JP3751674B2 - Method for producing polymer electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体ポリマー電解質層を備えるポリマー電解質二次電池の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。このような二次電池としては、リチウムまたはリチウム合金を活物質とする負極と、モリブデン、バナジウム、チタンあるいはニオブなどの酸化物、硫化物もしくはセレン化物を活物質とする正極とを具備したリチウム二次電池が知られている。しかしながら、リチウムまたはリチウム合金を活物質とする負極を備えた二次電池は、充放電サイクルを繰り返すと負極にリチウムのデンドライトが発生するため、充放電サイクル寿命が短いという問題点がある。
【0003】
このようなことから、負極に、例えばコークス、黒鉛、炭素繊維、樹脂焼成体、熱分解気相炭素のようなリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を用い、LiPF6 のような電解質およびエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような非水溶媒からなる電解液を用いた非水溶媒二次電池が提案されている。前記非水溶媒二次電池は、デンドライト析出による負極特性の劣化を改善することができるため、電池寿命と安全性を向上することができる。
【0004】
一方、米国特許第5,296,318号明細書には正極、負極および電解質層にポリマーを添加することにより柔軟性が付与されたハイブリッドポリマー電解質を有する再充電可能なリチウムインターカレーション電池、つまりポリマー電解質二次電池が開示されている。このようなポリマー電解質二次電池は、集電体に活物質、非水電解液およびこの電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と集電体にリチウムイオンを吸蔵放出し得る炭素質材料、非水電解液およびこの電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極との間に非水電解液およびこの電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層が介在された構造を有する。
【0005】
ところで、前記正極はパンチドメタルのような多孔質集電体にリチウムマンガン複合酸化物のような活物質と、ビニリデンフロライドーヘキサフルオロプロピレン(VDF−HFP)の共重合体のような前記電解液を保持するポリマーとを含む正極用ペーストを塗布し、乾燥した後、六フッ化リン酸リチウムのような電解質およびエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような非水溶媒からなる非水電解液を含浸して前記多孔質集電体に正極層を形成することにより作製される。
【0006】
しかしながら、多孔質集電体に単に正極用ペーストを塗布し、乾燥する工程を経て作製された正極層を有する正極は前記多孔質集電体に対する正極層の密着性が劣る。
【0007】
一方、前記負極はパンチドメタルのような多孔質集電体に炭素材料のようなリチウムイオンを吸蔵放出し得る活物質と、ビニリデンフロライドーヘキサフルオロプロピレン(VDF−HFP)の共重合体のような前記電解液を保持するポリマーとを含む負極用ペーストを塗布し、乾燥した後、六フッ化リン酸リチウムのような電解質およびエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような非水溶媒からなる非水電解液を含浸して前記多孔質集電体に負極層を形成することにより作製される。
【0008】
しかしながら、多孔質集電体に単に負極用ペーストを塗布し、乾燥する工程を経て作製された負極層を有する負極は前記多孔質集電体に対する正極層の密着性が劣る。
【0009】
したがって、前述した正極および負極をポリマー電解質層と共に組み込んで製造した二次電池において、充放電を繰り返すと放電容量が著しく低下するという問題があった。
【0010】
すなわち、ポリマー電解質二次電池は充放電時に電池を構成する正極層、負極層および固体ポリマー電解質層が膨脹・収縮を繰り返すため、前記多孔質集電体から前記正極層が剥離したり、前記多孔質集電体から負極層が剥離したりしてインピーダンスが上昇する。その結果、充放電の繰り返しに伴って放電容量が著しく低下する問題があった。特に、正極集電体として用いられるアルミニウム製パンチドメタルのような多孔質集電体は前記正極層との密着性が著しく劣るため、サイクル特性の劣化が顕著であった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、多孔質集電体に対して正極層および/または負極層を強固に密着させて充放電時における正極および/または負極のインピーダンスの上昇を防止することを可能にしたポリマー電解質二次電池の製造方法を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポリマー電解質二次電池は、多孔質集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記正極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側から活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極用ペーストを塗布する工程と、正極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とするものである。
【0013】
本発明に係わる別のポリマー電解質二次電池は、集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、多孔質集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記負極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側からリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極用ペーストを塗布する工程と、負極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とするものである。
【0014】
本発明に係わるさらに別のポリマー電解質二次電池は、多孔質集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記正極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側から活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極用ペーストを塗布する工程と、正極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製され、かつ
前記負極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側からリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極用ペーストを塗布する工程と、負極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とする
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリマー電解質二次電池の製造方法を図1〜図4を参照して詳細に説明する。
図1に示すように正極1、固体ポリマー電解質層2および負極3を積層することによりポリマー電解質二次電池4を製造する。前記正極1は、多孔質集電体5に正極層6が担持された構造を有する。前記負極3は、多孔質集電体7に負極層を担持された構造を有する。
【0016】
次に、前記正極1、負極3の作製方法、前記固体ポリマー電解質層3の構成について説明する。
1)正極1の作製方法
まず、図2に示すように裏当てシート11上に例えばアルミニウム製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体12を前記裏当てシート11より張力が低くなるように重合わせ、一対の送りロール13を通してペースト塗布機構14に送る。前記塗布機構14は、前記長尺の多孔質集電体12上面に近接してその幅方向に亘って配置され、下部が開口されたペースト供給容器15と、時計回り方向に回転される搬送ロール16と、このロール16の上方に所望の間隔をあけて配置され、下部が長さ方向に切欠されたロール状ブレード17とから構成されている。前記供給容器15内には活物質、導電性材料、非水電解液を保持するポリマーおよびDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤を含む正極用ペーストが収容されている。前記長尺の多孔質集電体12および前記裏当てシート11を前記ペースト塗布機構14に送ると、前記長尺の多孔質集電体12上面に前記供給容器15から正極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層18が形成され、さらに前記搬送ロール16と前記ロール状ブレード17の間を通過することにより前記ロール状ブレード17により余分なペーストが掻き取られて一定量のペースト層19が前記長尺の多孔質集電体12上面に塗布される。前記搬送ロール16と前記ロール状ブレード17の間を通過した前記ペースト層19が塗布された長尺の多孔質集電体12は、前記裏当てシート11との張力差により波立つ。このため、前記長尺の多孔質集電体12は図3に示すように下側の前記裏当てシート11と部分的に離れた状態になり、上面側に塗布されたペーストがその多数の多孔質部(穴)20を通して下面側に回り込む。このように上面側に塗布されたペーストが下面側に回り込んだ長尺の多孔質集電体12は、前記裏当てシート11と共に図示しない乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに必要に応じて加圧される。
【0017】
以上説明した工程を経ることにより図4に示す多孔質集電体5の上面のみならず多孔質部(穴)20を通して下面側にも回り込まれた正極層6が形成される。この後、図4に示す構造のものを非水電解液中に浸漬することによって前記正極層中のポリマーに前記電解液を保持させると共に前記正極層中の可塑剤と前記電解液を置換し、前記正極層に電解液を含浸させるか、または前記正極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、前記正極層に非水電解液を含浸させることにより正極を作製する。
【0018】
前記裏当てシート11は、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン等の高分子樹脂、または銅、アルミニウム等の金属から形成される。
【0019】
前記長尺の多孔質集電体12を前記裏当てシート11より張力を低くするには、例えば前記裏当てシート11のみにバックテションを加える方法、前記裏当てシート11を前記長尺の多孔質集電体12に比べて強いバックテンションを加える方法等を採用することができる。前記張力差は、前記多孔質集電体12の形態や前記裏当てシート11の材料等により適宜選択すればよい。
【0020】
前記多孔質集電体は、Al製パンチドメタルの他にアルミニウム製メッシュ、アルミニウム製エキスパンドメタル等を用いることができる。
前記正極層6を構成する前記活物質としては、種々の酸化物(例えばLiMn24 などのリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、例えばLiNiO2 などのリチウム含有ニッケル酸化物、例えばLiCoO2 などのリチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど)や、カルコゲン化合物(例えば、二硫化チタン、二硫化モリブテンなど)等を挙げることができる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好ましい。
【0021】
前記正極層6を構成する前記導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック(例えばアセチレンブラックなど)、ニッケル粉末等を挙げることができる。
【0022】
前記正極層6に含まれる前記可塑剤は、前記固体電解質層の強度等の機械的特性の改善や電解液含浸量を向上させて充放電特性を改善する目的で添加される。
前記正極層6を構成する前記非水電解液を保持するポリマーとしては、例えばポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等を用いることができる。前記正極層において、このようなポリマーは、分子間が架橋された形態で存在していても良い。また、前記共重合体において、VdFは共重合体の骨格部で機械的強度の向上に寄与し、HFPは前記共重合体に非晶質の状態で取り込まれ、非水電解液の保持とリチウムイオンの透過部として機能する。前記HFPの共重合割合は、前記共重合体の合成方法にも依存するが、通常、最大で20重量%前後である。
【0023】
前記正極層6を構成する前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。
前記非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、2種以上混合して使用しても良い。
【0024】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウ四フッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO32 ]等のリチウム塩を挙げることができる。
【0025】
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、0.2mol/l〜2mol/lとすることが望ましい。
