MPa以下又は45MPa以下であってもよい。
1.4 Young's Modulus The current collector of the present disclosure has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less. If the Young's modulus of the current collector is too high, when applied to a lithium-precipitated negative electrode, uneven surface pressure tends to occur during charging, and metallic lithium tends to precipitate unevenly (see FIG. 2). If the Young's modulus of the current collector is too low, when applied to a lithium-precipitated negative electrode, the current collector will undergo excessive plastic deformation due to the precipitation of metallic lithium, causing localized surface pressure loss and uneven reaction. This tends to cause lithium metal to precipitate non-uniformly (see FIG. 3). When metallic lithium is deposited non-uniformly, the cycle characteristics of the secondary battery tend to deteriorate. On the other hand, if the current collector of the present disclosure has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less, lithium is likely to be uniformly deposited when applied to a lithium-deposited negative electrode, which improves the cycle characteristics of the secondary battery. is easy to improve. The Young's modulus of the current collector of the present disclosure may be 20 MPa or more, 25 MPa or more, or 30 MPa or more, and may be 55 MPa or less, 50 MPa or less, or 45 MPa or less.

尚、集電体の「ヤング率」は、25℃におけるヤング率をいい、一般的な測定方法によって求めることができる。本願において、ヤング率は、ビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244に準拠して負荷除荷試験を行い、除荷時の応力-歪曲線の傾きを求めることによって測定されるものである。 Note that the "Young's modulus" of the current collector refers to Young's modulus at 25° C., and can be determined by a general measuring method. In the present application, Young's modulus is measured by performing a load-unloading test in accordance with JIS Z 2244 using a Vickers hardness tester and determining the slope of the stress-strain curve at the time of unloading.

1.5 その他
本開示の集電体は、リチウム析出型負極に適用可能な形状や大きさを有するものであればよい。本開示の集電体の厚みは、例えば、100μm以下、80μm以下、60μm以下、40μm以下、又は、20μm以下であってもよい。本開示の集電体の平面形状は、電極の面形状に応じて適宜決定され得る。本開示の集電体は、例えば、基材(例えば、剥離フィルム)の表面に、樹脂と導電材料とを含む導電ペーストを塗工し、乾燥させることで、基材と集電体との積層体を得て、その後、当該積層体から基材を剥がすことにより得られたものであってもよい。
1.5 Others The current collector of the present disclosure may have a shape and size that can be applied to a lithium-precipitated negative electrode. The thickness of the current collector of the present disclosure may be, for example, 100 μm or less, 80 μm or less, 60 μm or less, 40 μm or less, or 20 μm or less. The planar shape of the current collector of the present disclosure can be appropriately determined depending on the planar shape of the electrode. The current collector of the present disclosure can be produced by, for example, applying a conductive paste containing a resin and a conductive material to the surface of a base material (e.g., a release film) and drying it, thereby laminating the base material and the current collector. It may be obtained by obtaining a body and then peeling off the base material from the laminate.

導電ペーストとしては、ペーストの流動性及び集電体の仕上がり性の観点から、樹脂及び導電材料と共に、少なくとも1種の溶媒を含有していることが好ましい。溶媒としては、従来公知のものを特に制限なく使用することができる。具体的には、例えば、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤等を挙げることができる。これらの溶剤は、1種を単独で又は2種以上を併用して用いることができる。なかでも、アミド系溶剤が好ましい。 The conductive paste preferably contains at least one type of solvent together with the resin and the conductive material from the viewpoint of the fluidity of the paste and the finishability of the current collector. As the solvent, conventionally known solvents can be used without particular limitation. Specifically, examples thereof include hydrocarbon solvents, aromatic solvents, ketone solvents, ether solvents, ester solvents, alcohol solvents, amide solvents, and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these, amide solvents are preferred.

上記導電ペーストの固形分量としては、流動性及び集電体の仕上がり性の観点から、1~90質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、20~70質量%がさらに好ましい。 The solid content of the conductive paste is preferably 1 to 90% by mass, more preferably 10 to 80% by mass, and even more preferably 20 to 70% by mass, from the viewpoint of fluidity and finish of the current collector.

上記導電ペーストは、以上に述べた各成分を、例えば、ディスパー、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、ペブルミル、LMZミル、DCPパールミル、遊星ボールミル、ホモジナイザー、二軸混練機、薄膜旋回型高速ミキサー(商品名:クレアミックス、フィルミックス等)等の従来公知の分散機を用いて均一に混合、分散させることにより調製することができる。 The above-mentioned conductive paste can be prepared using the above-mentioned components, for example, a disper, paint shaker, sand mill, ball mill, pebble mill, LMZ mill, DCP pearl mill, planetary ball mill, homogenizer, twin-screw kneader, thin film rotating high-speed mixer (product name It can be prepared by uniformly mixing and dispersing using a conventionally known dispersing machine such as Clearmix, Filmix, etc.).

2.二次電池
本開示の二次電池は、正極、電解質層、負極集電体、及び、充電によって前記電解質層と前記負極集電体との間に析出する負極活物質としての金属リチウム、を備え、前記負極集電体が、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するものである。
2. Secondary battery The secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode current collector, and metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector upon charging. , the negative electrode current collector contains a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less.

図1に、一実施形態に係る二次電池100の構成を概略的に示す。図1に示されるように、一実施形態に係る二次電池100は、正極10、電解質層20、負極集電体31、及び、充電によって電解質層20と負極集電体31との間に析出する負極活物質としての金属リチウム32、を備える。ここで、負極集電体31が上述の本開示の集電体である。 FIG. 1 schematically shows the configuration of a secondary battery 100 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, a secondary battery 100 according to an embodiment includes a positive electrode 10, an electrolyte layer 20, a negative electrode current collector 31, and deposits between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 due to charging. Metal lithium 32 is provided as a negative electrode active material. Here, the negative electrode current collector 31 is the above-described current collector of the present disclosure.

2.1 正極
正極10は少なくとも正極活物質を含む。二次電池100の充電時には、リチウムイオンが、当該正極活物質から電解質層20を介して電解質層20と負極集電体31との間へと到達し、電子を受け取って金属リチウム32として析出する。また、電池の放電時には、電解質層20と負極集電体31との間の金属リチウム32が溶解(イオン化)して、正極10へと戻される。正極10の形態は、二次電池の正極として公知の形態のいずれであってもよい。例えば、図1に示されるように、正極10は、正極集電体11と正極活物質層12とを備えるものであってもよい。
2.1 Positive Electrode The positive electrode 10 includes at least a positive electrode active material. When charging the secondary battery 100, lithium ions arrive from the positive electrode active material through the electrolyte layer 20 and between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31, receive electrons, and are deposited as metallic lithium 32. . Further, when the battery is discharged, the metal lithium 32 between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 is dissolved (ionized) and returned to the positive electrode 10. The form of the positive electrode 10 may be any form known as a positive electrode of a secondary battery. For example, as shown in FIG. 1, the positive electrode 10 may include a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12.

