JP4735556B2 - Method for producing solid electrolyte battery - Google Patents
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Description
この発明は、固体電解質電池の製造方法に関し、詳しくは、正極及び負極が固体電解質を介して積層および巻回されてなる固体電解質電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolyte battery, and more particularly to a method for manufacturing a solid electrolyte battery in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound via a solid electrolyte.
近年、カメラ一体型テープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等の携帯型電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらの電子機器の携帯型電源となる電池も小型軽量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイオン電池が開発され、工業化されている。このリチウムイオン電池は、正極と負極との間のイオン伝導体として多孔質高分子セパレータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、電解液の漏出を防ぐために電池素子全体を重厚な金属容器でパッケージしている。 In recent years, many portable electronic devices such as camera-integrated tape recorders, mobile phones, and portable computers have appeared, and their size and weight have been reduced. And the battery used as the portable power source of these electronic devices is also required to be small and light, and a lithium ion battery has been developed and industrialized as a battery corresponding to this. In this lithium ion battery, a porous polymer separator impregnated with an electrolyte solution is used as an ionic conductor between the positive electrode and the negative electrode, and the entire battery element is made of a heavy metal to prevent leakage of the electrolyte. Packaged in a container.
一方、固体電解質を正極と負極との間のイオン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いためにパッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待されている。特に、ポリマにリチウムを固溶させた高分子固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲル状の固体電解質が注目を浴びている。 On the other hand, a solid electrolyte battery using a solid electrolyte as an ionic conductor between the positive electrode and the negative electrode is expected to reduce the size and weight of the battery by simplifying the package because there is no leakage. In particular, polymer solid electrolytes in which lithium is dissolved in a polymer and gel-like solid electrolytes in which an electrolyte is contained in a matrix polymer are attracting attention.
このような固体電解質電池は次のようにして作製できる。なお、図10には、正極10と負極11とが固体電解質層12を介して積層されてなる電極積層体13を示している。
Such a solid electrolyte battery can be manufactured as follows. FIG. 10 shows an
まず、正極10としては、正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体10aの両面に均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層10bを形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得る。
First, as the
つぎに、負極11としては、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体11aの両面に均一に塗布して乾燥させることにより負極活物質層11bを形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得る。
Next, as the
また、固体電解質層12としては、非水溶媒と電解質塩とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活物質層10b上及び負極活物質層11b上にゲル状の固体電解質層12が形成される。
In addition, as the
そして、固体電解質層12が形成された正極シートを例えば矩形状に切り出す。さらにリード溶接部分の固体電解質層12及び正極活物質層10bを削り取り、ここにリードを溶接し、固体電解質層12が形成された正極10が得られる。
And the positive electrode sheet in which the
また、固体電解質層12が形成された負極シートを例えば矩形状に切り出す。さらにリード溶接部分の固体電解質層12及び負極活物質層11bを削り取り、ここにリードを溶接し、固体電解質層12が形成された負極11が得られる。
Further, the negative electrode sheet on which the
最後に、固体電解質層12が形成された正極10及び負極11を積層して図10に示すような電極積層体13が得られる。この電極積層体13を、外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉して固体電解質電池が完成する。
Finally, the
上述したような固体電解質電池において、エネルギー密度を向上させるには、固体電解質層12の厚さを薄くすることが有効である。しかしながら、固体電解質層12の厚さを薄くすると、外部からの衝撃によって固体電解質層12が破断しやすくなり、内部ショート増加の原因となる。このために、固体電解質層12の厚さを薄くすることができず、エネルギー密度向上の妨げとなっている。
In the solid electrolyte battery as described above, it is effective to reduce the thickness of the
固体電解質層12の薄膜化に伴う内部ショート増加の原因としては、例えば図10に示すように、従来の固体電解質電池では、正極10及び負極11の端部が電極積層体13の端部に露出していた。そのため、この電極積層体13を外装フィルム中に密閉する際に、電極積層体13に外圧が加わるため、電極積層体13の端部において負極11の端部が曲げられて正極10とショートすること等が挙げられる。このようなショートは、固体電解質層12が薄くなるほど、正極10と負極11との間の距離が小さくなるためショートの確率が上がる。
The cause of the increase in internal short-circuit accompanying the thinning of the
また、固体電解質層12を薄くすることによる他の問題点として、電極表面からの粉落ちが挙げられる。電極の積層時に電極の活物質粉あるいは集電体金属が粉となって落ち、挟み込まれる。このとき、固体電解質層12が薄い場合には、固体電解質層12に微小孔ができ、内部ショートが発生する。この粉落ちは正極10において顕著に現れる。
Another problem caused by thinning the
この発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、内部短絡を防止した、高エネルギー密度の固体電解質電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-energy density solid electrolyte battery that prevents an internal short circuit.
