JP4959048B2 - Sheet-like lithium secondary battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン二次シート電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯用の電話やパソコンなどの電子機器用の電池として放電容量の大きいリチウム二次電池が脚光を浴びている。このリチウム二次電池として、従来は主として円柱状や箱型などの立体型電池が主流をなしてきた。しかし、近時、スペースファクター並びに軽量の点からシート状リチウム二次電池に関心が高まっている。
【0003】
シート状リチウム二次電池の長所は、立体型電池と異なって薄型であるので、放熱性が良好なために電池内に熱が籠もる程度が低く、このためにたとえ何らかの理由で過電流が流れ、あるいは釘などによる貫通傷が生じても、電池内部のリチウムの燃焼による爆発事故が起こり難く頗る安全なることである。
【0004】
通常、シート状リチウム二次電池では、電池容量を大きくするために、正極シート電極と負極シート電極をセパレータまたは固体電解質層を介して重ねた単位を複数含む積層構造体を形成し、これを発電要素に使用して、電池の有効反応面積を大きくしている。
【0005】
しかし、発電要素をこのような積層構造体にした場合、積層構造体内のシート電極間に浮き(シート電極間に隙間が空いた状態)が発生して、電池の内部抵抗が上昇し、電池性能(特にレート特性、低温特性、サイクル特性等)が低下することがある。よって、これを防止するために、通常、かかる積層構造体の外周に粘着テープを巻き付けて、積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定している。
【0006】
この粘着テープによる結束では、各シート電極の全体がセパレータまたは固体電解質層に一様に密着した状態となるように、積層構造体の略全体に対して粘着テープを巻き付けている。しかし、積層構造体の略全体に対して粘着テープを巻き付けると、積層構造体内への電解液の含浸工程(セパレータまたは固体電解質層に電解液を含浸させる工程)において、積層構造体へ電解液が浸透(流入)しにくくなり、その結果、当該工程に要する時間が長くなって、電池の生産性が低下したり、また、電解液が積層構造体の隅々まで十分に浸透(含浸)せず、電池性能がかえって低下してしまうことがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、電池製造時の積層構造体への電解液の含浸作業時に短時間で積層構造体内の隅々まで電解液を浸透させることができ、かつ、積層構造体内のシート電極間に不要な隙間がなく(各シート電極がセパレータまたは固体電解質層に一様に密着し)、優れた電池性能を示すシート状リチウム二次電池を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下の特徴を有している。
(1)正極シート電極と負極シート電極をセパレータまたは固体電解質層を介して重ねた単位を複数含む積層構造体を発電要素とし、該積層構造体の外周にテープを巻き付け、該積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定したシート状リチウム二次電池であって、
積層構造体の最外に位置する2枚のシート電極の表面を積層構造体の主面と呼び、複数のシート電極の端面が集合した面を積層構造体の側面と呼ぶとして、テープが積層構造体の側面に接触せず、該側面とテープ間に隙間が形成されていることを特徴とするシート状リチウム二次電池。
(2)正極シート電極および負極シート電極が略矩形のシートであり、積層構造体が略直方体の外形を有し、該略直方体の積層構造体の一組の相対する側面の各々に、略くの字状に屈曲する屈曲板がその凸面を外側に向けて対向配置され、テープが積層構造体の両主面と屈曲板の凸面に対して巻き付けられている上記(1)記載のシート状リチウム二次電池。
(3)正極シート電極と負極シート電極間に、塩と相溶性溶媒とビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーとを主体成分とする固体電解質層を介在させている上記(1)または(2)記載のシート状リチウム二次電池。
(4)固体電解質層のフッ素ポリマーが密度0.60〜1.30g/cm3の多孔質体である上記(3)記載のシート状リチウム二次電池。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより具体的に説明する。
本発明のシート状リチウム二次電池は、発電要素である積層構造体、すなわち、正極シート電極と負極シート電極をセパレータまたは固体電解質層を介して重ねた単位を複数含む積層構造体にテープを巻き付け、積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定するが、積層構造体の側面(すなわち、複数のシート電極の端面が集合する面)にはテープを接触させず、該側面とテープ間に隙間を形成したことが特徴である。
【0010】
図1〜4は本発明の一具体例によるシート状リチウム二次電池を示している。図1は発電要素である積層構造体の概略斜視図、図2は該積層構造体内の正極シート電極と負極シート電極の積層状態を示した要部拡大断面図、図3は該積層構造体に屈曲板を付設して粘着テープを巻き付けた状態の概略斜視図、図4は積層構造体の屈曲板の付設状態を示す要部拡大図である。
【0011】
図1、2に示すように、発電要素である積層構造体3は、略矩形の正極シート電極1および負極シート電極2をセパレータまたは固体電解質層4を介して重ねた単位を複数含む構造体であり、外形は略直方体を呈している。
【0012】
積層構造体3を構成する正極シート電極1と負極シート電極2は、図2に示すように、それぞれ、少なくとも活物質とバインダーを混合し、必要に応じて導電材をさらに混合した活物質組成物層(正極活物質組成物層6、負極活物質組成物層7)をシート状の集電体8、9上に層状に形成したものであり、セパレータまたは固体電解質層4にその活物質組成物層(正極活物質組成物層6、負極活物質組成物層7)を対向させている。各シート電極(正極シート電極1、負極シート電極2)の集電体8、9には、活物質組成物層の未形成部(図示せず)を設け、そこにリード(図示せず)が例えば溶接等によって取り付けられており、複数の正極シート電極1の各リードの端部が正極用集電端子10に接続され、複数の負極シート電極2の各リードの端部が負極用集電端子11に接続されている。
【0013】
積層構造体3の最外に位置する2枚の負極シート電極2a、2bの表面2a’、2b’を積層構造体の主面と呼び、複数のシート電極(正極シート電極1、負極シート電極2)の各端面の集合面を積層構造体の側面と呼ぶとして、図3、4に示すように、集電端子10、11が突出する側面3C−1とこれに相対する側面3C−2には、粘着テープを粘着せずに(該側面を粘着テープで覆わずに)、これら一組の相対する側面3C−1、3C−2とは別の側の一組の相対する側面3B−1、3B−2に、略くの字状に屈曲させた屈曲板12、13をその凸面12A、13Aを外側に向けて対向配置し、積層構造体3の両主面3A−1、3A−2と、かかる屈曲板12、13の凸面12A、13Aの略全面に対して粘着テープ5を巻き付けて、複数枚のシート電極(正極シート電極1、負極シート電極2)を結束固定し、積層構造体3の一組の相対する側面3B−1、3B−2と粘着テープ5との間に隙間14を形成している。
【0014】
当該シート状リチウム二次電池は、上記粘着テープ5の巻き付けを行った積層構造体3に対して電解液の含浸処理(各セパレータまたは固体電解質層(そのポリマー基質)4に電解液を含浸させる処理)を行い、電解液含浸後の積層構造体3を図示しないシート状の外装材に収容し、正極用集電端子10と負極用集電端子11のそれぞれの端部を外装材の外に引き出した状態で、外装材を封止することで製造される。
なお、電解液の含浸処理を施していない積層構造体を電解液ととも外装材に収容させ、外装材内で電解液を浸透させるようにしてもよい。
【0015】
図6は従来のシート状リチウム二次電池の粘着テープが巻き付けられた積層構造体を示し、図1〜3と同一符号は同一または相当する部分を示している。この図からわかるように、従来のこの種のシート状リチウム二次電池では、積層構造体3の集電端子10、11が突出する側面3C−1とこれに相対する側面3C−2には、粘着テープを粘着せず(該側面を粘着テープで覆わず)、積層構造体3のこれら一組の相対する側面3C−1、3C−2とは別の側の一組の相対する側面3B−1、3B−2と、両主面3A−1、3A−2の略全域に粘着テープ5を粘着して巻き付け、積層構造体3を構成する複数枚のシート電極(正極シート電極1、負極シート電極2)を結束固定しており、積層構造体3の一組の相対する側面(側面3C−1、3C−2)のみが電解液の流入領域になっている。
【0016】
これに対し、本発明のシート状リチウム二次電池(図1〜4)では、積層構造体3の側面(一組の相対する側面3B−1、3B−2)には粘着テ−プを粘着せずに(すなわち、接触させず)、該側面(一組の相対する側面3B−1、3B−2)と粘着テープ5の間に隙間14を設けているので、積層構造体3の全ての側面(すなわち、一方の側の一組の相対する側面3C−1、3C−2および他方の側の一組の相対する側面3B−1、3B−2)が電解液の流入領域となり、積層構造体3の隅々まで電解液を短時間で確実に浸透(含浸)させることができる。
【0017】