2.1.1 正極集電体
正極集電体11は、二次電池の正極集電体として一般的なものをいずれも採用可能である。正極集電体11は、金属箔又は金属メッシュであってもよい。特に、金属箔が取扱い性等に優れる。正極集電体11は、複数枚の金属箔からなっていてもよい。正極集電体11を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。特に、酸化耐性を確保する観点から、正極集電体11がAlを含むものであってもよい。正極集電体11は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、正極集電体11が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。正極集電体11の厚みは特に限定されるものではない。例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、1mm以下又は100μm以下であってもよい。
2.1.1 Positive Electrode Current Collector As the positive electrode current collector 11, any common positive electrode current collector for secondary batteries can be employed. The positive electrode current collector 11 may be a metal foil or a metal mesh. In particular, metal foil has excellent handling properties. The positive electrode current collector 11 may be made of a plurality of metal foils. Examples of metals constituting the positive electrode current collector 11 include Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, and stainless steel. In particular, from the viewpoint of ensuring oxidation resistance, the positive electrode current collector 11 may contain Al. The positive electrode current collector 11 may have some kind of coating layer on its surface for the purpose of adjusting resistance or the like. Further, when the positive electrode current collector 11 is made of a plurality of metal foils, it may have some kind of layer between the plurality of metal foils. The thickness of the positive electrode current collector 11 is not particularly limited. For example, it may be 0.1 μm or more or 1 μm or more, or 1 mm or less or 100 μm or less.

2.1.2 正極活物質層
正極活物質層12は、正極活物質を含み、さらに任意に、電解質、導電助剤、バインダー等を含んでいてもよい。さらに、正極活物質層12はその他に各種の添加剤を含んでいてもよい。正極活物質層12における正極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、正極活物質層12全体(固形分全体)を100質量%として、正極活物質の含有量が40質量%以上、50質量%以上又は60質量%以上であってもよく、100質量%未満又は90質量%以下であってもよい。正極活物質層12の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状であってもよい。正極活物質層12の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上、1μm以上、10μm以上又は30μm以上であってもよく、2mm以下、1mm以下、500μm以下又は100μm以下であってもよい。
2.1.2 Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer 12 contains a positive electrode active material, and may optionally further contain an electrolyte, a conductive aid, a binder, and the like. Furthermore, the positive electrode active material layer 12 may contain various other additives. The content of each of the positive electrode active material, electrolyte, conductive aid, binder, etc. in the positive electrode active material layer 12 may be determined as appropriate depending on the desired battery performance. For example, the content of the positive electrode active material may be 40% by mass or more, 50% by mass or more, or 60% by mass or more, and less than 100% by mass, assuming that the entire positive electrode active material layer 12 (total solid content) is 100% by mass. Alternatively, it may be 90% by mass or less. The shape of the positive electrode active material layer 12 is not particularly limited, and may be, for example, in the form of a substantially flat sheet. The thickness of the positive electrode active material layer 12 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more, 1 μm or more, 10 μm or more, or 30 μm or more, and 2 mm or less, 1 mm or less, 500 μm or less, or 100 μm or less. There may be.

正極活物質は、二次電池の正極活物質として公知のものであってよく、充電時に負極側にリチウムを供給可能なものであればよい。例えば、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。正極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。正極活物質の粒子は、中実の粒子であってもよく、中空の粒子であってもよい。正極活物質の粒子は、一次粒子であってもよいし、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。正極活物質の粒子の平均粒子径は、例えば1nm以上、5nm以上、又は10nm以上であってもよく、また500μm以下、100μm以下、50μm以下、又は30μm以下であってもよい。 The positive electrode active material may be any material known as a positive electrode active material for secondary batteries, as long as it can supply lithium to the negative electrode side during charging. For example, various lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , lithium manganate, and spinel-based lithium compounds can be used as the positive electrode active material. can. One type of positive electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination. The positive electrode active material may be in the form of particles, for example, and its size is not particularly limited. The particles of the positive electrode active material may be solid particles or hollow particles. The particles of the positive electrode active material may be primary particles or may be secondary particles obtained by agglomerating a plurality of primary particles. The average particle diameter of the particles of the positive electrode active material may be, for example, 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, or 500 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less.

正極活物質の表面は、リチウムイオン伝導性酸化物を含有する保護層によって被覆されていてもよい。すなわち、正極活物質層12には、上記の正極活物質と、その表面に設けられた保護層と、を備える複合体が含まれていてもよい。これにより、正極物活物質と硫化物(例えば、後述の硫化物固体電解質等)との反応等が抑制され易くなる。リチウムイオン伝導性酸化物としては、例えば、LiBO、LiBO、LiCO、LiAlO、LiSiO、LiSiO、LiPO、LiSO、LiTiO、LiTi12、LiTi、LiZrO、LiNbO、LiMoO、LiWOが挙げられる。保護層の被覆率(面積率)は、例えば、70%以上であってもよく、80%以上であってもよく、90%以上であってもよい。保護層の厚さは、例えば、0.1nm以上又は1nm以上であってもよく、100nm以下又は20nm以下であってもよい。 The surface of the positive electrode active material may be coated with a protective layer containing a lithium ion conductive oxide. That is, the positive electrode active material layer 12 may include a composite including the above-described positive electrode active material and a protective layer provided on the surface thereof. This makes it easier to suppress reactions between the positive electrode active material and sulfide (for example, sulfide solid electrolyte described below). Examples of lithium ion conductive oxides include Li 3 BO 3 , LiBO 2 , Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 , Li 2 MoO 4 and Li 2 WO 4 . The coverage ratio (area ratio) of the protective layer may be, for example, 70% or more, 80% or more, or 90% or more. The thickness of the protective layer may be, for example, 0.1 nm or more or 1 nm or more, or 100 nm or less or 20 nm or less.

正極活物質層12に含まれ得る電解質は、固体電解質であってもよく、液体電解質(電解液)であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。特に、正極活物質層12が固体電解質を含むものである場合に、本開示の技術による効果が一層高まり易い。 The electrolyte that may be included in the positive electrode active material layer 12 may be a solid electrolyte, a liquid electrolyte (electrolyte solution), or a combination thereof. In particular, when the positive electrode active material layer 12 contains a solid electrolyte, the effects of the technology of the present disclosure are likely to be further enhanced.

固体電解質は、二次電池の固体電解質として公知のものを用いればよい。固体電解質は無機固体電解質であっても、有機ポリマー電解質であってもよい。特に、無機固体電解質は、イオン伝導性及び耐熱性に優れる。無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、LiPON、Li1+XAlGe2-X(PO、Li-SiO系ガラス、Li-Al-S-O系ガラス等の酸化物固体電解質;LiS-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-SiS-P、LiS-P-LiI-LiBr、LiI-LiS-P、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P-GeS等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、硫化物固体電解質、中でも構成元素として少なくともLi、S及びPを含む硫化物固体電解質の性能が高い。固体電解質は、非晶質であってもよいし、結晶であってもよい。固体電解質は例えば粒子状であってもよい。固体電解質は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 As the solid electrolyte, one known as a solid electrolyte for secondary batteries may be used. The solid electrolyte may be an inorganic solid electrolyte or an organic polymer electrolyte. In particular, inorganic solid electrolytes have excellent ionic conductivity and heat resistance. Examples of the inorganic solid electrolyte include oxide solid electrolytes such as lithium lanthanum zirconate, LiPON, Li 1+X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 , Li-SiO glass, and Li-Al-S-O glass. ;Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Si 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Sulfide solids such as LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 An example is an electrolyte. In particular, sulfide solid electrolytes, especially sulfide solid electrolytes containing at least Li, S, and P as constituent elements, have high performance. The solid electrolyte may be amorphous or crystalline. The solid electrolyte may be in the form of particles, for example. One type of solid electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination.

電解液は、例えば、キャリアイオンとしてのリチウムイオンを含み得る。電解液は、例えば、非水系電解液であってもよい。例えば、電解液として、カーボネート系溶媒にリチウム塩を所定濃度で溶解させたものを用いることができる。カーボネート系溶媒としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)等が挙げられる。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸塩等が挙げられる。 The electrolyte may contain, for example, lithium ions as carrier ions. The electrolytic solution may be, for example, a non-aqueous electrolytic solution. For example, as the electrolytic solution, one in which a lithium salt is dissolved at a predetermined concentration in a carbonate-based solvent can be used. Examples of carbonate-based solvents include fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC). Examples of the lithium salt include hexafluorophosphate.