なお、本発明に用いられるペースト塗布手段は前述した図2に示す構造に限定されず、要は裏当てシート上に配置された長尺の多孔質集電体に正極や負極のペーストを塗布できる構造であればよい。
【0026】
2)負極3の作製方法
この負極3は、負極用ペーストとしてリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料、電解液を保持するポリマーおよびDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤を含む組成のものを用い、長尺の多孔質集電体が例えば銅製パンチドメタルである以外、前述した正極の作製方法と実質的に同様な方法により作製される。
【0027】
すなわち、裏当てシート上に例えば銅製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせ、一対の送りロールを通して前述した図2に示す構造のペースト塗布機構に送る。前記ペースト塗布機構の供給容器内にはリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料、電解液を保持するポリマーおよびDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤を含む負極用ペーストが収容されている。前記長尺の多孔質集電体および前記裏当てシートを前記ペースト塗布機構に送ると、前記長尺の多孔質集電体上面に前記供給容器15から負極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層が形成され、さらに前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過することにより前記ロール状ブレードにより余分なペーストが掻き取られて一定量のペースト層が前記長尺の多孔質集電体上面に塗布される。前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過した前記ペースト層が塗布された長尺の多孔質集電体は、前記裏当てシートとの張力差により波立つ。このため、前記長尺の多孔質集電体は前述した図3と同様、下側の前記裏当てシートと部分的に離れた状態になり、上面側に塗布されたペーストがその多数の多孔質部(穴)を通して下面側に回り込む。このように上面側に塗布されたペーストが下面側に回り込んだ長尺の多孔質集電体は、前記裏当てシートと共に図示しない乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに必要に応じて加圧される。
【0028】
以上説明した工程を経ることにより前述した図4と同様、多孔質集電体の上面のみならず多孔質部(穴)を通して下面側にも回り込まれた負極層が形成される。この後、図4に示す構造のものを非水電解液中に浸漬することによって前記負極層中のポリマーに前記電解液を保持させると共に前記負極層中の可塑剤と前記電解液を置換し、前記負極層に電解液を含浸させるか、または前記負極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、前記負極層に非水電解液を含浸させることにより正極を作製する。
【0029】
前記多孔質集電体は、銅製パンチドメタルの他に銅製メッシュ、銅製エキスパンドメタル等を用いることができる。
前記負極層を構成するリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物(例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等)を焼成することにより得られるもの、コークスや、ピッチを焼成することにより得られるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中において、500℃〜3000℃の温度で、常圧または減圧下にて前記有機高分子化合物を焼成して得られる炭素質材料を用いるのが好ましい。
【0030】
前記ポリマーおよび前記非水電解液は、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
前記負極層は、人造グラファイト、天然グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ニッケル粉末、ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、オレフィン系ポリマーや炭素繊維等のフィラーを含むことを許容する。
【0031】
なお、前記正極1および負極3のいずれか一方は以下に説明する(1−1)〜(1−4)の方法;(2−1)〜(2−4)の方法;によって作製されることを許容する。
【0032】
(1−1)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤、前記活物質及び前記導電材料を添加した後、これらを混合し、成膜することにより正極層を作製した後、前記正極層と前記集電体とを例えば熱圧着等によって接着する。これを非水電解液中に浸漬することによって前記ポリマーに前記電解液を保持させると共に前記正極層中の可塑剤と前記電解液を置換することによって前記正極層に電解液を含浸させるか、または前記正極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、前記正極層に非水電解液を含浸させることにより正極を作製する。
【0033】
(1−2)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤、前記活物質及び前記導電材料を添加した後、これらを混合し、正極用塗料を調製する。前記正極用塗料を前記集電体に塗工した後、乾燥させる。これを非水電解液中に浸漬することによって前記ポリマーに前記電解液を保持させると共に前記正極層中の可塑剤と前記電解液を置換することによって前記正極層に電解液を含浸させるか、または前記正極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、前記正極層に非水電解液を含浸させることにより正極を作製する。
【0034】
(1−3)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に前記活物質及び前記導電材料を添加した後、これらを混合し、成膜することにより正極層を作製した後、前記正極層と前記集電体とを例えば熱圧着等によって接着し、非水電解液を含浸させることによって正極を作製する。
【0035】
(1−4)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に前記活物質及び前記導電材料を添加した後、これらを混合し、正極用塗料を調製する。前記正極用塗料を前記集電体に塗工した後、乾燥させ、非水電解液を含浸させることによって正極を作製する。
【0036】
(2−1)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤、前記活物質を添加した後、これらを混合し、成膜することにより負極層を作製した後、前記負極層と前記集電体とを例えば熱圧着等によって接着する。これを非水電解液中に浸漬することによって前記ポリマーに前記電解液を保持させると共に前記負極層中の可塑剤と前記電解液を置換することによって前記負極層に電解液を含浸させるか、または前記負極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、非水電解液を含浸させることにより負極を作製する。
【0037】
(2−2)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤、前記活物質を添加した後、これらを混合し、負極用塗料を調製する。前記負極用塗料を前記集電体に塗工した後、乾燥させる。これを非水電解液中に浸漬することによって前記ポリマーに前記電解液を保持させると共に前記負極層中の可塑剤と前記電解液を置換することによって前記負極層に電解液を含浸させるか、または前記負極層中の前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出する等によって除去した後、非水電解液を含浸させることにより負極を作製する。
【0038】
(2−3)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に前記活物質を添加した後、これらを混合し、成膜することにより負極層を作製した後、前記負極層と前記集電体とを例えば熱圧着等によって接着する。これに非水電解液を含浸させることによって負極を作製する。
【0039】
(2−4)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に前記活物質を添加した後、これらを混合し、負極用塗料を調製する。前記負極用塗料を前記集電体に塗工した後、乾燥させ、非水電解液を含浸させることによって負極を作製する。
【0040】
3)固体ポリマー電解質層2
このポリマー電解質層2は非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む。
【0041】
前記非水電解液および前記ポリマーは、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
前記固体電解質層2は、例えば、以下に説明する方法により作製することができる。
【0042】
(1)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤を添加し、これを成膜、乾燥した後、これを非水電解液中に浸漬し、前記ポリマーに前記電解液を保持させると共に前記可塑剤と前記電解液を置換することによって前記電解液を含浸させることによりポリマー電解質層を作製する。
【0043】
(2)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、前記溶液に例えばDBP(ジブチルフタレート)などの可塑剤を添加し、これを成膜、乾燥した後、前記可塑剤をエタノール等の溶剤で抽出させる等によって除去し、これに非水電解液を含浸させることによりポリマー電解質層を作製する。
【0044】
(3)前記非水電解液を保持するポリマーの溶液を調製し、これを成膜、乾燥した後、非水電解液を含浸させることによってポリマー電解質層を作製する。
前記(1)及び(2)の方法において、可塑剤は、前記固体電解質層の強度等の機械的特性の改善や電解液含浸量を向上させて充放電特性を改善する目的で添加される。前記可塑剤を添加した後、成膜し、前記可塑剤と非水電解液が置換されるようにポリマー電解質層に非水電解液を含浸させることによって、電解液含浸量を増大させることができる。
【0045】
なお、前記二次電池の製造方法において電解液の含浸(可塑剤添加の場合は可塑剤の除去も含む)は、電解液未含浸の二次電池を組み立てた後に行ってもよい。 以上説明した本発明に係るポリマー電解質二次電池の製造方法は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段(ペースト塗布機構)に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側から活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極用ペーストを塗布する工程と、正極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により正極を作製する。このような方法により作製された正極は、前述した図4に示すように多孔質集電体5の上面のみならず多孔質部(穴)20を通して下面側にも回り込まれた正極層6を有するため、前記多孔質集電体5に対して強固に密着された正極層6を有する。したがって、前記正極を用いて前述した図1に示す構造のポリマー電解質二次電池を製造することによって、充放電の繰り返しに際し、正極層が膨脹・収縮しても前記多孔質集電体から前記正極層が剥離するのを回避でき、インピーダンスの上昇を防止できる。その結果、充放電の繰り返しても高い放電容量を維持することができ、サイクル特性の優れたポリマー電解質二次電池を得ることができる。
【0046】
また、本発明に係る別のポリマー電解質二次電池の製造方法は裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段(ペースト塗布機構)に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側からリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極用ペーストを塗布する工程と、負極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により負極を作製する。このような方法により作製された負極は、前述した図4と同様、多孔質集電体の上面のみならず多孔質部(穴)を通して下面側にも回り込まれた負極層を有するため、前記多孔質集電体に対して強固に密着された負極層を有する。したがって、前記負極を用いて前述した図1に示す構造のポリマー電解質二次電池を製造することによって、充放電の繰り返しに際し、負極層が膨脹・収縮しても前記多孔質集電体から前記負極層が剥離するのを回避でき、インピーダンスの上昇を防止できる。その結果、充放電の繰り返しても高い放電容量を維持することができ、サイクル特性の優れたポリマー電解質二次電池を得ることができる。
【0047】
さらに、前述した方法で正極および負極を作製し、これら正極および負極を用いて前述した図1に示す構造のポリマー電解質二次電池を製造することにより、充放電の繰り返しに際し、正極層および負極層が膨脹・収縮しても前記多孔質集電体から正極層および負極層が剥離するのを回避でき、インピーダンスの上昇をより効果的に防止できる。その結果、充放電の繰り返しても高い放電容量を維持することができ、サイクル特性が一層優れたポリマー電解質二次電池を得ることができる。