積層構造体3の相対する側面3B−1、3B−2に対向配置する略くの字状に屈曲する屈曲板12、13は、通常、合成樹脂(例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン等)の成形体、または、絶縁被覆を施した金属板等が使用される。当該屈曲板12、13は、電気絶縁性を有するとともに、粘着テープの巻き付けによる巻き締め力に対して変形したり、折れたりすることのない強度が必要であり、また、それ自体は発電動作に作用するものではないので比較的軽量であることが必要である。よって、この点を考慮してその材質と厚みが決定される。一般に、厚みは0.05〜0.5mm程度、好ましくは0.1〜0.3mm程度である。
【0018】
上記略くの字状に屈曲する屈曲板12、13は、粘着テープの巻き付けよる巻き締め力が積層構造体の積層方向の両側(図4の矢印Y1、Y2方向)から同等に作用するように、屈曲部Lの両側の平板部12b、12c(13b、13c)を略同じ大きさとするのが好ましい。また、屈曲の程度は積層構造体3の厚みによっても異なるが、積層構造体の側面3B−1(3B−2)から屈曲部Lまでの間隔(図4中のD1)と側面3B−1(3B−2)の幅(図4中のW1)との比(D1/W1)が、0.1〜1.0であるのが好ましく、特に好ましくは0.25〜0.50である。かかる好ましい範囲内であれば、粘着テープの巻き付けによる巻き締め力が積層構造体3により強く作用し、しかも、電解液の含浸処理時の電解液の隙間14への流入性がよく、積層構造体3の全体に速やかに電解液が浸透する。
【0019】
略くの字状に屈曲する屈曲板12、13は、図3、4に示すように、その両端部を積層構造体の側面に当接させているだけでもよいが、図5に示すように、両端部にさらに取り付け用突出片12a、13aを設け、これを積層構造体の両主面3A−1、3A−2(最外に位置するシート電極2a、2b)の縁部に挟み付けるようにしてもよい。当該構成にすれば、粘着テープの巻き付け作業時、屈曲板を保持しておく作業が要らず、作業性が向上し、しかも、屈曲板が積層構造体の両主面を押圧するので、シート電極間の密着性が更に向上する。
【0020】
以上説明した一具体例のシート状リチウム二次電池は、積層構造体3を構成する複数のシート電極は略矩形のシートで、積層構造体3の外形は略直方体であるが、本発明はこれに限定されない。積層構造体が、概ね平行に対向する一組の辺を有する形状のシート電極(例えば長円形)を複数重ねた構造からなるものであれば本発明によるテープ巻き構造を実施できる。また、積層構造体の側面には、上記略くの字状に屈曲する屈曲板12、13以外の他の形状に屈曲した屈曲板を用いてもよい。
【0021】
本発明のシート状リチウム二次電池では、1枚のシート電極の大きさは電池設計に応じて適宜選択されるが、通常10〜100cm2の範囲から選択される。また、正極シート電極と負極シート電極とがセパレータまたは固体電解質層を介して積層された単位を積み重ねる数も電池設計に応じて適宜選択されるが、通常2〜20の範囲から選択される。
【0022】
本発明において、粘着テープ5は電気絶縁性に優れ、発電要素の発熱や電解液に対して耐性を有するものが好ましく、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、綿、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からなるテープ基材に、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等による粘着剤層を形成したものが好ましく、特に好ましくはポリプロピレンからなるテープ基材に、アクリル系粘着剤による粘着剤層を形成したものである。テープ基材の厚みは5〜100μm程度が好ましく、粘着剤層の厚みは10〜50μm程度が好ましい。
【0023】
粘着テープ5は、図3に示すように、太幅のもので積層構造体3の主面の略全域を覆うように巻き付けてもよいし、細幅のものを複数箇所に巻き付けてもよい。
【0024】
また、粘着テープの代わりに、粘着剤層をもたないテープ(上記のテープ基材)を使用し、テープの巻き付け後に所要の止め具や接着剤でテープ止めを行ってもよい。
【0025】
本発明において、正極シート電極に用いる正極活物質は、リチウム二次電池における公知の正極活物質を使用できるが、Li−遷移金属複合酸化物が好ましく、特に好ましくはLi−Co複合酸化物、Li−Mn複合酸化物およびLi−Ni複合酸化物から選ばれる少なくとも一種の化合物であり、とりわけ好ましくはLi−Co複合酸化物である。
【0026】
また、正極活物質とともに使用する導電材としては、当分野において従来から広く用いられている、たとえば繊維状黒鉛、鱗片状黒鉛、球状黒鉛などの天然や人造の黒鉛類や導電性カーボンブラックなどを用いることができる。導電材の使用量は、正極活物質、バインダー、導電材の合計使用量100重量部あたり、好ましくは1重量%〜10重量%、より好ましくは3重量%〜7重量%である。
【0027】
また、正極活物質とともに使用するバインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、エチレン−プロピレン−ジエン系ポリマーなどが好適なものとして挙げられる。該バインダーの使用量は、正極活物質、バインダー、導電材の合計使用量100重量部あたり、好ましくは1重量%〜7重量%、より好ましくは2重量%〜5重量%である。
【0028】
正極用集電体8としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンといった導電性金属で形成された箔やエキスパンドメタルなどが挙げられ、これらは孔が形成されていてもよい。
【0029】
負極シート電極に用いる負極活物質としては黒鉛化炭素が好適に用いられる。このような黒鉛化炭素としては、各種の天然黒鉛や人造黒鉛、たとえば繊維状黒鉛、鱗片状黒鉛、球状黒鉛などの黒鉛類が挙げられる。また、負極活物質と共に用いるバインダーとしては、従来と同様に、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン−ジエン系ポリマーなどが好適なものとして挙げられ、中でも特にポリビニリデンフルオライドが好ましい。負極活物質の使用量としては、負極活物質とバインダーとの合計量100重量部あたり2重量部〜20重量部程度が好ましい。
【0030】
負極用集電体9としては、銅、ニッケル、銀、ステンレスなどで形成された箔やエキスパンドメタルなどが挙げられ、これらは孔が形成されていてもよい。
【0031】
正極シート電極と負極シート電極間にセパレータを介在させたタイプの電池とする場合、セパレータには、公知のセパレータを制限なく使用できるが、なかでも、ポリオレフィンセパレータが好ましく、ポリオレフィン多孔質セパレータが特に好ましい。ポリオレフィン(多孔質)セパレータは、ポリエチレン層またはポリプロピレン層の単体からなるものでも、ポリエチレン層とポリプロピレン層を積層した複合セパレータでもよい。複合セパレータの積層構成は特に限定されず、ポリエチレン層/ポリプロピレン層、ポリエチレン層/ポリプロピレン層/ポリエチレン層、ポリプロピレン層/ポリエチレン層/ポリプロピレン層等の種々の積層構成のものを使用できる。
【0032】
セパレータの厚みは、一般に平均厚みが5〜100μmが好ましく、特に好ましくは10〜30μmである。なお、ここでいうセパレータの厚みは正極および負極の間に介在させた状態(実際に電池を組み立てた状態)での厚みであり、正極と負極の離間距離に等しい。
【0033】
また、正極シート電極と負極シート電極間に固体電解質層を介在させたタイプの電池とする場合、固体電解質層には、公知の固体電解質層を制限なく使用できるが、ポリマー基質に電解液(リチウム塩(電解質)+相溶性溶媒)が含浸してゲル化し、それ自体がイオン伝導性を示すように調製された固体電解質層が好ましい。なかでも、ポリマー基質に、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリ塩化ビニル、ポリビニリデンカーボネート、ビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマー(ポリビニリデンフルオライドを含む)等を使用したものが特に好ましく、電池のレート特性、低温特性等の点からビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーを使用したものがとりわけ好ましい。なお、固体電解質層を使用すればそのゲル化によって、セパレータに比べてシート電極に対してより良好な密着性が得られる。
【0034】
上記ビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーとは、ビニリデンフルオライドの単独重合体(ポリビニリデンフルオライド(PVdF))、または、ビニリデンフルオライドとその他のフッ素原子を有するビニル系モノマーとの共重合体を意味し、これらはそれぞれ単独でも混合して用いてもよい。上記ビニリデンフルオライド以外のフッ素原子を有するビニル系モノマーとしては、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、テトラフルオロエチレン(TFE)等が挙げられる。また、共重合体の形態はランダム、ブロックのいずれの形態でもよい。共重合体である場合、ビニリデンフルオライド(の単位)の割合が70モル%以上が好ましく、特に好ましくは75モル%以上である。
【0035】