正極活物質層12に含まれ得る導電助剤としては、例えば、気相法炭素繊維(VGCF)やアセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)やカーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料;ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。導電助剤は、例えば、粒子状又は繊維状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。導電助剤は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of the conductive additive that can be included in the positive electrode active material layer 12 include vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), Ketjen black (KB), carbon nanotube (CNT), and carbon nanofiber (CNF). ); and metal materials such as nickel, aluminum, and stainless steel. The conductive aid may be, for example, in the form of particles or fibers, and its size is not particularly limited. One type of conductive aid may be used alone, or two or more types may be used in combination.

正極活物質層12に含まれ得るバインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム(BR)系バインダー、ブチレンゴム(IIR)系バインダー、アクリレートブタジエンゴム(ABR)系バインダー、スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)系バインダー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系バインダー、ポリイミド(PI)系バインダー、ポリアクリル酸系バインダー等が挙げられる。バインダーは1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of binders that can be included in the positive electrode active material layer 12 include butadiene rubber (BR) binders, butylene rubber (IIR) binders, acrylate butadiene rubber (ABR) binders, styrene butadiene rubber (SBR) binders, and polyfluoride binders. Examples include vinylidene (PVdF) binders, polytetrafluoroethylene (PTFE) binders, polyimide (PI) binders, and polyacrylic acid binders. One binder may be used alone, or two or more binders may be used in combination.

2.1.3 その他
正極10は、上記構成に加えて、二次電池の正極として一般的な構成を備えていてもよい。例えば、タブや端子等である。正極10は、公知の方法を応用することにより製造することができる。例えば、上記の各種成分を含む正極合剤を乾式又は湿式にて成形すること等によって正極活物質層12を容易に形成可能である。正極活物質層12は、正極集電体11とともに成形されてもよいし、正極集電体11とは別に成形されてもよい。
2.1.3 Others In addition to the above configuration, the positive electrode 10 may have a general configuration as a positive electrode of a secondary battery. For example, they are tabs, terminals, etc. The positive electrode 10 can be manufactured by applying a known method. For example, the positive electrode active material layer 12 can be easily formed by dry or wet molding of a positive electrode mixture containing the various components described above. The positive electrode active material layer 12 may be molded together with the positive electrode current collector 11 or separately from the positive electrode current collector 11 .

2.2 電解質層
電解質層20は少なくとも電解質を含む。電解質層20は、固体電解質を含んでいてもよく、さらに任意にバインダー等を含んでいてもよい。この場合、電解質層20における固体電解質とバインダー等との含有量は特に限定されない。また、電解質層20は、各種の添加剤を含むものであってもよい。また、電解質層20は、固体電解質とともに液体成分を含むものであってもよい。或いは、電解質層20は、電解液を含むものであってもよく、さらに、当該電解液を保持するとともに、正極と負極との接触を防止するためのセパレータ等を有していてもよい。電解質層20の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
2.2 Electrolyte layer The electrolyte layer 20 contains at least an electrolyte. The electrolyte layer 20 may contain a solid electrolyte, and may also optionally contain a binder or the like. In this case, the contents of the solid electrolyte, binder, etc. in the electrolyte layer 20 are not particularly limited. Further, the electrolyte layer 20 may contain various additives. Furthermore, the electrolyte layer 20 may include a liquid component as well as a solid electrolyte. Alternatively, the electrolyte layer 20 may contain an electrolytic solution, and may further include a separator or the like for holding the electrolytic solution and preventing contact between the positive electrode and the negative electrode. The thickness of the electrolyte layer 20 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 μm or more or 1 μm or more, or 2 mm or less or 1 mm or less.

電解質層20に含まれる電解質としては、上述の正極活物質層に含まれ得る電解質として例示されたものの中から適宜選択されればよい。特に、電解質層20が固体電解質を含む場合、中でも無機固体電解質を含む場合、電解質層20の剛性が高まり、金属リチウム32が固体電解質層を貫通し難く、また、電解質層20と負極集電体31とによって金属リチウム32に対して圧力を付与し易い。また、電解質層20が固体電解質を含む場合に上述の金属リチウムの不均一析出に係る課題が発生し易いところ、本開示の集電体を採用することで当該課題が解決され得る。電解質層20に含まれ得るバインダーについても、上述の正極活物質層に含まれ得るバインダーとして例示したものの中から適宜選択されればよい。電解質やバインダーは、各々、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。電解質層20は、例えば、上述の電解質及びバインダー等を含む電解質合剤を乾式又は湿式にて成形すること等によって容易に形成可能である。 The electrolyte included in the electrolyte layer 20 may be appropriately selected from those exemplified as electrolytes that can be included in the above-mentioned positive electrode active material layer. In particular, when the electrolyte layer 20 contains a solid electrolyte, especially when it contains an inorganic solid electrolyte, the rigidity of the electrolyte layer 20 increases, making it difficult for the metal lithium 32 to penetrate through the solid electrolyte layer, and the electrolyte layer 20 and negative electrode current collector 31, it is easy to apply pressure to the metal lithium 32. Further, when the electrolyte layer 20 includes a solid electrolyte, the above-mentioned problem related to non-uniform precipitation of metallic lithium tends to occur, but this problem can be solved by employing the current collector of the present disclosure. The binder that may be included in the electrolyte layer 20 may be appropriately selected from among the binders that may be included in the above-mentioned positive electrode active material layer. Each of the electrolytes and binders may be used alone or in combination of two or more. The electrolyte layer 20 can be easily formed, for example, by dry or wet molding of an electrolyte mixture containing the above-mentioned electrolyte, binder, and the like.

一方で、電解質層20が電解液やセパレータを有するものである場合、セパレータは、二次電池において通常用いられるセパレータであればよい。セパレータは、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル及びポリアミド等の樹脂からなるものであってもよい。セパレータは、単層構造であってもよく、複層構造であってもよい。複層構造のセパレータとしては、例えばPE/PPの2層構造のセパレータ、又は、PP/PE/PP若しくはPE/PP/PEの3層構造のセパレータ等を挙げることができる。セパレータは、セルロース不織布、樹脂不織布、ガラス繊維不織布といった不織布からなるものであってもよい。 On the other hand, when the electrolyte layer 20 includes an electrolytic solution and a separator, the separator may be any separator commonly used in secondary batteries. The separator may be made of resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, and polyamide. The separator may have a single layer structure or a multilayer structure. Examples of the multi-layer separator include a PE/PP two-layer separator, a PP/PE/PP or PE/PP/PE three-layer separator, and the like. The separator may be made of a nonwoven fabric such as a cellulose nonwoven fabric, a resin nonwoven fabric, or a glass fiber nonwoven fabric.

2.3 負極集電体
負極集電体31は、上述の本開示の集電体である。ここでは詳細な説明を省略する。
2.3 Negative Electrode Current Collector The negative electrode current collector 31 is the current collector of the present disclosure described above. A detailed explanation will be omitted here.