【0048】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
<正極Aの作製>
アセトン20gにビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン(VdF−HFP)の共重合体(エルファトケム社製商品名;KYNAR2801、共重合比[VdF:HFP]が88:12)粉末2.8gを溶解した後、このアセトン溶液にジブチルフタレート(DBP)4.3gと、活物質として組成式がLiCoO2 で表されるリチウム含有コバルト酸化物(日本重化学工業製)を10.5gすることにより正極用ペースト塗料を調製した。
【0049】
次いで、図2に示すようにPETからなる厚さ15μmの裏当てシート11上に厚さ30μmのアルミニウム製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体12を重合わせた。この時、前記長尺の多孔質集電体12の張力を0.3kgf、前記裏当てシート11の張力を1.2kgfとし、前記長尺の多孔質集電体12の張力を前記裏当てシート11のそれより小さくした。積層された裏当てシート11および長尺の多孔質集電体12を一対の送りロール13を通してペースト塗布機構14に送った。この時、前記ペースト塗布機構14の供給容器15内には前記方法で調製した正極用ペーストを収容した。前記長尺の多孔質集電体12および前記裏当てシート11を前記ペースト塗布機構14に送ることにより、前記長尺の多孔質集電体12上面に前記供給容器15から正極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層18が形成され、さらに前記搬送ロール16と前記ロール状ブレード17の間を通過することにより前記ロール状ブレード17により余分なペーストが掻き取られて一定目付量(2.5mAh/cm2 )のペースト層19が前記長尺の多孔質集電体12上面に塗布された。前記搬送ロール16と前記ロール状ブレード17の間を通過した前記ペースト層19が塗布された長尺の多孔質集電体12は、前記裏当てシート11との張力差により波立った。このため、前記長尺の多孔質集電体12は図3に示すように下側の前記裏当てシート11と部分的に離れた状態になり、上面側に塗布されたペーストがその多数の多孔質部(穴)20を通して下面側に回り込む。このように上面側に塗布されたペーストが下面側に回り込んだ長尺の多孔質集電体12は、前記裏当てシート11と共に図示しない乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに加圧された。以上説明した工程を経ることにより図4に示す多孔質集電体5の上面のみならず多孔質部(穴)20を通して下面側にも回り込まれた正極層6を有する非水電解液未含浸の正極を作製した。
【0050】
<正極Bの作製>
まず、PETからなる厚さ15μmの裏当てシート上に厚さ30μmのアルミニウム製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体を重合わせた。この時、前記長尺の多孔質集電体と裏当てシートを同じ張力に設定した。積層された裏当てシートおよび長尺の多孔質集電体を一対の送りロールを通して前述した図5に示す構造のペースト塗布機構に送った。この時、前記ペースト塗布機構の供給容器内には前記正極Aと同様な正極用ペーストを収容した。前記長尺の多孔質集電体および前記裏当てシートを前記ペースト塗布機構に送ることにより、前記長尺の多孔質集電体上面に前記供給容器から正極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層が形成され、さらに前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過することにより前記ロール状ブレードにより余分なペーストが掻き取るられて一定目付量(2.5mAh/cm2 )のペースト層が前記長尺の多孔質集電体上面に塗布された。前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過した前記ペースト層が塗布された長尺の多孔質集電体は、下面が前記裏当てシートに密着した状態で乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに加圧された。以上説明した工程を経ることにより多孔質集電体の上面のみに正極層を有する非水電解液未含浸の正極を作製した。
【0051】
得られた正極Aおよび正極Bについて、1cm×10cmの大きさにそれぞれ切り出し、多孔質集電体に対する正極層の剥離強度を測定したところ、その結果、前記正極Aの剥離強度は43gf、前記正極Bの剥離強度は12gfであり、正極Bに比べて正極Aは高い剥離強度を有することが確認された。
【0052】
<負極Aの作製>
前記正極に用いられたのと同様なビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレンの共重合体2.0gをアセトン12gに溶解させてアセトン溶液を調製した後、このアセトン溶液にジブチルフタレート(DBP)3.12gを添加後、活物質としてメソフェーズピッチ系炭素繊維(株式会社ペトカ社製)7.37gを添加し、混合することにより負極用ペーストを調製した。
【0053】
次いで、PETからなる厚さ15μmの裏当てシート上に厚さ20μmの銅製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体を重合わせた。この時、前記長尺の多孔質集電体の張力を0.3kgf、前記裏当てシートの張力を1.2kgfとし、前記長尺の多孔質集電体の張力を前記裏当てシートのそれより小さくした。積層された裏当てシートおよび長尺の多孔質集電体を一対の送りロールを通して前述した図2と同様な構造のペースト塗布機構に送った。この時、前記ペースト塗布機構の供給容器内には前記方法で調製した負極用ペーストを収容した。前記長尺の多孔質集電体および前記裏当てシートを前記ペースト塗布機構に送ることにより、前記長尺の多孔質集電体上面に前記供給容器から負極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層が形成され、さらに搬送ロールとロール状ブレードの間を通過することにより前記ロール状ブレードにより余分なペーストが掻き取られて一定目付量(2.5mAh/cm2 )のペースト層が前記長尺の多孔質集電体上面に塗布された。前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過した前記ペースト層が塗布された長尺の多孔質集電体は、前記裏当てシートとの張力差により波立った。このため、前記長尺の多孔質集電体は前述した図3と同様、下側の前記裏当てシートと部分的に離れた状態になり、上面側に塗布されたペーストがその多数の多孔質部(穴)を通して下面側に回り込む。このように上面側に塗布されたペーストが下面側に回り込んだ長尺の多孔質集電体は、前記裏当てシートと共に図示しない乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに加圧された。以上説明した工程を経ることにより前述した図4と同様、多孔質集電体の上面のみならず多孔質部(穴)を通して下面側にも回り込まれた負極層を有する非水電解液未含浸の負極を作製した。
【0054】
<負極Bの作製>
まず、PETからなる厚さ15μmの裏当てシート上に厚さ20μmの銅製パンチドメタルからなる長尺の多孔質集電体を重合わせた。この時、前記長尺の多孔質集電体と裏当てシートを同じ張力に設定した。積層された裏当てシートおよび長尺の多孔質集電体を一対の送りロールを通して前述した図5に示す構造のペースト塗布機構に送った。この時、前記ペースト塗布機構の供給容器内には前記負極Aと同様な負極用ペーストを収容した。前記長尺の多孔質集電体および前記裏当てシートを前記ペースト塗布機構に送ることにより、前記長尺の多孔質集電体上面に前記供給容器から負極用ペーストが供給されて所望の厚さのペースト層が形成され、さらに前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過することにより前記ロール状ブレードにより余分なペーストが掻き取るられて一定目付量(2.5mAh/cm2 )のペースト層が前記長尺の多孔質集電体上面に塗布された。前記搬送ロールと前記ロール状ブレードの間を通過した前記ペースト層が塗布された長尺の多孔質集電体は、下面が前記裏当てシートに密着した状態で乾燥炉に送られ、ペーストが乾燥され、さらに加圧された。以上説明した工程を経ることにより多孔質集電体の上面のみに負極層を有する非水電解液未含浸の負極を作製した。
【0055】
得られた負極Aおよび負極Bについて、1cm×10cmの大きさにそれぞれ切り出し、多孔質集電体に対する負極層の剥離強度を測定したところ、その結果、前記負極Aの剥離強度は57gf、前記負極Bの剥離強度は15gfであり、負極Bに比べて負極Aは高い剥離強度を有することが確認された。
【0056】
<固体ポリマー電解質層の作製>
前記正極に用いられたのと同様なビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレンとの共重合体2.0gをアセトン10gに溶解させてアセトン溶液を調製した後、このアセトン溶液にジブチルフタレート(DBP)2.0gを添加後、混合することによって電解質層用塗料を調製した。前記塗料を平滑なガラス板上に乾燥後の膜厚が70μmになるように塗布した後、正負極と同様に乾燥し、前記ガラス板から剥し、固体ポリマー電解質層を作製した。
【0057】
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)が体積比で1:1の割合で混合された非水溶媒に電解質としてのLiPF6 をその濃度が1mol/lになるように溶解させて非水電解液を調製した。
【0058】
(実施例1)
前記正極Aと前記負極Bを2cm×2cmの大きさに切り出し、前記固体ポリマー電解質層を2.25cm×2.25cmの大きさに切り出した。前記正極と前記負極の間に前記ポリマー電解質層を介在させ、これらを130℃に加熱した剛性ロールにて加熱圧着して前述した図1に示すように積層し、前記非水電解液中に浸漬することにより非水電解液を含浸させ、ポリマー電解質二次電池を製造した。
【0059】
(実施例2)
前記正極Bと前記負極Aを用いた以外、実施例1と同様な方法によりポリマー電解質二次電池を製造した。
【0060】
(実施例3)
前記正極Aと前記負極Aを用いた以外、実施例1と同様な方法によりポリマー電解質二次電池を製造した。
【0061】
(比較例)
前記正極Bと前記負極Bを用いた以外、実施例1と同様な方法によりポリマー電解質二次電池を製造した。
【0062】
得られた実施例1〜3および比較例の二次電池について、充電電流2mA、4.2V、10時間の定電流定電圧充電を行った後、2.7Vまで2mAの電流で放電する充放電を繰り返し行った。100回の充放電を繰り返した後の初期放電容量に対する放電容量維持率を測定した。その結果を下記表1に示す。
【0063】

Figure 0003751674
前記表1から明らかなように本実施例1〜3により得られた二次電池は、比較例の二次電池に比べて放電容量維持率が極めて高いことがわかる。これは、実施例1〜3の二次電池は正極層がアルミニウム製パンチドメタルからなる多孔質集電体の上面側のみならず下面側にも回り込んだ構造を有し、正極層の多孔質集電体に対する密着力が向上された正極、負極層が銅製パンチドメタルからなる多孔質集電体の上面側のみならず下面側にも回り込んだ構造を有し、負極層の多孔質集電体に対する密着力が向上された負極のいずれか一方もしくは両者を備えているためである。
【0064】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば多孔質集電体に対して正極層および/または負極層を強固に密着させて充放電時における正極および/または負極のインピーダンスの上昇を防止し、充放電サイクル時の放電容量維持率を向上したポリマー電解質二次電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリマー電解質二次電池を示す斜視図。
【図2】本発明に係るポリマー電解質二次電池における正極の作製工程を説明するための斜視図。
【図3】図2の要部断面図。
【図4】本発明により作製された正極の断面図。
【符号の説明】
1…正極、
2…ポリマー電解質層、
3…負極、
4…ポリマー電解質二次電池
5、7…多孔質集電体、
6…正極層、
8…負極層
11…裏当てシート、
12…長尺多孔質集電体、
14…ペースト塗布機構、
17…ロール状ブレード、
19…ペースト層、
20…多孔質部(穴)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte secondary battery including a solid polymer electrolyte layer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of electronic devices, there has been a demand for the development of secondary batteries that are small and light, have high energy density, and that can be repeatedly charged and discharged. As such a secondary battery, a lithium secondary battery including a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material and a positive electrode using an oxide, sulfide, or selenide such as molybdenum, vanadium, titanium, or niobium as an active material. Secondary batteries are known. However, a secondary battery including a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material has a problem that the charge / discharge cycle life is short because lithium dendrites are generated in the negative electrode when the charge / discharge cycle is repeated.