また、ビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーは、カルボキシル基(−COOH)、スルホン酸基(−SO2OH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、アミド基(−CONH2)またはリン酸基(−PO(OH)2)等からなる官能基を有するビニル系モノマーの重合体がグラフトされていてもよい(カルボン酸エステル基(−COOR)における置換基Rは、メチル基、エチル基、ブチル基等の炭素数が1〜4の低級アルキル基である。)。フッ素ポリマーをかかる官能基を含有する重合体がグラフトしたポリマー形態にすると、固体電解質層のシート電極への接着性がより向上し、電極間の抵抗がより低下するため、電池性能(特に、レート特性および低温特性)が更に向上する。上記官能基を有するビニル系モノマーとしては、官能基を除く部分の炭素数が4以下の化合物からなるモノマーが好適である。カルボキシル基含有モノマーとしては、アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸、ビニル酢酸、アリル酢酸等のカルボキシル基を1個有するものの他、イタコン酸、マレイン酸等のカルボキシル基を2個以上有するものも使用可能である。スルホン酸基含有モノマーとしては、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸等が好適である。カルボン酸エステル基含有モノマーとしては、メチルアクリレート、ブチルアクリレート等が好適である。アミド基含有モノマーとしては、アクリルアミド等が好適である。リン酸基含有モノマーとしては、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレシルなどが好適である。これらのうち最も好ましいものは、アクリル酸またはメタアクリル酸である。
【0036】
グラフト化する方法としては、特に限定はされないが、放射線法が好適である。例えば、ポリマー鎖基質(グラフトされる側のポリマー)とグラフトモノマー材料とを共存させて、放射線を連続的または間欠的に照射する、または、より好ましくは両者を共存させる前にポリマー基質に放射線を予備照射しておく。放射線は、電子ビーム、X線またはγ線が使用される。放射線の照射により、ポリマー基質は遊離基を発生して活性化する。
【0037】
グラフト化の程度は、いくつかの因子により決定することができるが、最も重要なのは、活性化した基質がグラフトモノマーと接触している時間の長さ、放射線による基質の予備活性の程度、グラフトモノマー材料が基質を透過できるまでの程度、および、基質およびモノマーが接触しているときの温度である。例えば、グラフトモノマーが酸であるとき、モノマーを含有する溶液をサンプリングして、塩基に対して滴定し、残留するモノマー濃度を測定することにより、グラフト化の程度を観測することができる。グラフト化の程度は最終重量の2〜20%が好ましく、特に好ましくは3〜12%、とりわけ好ましくは5〜10%である。なお、グラフト化は、ポリマー基質の活性化(遊離基の発生)を光照射または熱によって行う方法で行ってもよい。
【0038】
ビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーは、230℃、10kgにおけるメルトフローインデックスが1.0g/10min以下であるのが好ましく、0.2〜0.7g/10minであるのがより好ましい。なお、該メルトフローインデクッスは、標準ASTM D 1238に説明されている方法で測定した値である。メルトフローインデックスがかかる1.0g/10min以下であることにより、固体電解質層の機械的強度が良好となり、また、室温でのイオン伝導性もより向上する。
【0039】
また、ビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーの多孔質体を使用することで、レート特性、低温特性等が一層向上する。多孔質体の密度は0.60g/cm3〜1.30g/cm3が好ましく、特に好ましくは0.70〜1.00g/cm3である。多孔質体の密度が0.60g/cm3未満であると、機械的強度の低下により積層構造体の作成時に取り扱いにくくなる等の問題が懸念され、密度が1.30g/cm3より大きいと、目的のレート特性、低温特性の向上効果が得られにくくなる。
【0040】
当該多孔質体における空孔の平均孔径は0.01〜10μmが好ましく、特に好ましくは0.1〜5.0μmである。この「平均孔径」は、SEM観察により任意の10個の空孔を取り出し、この10個の空孔の孔径の平均値を算出して、平均孔径とした。
【0041】
固体電解質層に使用する電解液(リチウム塩(電解質)+相溶性溶媒)を構成するリチウム塩(電解質)としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4 およびLi(CF3SO22Nからなる群から選ばれる一種または二種以上が使用される。また、相溶性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどが例示され、これらから選ばれるいずれか1種または2種以上の混合物が使用される。混合溶媒を使用する場合は、特に、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートから選ばれる少なくとも一種を含み、更にエチレンカーボネートと、プロピレンカーボネートと、ジメチルカーボネートとを含む混合物が好適である。かかる混合物を構成する各成分の混合比は、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートから選ばれる少なくとも一種においては、25体積%〜50体積%であるのが好ましく、30体積%〜35体積%であるのがより好ましい。エチレンカーボネートにおいては混合比が4体積%〜20体積%であるのが好ましく、6体積%〜18体積%であるのがより好ましい。プロピレンカーボネートにおいては混合比が3体積%〜17体積%であるのが好ましく、5体積%〜15体積%であるのがより好ましい。また、ジメチルカーボネートにおいては混合比が40体積%を超えて60体積%以下であるのが好ましく、45体積%〜55体積%であるのがより好ましい。
【0042】
電解液中のリチウム塩(電解質)濃度は、0.1モル/L〜2モル/Lが好ましく、特に好ましくは0.5モル/L〜1.5モル/Lである。塩(電解質)の濃度がかかる好ましい濃度であれば、レート特性、低温特性の点でより好ましい結果が得られる。
【0043】
なお、電池の使用温度(特に低温使用時)での電解液の結晶化防止等を目的に、上記相溶性溶媒とともに、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、N−メチル−ピロリドン(1−メチル−2−ピロリドン)、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等の可塑剤を使用するのが好ましい。該可塑剤の使用量は相溶性溶媒に対して1重量%〜50重量%程度が好ましい。当該可塑剤を添加することで、フッ素ポリマーに浸透(含浸)させた電解液の結晶化が起こりにくく、固体電解質層の十分なイオン伝導性を確保することができる。
【0044】
固体電解質層の厚みは、シート電極(正極シート電極および負極シート電極)の形状、サイズ等によっても相違するが、一般に平均厚みが5〜100μmが好ましく、特に好ましくは8〜50μm、とりわけ好ましくは10〜30μmである。なお、ここでいう固体電解質層の厚みは正極シート電極および負極シート電極の間に介在させた状態(実際に電池を組み立てた状態)での厚みであり、正極シート電極と負極シート電極の離間距離に等しい。
【0045】
本発明において、固体電解質層の形成方法は特に限定されない。例えば、
(a)ポリマー基質用材料を、押出成形等の公知の成形方法でフィルム状に成形してフィルムとする、若しくは、ポリマー基質用材料と適当な溶媒を混合した塗液(ペースト)を調製して、該塗液(ペースト)を適当なコーターで剥離用基材の表面に塗工して塗膜を形成し、該塗膜を加熱、乾燥後、剥離用基材から剥離することでフィルムとし、得られたフィルムを電解液(リチウム塩を相溶性溶媒に溶解させた溶液)に浸漬してゲル化する方法(電池の作製工程において正極および負極とともに溶液に浸漬する場合も含む。)、(b)電解液用のリチウム塩と相溶性溶媒を適当な溶剤に溶解し、さらにポリマー基質用材料を添加し、必要に応じて加温しながら、ポリマー基質用材料を溶解して塗液(ペースト)を調製し、これを剥離用基材の表面に適当なコーターで塗工して塗膜を形成し、該塗膜を段階的に温度を上げて加熱、乾燥して前記溶剤を蒸発させ、剥離用基材から固体電解質層を剥離する方法、(c)正極シート電極および/または負極の少なくとも一方の面に直接、上記のリチウム塩、相溶性溶媒、ポリマー基質用材料が溶解した塗液(ペースト)による塗膜を形成し、溶剤の蒸発を行って、固体電解質層を形成する方法等が挙げられる。
【0046】
上記(a)〜(c)の方法において、塗液(ペースト)にさらに発泡剤を添加混合し、溶剤の蒸発とともに気泡を発生させるようにすれば、ポリマー基質が多孔質体で存在する固体電解質層を得ることができる。
【0047】
上記(b)および(c)の方法における溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等が好ましい。
【0048】
また、上記ポリマー基質を多孔質体にする場合に用いる発泡剤としては、分解性発泡剤、気体発泡剤、および揮発性発泡剤のいずれも使用できるが、上記(a)の方法では気体発泡剤または揮発性発泡剤が好ましく、気体の発泡剤としては、窒素、炭酸ガス、プロパン、ネオペンタン、メチルエーテル、二塩化二フッ化メタン、n−ブタン、イソブタン等が好適であり、揮発性の発泡剤としては、n−オクタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ブタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール等が好適である。また、上記(b)および(c)の方法では、揮発性発泡剤が好ましく、なかでもn−オクタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール等が特に好ましく、n−オクタノールがとりわけ好ましい。
【0049】