2.4 負極活物質としての金属リチウム
二次電池100においては、充電によって、電解質層20と負極集電体31との間に負極活物質としての金属リチウム32が析出する。また、図1に示されるように、電解質層20と負極集電体31との間に析出した金属リチウム32は、放電に伴って溶解(イオン化)し、正極10へと戻される。このように、二次電池100の充電及び放電が繰り返されると、負極側において金属リチウム32の析出及び溶解が繰り返される。
2.4 Metallic lithium as a negative electrode active material In the secondary battery 100, metal lithium 32 as a negative electrode active material is deposited between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 by charging. Further, as shown in FIG. 1, metallic lithium 32 deposited between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 is dissolved (ionized) with discharge and returned to the positive electrode 10. In this way, when charging and discharging of the secondary battery 100 is repeated, the precipitation and dissolution of metallic lithium 32 are repeated on the negative electrode side.

仮に、負極集電体のヤング率が高過ぎる場合、図2に示されるように、充電時に金属リチウムが不均一に析出し、面圧ムラが生じ易くなる。具体的には、リチウム析出型電極において剛直な集電体を用いた場合、集電体と電解質層との接触にムラが生じ易い。また、電解質層の表面のごくわずかな凹凸により、物理的な面圧ムラが生じ易い。このような状態で電解質層と集電体との間に金属リチウムを析出させると、面圧ムラによって金属リチウムが高面圧部に優先的に析出するものと考えられる。金属リチウムが優先析出した箇所においては、金属リチウムの析出寸法分だけ膨張が生じ、さらに面圧が上昇し易い。そうすると、さらに金属リチウムの優先析出が生じ易くなり、反応ムラが助長される。一方で、負極集電体のヤング率が低いほど、集電体の弾性変形量が大きく、初期のリチウム析出変位を吸収し易くなる。しかしながら、負極集電体のヤング率が低過ぎる場合、図3に示されるように、充電時に金属リチウムの析出に伴って集電体が過剰に塑性変形し、局所的に面圧抜けが生じて、むしろ反応ムラが生じ易くなる。このように、負極集電体のヤング率が低過ぎても高過ぎても、二次電池のサイクル特性に悪影響を及ぼし易い。 If the Young's modulus of the negative electrode current collector is too high, as shown in FIG. 2, metallic lithium will precipitate non-uniformly during charging, making surface pressure unevenness likely to occur. Specifically, when a rigid current collector is used in a lithium-deposited electrode, uneven contact between the current collector and the electrolyte layer tends to occur. Furthermore, slight unevenness on the surface of the electrolyte layer tends to cause physical surface pressure unevenness. It is thought that when metallic lithium is deposited between the electrolyte layer and the current collector in such a state, metallic lithium is preferentially deposited in the high surface pressure area due to surface pressure unevenness. At the location where metallic lithium is preferentially deposited, expansion occurs by the size of the deposited metallic lithium, and the surface pressure is likely to increase further. In this case, preferential precipitation of metallic lithium is more likely to occur, and reaction unevenness is promoted. On the other hand, the lower the Young's modulus of the negative electrode current collector, the larger the amount of elastic deformation of the current collector, and the easier it is to absorb the initial lithium precipitation displacement. However, if the Young's modulus of the negative electrode current collector is too low, as shown in Figure 3, the current collector undergoes excessive plastic deformation due to the precipitation of metallic lithium during charging, resulting in local surface pressure loss. , rather, reaction unevenness is more likely to occur. As described above, if the Young's modulus of the negative electrode current collector is too low or too high, it tends to have a negative effect on the cycle characteristics of the secondary battery.

これに対し、本開示の二次電池100のように、負極集電体31として17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するものが採用されることで、充電時に電解質層20と負極集電体31との間に金属リチウム32が析出した場合に、図1に示されるように、金属リチウム32が均一に析出し易く、二次電池100のサイクル特性が向上し易い。 On the other hand, as in the secondary battery 100 of the present disclosure, by employing a negative electrode current collector 31 having a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less, the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 are separated during charging. When the metallic lithium 32 is deposited during this period, as shown in FIG. 1, the metallic lithium 32 tends to be uniformly deposited, and the cycle characteristics of the secondary battery 100 tend to improve.

電解質層20と負極集電体31との間における金属リチウム32の析出量は特に限定されるものではない。目的とする電池性能に応じて適宜調整されればよい。例えば、SOCが高くなるほど、析出する金属リチウム32の量が多くなり、電解質層20と負極集電体31との間において金属リチウム32を均一化することによる効果が一層高まるものと考えられる。金属リチウム32の析出量は、二次電池100の充電容量が、例えば、1mAh/cm以上3mAh/cm以下となるような量であってもよい。 The amount of metallic lithium 32 deposited between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 is not particularly limited. It may be adjusted as appropriate depending on the desired battery performance. For example, it is considered that the higher the SOC, the greater the amount of precipitated metallic lithium 32, and the effect of making metallic lithium 32 uniform between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 is further enhanced. The amount of metal lithium 32 deposited may be such that the charging capacity of the secondary battery 100 is, for example, 1 mAh/cm 2 or more and 3 mAh/cm 2 or less.

2.5 その他の部材
二次電池100は、液体電解質を実質的に含まない全固体電池であってもよいし、固体電解質とともに一部に液体成分を含むものであってもよいし、電解液電池であってもよい。特に、上述したように、二次電池100が電解質として固体電解質を含むものである場合に一層高い効果が期待できる。二次電池100は、少なくとも上記の各構成を有するものであればよく、これ以外にその他の部材を有していてもよい。以下に説明される部材は、二次電池100が有し得るその他の部材の一例である。
2.5 Other Components The secondary battery 100 may be an all-solid-state battery that does not substantially contain a liquid electrolyte, or may include a part of a liquid component along with a solid electrolyte, or may be an all-solid-state battery that does not contain a liquid electrolyte. It may also be a battery. In particular, as described above, even higher effects can be expected when the secondary battery 100 includes a solid electrolyte as the electrolyte. The secondary battery 100 only needs to have at least each of the above configurations, and may include other members in addition to these. The members described below are examples of other members that the secondary battery 100 may have.

2.5.1 外装体
二次電池100は、上記の各構成が外装体の内部に収容されたものであってもよい。より具体的には、二次電池100から外部へと電力を取り出すためのタブ又は端子等を除いた部分が、外装体の内部に収容されていてもよい。外装体は、電池の外装体として公知のものをいずれも採用可能である。例えば、外装体としてラミネートフィルムを用いてもよい。また、複数の二次電池100が、電気的に接続され、また、任意に重ね合わされて、組電池とされていてもよい。この場合、公知の電池ケースの内部に当該組電池が収容されてもよい。
2.5.1 Exterior Body The secondary battery 100 may have each of the above-mentioned components housed inside an exterior body. More specifically, a portion of the secondary battery 100 excluding a tab or terminal for extracting power to the outside may be housed inside the exterior body. As the exterior body, any known exterior body for batteries can be used. For example, a laminate film may be used as the exterior body. Further, a plurality of secondary batteries 100 may be electrically connected and arbitrarily stacked on top of each other to form a battery pack. In this case, the assembled battery may be housed inside a known battery case.

2.5.2 封止樹脂
二次電池100においては、上記の各構成が樹脂によって封止されていてもよい。例えば、正極、電解質層及び負極の少なくとも側面(各層の積層方向に沿った面)が樹脂によって封止されてもよい。これにより、各層の内部への水分の混入等が抑制され易くなる。封止樹脂としては、公知の硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が採用され得る。
2.5.2 Sealing Resin In the secondary battery 100, each of the above components may be sealed with resin. For example, at least the side surfaces (the surfaces along the stacking direction of each layer) of the positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode may be sealed with resin. This makes it easier to prevent moisture from entering each layer. As the sealing resin, a known curable resin or thermoplastic resin may be employed.