[0003]
For this reason, a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, such as coke, graphite, carbon fiber, resin fired body, and pyrolytic vapor phase carbon, is used for the negative electrode. 6 A nonaqueous solvent secondary battery using an electrolyte such as the above and an electrolyte solution composed of a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate has been proposed. The non-aqueous solvent secondary battery can improve the deterioration of the negative electrode characteristics due to dendrite precipitation, and thus can improve the battery life and safety.
[0004]
On the other hand, US Pat. No. 5,296,318 describes a rechargeable lithium intercalation battery having a hybrid polymer electrolyte that is made flexible by adding polymer to the positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer, A polymer electrolyte secondary battery is disclosed. Such a polymer electrolyte secondary battery is composed of a positive electrode in which an active material, a nonaqueous electrolytic solution and a positive electrode layer containing a polymer that holds the electrolytic solution are stacked on a current collector, and carbon that can occlude and release lithium ions in the current collector. A structure in which a solid polymer electrolyte layer including a nonaqueous electrolyte and a polymer holding the electrolyte is interposed between a porous material, a negative electrode including a nonaqueous electrolyte and a negative electrode layer containing a polymer holding the electrolyte Have
[0005]
By the way, the positive electrode is a porous current collector such as a punched metal, an active material such as a lithium manganese composite oxide, and an electrolytic solution such as a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) copolymer. After applying and drying a positive electrode paste containing a polymer that holds the electrolyte, impregnated with an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate and a nonaqueous electrolyte solution including a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate It is produced by forming a positive electrode layer on the porous current collector.
[0006]
However, a positive electrode having a positive electrode layer produced by simply applying a positive electrode paste to a porous current collector and drying it is inferior in adhesion of the positive electrode layer to the porous current collector.
[0007]
On the other hand, the negative electrode is like a copolymer of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) and an active material capable of occluding and releasing lithium ions such as carbon material in a porous current collector such as punched metal. A non-aqueous electrolyte solution comprising an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate and a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate after applying and drying a negative electrode paste containing a polymer that holds the electrolyte solution. And a negative electrode layer is formed on the porous current collector.
[0008]
However, a negative electrode having a negative electrode layer prepared by simply applying a negative electrode paste to a porous current collector and drying it has poor adhesion of the positive electrode layer to the porous current collector.
[0009]
Therefore, in the secondary battery manufactured by incorporating the above-described positive electrode and negative electrode together with the polymer electrolyte layer, there is a problem that the discharge capacity is remarkably reduced when charging and discharging are repeated.
[0010]
That is, in the polymer electrolyte secondary battery, the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid polymer electrolyte layer that constitute the battery at the time of charging / discharging repeatedly expand and contract, so that the positive electrode layer peels off from the porous current collector or the porous Impedance increases due to peeling of the negative electrode layer from the current collector. As a result, there has been a problem that the discharge capacity is remarkably reduced with repeated charging and discharging. Particularly, a porous current collector such as an aluminum punched metal used as a positive electrode current collector is extremely inferior in adhesion to the positive electrode layer.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a polymer electrolyte secondary that can prevent an increase in impedance of a positive electrode and / or a negative electrode during charge / discharge by firmly adhering a positive electrode layer and / or a negative electrode layer to a porous current collector An object of the present invention is to provide a battery manufacturing method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The polymer electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is stacked on a porous current collector, and a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions in the current collector. A solid polymer electrolyte comprising a negative electrode in which a negative electrode layer containing a material and a polymer holding a non-aqueous electrolyte is laminated, and a polymer holding a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode layer of the positive electrode and the negative electrode layer of the negative electrode In a method of manufacturing a polymer electrolyte secondary battery comprising a layer,
The positive electrode includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a positive electrode paste containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte from the upper surface side of the long porous current collector, and the long electrode coated with the positive electrode paste And the step of causing the paste applied on the upper surface side to wrap around to the lower surface side through the porous portion of the current collector. It is characterized by that.