ポリマー基質を多孔質体にする場合の多孔質体の密度は、発泡剤の量や製造時の各種条件を変えることによって調整される。例えば、(a)の方法の場合、発泡剤の量以外で密度(発泡度)に大きく影響する製造条件としては、成形温度、成形速度、成形圧力等である。また、(b)および(c)の方法の場合、発泡剤の量以外で密度(発泡度)に大きく影響する製造条件としては、塗工速度、乾燥温度プロファイル、排気の程度、成形速度等である。
【0050】
シート電極間にセパレータを介在させるタイプの電池において使用される電解液は、前記した固体電解質層のポリマー基質に含浸させる電解液(リチウム塩(電解質)+相溶性溶媒)が使用される。
【0051】
本発明のシート状リチウム二次電池における外装材としては、熱可塑性樹脂ラミネートを片面または両面に有する熱可塑性樹脂ラミネート金属薄板または熱可塑性樹脂ラミネート箔などが好ましい。このような熱可塑性樹脂ラミネートを有する外装材は、水やガスの透過に対する優れた透過防止性ならびに電気絶縁性などの点から、さらには該熱可塑性樹脂の層を利用して内容物を熱融着封止できる点から好ましい。
【0052】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
実施例1
〔負極シート電極の作製〕
負極活物質となる繊維状黒鉛とバインダーとなるポリビニリデンフルオライドとをN−メチルピロリドン中で混合してスラリー化した負極活物質組成物を得た。該負極活物質組成物中、バインダーは10重量%とした。このスラリーを負極用集電体となる厚み15μmの銅箔の両面上に塗布した後、乾燥して圧延を施し、負極活物質層を形成した。負極用集電体にニッケル板を溶接してリードを形成して、下記寸法の矩形の負極シート電極を得た。
シート電極の大きさ:5cm×3cm
シート電極の厚み:160μm
また、同様にして、銅箔の片面のみに負極活物質層を有する、同一サイズの負極シート電極を作製した。
【0053】
〔正極シート電極の作製〕
正極活物質となるLiCoO2、導電材ならびにバインダーとなるポリビニリデンフルオライドをN−メチルピロリドン中で混合し均一に分散して、スラリー化した正極活物質組成物を得た。該正極活物質組成物中、導電材は5重量%、バインダーは4重量%とした。このスラリーを正極用集電体となるアルミニウム板両面上に塗布した後、乾燥して圧延を施し、正極活物質層を形成した。正極用集電体にアルミニウム板を溶接してリードを形成して、下記寸法の矩形の正極シート電極を得た。
シート電極の大きさ:4.8cm×2.8cm
シート電極の厚み:150μm
【0054】
〔多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムの作製〕
ポリビニリデンフルオライドとジメチルホルムアミド(DMF)とn−オクタノールを混合した塗液を調製して、該塗液を基材(アルミ箔)の上に塗工し、塗膜を加熱、乾燥後、基材から剥離することで密度0.75g/cm3、平均厚み25μmの多孔質フィルムとした。そして、このフィルムを所定寸法に切断し、熱プレス金具が破線状の熱プレス機を用いて、上記1枚の正極シート電極を収容し得る大きさの袋を作製した。
【0055】
〔積層構造体の組立て〕
正極シート電極を多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムの袋に収容したもの(8個)と、負極シート電極(両面に活物質層を有するもの7個と、片面に活物質層を有するもの2個)を交互に積み重ねて、各正極シート電極のリードをNi板からなる正極集電端子に溶接し、各負極シート電極のリードをNi板からなる負極集電端子に溶接して積層構造体を組み立てた。
積層構造体の一組の相対する側面(面積が大きい方の一組の側面)の各々に、ポリエチレン製の略くの字状に屈曲する絶縁性屈曲板を、図3に示すように、その凸面が外側に向くように対向配置して取り付けた。なお、絶縁性屈曲板は図4に示すD1とW1の比(D1/W1)を0.35となるものを用いた。そして、かかる積層構造体の最外に位置する2つの負極シート電極のそれぞれの集電体の表面(積層構造体の両主面)と上記積層構造体の一組の相対する側面に対向させた絶縁性屈曲板の凸面に対して幅45mm、厚み40μmの粘着テープ(基材:ポリプロピレン、粘着剤層:アクリル系粘着剤)を粘着して3周巻き付け、積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定した。次に、この粘着テープで結束した積層構造体に、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを50体積%:50体積%の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を濃度が1.0モル/L(調製後の濃度)となるように溶解させた溶液に浸漬して、多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムをゲル化して固体電解質層を形成した。この際、全ての多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムにLiPF6の隅々まで溶液が浸透し、全ての多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムが均一な性状の固体電解質層となるまでに要した時間は、約5分であった。また、各シート電極間に形成された固体電解質層の厚みは22〜28μmの範囲内の略同一厚みであった。
なお、上記電解液の浸透(注液)時間は、電解液を実際に浸透させる時間(作業時間)を種々変更して作製した複数の電池について初回充電を行い、正常な容量(最大容量)が得られるもののうちの浸透時間が最小であったものの時間である。また、上記固体電解質層の厚みはマイクロメータで測定した。
【0056】
〔シート状リチウム二次電池の組立て〕
上記テープ巻き結束した積層構造体を、内側から順に、ヒートシール層、耐電解液性を有する絶縁層、アルミニウム層、絶縁層の積層構造からなるラミネートフィルムからなる外装材(袋状)内に収容し、正極集電端子および負極集電端子が開口部からはみ出すようにして、外装材の開口部を熱融着封止して、シート状リチウム二次電池を完成させた。
【0057】
比較例
積層構造体に絶縁性屈曲板を付設することなく、積層構造体の両主面と積層構造体の一組の相対する側面に粘着テープを粘着して積層構造体をテープ巻き結束した以外は実施例1と同様にして、シート状リチウム二次電池を作製した。なお、積層構造体内の全ての多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムの隅々までLiPF6の溶液が浸透して、全ての多孔質ポリビニリデンフルオライドフィルムが均一な性状の固体電解質層となるまでに要した時間は約60分であった。
【0058】
上記実施例および比較例で作製した電池について、以下の低温特性試験およびレート特性試験を行った。その結果、実施例の電池と比較例の電池とは同等の電池性能を示した。
実施例(低温特性(放電容量変化率)85%、レート特性97%)
比較例(低温特性(放電容量変化率)86%、レート特性97%)
よって、本発明では電解液の浸透させる時間を従来よりも大幅に短縮して、積層構造体内のシート電極間に不要な隙間のない、高性能のシート状リチウム二次電池を得ることができることを確認できた。
【0059】
〔低温特性試験〕
作製したリチウムイオン二次電池について室温で充電を行った後、これを−20℃の大気雰囲気中に24時間放置する。なお、充電は1C(600mA)定電流で電圧が4.2Vとなるまで電流を流した後、続いて全充電時間が2.5時間となるまで4.2V定電圧で電流を流して行った。次に、この−20℃の大気雰囲気中で0.5C(300mAh)/2.5Vカットオフ電圧で放電を行い、その時の放電容量[mA・H]を求める。また、室温(20℃)でも同様の条件で充電と放電を行い、放電容量[mA・H]を求める。さらに、−20℃下での放電容量を室温下での放電容量で割って放電容量変化率を求めた。
【0060】
〔レート特性試験〕
室温(20℃)下で、2C放電を行い、その放電容量の全容量に対する割合を算出した。なお、2Cとは、リチウムイオン二次電池の放電容量(600mA)に対する1200mAの定電流をいう。
【0061】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によれば、発電要素である積層構造体(正極シート電極と負極シート電極をセパレータまたは固体電解質層を介して重ねた単位を複数含む積層構造体)の外周に対してテープを巻き付け、積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定しているにもかかわらず、短時間で積層構造体の隅々まで電解液を浸透させることができ、積層構造体内のシート電極間に不要な隙間がなく(各シート電極がセパレータまたは固体電解質層に一様に密着し)、優れた電池特性、特に、良好な低温特性およびレート特性を示すシート状リチウム二次電池を効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例によるシート状リチウム二次電池に用いる積層構造体(発電要素)の概略斜視図である。
【図2】図1の積層構造体内の正極シート電極と負極シート電極の積層状態を示した要部拡大断面図である。
【図3】図1の積層構造体に屈曲板を付設して粘着テープを巻き付けた状態の概略斜視図である。
【図4】図3に示す屈曲板の積層構造体への付設状態を示す要部拡大図である。
【図5】本発明で使用する屈曲板の他の例(これの積層構造体への付設状態)を示す図である。
【図6】従来のシート状リチウム二次電池における粘着テープが巻き付けられた積層構造体の概略斜視図である。
【符号の説明】
1 正極シート電極
2 負極シート電極
3 積層構造体(発電要素)
3A−1、3A−2 積層構造体の主面
3B−1、3B−2、3C−1、3C−2 積層構造体の側面
4 セパレータまたは固体電解質層
5 粘着テープ