2.5.3 拘束部材
二次電池100は、上記の各構成を厚み方向(各層の積層方向に沿った方向)に拘束するための拘束部材を有していてもよいし、有していなくてもよい。拘束部材によって拘束圧が付与されることで、電池の内部抵抗が低減され易い。また、電解質層と負極集電体との間に析出した金属リチウムに対して一定の面圧が付与され易くなる。
2.5.3 Restraint Member The secondary battery 100 may or may not have a restraint member for restraining each of the above components in the thickness direction (direction along the stacking direction of each layer). It's okay. By applying the restraining pressure by the restraining member, the internal resistance of the battery is likely to be reduced. Further, a certain surface pressure is easily applied to the metallic lithium deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector.

2.6.二次電池の製造方法
上記の二次電池100は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、二次電池100の製造方法は、
正極10、電解質層20及び前記負極集電体31をこの順に有する積層体を得ること、並びに、
前記積層体に対して充電を行い、前記電解質層20と前記負極集電体31との間に金属リチウム32を析出させること、
を含むものであってよい。正極10、電解質層20及び負極集電体31の各々の作製方法については上述した通りである。これらを重ね合わせることで上記の積層体が得られる。上記の積層体を得た後は、当該積層体に対して、厚み方向(積層方向)に圧力を加えてもよい。例えば、積層体を構成する各層をプレスして一体化してもよいし、積層体を構成する各層の隙間を解消して界面抵抗を低下させてもよい。積層体は公知の手段にて加圧され得る。例えば、CIP、HIP、ロールプレス、一軸プレス、金型プレス等の種々の加圧方法によって積層体を積層方向に加圧することができる。特にCIPやHIPのような方圧プレスにて積層体を加圧した場合、積層体の積層面をより均一に加圧し易いものと考えられる。積層体に印加される積層方向への圧力の大きさは、目的とする電池の性能に応じて適宜決定され得る。例えば、当該圧力は10MPa以上、50MPa以上、100MPa以上、150MPa以上、200MPa以上、250MPa以上、300MPa以上又は350MPa以上であってもよい。積層体の加圧時間や加圧温度は特に限定されるものではない。積層体は一般的な電池の充電方法と同様の方法によって充電されればよい。すなわち、積層体の正極集電体11及び負極集電体31に外部電源を接続して充電を行えばよい。積層体を充電することで、正極活物質層12に含まれる正極活物質から電解質層20を介して負極集電体31側へとリチウムイオンが伝導し、電解質層20と負極集電体31との間において、当該リチウムイオンが電子を受け取り、金属リチウム32となって析出する。本実施形態に係る製造方法は、上述した各工程に加えて、二次電池を製造するための一般的な工程を含んでいてもよい。例えば、積層体をラミネートフィルム等の外装体の内部に収容する工程や、積層体に集電タブを接続する工程等である。具体的には、例えば、積層体の集電体11、31に集電タブを接続(集電体11、31の一部を突出させて、これをタブとしても用いてもよい)したうえで、当該積層体を外装体としてのラミネートフィルム内に収容する一方で、ラミネートフィルムの外部にタブを引き出した状態で、ラミネートフィルムを封止し、その後、ラミネートフィルム外のタブを介して積層体の充電を行ってもよい。
2.6. Method for manufacturing a secondary battery The secondary battery 100 described above can be manufactured, for example, as follows. That is, the method for manufacturing the secondary battery 100 is as follows:
Obtaining a laminate having a positive electrode 10, an electrolyte layer 20, and the negative electrode current collector 31 in this order, and
charging the laminate to deposit metallic lithium 32 between the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31;
may include. The methods for manufacturing each of the positive electrode 10, electrolyte layer 20, and negative electrode current collector 31 are as described above. The above-mentioned laminate can be obtained by overlapping these. After obtaining the above-mentioned laminate, pressure may be applied to the laminate in the thickness direction (stacking direction). For example, the layers constituting the laminate may be pressed and integrated, or the interfacial resistance may be reduced by eliminating gaps between the layers constituting the laminate. The laminate may be pressurized by known means. For example, the laminate can be pressed in the stacking direction by various pressing methods such as CIP, HIP, roll press, uniaxial press, mold press, etc. In particular, when the laminate is pressed using a horizontal press such as CIP or HIP, it is considered that it is easier to press the laminate surface of the laminate more uniformly. The magnitude of the pressure applied to the stack in the stacking direction can be determined as appropriate depending on the desired performance of the battery. For example, the pressure may be 10 MPa or more, 50 MPa or more, 100 MPa or more, 150 MPa or more, 200 MPa or more, 250 MPa or more, 300 MPa or more, or 350 MPa or more. The time and temperature for applying pressure to the laminate are not particularly limited. The stacked body may be charged by a method similar to a general battery charging method. That is, charging may be performed by connecting an external power source to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 31 of the laminate. By charging the stack, lithium ions are conducted from the positive electrode active material included in the positive electrode active material layer 12 to the negative electrode current collector 31 side via the electrolyte layer 20, and the electrolyte layer 20 and the negative electrode current collector 31 are connected. During this time, the lithium ions receive electrons and become metallic lithium 32 and precipitate. The manufacturing method according to this embodiment may include general steps for manufacturing a secondary battery in addition to the steps described above. Examples include a step of accommodating the laminate inside an exterior body such as a laminate film, a step of connecting a current collector tab to the laminate, and the like. Specifically, for example, after connecting a current collector tab to the current collectors 11 and 31 of the laminate (a part of the current collectors 11 and 31 may be made to protrude and be used as a tab), While the laminate is housed in a laminate film as an exterior body, the laminate film is sealed with the tab pulled out to the outside of the laminate film, and then the laminate is sealed through the tab outside the laminate film. You may also charge the battery.

以下、実施例を示しつつ、本開示の技術についてさらに詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the technology of the present disclosure will be described in more detail while showing examples, but the technology of the present disclosure is not limited to the following examples.

1.負極集電体の用意
1.1 比較例1
負極集電体として、SUS304箔(厚さ10μm)を用意した。また、ビッカース硬度計を用いて、SUS304箔のヤング率を測定したところ、197000MPaであった。
1. Preparation of negative electrode current collector 1.1 Comparative example 1
SUS304 foil (thickness: 10 μm) was prepared as a negative electrode current collector. Further, when the Young's modulus of the SUS304 foil was measured using a Vickers hardness meter, it was found to be 197,000 MPa.

1.2 比較例2
負極集電体として、以下の樹脂集電箔1を用意した。すなわち、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:重量平均分子量約100万)とVGCF(VGCF-H:商品名、昭和電工社製、気相成長炭素繊維、マルチウォールタイプ、繊維長10~20μm、繊維径:150nm、比表面積:13m/g)とを80質量%:20質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、gapが200μmのブレードで剥離フィルム(東レ社製セラピール、WZ)上に塗工した。その後、100℃で1時間乾燥することで、導電膜と剥離フィルムとの積層体を得た。積層体の界面をピンセットで剥離し、導電膜を得た。この導電膜を樹脂集電箔1として使用した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔1のヤング率を測定したところ、95.6MPaであった。
1.2 Comparative example 2
The following resin current collector foil 1 was prepared as a negative electrode current collector. That is, PVDF (polyvinylidene fluoride: weight average molecular weight approximately 1 million) and VGCF (VGCF-H: trade name, manufactured by Showa Denko K.K., vapor grown carbon fiber, multi-wall type, fiber length 10 to 20 μm, fiber diameter: 150 nm) , specific surface area: 13 m 2 /g) in a ratio of 80% by mass: 20% by mass, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, thoroughly stirred with a disper, and then ultrasonically mixed. It was dispersed to create a conductive paste. Then, it was coated onto a release film (Therapel, WZ, manufactured by Toray Industries, Inc.) using a blade with a gap of 200 μm. Then, by drying at 100° C. for 1 hour, a laminate of a conductive film and a release film was obtained. The interface of the laminate was peeled off with tweezers to obtain a conductive film. This conductive film was used as a resin current collector foil 1. When the Young's modulus of the resin current collector foil 1 was measured using a Vickers hardness meter, it was 95.6 MPa.