上述の課題を解決するために、この発明は、負極活物質を負極集電体の両面上に塗布して乾燥させ、帯状の負極を形成する負極の形成工程と、
正極活物質を正極集電体の両面上に塗布して乾燥させ、負極よりも小さい帯状の正極を形成する正極の形成工程と、
負極上にゾル状の電解質溶液を塗布して冷却し、膨潤溶媒を含有するゲル状の固体電解質層を形成する負極側固体電解質層の形成工程と、
負極よりも小さい正極を覆うように正極上にゾル状の電解質溶液を塗布して冷却し、負極側固体電解質層と同じ幅を有する、膨潤溶媒を含有するゲル状の固体電解質層を形成する正極側固体電解質層の形成工程と、
負極側固体電解質層と正極側固体電解質層とを対向させて積層した状態で、負極及び正極を長手方向に巻回して電極積層体を形成する巻回工程と、
電極積層体を絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口する熱融着工程と
を備え、
負極側固体電解質層及び正極側固体電解質層から形成される固体電解質層が、正極よりも大きく、正極を覆うように形成される固体電解質電池の製造方法である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a negative electrode forming step in which a negative electrode active material is applied on both sides of a negative electrode current collector and dried to form a strip-shaped negative electrode;
Forming a positive electrode active material on both sides of the positive electrode current collector and drying to form a strip-shaped positive electrode smaller than the negative electrode; and
Applying a sol-like electrolyte solution on the negative electrode and cooling to form a gel-like solid electrolyte layer containing a swelling solvent, forming a negative electrode-side solid electrolyte layer,
A positive electrode that forms a gel-like solid electrolyte layer containing a swelling solvent that has the same width as the negative electrode-side solid electrolyte layer by applying a sol-like electrolyte solution on the positive electrode so as to cover the smaller positive electrode than the negative electrode Forming a side solid electrolyte layer; and
In a state where the negative electrode side solid electrolyte layer and the positive electrode side solid electrolyte layer are laminated facing each other, a winding step of winding the negative electrode and the positive electrode in the longitudinal direction to form an electrode laminate,
The electrode laminate is sandwiched between outer packaging films made of an insulating material, and a thermal fusion process is performed by sealing the periphery of the outer packaging film by thermal fusion under reduced pressure.
This is a method for producing a solid electrolyte battery in which a solid electrolyte layer formed from a negative electrode side solid electrolyte layer and a positive electrode side solid electrolyte layer is larger than the positive electrode and is formed so as to cover the positive electrode .
この発明に係る固体電解質電池では、正極が負極よりも小となされており、小となされた正極上に形成された固体電解質層は、小とされた正極よりも大きくなるように形成されているので、小となされた正極の端部が上記固体電解質層で覆われて、電極の端部における正極と負極との接触が防止される。 In the solid electrolyte battery according to the present invention, the positive electrode is smaller than the negative electrode, and the solid electrolyte layer formed on the small positive electrode is formed to be larger than the small positive electrode. Therefore, the edge part of the positive electrode made small is covered with the solid electrolyte layer, and contact between the positive electrode and the negative electrode at the edge part of the electrode is prevented.
この発明によれば、固体電解質電池において、正極を負極よりも小となし、正極上に形成される固体電解質層を、当該小とされた正極よりも大きくなるように形成しているので、電極の端部において正極と負極との接触が防止され、内部ショートを大幅に減少することができる。 According to this invention, in the solid electrolyte battery, the positive electrode is made smaller than the negative electrode, and the solid electrolyte layer formed on the positive electrode is formed to be larger than the small positive electrode. Contact between the positive electrode and the negative electrode is prevented at the end portion of the, and the internal short circuit can be greatly reduced.