14 隙間
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lithium ion secondary sheet battery.
[0002]
[Prior art]
Lithium secondary batteries with large discharge capacities are attracting attention as batteries for electronic devices such as portable phones and personal computers. Conventionally, as the lithium secondary battery, a three-dimensional battery mainly in a columnar shape or a box shape has been mainly used. However, recently, interest in sheet-like lithium secondary batteries has increased due to space factor and light weight.
[0003]
The advantage of a sheet-like lithium secondary battery is that it is thin, unlike a three-dimensional battery, so the heat dissipation is good and the degree of heat build-up in the battery is low. Even if a flow or a flaw due to a nail or the like occurs, an explosion accident due to lithium combustion inside the battery hardly occurs and it is safe.
[0004]
Usually, in a sheet-like lithium secondary battery, in order to increase the battery capacity, a laminated structure including a plurality of units in which a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode are stacked via a separator or a solid electrolyte layer is formed, and this is generated. Used in the element to increase the effective reaction area of the battery.
[0005]
However, when such a power generation element has such a laminated structure, floating occurs between the sheet electrodes in the laminated structure (a state in which a gap is left between the sheet electrodes), and the internal resistance of the battery increases, so that the battery performance (Especially rate characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, etc.) may deteriorate. Therefore, in order to prevent this, usually, an adhesive tape is wound around the outer periphery of the laminated structure, and a plurality of sheet electrodes constituting the laminated structure are bound and fixed.
[0006]
In binding with the adhesive tape, the adhesive tape is wound around substantially the entire laminated structure so that the entire sheet electrode is in close contact with the separator or the solid electrolyte layer. However, when an adhesive tape is wound around substantially the entire laminated structure, the electrolytic solution is applied to the laminated structure in the step of impregnating the electrolytic solution into the laminated structure (step of impregnating the separator or the solid electrolyte layer with the electrolytic solution). As a result, it becomes difficult to permeate (inflow), and as a result, the time required for the process becomes longer, battery productivity decreases, and the electrolyte does not sufficiently permeate (impregnate) every corner of the laminated structure. In some cases, the battery performance may deteriorate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, the present invention is capable of allowing an electrolytic solution to permeate every corner of a laminated structure in a short time during an impregnation operation of the electrolytic solution into the laminated structure during battery manufacture, and a sheet in the laminated structure It is an object of the present invention to provide a sheet-like lithium secondary battery that has no unnecessary gaps between the electrodes (each sheet electrode is in close contact with the separator or the solid electrolyte layer) and exhibits excellent battery performance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
(1) A laminated structure including a plurality of units in which a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode are stacked via a separator or a solid electrolyte layer is used as a power generation element, and tape is wound around the outer periphery of the laminated structure to constitute the laminated structure A sheet-like lithium secondary battery in which a plurality of sheet electrodes are bound and fixed,
The surface of the two sheet electrodes located at the outermost part of the laminated structure is called the main surface of the laminated structure, and the surface where the end faces of the plurality of sheet electrodes are gathered is called the side surface of the laminated structure. A sheet-like lithium secondary battery characterized in that a gap is formed between the side surface and the tape without contacting the side surface of the body.