1.3 比較例3
樹脂集電箔におけるPVDF(ポリフッ化ビニリデン:重量平均分子量約100万)とVGCF(VGCF-H:商品名、昭和電工社製、気相成長炭素繊維、マルチウォールタイプ、繊維長10~20μm、繊維径:150nm、比表面積:13m/g)との比率を90質量%:10質量%としたこと以外は、比較例2と同様にして、負極集電体としての樹脂集電箔2を得た。具体的には、比較例2で使用した導電ペーストを、PVDF:VGCF=90質量%:10質量%となるように調整したうえで、N-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、比較例2と同様の手順で樹脂集電箔2を作製した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔2のヤング率を測定したところ、75.4MPaであった。
1.3 Comparative example 3
PVDF (polyvinylidene fluoride: weight average molecular weight approximately 1 million) and VGCF (VGCF-H: trade name, manufactured by Showa Denko K.K., vapor-grown carbon fiber, multi-wall type, fiber length 10 to 20 μm, fiber Resin current collector foil 2 as a negative electrode current collector was obtained in the same manner as Comparative Example 2, except that the ratio of diameter: 150 nm, specific surface area: 13 m 2 /g) was 90% by mass: 10% by mass. Ta. Specifically, the conductive paste used in Comparative Example 2 was adjusted so that PVDF:VGCF = 90% by mass: 10% by mass, and then diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%. After thorough stirring using a disperser, the paste was dispersed using ultrasonic waves to create a conductive paste. Next, a resin current collector foil 2 was produced in the same manner as in Comparative Example 2. The Young's modulus of the resin current collector foil 2 was measured using a Vickers hardness meter and found to be 75.4 MPa.

1.4 実施例1
樹脂集電箔を構成する樹脂としてPVDF(ポリフッ化ビニリデン:重量平均分子量約100万)とビニル樹脂(ポリビニルブチラール:重量平均分子量32,000、水酸基21mol%、ブチラール化度77mol%)との混合樹脂を用い、導電材料としてCNT(カーボンナノチューブ:繊維長約8μm、繊維径約40nm、比表面積約90m/g)を用いたこと以外は、比較例2と同様にして、負極集電体としての樹脂集電箔3を得た。具体的には、混合樹脂とCNTとを80質量%:20質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、gapが200μmのブレードで剥離フィルム(東レ社製セラピール、WZ)上に塗工した。その後、100℃で1時間乾燥することで、導電膜と剥離フィルムとの積層体を得た。積層体の界面をピンセットで剥離し、導電膜を得た。この導電膜を樹脂集電箔3として使用した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔3のヤング率を測定したところ、59.1MPaであった。
1.4 Example 1
The resin constituting the resin current collector foil is a mixed resin of PVDF (polyvinylidene fluoride: weight average molecular weight approximately 1 million) and vinyl resin (polyvinyl butyral: weight average molecular weight 32,000, hydroxyl group 21 mol%, degree of butyralization 77 mol%). was used as a negative electrode current collector in the same manner as in Comparative Example 2, except that CNTs (carbon nanotubes: fiber length of about 8 μm, fiber diameter of about 40 nm, specific surface area of about 90 m 2 /g) were used as the conductive material. A resin current collector foil 3 was obtained. Specifically, the mixed resin and CNT are mixed at a ratio of 80% by mass: 20% by mass, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, stirred thoroughly with a disper, and then mixed with ultrasonic waves. It was dispersed to create a conductive paste. Then, it was coated onto a release film (Therapel, WZ, manufactured by Toray Industries, Inc.) using a blade with a gap of 200 μm. Then, by drying at 100° C. for 1 hour, a laminate of a conductive film and a release film was obtained. The interface of the laminate was peeled off with tweezers to obtain a conductive film. This conductive film was used as a resin current collector foil 3. When the Young's modulus of the resin current collector foil 3 was measured using a Vickers hardness meter, it was 59.1 MPa.

1.5 実施例2
樹脂集電箔における混合樹脂とCNT(カーボンナノチューブ:繊維長約8μm、繊維径約40nm、比表面積約90m/g)との比率を90質量%:10質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして、負極集電体としての樹脂集電箔4を得た。具体的には、混合樹脂:CNT=90質量%:10質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、実施例1と同様の手順で樹脂集電箔4を作製した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔4のヤング率を測定したところ、41.7MPaであった。
1.5 Example 2
Example except that the ratio of mixed resin and CNT (carbon nanotubes: fiber length of about 8 μm, fiber diameter of about 40 nm, specific surface area of about 90 m 2 /g) in the resin current collector foil was 90% by mass: 10% by mass. In the same manner as in Example 1, a resin current collector foil 4 as a negative electrode current collector was obtained. Specifically, mixed resin: CNT = 90% by mass: 10% by mass was mixed, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, thoroughly stirred with a disper, and then dispersed with ultrasound. Then, a conductive paste was created. Next, a resin current collector foil 4 was produced in the same manner as in Example 1. When the Young's modulus of the resin current collector foil 4 was measured using a Vickers hardness meter, it was 41.7 MPa.

1.6 実施例3
樹脂集電箔を構成する樹脂としてビニル樹脂(ポリビニルブチラール:重量平均分子量32,000、水酸基21mol%、ブチラール化度77mol%)を単独で用いたこと以外は、比較例2と同様にして、負極集電体としての樹脂集電箔5を得た。具体的には、ビニル樹脂とVGCF(VGCF-H:商品名、昭和電工社製、気相成長炭素繊維、マルチウォールタイプ、繊維長10~20μm、繊維径:150nm、比表面積:13m/g)とを80質量%:20質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、gapが200μmのブレードで剥離フィルム(東レ社製セラピール、WZ)上に塗工した。その後、100℃で1時間乾燥することで、導電膜と剥離フィルムとの積層体を得た。積層体の界面をピンセットで剥離し、導電膜を得た。この導電膜を樹脂集電箔5として使用した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔5のヤング率を測定したところ、17.0MPaであった。
1.6 Example 3
A negative electrode was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that vinyl resin (polyvinyl butyral: weight average molecular weight 32,000, hydroxyl group 21 mol%, degree of butyralization 77 mol%) was used alone as the resin constituting the resin current collector foil. A resin current collector foil 5 was obtained as a current collector. Specifically, vinyl resin and VGCF (VGCF-H: trade name, manufactured by Showa Denko Co., Ltd., vapor grown carbon fiber, multi-wall type, fiber length 10 to 20 μm, fiber diameter: 150 nm, specific surface area: 13 m 2 /g) ) were mixed in a ratio of 80% by mass: 20% by mass, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, sufficiently stirred with a disper, and then dispersed with ultrasound to create a conductive paste. . Then, it was coated onto a release film (Therapel, WZ, manufactured by Toray Industries, Inc.) using a blade with a gap of 200 μm. Then, by drying at 100° C. for 1 hour, a laminate of a conductive film and a release film was obtained. The interface of the laminate was peeled off with tweezers to obtain a conductive film. This conductive film was used as the resin current collector foil 5. When the Young's modulus of the resin current collector foil 5 was measured using a Vickers hardness meter, it was 17.0 MPa.