従って、この発明では、固体電解質層の厚さを薄くしても内部ショートを防止することができ、エネルギー密度の高い、優れた固体電解質電池を実現することができる。 Therefore, in this invention, even if the thickness of the solid electrolyte layer is reduced, an internal short circuit can be prevented, and an excellent solid electrolyte battery having a high energy density can be realized.
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
この発明の一実施形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図1〜図3に示す。このゲル電解質電池1は、図2及び図3に示す電極積層体5が、絶縁材料からなる外装フィルム6により覆われて密閉されている。この電極積層体5は、図2及び図3に示すように、正極2と、正極2と対向して配された負極3と、正極2と負極3との間に配されたゲル電解質層4とを備える。そして、この電極積層体5は、正極2と負極3とがゲル電解質層4を介して積層されてなる。そして、正極2には正極端子7が、負極3には負極端子8がそれぞれ接続されており、これらの正極端子7と負極端子8とは、図1に示すように外装フィルム6の周縁部である封口部に挟み込まれている。
One structural example of the gel electrolyte battery which concerns on one Embodiment of this invention is shown in FIGS. In the
正極2は、図4に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層2aが、正極集電体2bの両面上に形成されている。この正極集電体2bとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
As shown in FIG. 4, in the
正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることができる。 The positive electrode active material includes lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, those obtained by replacing some of these composite oxides with other transition metals, transition metal compounds such as manganese dioxide and vanadium pentoxide, sulfides, etc. Transition metal chalcogen compounds such as iron can be used.
また、負極3は、図5に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層3aが、負極集電体3bの両面上に形成されている。この負極集電体3bとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
Further, in the
負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用いることができる。このようなリチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、熱分解炭素類、コークス類又はアセチレンブラックなどのカーボンブラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体又は竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性ポリマを挙げることができる。 As the negative electrode active material, a material that can be doped or dedoped with lithium can be used. Materials that can be doped and dedoped with lithium include carbon blacks such as pyrolytic carbons, cokes or acetylene black, graphite, glassy carbon, activated carbon, carbon fiber, organic polymer fired body, coffee beans fired Examples thereof include carbon materials such as body, cellulose fired body, and bamboo fired body, and conductive polymers such as lithium metal, lithium alloy, and polyacetylene.
ゲル電解質層4は、電解質塩と、マトリクスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。
The
電解質塩は、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3等を単独又は混合して使用することができる。 As the electrolyte salt, LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , or the like can be used alone or in combination.
マトリクスポリマは、室温で1mS/cm以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、例えばポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等が挙げられる。 The matrix polymer is not particularly limited in chemical structure as long as it exhibits an ionic conductivity of 1 mS / cm or more at room temperature. Examples of the matrix polymer include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, poly Examples include acrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, and polycarbonate.
膨潤溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。 Examples of the swelling solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, methyl acetate, methyl propionate, dimethyl carbonate, Nonaqueous solvents such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate can be used alone or in combination.
ここで、この発明の一実施形態に係るゲル電解質電池1では、図4及び図5に示すように、正極2は、負極3よりも小さくなされている。そして、図6に示すように、この正極2の正極活物質層2a上には、当該正極2よりも大きく、正極2を覆うようにしてゲル電解質層4が形成される。ゲル電解質層4によって覆われた正極2は、負極3とほぼ同じ大きさとなる。一方、図7に示すように、負極3の負極活物質層3a上にゲル電解質層4が形成される。
Here, in the
そして、ゲル電解質層4が形成された正極2と負極3とは、図2及び図3に示したように、ゲル電解質層4を介して積層されて電極積層体5とされる。このとき、上述したように、正極2はゲル電解質層4で覆われているため、正極2と負極3とを電極積層体5としたときに、正極2は電極積層体5の端部には露出していない。
And the
従って、このゲル電解質電池1では、例えば電極積層体5を外装フィルム6中に密閉する際に、電極積層体5に外圧が加わって負極3の端部が曲げられても、正極2の端部がゲル電解質で覆われているので、負極3と正極2とが接触することなく、内部ショートを大幅に減少することができる。