[0013]
Another polymer electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is stacked on a current collector, and occludes and releases lithium ions in a porous current collector. A solid including a negative electrode in which a negative electrode layer containing a polymer that holds a carbonaceous material and a non-aqueous electrolyte is laminated, and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode layer of the positive electrode and the negative electrode layer of the negative electrode In a method for producing a polymer electrolyte secondary battery comprising a polymer electrolyte layer,
The negative electrode includes a step of overlapping a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a negative electrode paste containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions from the upper surface side of the long porous current collector and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte, and a negative electrode paste. A step of causing the long porous current collector coated with sapphire to undulate by a difference in tension with the backing sheet and causing the paste coated on the upper surface side to wrap around the lower surface side through the porous portion of the current collector It is produced by the method containing these.
[0014]
Another polymer electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is stacked on a porous current collector, and lithium ions are occluded and released from the current collector. A negative electrode layered with a negative electrode layer containing a carbonaceous material and a non-aqueous electrolyte-holding polymer, and a polymer holding a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode layer of the positive electrode and the negative electrode layer of the negative electrode In a method for producing a polymer electrolyte secondary battery comprising a solid polymer electrolyte layer,
The positive electrode includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a positive electrode paste containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte from the upper surface side of the long porous current collector, and the long electrode coated with the positive electrode paste And the step of causing the paste applied on the upper surface side to wrap around to the lower surface side through the porous portion of the current collector. ,And
The negative electrode includes a step of overlapping a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a negative electrode paste containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions from the upper surface side of the long porous current collector and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte, and a negative electrode paste. A step of causing the long porous current collector coated with sapphire to undulate by a difference in tension with the backing sheet and causing the paste coated on the upper surface side to wrap around the lower surface side through the porous portion of the current collector It is produced by a method including
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for producing a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a polymer electrolyte secondary battery 4 is manufactured by laminating a positive electrode 1, a solid polymer electrolyte layer 2 and a negative electrode 3. The positive electrode 1 has a structure in which a positive electrode layer 6 is supported on a porous current collector 5. The negative electrode 3 has a structure in which a negative electrode layer is supported on a porous current collector 7.
[0016]
Next, a method for producing the positive electrode 1 and the negative electrode 3 and a configuration of the solid polymer electrolyte layer 3 will be described.
1) Method for producing positive electrode 1
First, as shown in FIG. 2, a long porous current collector 12 made of, for example, aluminum punched metal is overlapped on the backing sheet 11 so that the tension is lower than that of the backing sheet 11, and a pair of feeds are made. It is sent to the paste application mechanism 14 through the roll 13. The coating mechanism 14 is disposed near the upper surface of the long porous current collector 12 in the width direction thereof, and has a paste supply container 15 having an opening at the bottom, and a transport roll rotated in a clockwise direction. 16 and a roll-shaped blade 17 which is disposed above the roll 16 with a desired interval and whose lower part is notched in the length direction. The supply container 15 contains a positive electrode paste containing an active material, a conductive material, a polymer for holding a non-aqueous electrolyte, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate). When the long porous current collector 12 and the backing sheet 11 are sent to the paste application mechanism 14, the positive electrode paste is supplied from the supply container 15 to the upper surface of the long porous current collector 12. A paste layer 18 having a desired thickness is formed, and further passes through between the conveying roll 16 and the roll-shaped blade 17, so that excess paste is scraped off by the roll-shaped blade 17 and a certain amount of paste layer 19 is formed. Is applied to the upper surface of the long porous current collector 12. The long porous current collector 12 coated with the paste layer 19 that has passed between the transport roll 16 and the roll blade 17 is waved by a difference in tension with the backing sheet 11. For this reason, the long porous current collector 12 is partially separated from the lower backing sheet 11 as shown in FIG. 3, and the paste applied on the upper surface side has a large number of pores. It goes around to the lower surface side through the mass part (hole) 20. Thus, the long porous current collector 12 in which the paste applied on the upper surface side wraps around the lower surface side is sent together with the backing sheet 11 to a drying furnace (not shown), and the paste is dried. Pressure is applied accordingly.
[0017]
By going through the steps described above, the positive electrode layer 6 is formed not only on the upper surface of the porous current collector 5 shown in FIG. 4 but also on the lower surface side through the porous portion (hole) 20. Thereafter, by immersing the structure shown in FIG. 4 in a non-aqueous electrolyte, the polymer in the positive electrode layer is held by the electrolyte and the plasticizer in the positive electrode layer is replaced with the electrolyte. After the positive electrode layer is impregnated with an electrolytic solution or the plasticizer in the positive electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, the positive electrode layer is impregnated with a non-aqueous electrolytic solution to produce a positive electrode To do.
[0018]
The backing sheet 11 is made of, for example, a polymer resin such as polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene, or a metal such as copper or aluminum.
[0019]
In order to lower the tension of the long porous current collector 12 than the backing sheet 11, for example, a method of applying back tension only to the backing sheet 11, the backing sheet 11 is made of the long porous sheet. A method of applying a back tension stronger than that of the mass collector 12 can be adopted. The tension difference may be appropriately selected depending on the form of the porous current collector 12, the material of the backing sheet 11, and the like.
[0020]
As the porous current collector, aluminum mesh, aluminum expanded metal, and the like can be used in addition to Al punched metal.
Examples of the active material constituting the positive electrode layer 6 include various oxides (for example, LiMn 2 O Four Lithium manganese composite oxide such as manganese dioxide, for example LiNiO 2 Lithium-containing nickel oxides such as LiCoO 2 And lithium-containing cobalt oxide, lithium-containing nickel cobalt oxide, lithium-containing amorphous vanadium pentoxide, and the like) and chalcogen compounds (for example, titanium disulfide and molybdenum disulfide). Of these, lithium manganese composite oxide, lithium-containing cobalt oxide, and lithium-containing nickel oxide are preferably used.
[0021]
Examples of the conductive material constituting the positive electrode layer 6 include artificial graphite, carbon black (for example, acetylene black), nickel powder, and the like.
[0022]
The plasticizer contained in the positive electrode layer 6 is added for the purpose of improving mechanical properties such as the strength of the solid electrolyte layer and improving the charge / discharge characteristics by increasing the amount of electrolyte impregnation.
Examples of the polymer holding the non-aqueous electrolyte constituting the positive electrode layer 6 include polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, polymers containing the derivatives, vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP). A polymer or the like can be used. In the positive electrode layer, such a polymer may exist in a form in which molecules are cross-linked. In the copolymer, VdF contributes to the improvement of mechanical strength at the skeleton of the copolymer, and HFP is incorporated into the copolymer in an amorphous state, thereby maintaining the non-aqueous electrolyte and lithium. It functions as an ion transmission part. The copolymerization ratio of HFP is usually about 20% by weight at the maximum although it depends on the method for synthesizing the copolymer.
[0023]
The nonaqueous electrolytic solution constituting the positive electrode layer 6 is prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent.
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (γ- BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more.
[0024]
Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO). Four ), Lithium hexafluorophosphate (LiPF) 6 ), Lithium boron tetrafluoride (LiBF) Four ), Lithium hexafluoroarsenide (LiAsF) 6 ), Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF) Three SO Three ), Bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF Three SO Three ) 2 And the like.
[0025]
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.2 mol / l to 2 mol / l.
Note that the paste applying means used in the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 2 described above. In short, a positive or negative paste can be applied to a long porous current collector disposed on a backing sheet. Any structure can be used.
[0026]
2) Method for producing negative electrode 3
This negative electrode 3 uses a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions as a negative electrode paste, a polymer that contains an electrolyte solution, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate). The body is manufactured by a method substantially similar to the method for manufacturing the positive electrode described above except that the body is, for example, a copper punched metal.