1.7 比較例4
樹脂集電箔におけるビニル樹脂(ポリビニルブチラール:重量平均分子量32,000、水酸基21mol%、ブチラール化度77mol%)とVGCF(VGCF-H:商品名、昭和電工社製、気相成長炭素繊維、マルチウォールタイプ、繊維長10~20μm、繊維径:150nm、比表面積:13m/g)との比率を90質量%:10質量%としたこと以外は、実施例3と同様にして、負極集電体としての樹脂集電箔6を得た。具体的には、ビニル樹脂:VGCF=90質量%:10質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、実施例3と同様の手順で樹脂集電箔6を作製した。ピッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔6のヤング率を測定したところ、6.88MPaであった。
1.7 Comparative example 4
Vinyl resin (polyvinyl butyral: weight average molecular weight 32,000, hydroxyl group 21 mol%, degree of butyralization 77 mol%) and VGCF (VGCF-H: trade name, manufactured by Showa Denko K.K., vapor grown carbon fiber, multi-layer) in the resin current collector foil. A negative electrode current collector was prepared in the same manner as in Example 3, except that the ratio of wall type, fiber length 10 to 20 μm, fiber diameter: 150 nm, specific surface area: 13 m 2 /g was 90% by mass: 10% by mass. A resin current collector foil 6 as a body was obtained. Specifically, vinyl resin: VGCF = 90% by mass: 10% by mass was mixed, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, thoroughly stirred with a disper, and then dispersed with ultrasound. Then, a conductive paste was created. Next, a resin current collector foil 6 was produced in the same manner as in Example 3. When the Young's modulus of the resin current collector foil 6 was measured using a Pickers hardness meter, it was 6.88 MPa.

1.8 比較例5
樹脂集電箔を構成する樹脂としてポリエチレン樹脂(PE)を用い、且つ、PEとVGCF(VGCF-H:商品名、昭和電工社製、気相成長炭素繊維、マルチウォールタイプ、繊維長10~20μm、繊維径:150nm、比表面積:13m/g)との比率を50質量%:50質量%として、樹脂集電箔7を得た。具体的には、PEとVGCFとを50質量%:50質量%で混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドンで固形分30%に希釈して、ディスパーで十分に攪拌したのち超音波で分散し、導電ペーストを作成した。次いで、gapが200μmのブレードで剥離フィルム(東レ社製セラピール、WZ)上に塗工した。その後、70℃で1時間乾燥することで、導電膜と剥離フィルムとの積層体を得た。積層体の界面をピンセットで剥離し、導電膜を得た。この導電膜を樹脂集電箔7として使用した。ビッカース硬度計を用いて、樹脂集電箔7のヤング率を測定したところ、2.14MPaであった。
1.8 Comparative example 5
Polyethylene resin (PE) is used as the resin constituting the resin current collector foil, and PE and VGCF (VGCF-H: trade name, manufactured by Showa Denko K.K., vapor grown carbon fiber, multi-wall type, fiber length 10 to 20 μm) are used. , fiber diameter: 150 nm, specific surface area: 13 m 2 /g), the ratio was set to 50% by mass: 50% by mass, and a resin current collector foil 7 was obtained. Specifically, PE and VGCF are mixed at a ratio of 50% by mass: 50% by mass, further diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to a solid content of 30%, thoroughly stirred with a disper, and then dispersed with ultrasound. Then, a conductive paste was created. Then, it was coated onto a release film (Therapel, WZ, manufactured by Toray Industries, Inc.) using a blade with a gap of 200 μm. Then, by drying at 70° C. for 1 hour, a laminate of a conductive film and a release film was obtained. The interface of the laminate was peeled off with tweezers to obtain a conductive film. This conductive film was used as a resin current collector foil 7. When the Young's modulus of the resin current collector foil 7 was measured using a Vickers hardness meter, it was 2.14 MPa.

2.評価用の電池の作製
Li、P及びSを含有する硫化物ガラス固体電解質を100mg秤量し、φ11.28mmの円筒シリンダーに投入し、6tonで加圧成形して、電解質ペレットを作製した。ペレットの上面にLi箔(厚さ150μm)、下面に上述の負極集電体を配置し、1tonでプレスし、1MPaで拘束して、評価用の電池を得た。
2. Preparation of battery for evaluation 100 mg of a sulfide glass solid electrolyte containing Li, P, and S was weighed, put into a cylindrical cylinder with a diameter of 11.28 mm, and pressure-molded at 6 tons to prepare electrolyte pellets. A Li foil (thickness: 150 μm) was placed on the upper surface of the pellet, and the above-mentioned negative electrode current collector was placed on the lower surface, and the pellet was pressed at 1 ton and restrained at 1 MPa to obtain a battery for evaluation.

3.サイクル特性の評価
得られた電池を充放電試験機へ接続し、25℃に保った状態で、充放電サイクル試験を行った。充電(析出)をカットオフ電圧-1V、0.435mA/cm、10時間とし、続く放電(溶解)をカットオフ電圧+1V、0.435mA/cm、20時間として、充放電を10サイクル繰り返した。1サイクル目の放電容量に対する、10サイクル目の放電容量の比を容量維持率として算出した。また、ロードセルを電池に挿入し、充放電中の内圧変化を測定した。
3. Evaluation of cycle characteristics The obtained battery was connected to a charge/discharge tester, and a charge/discharge cycle test was conducted while maintaining the battery at 25°C. Charging (deposition) was performed at a cut-off voltage of -1V, 0.435 mA/cm 2 for 10 hours, and subsequent discharge (dissolution) was performed at a cut-off voltage of +1 V, 0.435 mA/cm 2 for 20 hours, and charging and discharging were repeated for 10 cycles. Ta. The ratio of the discharge capacity at the 10th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle was calculated as the capacity retention rate. In addition, a load cell was inserted into the battery and changes in internal pressure during charging and discharging were measured.

4.初期析出Liの析出面積の算出
上記のサイクル特性の評価とは別に電池を作製し、充電(析出)をカットオフ電圧-1V、0.3mA/cm、1時間だけ行い、電池を解体した。電解質ペレットと負極集電体との界面を剥離し、負極集電体上に析出した金属リチウムの面積率を表面SEM観察によって特定した。具体的には、得られたSEM像を負極集電体と金属リチウム部分とで2値化し、負極集電体の全体の面積に対する金属リチウムの析出がみられた面積の比を析出面積率として算出した。
4. Calculation of the deposition area of initially deposited Li A battery was prepared separately from the evaluation of the cycle characteristics described above, charging (deposition) was performed at a cutoff voltage of −1 V, 0.3 mA/cm 2 for only 1 hour, and the battery was disassembled. The interface between the electrolyte pellet and the negative electrode current collector was peeled off, and the area ratio of metallic lithium deposited on the negative electrode current collector was determined by surface SEM observation. Specifically, the obtained SEM image was binarized between the negative electrode current collector and the metallic lithium portion, and the ratio of the area where metallic lithium was deposited to the entire area of the negative electrode current collector was determined as the precipitation area ratio. Calculated.

5.塑性変形の有無の評価
測定されたヤング率、及び、金属リチウム析出中の内圧変化から、負極集電体の圧縮ひずみを計算した。ひずみが一般的な樹脂の弾性ひずみ5%に収まるかどうかで負極集電体が塑性変形したどうかを判定した。
5. Evaluation of presence or absence of plastic deformation The compressive strain of the negative electrode current collector was calculated from the measured Young's modulus and the internal pressure change during metal lithium precipitation. It was determined whether the negative electrode current collector was plastically deformed based on whether the strain was within 5% of the elastic strain of a typical resin.