(2) The positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode are substantially rectangular sheets, the laminated structure has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and each of the set of opposing side surfaces of the substantially rectangular parallelepiped laminated structure is approximately The sheet-like lithium according to the above (1), wherein a bent plate that is bent in a letter-shape is disposed facing the convex surface outward, and the tape is wound around both main surfaces of the laminated structure and the convex surface of the bent plate. Secondary battery.
(3) The above (1) or (2) wherein a solid electrolyte layer mainly composed of a salt, a compatible solvent, and a fluoropolymer mainly composed of vinylidene fluoride is interposed between the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode. ) The sheet-like lithium secondary battery described.
(4) The density of the fluoropolymer of the solid electrolyte layer is 0.60 to 1.30 g / cm. Three The sheet-like lithium secondary battery according to the above (3), which is a porous body.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
The sheet-like lithium secondary battery of the present invention is obtained by winding a tape around a laminated structure as a power generation element, that is, a laminated structure including a plurality of units in which a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode are stacked via a separator or a solid electrolyte layer. The plurality of sheet electrodes constituting the laminated structure are bound and fixed, but the tape is not brought into contact with the side surface of the laminated structure (that is, the surface where the end surfaces of the plurality of sheet electrodes are gathered), and between the side surface and the tape. A feature is that a gap is formed.
[0010]
1 to 4 show a sheet-like lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic perspective view of a laminated structure as a power generation element, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a laminated state of a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode in the laminated structure, and FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view of a state in which the bending plate is attached and the adhesive tape is wound, and FIG.
[0011]
As shown in FIGS. 1 and 2, the laminated structure 3 as a power generation element is a structure including a plurality of units in which a substantially rectangular positive electrode sheet electrode 1 and a negative electrode sheet electrode 2 are stacked with a separator or a solid electrolyte layer 4 interposed therebetween. Yes, the outer shape is a substantially rectangular parallelepiped.
[0012]
As shown in FIG. 2, each of the positive electrode sheet 1 and the negative electrode electrode 2 constituting the laminated structure 3 is an active material composition in which at least an active material and a binder are mixed, and a conductive material is further mixed as necessary. The layers (the positive electrode active material composition layer 6 and the negative electrode active material composition layer 7) are formed in layers on the sheet-like current collectors 8 and 9, and the active material composition is formed on the separator or the solid electrolyte layer 4. The layers (the positive electrode active material composition layer 6 and the negative electrode active material composition layer 7) are opposed to each other. The collectors 8 and 9 of each sheet electrode (the positive electrode sheet electrode 1 and the negative electrode sheet electrode 2) are provided with an unformed portion (not shown) of the active material composition layer, and leads (not shown) are provided there. For example, it is attached by welding or the like, and the ends of the leads of the plurality of positive electrode sheet electrodes 1 are connected to the positive electrode current collector terminal 10, and the ends of the leads of the negative electrode sheet electrodes 2 are the negative electrode current collector terminals 11 is connected.
[0013]
The surfaces 2a ′ and 2b ′ of the two negative electrode sheets 2a and 2b located on the outermost side of the multilayer structure 3 are called main surfaces of the multilayer structure, and a plurality of sheet electrodes (the positive electrode sheet electrode 1 and the negative electrode sheet electrode 2). 3) is called the side surface of the laminated structure, as shown in FIGS. 3 and 4, the side surface 3C-1 from which the current collecting terminals 10 and 11 protrude and the side surface 3C-2 opposite thereto are Without adhering the adhesive tape (without covering the side surface with the adhesive tape), a set of opposing side surfaces 3B-1 on a side different from the set of opposing side surfaces 3C-1, 3C-2, 3B-2, bending plates 12 and 13 bent substantially in a U-shape are arranged to face each other with their convex surfaces 12A and 13A facing outward, and both main surfaces 3A-1 and 3A-2 of the laminated structure 3 The adhesive tape 5 is wound around substantially the entire convex surfaces 12A and 13A of the bent plates 12 and 13, The sheet electrodes (positive electrode electrode 1 and negative electrode electrode 2) are bound and fixed, and a gap 14 is formed between a pair of opposite side surfaces 3B-1, 3B-2 and the adhesive tape 5 of the laminated structure 3. is doing.
[0014]
In the sheet-like lithium secondary battery, the laminated structure 3 on which the adhesive tape 5 is wound is impregnated with an electrolytic solution (each separator or solid electrolyte layer (its polymer substrate) 4 is impregnated with the electrolytic solution). The laminated structure 3 impregnated with the electrolytic solution is accommodated in a sheet-like exterior material (not shown), and the ends of the positive electrode current collector terminal 10 and the negative electrode current collector terminal 11 are pulled out of the exterior material. In this state, the outer packaging material is sealed.
Note that a laminated structure that has not been impregnated with the electrolytic solution may be accommodated in the exterior material together with the electrolytic solution, and the electrolytic solution may be permeated in the exterior material.
[0015]
FIG. 6 shows a laminated structure in which an adhesive tape of a conventional sheet-like lithium secondary battery is wound, and the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 denote the same or corresponding parts. As can be seen from this figure, in this conventional sheet-like lithium secondary battery, the side surface 3C-1 from which the current collecting terminals 10 and 11 of the laminated structure 3 protrude and the side surface 3C-2 opposite thereto are The adhesive tape is not adhered (the side surface is not covered with the adhesive tape), and the set of opposing side surfaces 3B- on the side different from the set of opposing side surfaces 3C-1 and 3C-2 of the laminated structure 3 1, 3B-2 and a plurality of sheet electrodes (positive electrode sheet 1, negative electrode sheet) constituting the laminated structure 3 by adhering and winding the adhesive tape 5 on substantially the entire area of both main surfaces 3A-1 and 3A-2. The electrode 2) is bound and fixed, and only one set of opposing side surfaces (side surfaces 3C-1 and 3C-2) of the laminated structure 3 is an inflow region of the electrolytic solution.
[0016]
On the other hand, in the sheet-like lithium secondary battery (FIGS. 1 to 4) of the present invention, the adhesive tape is adhered to the side surfaces (a pair of opposing side surfaces 3B-1 and 3B-2) of the laminated structure 3. Without gaps (that is, without contact), the gaps 14 are provided between the side surfaces (the pair of opposing side surfaces 3B-1, 3B-2) and the adhesive tape 5, so that all of the laminated structure 3 Side surfaces (that is, a set of opposite side surfaces 3C-1, 3C-2 on one side and a set of opposite side surfaces 3B-1, 3B-2 on the other side) serve as an inflow region for the electrolyte solution, and are laminated structures The electrolyte solution can be reliably infiltrated (impregnated) to the corners of the body 3 in a short time.
[0017]
The bent plates 12 and 13 bent in a generally U-shape opposed to the opposite side surfaces 3B-1 and 3B-2 of the laminated structure 3 are usually molded bodies of synthetic resin (for example, polyethylene, polypropylene, nylon, etc.). Alternatively, a metal plate or the like with an insulating coating is used. The bent plates 12 and 13 are electrically insulating and need to be strong enough not to be deformed or bent against the tightening force caused by the winding of the adhesive tape. Since it does not act, it must be relatively lightweight. Therefore, the material and thickness are determined in consideration of this point. Generally, the thickness is about 0.05 to 0.5 mm, preferably about 0.1 to 0.3 mm.