[0027]
That is, a long porous current collector made of, for example, copper punched metal is superimposed on the backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and the structure shown in FIG. Send to paste application mechanism. A negative electrode paste containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, a polymer that holds an electrolytic solution, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) is accommodated in the supply container of the paste application mechanism. When the long porous current collector and the backing sheet are sent to the paste application mechanism, the negative electrode paste is supplied from the supply container 15 to the upper surface of the long porous current collector, and the desired thickness is obtained. The paste layer is formed, and further, the excess paste is scraped by the roll-shaped blade by passing between the transport roll and the roll-shaped blade, so that a certain amount of the paste layer becomes the long porous current collector. It is applied to the upper surface of the body. The long porous current collector coated with the paste layer that has passed between the transport roll and the roll-shaped blade is waved by a difference in tension with the backing sheet. For this reason, the long porous current collector is partially separated from the backing sheet on the lower side, as in FIG. 3 described above, and the paste applied on the upper surface side has a large number of porous current collectors. Go through the part (hole) to the bottom side. The long porous current collector in which the paste applied on the upper surface side wraps around on the lower surface side is sent to a drying furnace (not shown) together with the backing sheet, the paste is dried, and further if necessary. Pressurized.
[0028]
Through the steps described above, as in FIG. 4 described above, a negative electrode layer is formed that wraps around not only the upper surface of the porous current collector but also the lower surface side through the porous portion (hole). Thereafter, by immersing the structure shown in FIG. 4 in a nonaqueous electrolytic solution, the polymer in the negative electrode layer is held by the electrolytic solution, and the plasticizer and the electrolytic solution in the negative electrode layer are replaced, The negative electrode layer is impregnated with an electrolytic solution, or the plasticizer in the negative electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, and then the negative electrode layer is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution to produce a positive electrode. To do.
[0029]
As the porous current collector, a copper mesh, a copper expanded metal, or the like can be used in addition to the copper punched metal.
Examples of the carbonaceous material that occludes and releases lithium ions constituting the negative electrode layer include those obtained by firing organic polymer compounds (for example, phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose, etc.), coke, and pitch. The carbonaceous material represented by what is obtained by baking, artificial graphite, natural graphite, etc. can be mentioned. Among them, it is preferable to use a carbonaceous material obtained by firing the organic polymer compound at a temperature of 500 ° C. to 3000 ° C. under an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas at normal pressure or reduced pressure. preferable.
[0030]
As the polymer and the non-aqueous electrolyte, the same ones as those described for the positive electrode are used.
The negative electrode layer is allowed to contain conductive materials such as artificial graphite, natural graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, nickel powder, and polyphenylene derivatives, and fillers such as olefin polymers and carbon fibers.
[0031]
In addition, any one of the said positive electrode 1 and the negative electrode 3 is produced by the method of (1-1)-(1-4) demonstrated below; The method of (2-1)-(2-4); Is acceptable.
[0032]
(1-1) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate), the active material, and the conductive material are added to the solution, and then mixed. After forming the positive electrode layer by film formation, the positive electrode layer and the current collector are bonded by, for example, thermocompression bonding. The electrolyte is retained in the polymer by immersing it in a non-aqueous electrolyte and the positive electrode layer is impregnated with the electrolyte by replacing the plasticizer and the electrolyte in the positive electrode layer, or After the plasticizer in the positive electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, the positive electrode layer is impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a positive electrode.
[0033]
(1-2) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate), the active material, and the conductive material are added to the solution, and then mixed. A positive electrode paint is prepared. The positive electrode paint is applied to the current collector and then dried. The electrolyte is retained in the polymer by immersing it in a non-aqueous electrolyte and the positive electrode layer is impregnated with the electrolyte by replacing the plasticizer and the electrolyte in the positive electrode layer, or After the plasticizer in the positive electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, the positive electrode layer is impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a positive electrode.
[0034]
(1-3) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte was prepared, and after adding the active material and the conductive material to the solution, they were mixed and formed into a positive electrode layer. Thereafter, the positive electrode layer and the current collector are bonded to each other by, for example, thermocompression bonding, and impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a positive electrode.
[0035]
(1-4) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and the active material and the conductive material are added to the solution, and then mixed to prepare a positive electrode paint. The positive electrode coating material is applied to the current collector, dried, and impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a positive electrode.
[0036]
(2-1) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) and the active material are added to the solution, and then mixed to form a film. After producing a negative electrode layer by this, the said negative electrode layer and the said collector are adhere | attached, for example by thermocompression bonding. The electrolyte is held in the polymer by immersing it in a non-aqueous electrolyte and the negative electrode layer is impregnated with the electrolyte by replacing the plasticizer and the electrolyte in the negative electrode layer, or After the plasticizer in the negative electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, a negative electrode is produced by impregnating with a non-aqueous electrolyte.
[0037]
(2-2) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) and the active material are added to the solution. To prepare. The negative electrode coating material is applied to the current collector and then dried. The electrolyte is held in the polymer by immersing it in a non-aqueous electrolyte and the negative electrode layer is impregnated with the electrolyte by replacing the plasticizer and the electrolyte in the negative electrode layer, or After the plasticizer in the negative electrode layer is removed by extraction with a solvent such as ethanol, a negative electrode is produced by impregnating with a non-aqueous electrolyte.
[0038]
(2-3) After preparing the polymer solution holding the non-aqueous electrolyte, adding the active material to the solution, mixing them, and forming a negative electrode layer by forming a film, the negative electrode The layer and the current collector are bonded by, for example, thermocompression bonding. A negative electrode is produced by impregnating this with a non-aqueous electrolyte.
[0039]
(2-4) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, the active material is added to the solution, and then mixed to prepare a negative electrode paint. After the negative electrode coating material is applied to the current collector, it is dried and impregnated with a non-aqueous electrolyte to produce a negative electrode.
[0040]
3) Solid polymer electrolyte layer 2
The polymer electrolyte layer 2 includes a non-aqueous electrolyte and a polymer that holds the electrolyte.
[0041]
The non-aqueous electrolyte and the polymer are the same as those described for the positive electrode described above.
The solid electrolyte layer 2 can be produced, for example, by the method described below.
[0042]
(1) A polymer solution for holding the non-aqueous electrolyte is prepared, a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) is added to the solution, and this is formed into a film and dried. A polymer electrolyte layer is produced by immersing in, allowing the polymer to hold the electrolyte, and impregnating the electrolyte by replacing the plasticizer and the electrolyte.
[0043]
(2) A polymer solution holding the non-aqueous electrolyte is prepared, and a plasticizer such as DBP (dibutyl phthalate) is added to the solution. After film formation and drying, the plasticizer is ethanol or the like. The polymer electrolyte layer is prepared by removing the solution by extraction with a solvent, and then impregnating it with a non-aqueous electrolyte.
[0044]
(3) A polymer solution that holds the non-aqueous electrolyte is prepared, and after film formation and drying, a polymer electrolyte layer is produced by impregnating the non-aqueous electrolyte.
In the methods (1) and (2), the plasticizer is added for the purpose of improving mechanical characteristics such as the strength of the solid electrolyte layer and improving the amount of electrolyte impregnation to improve the charge / discharge characteristics. After the plasticizer is added, a film is formed, and the amount of electrolytic solution impregnation can be increased by impregnating the polymer electrolyte layer with the nonaqueous electrolytic solution so that the plasticizer and the nonaqueous electrolytic solution are replaced. .
[0045]
In the secondary battery manufacturing method, the electrolytic solution impregnation (including the removal of the plasticizer in the case of adding a plasticizer) may be performed after the secondary battery not impregnated with the electrolytic solution is assembled. The method for producing a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention described above includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that tension is lower than that of the backing sheet; A positive electrode including a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte from the upper surface side of the long porous current collector by supplying the porous current collector and the backing sheet to a paste coating means (paste coating mechanism) And applying the paste applied to the upper surface side of the elongated porous current collector coated with the positive electrode paste by the tension difference with the backing sheet. The positive electrode is produced by a method including a step of wrapping around the lower surface through the porous portion. The positive electrode produced by such a method has the positive electrode layer 6 which is not only on the upper surface of the porous current collector 5 but also on the lower surface side through the porous portion (hole) 20 as shown in FIG. 4 described above. For this reason, the positive electrode layer 6 firmly adhered to the porous current collector 5 is provided. Therefore, by manufacturing the polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 1 using the positive electrode, even if the positive electrode layer expands or contracts during repeated charge and discharge, the positive electrode is used as the positive electrode. Peeling of the layer can be avoided and an increase in impedance can be prevented. As a result, a high discharge capacity can be maintained even after repeated charging and discharging, and a polymer electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained.