Therefore, in this
さらに、このゲル電解質電池1では、上述したように、正極2の端部をゲル電解質で覆うことで内部ショートを減少することができるため、正極2と負極3との間のゲル電解質層4の厚さを薄くすることが可能となる。従って、このゲル電解質電池1では、ゲル電解質層4の厚さが薄くなる分、正極活物質層2aや負極活物質層3aの占める割合が大きくなり、エネルギー密度を向上することができる。
Furthermore, in this
また、このゲル電解質電池1では、図8に示すように、負極活物質層3a上に形成されるゲル電解質層4を、当該負極3よりも大きく、負極3を覆うように形成してもよい。正極2のみならず、負極3の端部をもゲル電解質によって覆うことで、負極3と正極2との接触をより完全に防止することができ、内部ショートをより効果的に減少することができる。さらに、ゲル電解質層4を負極3よりも大きく形成することで、電極活物質や集電体金属の粉落ちを防止することができる。これにより、電極積層時に電極活物質や集電体金属の粉が挟み込まれることがなく、ゲル電解質層4の破断による内部ショートを無くすことができる。
In this
つぎに、このようなゲル電解質電池1の製造方法について説明する。
Next, a method for producing such a
まず、正極2としては、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体2bとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層2aが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
First, as the
次に、正極シートを矩形状に切り出す。そして、リードが溶接される部分の正極活物質層2aを削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリードを溶接して正極端子7とする。このようにして正極2が得られる。
Next, the positive electrode sheet is cut into a rectangular shape. Then, the portion of the positive electrode
次に、正極2の正極活物質層2a上にゲル電解質層4を形成する。ゲル電解質層4を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく撹拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
Next, the
次に、この電解質溶液を、平坦なガラス板上に置いた正極2上に均一に塗布する。このとき、正極活物質層2a上だけでなく、正極活物質層2aからはみ出した部分にも電解質溶液を塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質層2a上にゲル電解質層4が形成される。次に、この正極2を返して、他方の正極活物質層2a上にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥する。このようにして、正極2の両面にゲル電解質層4が形成される。
Next, this electrolyte solution is uniformly applied on the
次に、ゲル電解質層4が、正極2のそれぞれの端部から所定幅、例えば1mmだけ外側に出るようにゲル電解質層4を切り取る。このようにして、正極活物質層2aの端部から所定幅出た部分までの両面が、ゲル電解質層4で覆われてなる正極2が得られる。
Next, the
また、負極3は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体3bとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層3aが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
In addition, the
次に、負極シートの負極活物質層3a上にゲル電解質層4を形成する。ゲル電解質層4を形成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶液を負極活物質層3a上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、負極活物質層3a上にゲル電解質層4が形成される。
Next, the
次に、ゲル電解質層4が形成された負極シートを矩形状に切り出す。そして、リードが溶接される部分のゲル電解質層4及び負極活物質層3aを削り取り、ここに例えばニッケル製のリードを溶接して負極端子8とする。このようにしてゲル電解質層4が形成された負極3が得られる。
Next, the negative electrode sheet on which the
そして、以上のようにして作製された正極2と負極3とを、ゲル電解質層4が形成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体5とする。
Then, the
最後に、この電極積層体5を、絶縁材料からなる外装フィルム6によってパックするとともに、正極端子7と負極端子8とを封口部に挟み込むことで、ゲル電解質電池1が完成する。
Finally, the
なお、上述した一実施形態では、矩形状の正極2と矩形状の負極3とを積層して電極積層体5とした場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図9に示すように、帯状の正極2と帯状の負極3とを積層して電極積層体とし、さらにこの電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体とした場合にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the case where the rectangular
以下、この発明の効果を確認すべく、ゲル電解質電池を作製し、その特性を評価した。なお、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, in order to confirm the effect of the present invention, a gel electrolyte battery was prepared and its characteristics were evaluated. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
〈実施例1〉
まず、正極を次のようにして作製した。
<Example 1>
First, the positive electrode was produced as follows.
正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを0.5モルと、炭酸コバルトを1モルとを混合し、900℃の空気中で5時間焼成することにより正極活物質となるLiCoO2を
得た。このLiCoO2を91重量部と、導電剤としてグラファイトを6重量部と、結着
剤としてポリフッ化ビニリデンを3重量部とを混合し、N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質層の密度は3.6g/cm3であ
った。
In order to produce the positive electrode, first, 0.5 mol of lithium carbonate and 1 mol of cobalt carbonate were mixed and baked in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain LiCoO 2 serving as a positive electrode active material. . 91 parts by weight of this LiCoO 2 , 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. This slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried to form a positive electrode active material layer. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a positive electrode sheet. The density of the positive electrode active material layer at this time was 3.6 g / cm 3 .