[0018]
The bending plates 12 and 13 that bend in a substantially square shape so that the tightening force by the winding of the adhesive tape acts equally from both sides (in the directions of arrows Y1 and Y2 in FIG. 4) of the laminated structure. The flat plate portions 12b and 12c (13b and 13c) on both sides of the bent portion L are preferably substantially the same size. Although the degree of bending differs depending on the thickness of the laminated structure 3, the distance (D1 in FIG. 4) from the side surface 3B-1 (3B-2) to the bent portion L of the laminated structure 3 and the side surface 3B-1 ( The ratio (D1 / W1) to the width (W1 in FIG. 4) of 3B-2) is preferably 0.1 to 1.0, and particularly preferably 0.25 to 0.50. Within such a preferable range, the tightening force due to the winding of the adhesive tape acts more strongly on the laminated structure 3, and the inflow property of the electrolytic solution into the gap 14 during the impregnation treatment with the electrolytic solution is good. 3 quickly penetrates the electrolyte.
[0019]
As shown in FIGS. 5 and 5, the bent plates 12 and 13 that bend in a generally U shape may have both end portions in contact with the side surfaces of the laminated structure as shown in FIGS. Further, the projecting pieces 12a and 13a for attachment are further provided at both ends, and these are sandwiched between the edges of both main surfaces 3A-1 and 3A-2 (the outermost sheet electrodes 2a and 2b) of the laminated structure. It may be. With this configuration, when the adhesive tape is wound, there is no need to hold the bent plate, the workability is improved, and the bent plate presses both main surfaces of the laminated structure. The adhesion between them is further improved.
[0020]
In the sheet-like lithium secondary battery of one specific example described above, the plurality of sheet electrodes constituting the laminated structure 3 are substantially rectangular sheets, and the outer shape of the laminated structure 3 is a substantially rectangular parallelepiped. It is not limited to. The tape winding structure according to the present invention can be implemented as long as the laminated structure has a structure in which a plurality of sheet electrodes (for example, oval shapes) having a pair of sides facing substantially parallel are stacked. Moreover, you may use the bending board bent in other shapes other than the bending plates 12 and 13 bent in the said substantially square shape on the side surface of a laminated structure.
[0021]
In the sheet-like lithium secondary battery of the present invention, the size of one sheet electrode is appropriately selected according to the battery design, but usually 10 to 100 cm. 2 Is selected from the range. Further, the number of units in which the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode are stacked through a separator or a solid electrolyte layer is appropriately selected according to the battery design, but is usually selected from the range of 2 to 20.
[0022]
In the present invention, the adhesive tape 5 is preferably excellent in electrical insulation and resistant to the heat generated by the power generation element and the electrolytic solution, such as vinyl chloride resin, polyester resin, polyolefin resin, cotton, fluorine resin, polyimide resin, etc. It is preferable that a tape base material made of a rubber-based adhesive, an acrylic pressure-sensitive adhesive, a silicone pressure-sensitive adhesive layer, etc. is formed on a tape base material, particularly preferably a polypropylene-based tape base material with an acrylic pressure-sensitive adhesive. An agent layer is formed. The thickness of the tape substrate is preferably about 5 to 100 μm, and the thickness of the pressure-sensitive adhesive layer is preferably about 10 to 50 μm.
[0023]
As shown in FIG. 3, the pressure-sensitive adhesive tape 5 may be thick so as to cover substantially the entire main surface of the laminated structure 3, or may be wound at a plurality of narrow widths.
[0024]
Further, instead of the pressure-sensitive adhesive tape, a tape having no pressure-sensitive adhesive layer (the above-described tape base material) may be used, and the tape may be fixed with a necessary stopper or adhesive after the tape is wound.
[0025]
In the present invention, as the positive electrode active material used for the positive electrode sheet electrode, a known positive electrode active material in a lithium secondary battery can be used, but Li-transition metal composite oxide is preferable, and Li-Co composite oxide, Li-Co composite oxide, Li -At least one compound selected from -Mn composite oxide and Li-Ni composite oxide, particularly preferably Li-Co composite oxide.
[0026]
In addition, as the conductive material used together with the positive electrode active material, natural and artificial graphites such as fibrous graphite, flaky graphite, and spherical graphite, and conductive carbon black, which have been widely used in this field, have been used. Can be used. The amount of the conductive material used is preferably 1% by weight to 10% by weight, more preferably 3% by weight to 7% by weight, per 100 parts by weight of the total amount of the positive electrode active material, the binder and the conductive material used.
[0027]
Moreover, as a binder used with a positive electrode active material, a polytetrafluoroethylene, a polyvinylidene fluoride, polyethylene, an ethylene-propylene-diene type polymer etc. are mentioned as a suitable thing, for example. The amount of the binder used is preferably 1% by weight to 7% by weight and more preferably 2% by weight to 5% by weight per 100 parts by weight of the total amount of the positive electrode active material, the binder and the conductive material.
[0028]
Examples of the positive electrode current collector 8 include a foil or an expanded metal formed of a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, or titanium, and these may have holes formed therein.
[0029]
As a negative electrode active material used for the negative electrode sheet electrode, graphitized carbon is suitably used. Examples of such graphitized carbon include various natural graphites and artificial graphites, for example, graphites such as fibrous graphite, flaky graphite, and spherical graphite. Further, as the binder used together with the negative electrode active material, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, ethylene-propylene-diene-based polymer and the like can be cited as suitable, as in the past, and in particular, polyvinylidene fluoride. Is preferred. The amount of the negative electrode active material used is preferably about 2 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of the negative electrode active material and the binder.
[0030]
Examples of the negative electrode current collector 9 include foils and expanded metals formed of copper, nickel, silver, stainless steel, etc., and these may have holes formed therein.
[0031]
In the case of a battery of a type in which a separator is interposed between the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode, a known separator can be used without limitation, and among them, a polyolefin separator is preferable, and a polyolefin porous separator is particularly preferable. . The polyolefin (porous) separator may be a single layer of a polyethylene layer or a polypropylene layer, or a composite separator in which a polyethylene layer and a polypropylene layer are laminated. The laminated structure of the composite separator is not particularly limited, and various laminated structures such as polyethylene layer / polypropylene layer, polyethylene layer / polypropylene layer / polyethylene layer, and polypropylene layer / polyethylene layer / polypropylene layer can be used.
[0032]
In general, the separator preferably has an average thickness of 5 to 100 μm, particularly preferably 10 to 30 μm. Here, the thickness of the separator is a thickness in a state of being interposed between the positive electrode and the negative electrode (a state where the battery is actually assembled), and is equal to the distance between the positive electrode and the negative electrode.
[0033]
In addition, in the case of a battery of a type in which a solid electrolyte layer is interposed between a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode, a known solid electrolyte layer can be used as the solid electrolyte layer without limitation, but an electrolyte solution (lithium) can be used as a polymer substrate. A solid electrolyte layer prepared so as to be impregnated with gel (salt (electrolyte) + compatible solvent) to be gelled and exhibit ionic conductivity per se is preferable. Among these, polymers using polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl pyridine, polyvinyl chloride, polyvinylidene carbonate, vinylidene fluoride as the main unit (including polyvinylidene fluoride), etc. Are particularly preferable, and those using a fluoropolymer having vinylidene fluoride as a main unit are particularly preferable from the viewpoint of battery rate characteristics, low-temperature characteristics, and the like. If a solid electrolyte layer is used, the gelation can provide better adhesion to the sheet electrode than the separator.