[0046]
Further, another method for producing a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet; Carbonaceous material and non-aqueous electrolyte that supply the porous current collector and backing sheet to paste application means (paste application mechanism) and occlude and release lithium ions from the upper surface side of the long porous current collector A negative electrode paste containing a polymer for holding the negative electrode, and the long porous current collector coated with the negative electrode paste is applied to the upper surface of the long current collector by undulation due to a difference in tension with the backing sheet. A negative electrode is produced by a method including a step of passing the paste past the lower surface side through the porous portion of the current collector. Since the negative electrode produced by such a method has a negative electrode layer that wraps around not only the upper surface of the porous current collector but also the lower surface side through the porous portion (hole), as in FIG. It has a negative electrode layer firmly adhered to the mass collector. Therefore, by manufacturing the polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 1 using the negative electrode, even if the negative electrode layer expands or contracts during repeated charge / discharge, the negative electrode is removed from the porous current collector. Peeling of the layer can be avoided and an increase in impedance can be prevented. As a result, a high discharge capacity can be maintained even after repeated charging and discharging, and a polymer electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained.
[0047]
Furthermore, by producing the positive electrode and the negative electrode by the method described above, and manufacturing the polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 1 using the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode layer and the negative electrode layer are repeatedly charged and discharged. Even if the material expands or contracts, it is possible to avoid the separation of the positive electrode layer and the negative electrode layer from the porous current collector, and it is possible to more effectively prevent an increase in impedance. As a result, even when charging and discharging are repeated, a high discharge capacity can be maintained, and a polymer electrolyte secondary battery with further excellent cycle characteristics can be obtained.
[0048]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.
<Preparation of positive electrode A>
After dissolving 2.8 g of a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VdF-HFP) copolymer (trade name, manufactured by Elfatochem; KYNAR2801, copolymerization ratio [VdF: HFP] is 88:12) in 20 g of acetone, In this acetone solution, 4.3 g of dibutyl phthalate (DBP), and the composition formula is LiCoO as an active material. 2 A paste paint for a positive electrode was prepared by adding 10.5 g of a lithium-containing cobalt oxide (manufactured by Nippon Heavy Chemical Industry) represented by
[0049]
Next, as shown in FIG. 2, a long porous current collector 12 made of an aluminum punched metal having a thickness of 30 μm was superposed on a backing sheet 11 made of PET and having a thickness of 15 μm. At this time, the tension of the long porous current collector 12 is 0.3 kgf, the tension of the backing sheet 11 is 1.2 kgf, and the tension of the long porous current collector 12 is the backing sheet. 11 smaller than that. The laminated backing sheet 11 and the long porous current collector 12 were sent to the paste application mechanism 14 through a pair of feed rolls 13. At this time, the positive electrode paste prepared by the above method was accommodated in the supply container 15 of the paste application mechanism 14. By sending the long porous current collector 12 and the backing sheet 11 to the paste application mechanism 14, the positive electrode paste is supplied from the supply container 15 to the upper surface of the long porous current collector 12. Then, a paste layer 18 having a desired thickness is formed, and further, the paste paste 18 is scraped off by the roll-shaped blade 17 by passing between the transport roll 16 and the roll-shaped blade 17 so that a certain basis weight (2 .5 mAh / cm 2 ) Paste layer 19 was applied to the upper surface of the long porous current collector 12. The long porous current collector 12 coated with the paste layer 19 that passed between the transport roll 16 and the roll blade 17 was waved due to a difference in tension with the backing sheet 11. For this reason, the long porous current collector 12 is partially separated from the lower backing sheet 11 as shown in FIG. 3, and the paste applied on the upper surface side has a large number of pores. It goes around to the lower surface side through the mass part (hole) 20. The long porous current collector 12 in which the paste applied on the upper surface side wraps around on the lower surface side is sent to a drying furnace (not shown) together with the backing sheet 11 so that the paste is dried and further pressurized. It was done. Through the steps described above, non-aqueous electrolyte non-impregnated having the positive electrode layer 6 wrapping around not only the upper surface of the porous current collector 5 shown in FIG. 4 but also the lower surface side through the porous portion (hole) 20. A positive electrode was produced.
[0050]
<Preparation of positive electrode B>
First, a long porous current collector made of an aluminum punched metal having a thickness of 30 μm was superposed on a backing sheet made of PET and having a thickness of 15 μm. At this time, the long porous current collector and the backing sheet were set to the same tension. The laminated backing sheet and the long porous current collector were sent to the paste applying mechanism having the structure shown in FIG. 5 through a pair of feed rolls. At this time, the same positive electrode paste as the positive electrode A was accommodated in the supply container of the paste application mechanism. By sending the long porous current collector and the backing sheet to the paste application mechanism, the positive electrode paste is supplied from the supply container to the upper surface of the long porous current collector, and has a desired thickness. The paste layer is further formed, and the excess paste is scraped off by the roll-shaped blade by passing between the transport roll and the roll-shaped blade, and a fixed basis weight (2.5 mAh / cm 2 ) Paste layer was applied to the upper surface of the long porous current collector. The long porous current collector coated with the paste layer that has passed between the transport roll and the roll-shaped blade is sent to a drying furnace with the lower surface in close contact with the backing sheet, and the paste is dried. And further pressurized. Through the steps described above, a non-aqueous electrolyte non-impregnated positive electrode having a positive electrode layer only on the upper surface of the porous current collector was produced.
[0051]
Each of the obtained positive electrode A and positive electrode B was cut into a size of 1 cm × 10 cm, and the peel strength of the positive electrode layer with respect to the porous current collector was measured. As a result, the peel strength of the positive electrode A was 43 gf, The peel strength of B was 12 gf, and it was confirmed that the positive electrode A had a higher peel strength than the positive electrode B.
[0052]
<Preparation of negative electrode A>
A vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (2.0 g) similar to that used for the positive electrode was dissolved in acetone (12 g) to prepare an acetone solution, and dibutyl phthalate (DBP) (3.12 g) was added to the acetone solution. Then, 7.37 g of mesophase pitch carbon fiber (manufactured by Petka Co., Ltd.) was added as an active material and mixed to prepare a negative electrode paste.
[0053]
Next, a long porous current collector made of 20 μm thick copper punched metal was superimposed on a 15 μm thick backing sheet made of PET. At this time, the tension of the long porous current collector is 0.3 kgf, the tension of the backing sheet is 1.2 kgf, and the tension of the long porous current collector is that of the backing sheet. I made it smaller. The laminated backing sheet and the long porous current collector were sent to a paste application mechanism having the same structure as that shown in FIG. At this time, the negative electrode paste prepared by the above method was accommodated in the supply container of the paste application mechanism. By sending the long porous current collector and the backing sheet to the paste application mechanism, the negative electrode paste is supplied from the supply container to the upper surface of the long porous current collector to obtain a desired thickness. A paste layer is formed, and the paste is further scraped off by the roll-shaped blade by passing between the transport roll and the roll-shaped blade, and a certain basis weight (2.5 mAh / cm 2 ) Paste layer was applied to the upper surface of the long porous current collector. The long porous current collector coated with the paste layer that passed between the transport roll and the roll blade was waved due to a difference in tension with the backing sheet. For this reason, the long porous current collector is partially separated from the backing sheet on the lower side, as in FIG. 3 described above, and the paste applied on the upper surface side has a large number of porous current collectors. Go through the part (hole) to the bottom side. The long porous current collector in which the paste applied on the upper surface side wraps around the lower surface side is sent to a drying furnace (not shown) together with the backing sheet, and the paste is dried and further pressurized. . Through the steps described above, as in FIG. 4 described above, the non-aqueous electrolyte solution is not impregnated with a negative electrode layer that is wound not only on the upper surface of the porous current collector but also on the lower surface side through the porous portion (hole). A negative electrode was produced.