そして、以上のようにして作製された正極シートを、30mm×50mmの部分に5mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分の正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。 Then, the positive electrode sheet produced as described above was cut out in a shape in which a 5 mm × 5 mm lead weld portion was attached to a 30 mm × 50 mm portion. The positive electrode active material layer in the lead welded portion was scraped off, and an aluminum lead was welded here to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode was produced.
そして、以上のようにして作製された正極上に正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを42.5重量部と、炭酸プロピレンを42.5重量部と、LiPF6を15重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を30
重量部と、マトリクスポリマとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で97対3で共重合されたものを10重量部と、テトラヒドロフランを60重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
And the gel electrolyte layer was formed on the positive electrode on the positive electrode produced as mentioned above. In order to form the gel electrolyte layer, first, 42.5 parts by weight of ethylene carbonate, 42.5 parts by weight of propylene carbonate, and 15 parts by weight of LiPF 6 were mixed to obtain a plasticizer. 30 plasticizers
10 parts by weight of a polymer obtained by copolymerizing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene at a polymerization ratio of 97 to 3 as a matrix polymer, and 60 parts by weight of tetrahydrofuran are mixed and dissolved. An electrolyte solution was obtained.
次に、この電解質溶液を、平坦なガラス板上に置かれた正極上均一に塗布した。このとき、正極上だけでなく、正極からはみ出した部分にも電解質溶液を塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフランを除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このようにして、正極の両面に厚さ12.5μmのゲル電解質層を形成した。 Next, this electrolyte solution was uniformly applied on the positive electrode placed on a flat glass plate. At this time, the electrolyte solution was applied not only on the positive electrode but also on a portion protruding from the positive electrode. Thereafter, it was dried to remove tetrahydrofuran. Next, this positive electrode was returned, and the electrolyte solution was similarly applied to the other surface of the positive electrode and dried. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 12.5 μm was formed on both surfaces of the positive electrode.
次に、ゲル電解質層が、正極のそれぞれの端部から1mmだけ外側に出るようにゲル電解質層を切り取った。このようにして、正極活物質層端部から1mm出た部分までの正極両面上12.5μm以内の部分が、ゲル電解質層で覆われてなる正極を得た。 Next, the gel electrolyte layer was cut out so that the gel electrolyte layer would protrude 1 mm outward from each end of the positive electrode. In this way, a positive electrode was obtained in which portions within 12.5 μm on both surfaces of the positive electrode from the end of the positive electrode active material layer to the portion protruding 1 mm were covered with the gel electrolyte layer.
次に、負極を次のようにして作製した。 Next, the negative electrode was produced as follows.
負極を作製するには、まず、黒鉛を90重量部と、ポリフッ化ビニリデンを10重量部とを混合し、N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。このときの負極活物質の密度は1.6g/cm3であった。 To prepare the negative electrode, first, 90 parts by weight of graphite and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. This slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm and dried to form a negative electrode active material layer. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a negative electrode sheet. At this time, the density of the negative electrode active material was 1.6 g / cm 3 .
次に、負極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極活物質層上に厚さ12.5μmのゲル電解質層を形成した。 Next, a gel electrolyte layer was formed on the negative electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as described above was uniformly applied to both sides of the negative electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 12.5 μm was formed on the negative electrode active material layer.
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、32mm×52mmの部分に5mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。 And the negative electrode sheet | seat in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in the form where the lead welding part of 5 mm x 5 mm is attached to the part of 32 mm x 52 mm. The gel electrolyte layer and the negative electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and a nickel lead was welded to form a negative electrode terminal. In this way, a negative electrode was produced.
次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された正極と、両面にゲル電解質層が形成された負極とを、負極、正極、負極、正極、負極の順に積層して電極積層体とした。 Next, the positive electrode with the gel electrolyte layer formed on both sides and the negative electrode with the gel electrolyte layer formed on both sides were laminated in the order of negative electrode, positive electrode, negative electrode, positive electrode, and negative electrode. Thus, an electrode laminate was obtained.