6.評価結果
結果を下記表1に示す。尚、表1においては、比較例1の容量維持率を100として、その他の例の容量維持率を相対化して示している。また、比較例1の析出面積率を100として、その他の例の析出面積率を相対化して示している。
6. Evaluation Results The results are shown in Table 1 below. Note that in Table 1, the capacity retention rate of Comparative Example 1 is set as 100, and the capacity retention rates of other examples are shown in relative terms. Moreover, the precipitation area ratio of Comparative Example 1 is set as 100, and the precipitation area ratios of other examples are shown relative to each other.

Figure 2023132317000002
Figure 2023132317000002

表1に示される結果から以下のことが分かる。まず、比較例1のように、金属箔からなる負極集電体を採用した場合、樹脂集電箔からなる負極集電体を採用した場合よりも、初期に析出するリチウムの面積率が小さくなり、容量維持率も悪化し易い。これは以下のメカニズムによるものと考えられる。すなわち、リチウム析出型負極において金属箔のような剛直な負極集電体を用いた場合、集電体と電解質層との接触にムラが生じ易い。また、電解質層の表面のごくわずかな凹凸により、物理的な面圧ムラが生じ易い。このような状態で電解質層と集電体との間に金属リチウムを析出させると、面圧ムラによって金属リチウムが高面圧部に優先的に析出し、結果として、金属リチウムの析出面積率が小さくなるものと考えられる(図2参照)。金属リチウムが優先析出した箇所においては、金属リチウムの析出寸法分だけ膨張が生じ、さらに面圧が上昇し易い。そうすると、さらに金属リチウムの優先析出が生じ易くなり、反応ムラが助長される。結果として、二次電池のサイクル特性(容量維持率)が大きく低下したものと考えられる。 The following can be seen from the results shown in Table 1. First, as in Comparative Example 1, when a negative electrode current collector made of metal foil is used, the area ratio of lithium deposited initially is smaller than when a negative electrode current collector made of resin current collector foil is used. , the capacity retention rate is also likely to deteriorate. This is thought to be due to the following mechanism. That is, when a rigid negative electrode current collector such as a metal foil is used in a lithium-precipitated negative electrode, uneven contact between the current collector and the electrolyte layer tends to occur. Furthermore, slight unevenness on the surface of the electrolyte layer tends to cause physical surface pressure unevenness. If metallic lithium is deposited between the electrolyte layer and the current collector under such conditions, metallic lithium will preferentially deposit in areas with high surface pressure due to uneven surface pressure, and as a result, the deposition area ratio of metallic lithium will decrease. It is thought that the size will become smaller (see Figure 2). At the location where metallic lithium precipitates preferentially, expansion occurs by the precipitated size of metallic lithium, and the surface pressure tends to increase further. In this case, preferential precipitation of metallic lithium is more likely to occur, and reaction unevenness is promoted. As a result, it is thought that the cycle characteristics (capacity retention rate) of the secondary battery were significantly reduced.

一方、負極集電体として樹脂集電箔を採用した場合、負極集電体のヤング率が低下するにつれて、初期に析出するリチウムの面積率が増加する。しかしながら、負極集電体のヤング率が17.0MPaを下回ると、析出面積率がむしろ減少する。負極集電体のヤング率が低い場合、負極集電体の弾性変形量が大きく、初期のリチウム析出変位を吸収できるものの、負極集電体のヤング率が低過ぎると、負極集電体が塑性変形してしまうために面圧抜けが起こり、むしろ反応ムラを助長するためと考えられる(図3参照)。 On the other hand, when a resin current collector foil is employed as the negative electrode current collector, as the Young's modulus of the negative electrode current collector decreases, the area ratio of lithium deposited initially increases. However, when the Young's modulus of the negative electrode current collector is less than 17.0 MPa, the precipitation area ratio actually decreases. When the Young's modulus of the negative electrode current collector is low, the amount of elastic deformation of the negative electrode current collector is large and the initial displacement of lithium precipitation can be absorbed. However, if the Young's modulus of the negative electrode current collector is too low, the negative electrode current collector becomes plastic. It is thought that this deformation causes surface pressure to be released, which actually promotes uneven reaction (see FIG. 3).

これに対し、表1に示されるように、二次電池の容量維持率は、負極集電体のヤング率が17MPa以上60MPa以下の範囲内で極大値を示しており、金属リチウムの析出が均一化された効果が表れたものと考えることができる。以上の結果から、以下の集電体(1)及び二次電池(2)によれば、サイクル特性に優れた二次電池が得られるものといえる。 On the other hand, as shown in Table 1, the capacity retention rate of the secondary battery shows a maximum value when the Young's modulus of the negative electrode current collector is in the range of 17 MPa or more and 60 MPa or less, and the precipitation of metallic lithium is uniform. This can be considered to be a manifestation of the effects of From the above results, it can be said that according to the following current collector (1) and secondary battery (2), a secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained.

(1)リチウム析出型負極に用いられる集電体であって、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するもの。
(2)二次電池であって、正極、電解質層、負極集電体、及び、充電によって前記電解質層と前記負極集電体との間に析出する負極活物質としての金属リチウム、を備え、前記負極集電体が、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有するもの。
(1) A current collector used in a lithium-precipitated negative electrode, which contains a resin and a conductive material and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less.
(2) A secondary battery, comprising a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode current collector, and metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector upon charging, The negative electrode current collector contains a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less.

7.補足
尚、上記の実施例では、リチウム析出型負極における負極集電体による効果を確認するため、金属リチウム/電解質層/負極集電体からなる評価用の電池を作製したが、本開示の技術は、リチウム析出型負極を有する種々の二次電池に適用可能である。二次電池を構成する正極や電解質層の構成は、上記実施例に示された構成に限定されるものではない。
7. Supplement In the above example, in order to confirm the effect of the negative electrode current collector in the lithium-precipitated negative electrode, an evaluation battery consisting of metallic lithium/electrolyte layer/negative electrode current collector was fabricated. is applicable to various secondary batteries having a lithium-deposited negative electrode. The configurations of the positive electrode and electrolyte layer constituting the secondary battery are not limited to the configurations shown in the above embodiments.

10 正極
11 正極集電体
12 正極活物質層
20 電解質層
31 負極集電体
32 金属リチウム
100 二次電池
10 Positive electrode 11 Positive electrode current collector 12 Positive electrode active material layer 20 Electrolyte layer 31 Negative electrode current collector 32 Metal lithium 100 Secondary battery

Claims (3)

リチウム析出型負極に用いられる集電体であって、
樹脂と導電材料とを含み、且つ、
17MPa以上60MPa以下のヤング率を有する、
集電体。
A current collector used in a lithium-deposited negative electrode,
contains a resin and a conductive material, and
having a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less,
Current collector.
二次電池であって、正極、電解質層、負極集電体、及び、充電によって前記電解質層と前記負極集電体との間に析出する負極活物質としての金属リチウム、を備え、
前記負極集電体が、樹脂と導電材料とを含み、且つ、17MPa以上60MPa以下のヤング率を有する、
二次電池。
A secondary battery, comprising a positive electrode, an electrolyte layer, a negative electrode current collector, and metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the electrolyte layer and the negative electrode current collector upon charging,
The negative electrode current collector contains a resin and a conductive material, and has a Young's modulus of 17 MPa or more and 60 MPa or less,
Secondary battery.
前記電解質層が、固体電解質を含む、
請求項2に記載の二次電池。
the electrolyte layer includes a solid electrolyte,
The secondary battery according to claim 2.
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