[0054]
<Preparation of negative electrode B>
First, a long porous current collector made of copper punched metal having a thickness of 20 μm was overlapped on a backing sheet made of PET and having a thickness of 15 μm. At this time, the long porous current collector and the backing sheet were set to the same tension. The laminated backing sheet and the long porous current collector were sent to the paste applying mechanism having the structure shown in FIG. 5 through a pair of feed rolls. At this time, the same negative electrode paste as the negative electrode A was accommodated in the supply container of the paste application mechanism. By sending the long porous current collector and the backing sheet to the paste application mechanism, the negative electrode paste is supplied from the supply container to the upper surface of the long porous current collector to obtain a desired thickness. The paste layer is further formed, and the excess paste is scraped off by the roll-shaped blade by passing between the transport roll and the roll-shaped blade, and a fixed basis weight (2.5 mAh / cm 2 ) Paste layer was applied to the upper surface of the long porous current collector. The long porous current collector coated with the paste layer that has passed between the transport roll and the roll-shaped blade is sent to a drying furnace with the lower surface in close contact with the backing sheet, and the paste is dried. And further pressurized. Through the steps described above, a non-aqueous electrolyte non-impregnated negative electrode having a negative electrode layer only on the upper surface of the porous current collector was produced.
[0055]
The obtained negative electrode A and negative electrode B were each cut into a size of 1 cm × 10 cm, and the peel strength of the negative electrode layer with respect to the porous current collector was measured. As a result, the peel strength of the negative electrode A was 57 gf, The peel strength of B was 15 gf, and it was confirmed that the negative electrode A had a higher peel strength than the negative electrode B.
[0056]
<Preparation of solid polymer electrolyte layer>
A vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (2.0 g) similar to that used for the positive electrode was dissolved in 10 g of acetone to prepare an acetone solution, and then dibutyl phthalate (DBP) 2. After adding 0 g, the coating for electrolyte layer was prepared by mixing. The paint was applied onto a smooth glass plate so that the film thickness after drying was 70 μm, and then dried in the same manner as the positive and negative electrodes, and peeled off from the glass plate to produce a solid polymer electrolyte layer.
[0057]
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF as an electrolyte in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 1: 1. 6 Was dissolved to a concentration of 1 mol / l to prepare a non-aqueous electrolyte.
[0058]
(Example 1)
The positive electrode A and the negative electrode B were cut to a size of 2 cm × 2 cm, and the solid polymer electrolyte layer was cut to a size of 2.25 cm × 2.25 cm. The polymer electrolyte layer is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and these are laminated by thermocompression bonding with a rigid roll heated to 130 ° C., as shown in FIG. 1, and immersed in the non-aqueous electrolyte. Thus, a non-aqueous electrolyte was impregnated to produce a polymer electrolyte secondary battery.
[0059]
(Example 2)
A polymer electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode B and the negative electrode A were used.
[0060]
(Example 3)
A polymer electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode A and the negative electrode A were used.
[0061]
(Comparative example)
A polymer electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode B and the negative electrode B were used.
[0062]
About the obtained secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example, after charging with a constant current and a constant voltage of 10 mA for a charging current of 2 mA, 4.2 V, charging and discharging with a current of 2 mA up to 2.7 V Was repeated. The discharge capacity retention ratio with respect to the initial discharge capacity after repeating 100 times of charge / discharge was measured. The results are shown in Table 1 below.
[0063]
Figure 0003751674
As can be seen from Table 1, the secondary batteries obtained in Examples 1 to 3 have an extremely high discharge capacity retention rate compared to the secondary battery of the comparative example. This is because the secondary batteries of Examples 1 to 3 have a structure in which the positive electrode layer wraps around not only the upper surface side but also the lower surface side of the porous current collector made of aluminum punched metal. Positive electrode with improved adhesion to the current collector, negative electrode layer has a structure that wraps around not only the upper surface side but also the lower surface side of the porous current collector made of copper punched metal, and the negative electrode layer is porous This is because one or both of the negative electrodes with improved adhesion to the current collector are provided.
[0064]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the positive electrode layer and / or the negative electrode layer are firmly adhered to the porous current collector to prevent an increase in the impedance of the positive electrode and / or the negative electrode during charge / discharge, The manufacturing method of the polymer electrolyte secondary battery which improved the discharge capacity maintenance factor at the time of a charging / discharging cycle can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a production process of a positive electrode in a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the main part of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a positive electrode manufactured according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... positive electrode,
2 ... polymer electrolyte layer,
3 ... negative electrode,
4 ... Polymer electrolyte secondary battery
5, 7 ... porous current collector,
6 ... positive electrode layer,
8 ... Negative electrode layer
11 ... backing sheet,
12 ... Long porous current collector,
14 ... paste application mechanism,
17 ... roll blade,
19 ... paste layer,
20: Porous part (hole).

Claims (3)

多孔質集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記正極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側から活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極用ペーストを塗布する工程と、正極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とするポリマー電解質二次電池の製造方法。
A positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is laminated on a porous current collector, a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions in the current collector, and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte. A polymer electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode having a negative electrode layer laminated thereon; and a positive electrode layer of the positive electrode and a solid polymer electrolyte layer containing a polymer that holds a non-aqueous electrolyte interposed between the negative electrode layer of the negative electrode In the manufacturing method,
The positive electrode includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a positive electrode paste containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte from the upper surface side of the long porous current collector, and the long electrode coated with the positive electrode paste And the step of causing the paste applied on the upper surface side to wrap around to the lower surface side through the porous portion of the current collector. A method for producing a polymer electrolyte secondary battery.
集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、多孔質集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記負極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側からリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極用ペーストを塗布する工程と、負極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とするポリマー電解質二次電池の製造方法。
A positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is laminated on a current collector, a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions in a porous current collector, and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte A polymer electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode having a negative electrode layer laminated thereon; and a positive electrode layer of the positive electrode and a solid polymer electrolyte layer containing a polymer that holds a non-aqueous electrolyte interposed between the negative electrode layer of the negative electrode In the manufacturing method,
The negative electrode includes a step of overlapping a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a negative electrode paste containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions from the upper surface side of the long porous current collector and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte, and a negative electrode paste. A step of causing the long porous current collector coated with sapphire to undulate by a difference in tension with the backing sheet and causing the paste coated on the upper surface side to wrap around the lower surface side through the porous portion of the current collector A method for producing a polymer electrolyte secondary battery, comprising:
多孔質集電体に活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、集電体にリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極の正極層および前記負極の負極層の間に介在された非水電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池を製造する方法において、
前記正極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートをペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側から活物質および非水電解液を保持するポリマーを含む正極用ペーストを塗布する工程と、正極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製され、かつ
前記負極は、裏当てシート上に長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートより張力が低くなるように重合わせる工程と、前記長尺の多孔質集電体および裏当てシートを負極用ペースト塗布手段に供給し、前記長尺の多孔質集電体の上面側からリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料および非水電解液を保持するポリマーを含むペーストを塗布する工程と、負極用ペーストが塗布された前記長尺の多孔質集電体を前記裏当てシートとの張力差により波立たせてその上面側に塗布されたペーストを前記集電体の多孔質部を通して下面側に回り込ませる工程とを含む方法により作製されることを特徴とするポリマー電解質二次電池の製造方法。
A positive electrode in which a positive electrode layer containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte is laminated on a porous current collector, a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions in the current collector, and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte. A polymer electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode having a negative electrode layer laminated thereon; and a positive electrode layer of the positive electrode and a solid polymer electrolyte layer containing a polymer that holds a non-aqueous electrolyte interposed between the negative electrode layer of the negative electrode In the manufacturing method,
The positive electrode includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet, and applying the paste to the long porous current collector and the backing sheet And supplying a positive electrode paste containing a polymer that holds an active material and a non-aqueous electrolyte from the upper surface side of the long porous current collector, and the long electrode coated with the positive electrode paste And the step of causing the paste applied on the upper surface side to wrap around the lower surface side through the porous portion of the current collector by making the porous current collector corrugate due to a difference in tension with the backing sheet. And the negative electrode includes a step of superimposing a long porous current collector on a backing sheet so that the tension is lower than that of the backing sheet; and the long porous current collector and the backing sheet. For paste application means for negative electrode And applying a paste containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions from the upper surface side of the long porous current collector and a polymer that holds a non-aqueous electrolyte, and a negative electrode paste was applied And a step of causing the long porous current collector to swell due to a difference in tension with the backing sheet and causing the paste applied on the upper surface side to wrap around the lower surface side through the porous portion of the current collector. A method for producing a polymer electrolyte secondary battery, wherein
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