最後に、この電極積層体を、最外層から順に25μm厚のナイロンと40μm厚のアルミニウムと30μm厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極積層体を外装フィルム中に密閉した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルムの封口部に挟み込んだ。このようにしてゲル電解質電池を完成した。 Finally, this electrode laminate is sandwiched by an exterior film in which 25 μm-thick nylon, 40 μm-thick aluminum, and 30 μm-thick polypropylene are laminated in order from the outermost layer, and the outer peripheral edge of the exterior film is melted under reduced pressure. The electrode laminate was sealed in an exterior film. At this time, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were sandwiched between the sealing portions of the exterior film. In this way, a gel electrolyte battery was completed.
〈比較例1〉
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative example 1>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as follows.
まず、実施例と同様にして正極シート及び電解質溶液を作製した。 First, a positive electrode sheet and an electrolyte solution were prepared in the same manner as in the example.
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ12.5μmのゲル電解質層を形成した。 Next, a gel electrolyte layer was formed on the positive electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution was uniformly applied on both sides of the positive electrode sheet, and then dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 12.5 μm was formed on the positive electrode active material layer.
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、30mm×50mmの部分に5mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に12.5μmの厚さのゲル電解質層が形成された正極を得た。 And the positive electrode sheet | seat in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in the form where the lead welding part of 5 mm x 5 mm is attached to the part of 30 mm x 50 mm. The gel electrolyte layer and the positive electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and an aluminum lead was welded to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode having a gel electrolyte layer with a thickness of 12.5 μm formed on both surfaces was obtained.
〈比較例2〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを50μmとしたこと以外は、比較例1と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative example 2>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness of the gel electrolyte layer formed on the positive electrode and the negative electrode was 50 μm.
〈比較例3〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを100μmとしたこと以外は、比較例1と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative Example 3>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness of the gel electrolyte layer formed on the positive electrode and the negative electrode was 100 μm.
つぎに示す実施例2及び比較例4〜比較例6では、帯状の正極と負極とを積層し、長手方向に巻回した電極巻回体を用いて電池を作製した。 In Example 2 and Comparative Examples 4 to 6 shown below, a battery was fabricated using an electrode winding body in which a belt-like positive electrode and a negative electrode were laminated and wound in the longitudinal direction.
〈実施例2〉
まず、実施例1と同様にして正極シート、負極シート及び電解質溶液を作製した。
<Example 2>
First, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and an electrolyte solution were produced in the same manner as in Example 1.
次に、得られた正極シートを、50mm×260mmの部分に50mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分の正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。 Next, the obtained positive electrode sheet was cut into a shape in which a 50 mm × 260 mm lead welded portion was attached to a 50 mm × 260 mm portion. The positive electrode active material layer in the lead welded portion was scraped off, and an aluminum lead was welded here to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode was produced.
そして、以上のようにして作製された正極上に正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を、平坦なガラス板上に置かれた正極上均一に塗布した。このとき、正極上だけでなく、正極からはみ出した部分にも電解質溶液を塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフランを除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このようにして、正極の両面に厚さ12.5μmのゲル電解質層を形成した。 And the gel electrolyte layer was formed on the positive electrode on the positive electrode produced as mentioned above. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution was uniformly applied on the positive electrode placed on a flat glass plate. At this time, the electrolyte solution was applied not only on the positive electrode but also on a portion protruding from the positive electrode. Thereafter, it was dried to remove tetrahydrofuran. Next, this positive electrode was returned, and the electrolyte solution was similarly applied to the other surface of the positive electrode and dried. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 12.5 μm was formed on both surfaces of the positive electrode.
次に、ゲル電解質層が、正極のそれぞれの端部から1mmだけ外側に出るようにゲル電解質層を切り取った。このようにして、正極活物質層端部から1mm出た部分までの正極両面上12.5μm以内の部分が、ゲル電解質層で覆われてなる正極を得た。 Next, the gel electrolyte layer was cut out so that the gel electrolyte layer would protrude 1 mm outward from each end of the positive electrode. In this way, a positive electrode was obtained in which portions within 12.5 μm on both surfaces of the positive electrode from the end of the positive electrode active material layer to the portion protruding 1 mm were covered with the gel electrolyte layer.
一方、実施例1と同様にしてゲル電解質層を負極シート上に形成し、この負極シートを、52mm×300mmの部分に52mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。 On the other hand, the gel electrolyte layer was formed on the negative electrode sheet in the same manner as in Example 1, and this negative electrode sheet was cut into a shape in which a 52 mm × 5 mm lead weld portion was attached to a 52 mm × 300 mm portion. The gel electrolyte layer and the negative electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and a nickel lead was welded to form a negative electrode terminal. In this way, a negative electrode was produced.
次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回することにより電極巻回体を得た。 Next, a belt-like positive electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides and a belt-like negative electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides, which are produced as described above, are laminated to form a laminate, and this laminate is further laminated. An electrode winding body was obtained by winding the body in the longitudinal direction.
次に、この電極巻回体を、最外層から順に25μm厚のナイロンと40μm厚のアルミニウムと30μm厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルムの封口部に挟み込んだ。このようにしてゲル電解質電池を完成した。 Next, the electrode winding body is sandwiched between an outer film in which 25 μm-thick nylon, 40 μm-thick aluminum, and 30 μm-thick polypropylene are laminated in order from the outermost layer, and the outer peripheral edge of the outer film is heated under reduced pressure. Sealing was performed by fusing, and the electrode winding body was sealed in the exterior film. At this time, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were sandwiched between the sealing portions of the exterior film. In this way, a gel electrolyte battery was completed.
〈比較例4〉
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例2と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative example 4>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrode was produced as follows.
まず、実施例1と同様にして正極シート及び電解質溶液を作製した。 First, a positive electrode sheet and an electrolyte solution were prepared in the same manner as in Example 1.
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ12.5μmのゲル電解質層を形成した。 Next, a gel electrolyte layer was formed on the positive electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution was uniformly applied on both sides of the positive electrode sheet, and then dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 12.5 μm was formed on the positive electrode active material layer.
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、50mm×260mmの部分に50mm×5mmのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に12.5μmの厚さのゲル電解質層が形成された正極を得た。 And the positive electrode sheet | seat in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in the form where the lead welding part of 50 mm x 5 mm is attached to the part of 50 mm x 260 mm. The gel electrolyte layer and the positive electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and an aluminum lead was welded to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode having a gel electrolyte layer with a thickness of 12.5 μm formed on both surfaces was obtained.
〈比較例5〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを50μmとしたこと以外は、比較例4と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative Example 5>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the thickness of the gel electrolyte layer formed on the positive electrode and the negative electrode was 50 μm.
〈比較例6〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを100μmとしたこと以外は、比較例4と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
<Comparative Example 6>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the thickness of the gel electrolyte layer formed on the positive electrode and the negative electrode was 100 μm.
以上のようにして作製された実施例1、実施例2、比較例1〜比較例6のゲル電解質電池について、内部ショート発生率、エネルギー密度を測定した。なお、測定はそれぞれの電池50個ずつについて行った。また、エネルギー密度はリードや外装部分は含まない値であり、50個の電池の平均値である。 With respect to the gel electrolyte batteries of Examples 1, 2 and Comparative Examples 1 to 6 produced as described above, the internal short-circuit occurrence rate and the energy density were measured. The measurement was performed for 50 batteries. The energy density is a value that does not include the lead and the exterior part, and is an average value of 50 batteries.
実施例1、実施例2、比較例1〜比較例6のゲル電解質電池について測定された内部ショート発生率、エネルギー密度をまとめて表1に示す。 Table 1 shows the internal short-circuit occurrence rate and energy density measured for the gel electrolyte batteries of Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 6.
表1より、実施例1の電池では、比較例1〜比較例3の電池と比較して、エネルギー密度が高く、また、内部ショート発生率が低く抑えられていることがわかる。また、正極と負極とを電極巻回体とした実施例2の電池でも、比較例4〜比較例6の電池と比較して、エネルギー密度が高く、また、内部ショート発生率が低く抑えられていることがわかる。 From Table 1, it can be seen that the battery of Example 1 has a higher energy density and a lower internal short circuit rate than the batteries of Comparative Examples 1 to 3. Further, even in the battery of Example 2 in which the positive electrode and the negative electrode are wound as an electrode, the energy density is higher and the internal short-circuit occurrence rate is suppressed lower than the batteries of Comparative Examples 4 to 6. I understand that.
従って、正極をゲル電解質で覆うことで、負極と正極との接触が防止され、内部ショートを大幅に減少することができることがわかった。また、正極をゲル電解質で覆うことで内部ショートを減少することができるため、正極と負極との間のゲル電解質層の厚さを薄くすることが可能となり、エネルギー密度を向上できることも明らかになった。 Therefore, it was found that by covering the positive electrode with the gel electrolyte, contact between the negative electrode and the positive electrode can be prevented, and the internal short circuit can be greatly reduced. Moreover, since the internal short circuit can be reduced by covering the positive electrode with the gel electrolyte, it becomes possible to reduce the thickness of the gel electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode, and to improve the energy density. It was.
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。 For example, the numerical values given in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values may be used as necessary.
また、上述したような一実施形態に係るゲル電解質電池1は、円筒型、角型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
In addition, the
また、上述した一実施形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池1を例に挙げて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、この発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。
Moreover, in one Embodiment mentioned above, although the
1・・・ゲル電解質電池、2・・・正極、3・・・負極、4・・・ゲル電解質層、5・・・電極積層体、6・・・外装フィルム、7・・・正極端子、8・・・負極端子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
正極活物質を正極集電体の両面上に塗布して乾燥させ、上記負極よりも小さい帯状の正極を形成する正極の形成工程と、
上記負極上にゾル状の電解質溶液を塗布して冷却し、膨潤溶媒を含有するゲル状の固体電解質層を形成する負極側固体電解質層の形成工程と、
上記負極よりも小さい正極を覆うように上記正極上にゾル状の電解質溶液を塗布して冷却し、上記負極側固体電解質層と同じ幅を有する、膨潤溶媒を含有するゲル状の固体電解質層を形成する正極側固体電解質層の形成工程と、
上記負極側固体電解質層と上記正極側固体電解質層とを対向させて積層した状態で、上記負極及び上記正極を長手方向に巻回して電極積層体を形成する巻回工程と、
上記電極積層体を絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口する熱融着工程と
を備え、
上記負極側固体電解質層及び上記正極側固体電解質層から形成される固体電解質層が、上記正極よりも大きく、正極を覆うように形成される固体電解質電池の製造方法。 Forming a negative electrode active material on both sides of the negative electrode current collector and drying to form a strip-shaped negative electrode; and
Forming a positive electrode active material on both sides of the positive electrode current collector and drying to form a strip-shaped positive electrode smaller than the negative electrode; and
Applying a sol-like electrolyte solution on the negative electrode and cooling to form a gel-like solid electrolyte layer containing a swelling solvent, forming a negative electrode-side solid electrolyte layer,
A gel-like solid electrolyte layer containing a swelling solvent having the same width as the negative electrode-side solid electrolyte layer is applied by cooling a sol-like electrolyte solution on the positive electrode so as to cover the positive electrode smaller than the negative electrode. Forming a positive electrode side solid electrolyte layer to be formed; and
A winding step of winding the negative electrode and the positive electrode in the longitudinal direction to form an electrode laminate in a state where the negative electrode side solid electrolyte layer and the positive electrode side solid electrolyte layer are laminated facing each other;
The electrode laminate is sandwiched between exterior films made of an insulating material, and a heat sealing step is performed by sealing the periphery of the exterior film by heat-sealing under reduced pressure,
A method for producing a solid electrolyte battery, wherein a solid electrolyte layer formed from the negative electrode side solid electrolyte layer and the positive electrode side solid electrolyte layer is larger than the positive electrode and covers the positive electrode .
上記正極の形成工程は、金属箔からなる正極集電体の両面に正極活物質を均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成し、ロールプレス機でプレスして帯状の正極を形成することを特徴とする請求項1記載の固体電解質電池の製造方法。 In the negative electrode forming step, the negative electrode active material is uniformly coated on both sides of the negative electrode current collector made of metal foil and dried to form a negative electrode active material layer, which is then pressed by a roll press to form a strip-shaped negative electrode And
In the positive electrode forming step, the positive electrode active material is uniformly applied on both sides of the positive electrode current collector made of metal foil and dried to form a positive electrode active material layer, and then pressed with a roll press to form a belt-like positive electrode The method for producing a solid electrolyte battery according to claim 1.
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