[0034]
The fluoropolymer having vinylidene fluoride as a main unit is a homopolymer of vinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride (PVdF)) or a copolymer of vinylidene fluoride and another vinyl monomer having a fluorine atom. It means a combination, and these may be used alone or in combination. Examples of the vinyl monomer having a fluorine atom other than the vinylidene fluoride include hexafluoropropylene (HFP), chlorotrifluoroethylene (CTFE), and tetrafluoroethylene (TFE). The form of the copolymer may be either random or block. In the case of a copolymer, the proportion of vinylidene fluoride (unit) is preferably 70 mol% or more, particularly preferably 75 mol% or more.
[0035]
In addition, fluoropolymers having vinylidene fluoride as a main unit include carboxyl groups (—COOH) and sulfonic acid groups (—SOOH). 2 OH), carboxylate group (—COOR), amide group (—CONH) 2 ) Or phosphate group (-PO (OH) 2 Or the like. A vinyl monomer polymer having a functional group consisting of, for example, may be grafted (the substituent R in the carboxylic acid ester group (—COOR) has 1 carbon atom such as a methyl group, an ethyl group, or a butyl group). -4 lower alkyl groups). When a polymer containing such a functional group is grafted with a fluoropolymer, the adhesion of the solid electrolyte layer to the sheet electrode is further improved, and the resistance between the electrodes is further reduced. Characteristics and low-temperature characteristics) are further improved. As the vinyl monomer having a functional group, a monomer composed of a compound having 4 or less carbon atoms in the portion excluding the functional group is suitable. As a carboxyl group-containing monomer, one having one carboxyl group such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, vinyl acetic acid, and allylic acetic acid, and one having two or more carboxyl groups such as itaconic acid and maleic acid are also used. Is possible. As the sulfonic acid group-containing monomer, styrene sulfonic acid, vinyl sulfonic acid and the like are suitable. As the carboxylic acid ester group-containing monomer, methyl acrylate, butyl acrylate and the like are preferable. As the amide group-containing monomer, acrylamide or the like is preferable. As the phosphate group-containing monomer, triphenyl phosphate, tricresyl phosphate and the like are suitable. Of these, acrylic acid or methacrylic acid is most preferred.
[0036]
The method for grafting is not particularly limited, but a radiation method is preferred. For example, the polymer chain substrate (the polymer on the side to be grafted) and the graft monomer material may be coexisting, and radiation may be irradiated continuously or intermittently, or more preferably before both are coexisting. Pre-irradiate. As the radiation, electron beam, X-ray or γ-ray is used. Upon irradiation, the polymer substrate is activated by generating free radicals.
[0037]
The degree of grafting can be determined by several factors, but most importantly, the length of time the activated substrate is in contact with the grafting monomer, the degree of preactivity of the substrate by radiation, the grafting monomer The degree to which the material can penetrate the substrate and the temperature at which the substrate and monomer are in contact. For example, when the graft monomer is an acid, the degree of grafting can be monitored by sampling the solution containing the monomer, titrating against a base, and measuring the residual monomer concentration. The degree of grafting is preferably from 2 to 20% of the final weight, particularly preferably from 3 to 12%, particularly preferably from 5 to 10%. The grafting may be performed by a method in which the activation of the polymer substrate (generation of free radicals) is performed by light irradiation or heat.
[0038]
The fluoropolymer having vinylidene fluoride as a main unit preferably has a melt flow index at 230 ° C. and 10 kg of 1.0 g / 10 min or less, more preferably 0.2 to 0.7 g / 10 min. The melt flow index is a value measured by the method described in standard ASTM D 1238. When the melt flow index is 1.0 g / 10 min or less, the mechanical strength of the solid electrolyte layer is improved, and ion conductivity at room temperature is further improved.
[0039]
Moreover, rate characteristics, low-temperature characteristics, and the like are further improved by using a fluoropolymer porous material having vinylidene fluoride as a main unit. The density of the porous body is 0.60 g / cm Three ~ 1.30 g / cm Three Is particularly preferable, 0.70 to 1.00 g / cm Three It is. The density of the porous body is 0.60 g / cm Three If it is less than the above, there is a concern that the mechanical strength is reduced, making it difficult to handle the laminated structure when it is produced, and the density is 1.30 g / cm. Three If it is larger, it becomes difficult to obtain the effect of improving the desired rate characteristics and low temperature characteristics.
[0040]
The average pore diameter of the pores in the porous body is preferably from 0.01 to 10 μm, particularly preferably from 0.1 to 5.0 μm. The “average pore diameter” was determined by taking an arbitrary 10 pores by SEM observation and calculating the average value of the pore diameters of the 10 pores.
[0041]
As the lithium salt (electrolyte) constituting the electrolytic solution (lithium salt (electrolyte) + compatible solvent) used for the solid electrolyte layer, LiClO Four , LiBF Four , LiPF 6 , LiAsF 6 LiAlCl Four And Li (CF Three SO 2 ) 2 One or more selected from the group consisting of N are used. The compatible solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, 1 , 3-dioxolane, 2-methyltetrahydrofuran, diethyl ether and the like are exemplified, and any one or a mixture of two or more selected from these is used. When a mixed solvent is used, a mixture containing at least one selected from diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and further containing ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate is particularly preferable. The mixing ratio of each component constituting the mixture is preferably 25% by volume to 50% by volume and at least 30% by volume to 35% by volume in at least one selected from diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. More preferred. In ethylene carbonate, the mixing ratio is preferably 4% by volume to 20% by volume, and more preferably 6% by volume to 18% by volume. In propylene carbonate, the mixing ratio is preferably 3% by volume to 17% by volume, and more preferably 5% by volume to 15% by volume. Moreover, in dimethyl carbonate, it is preferable that a mixing ratio exceeds 40 volume% and is 60 volume% or less, and it is more preferable that it is 45 volume%-55 volume%.
[0042]
The concentration of the lithium salt (electrolyte) in the electrolytic solution is preferably 0.1 mol / L to 2 mol / L, particularly preferably 0.5 mol / L to 1.5 mol / L. If the salt (electrolyte) concentration is such a preferable concentration, more preferable results can be obtained in terms of rate characteristics and low-temperature characteristics.
[0043]
For the purpose of preventing crystallization of the electrolyte at the battery operating temperature (especially at low temperatures), together with the above compatible solvent, tetraethylene glycol dimethyl ether, N-methyl-pyrrolidone (1-methyl-2-pyrrolidone) It is preferable to use a plasticizer such as ethylene glycol dimethyl ether or diethylene glycol dimethyl ether. The amount of the plasticizer used is preferably about 1% by weight to 50% by weight with respect to the compatible solvent. By adding the plasticizer, crystallization of the electrolyte solution infiltrated (impregnated) into the fluoropolymer hardly occurs, and sufficient ionic conductivity of the solid electrolyte layer can be ensured.
[0044]
The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the shape, size, etc. of the sheet electrode (positive electrode sheet electrode and negative electrode sheet electrode), but generally the average thickness is preferably 5 to 100 μm, particularly preferably 8 to 50 μm, and particularly preferably 10 ˜30 μm. Here, the thickness of the solid electrolyte layer is a thickness in a state of being interposed between the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode (a state where the battery is actually assembled), and a separation distance between the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode. be equivalent to.
[0045]
In the present invention, the method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited. For example,
(A) A polymer substrate material is formed into a film by a known molding method such as extrusion, or a coating liquid (paste) is prepared by mixing a polymer substrate material and an appropriate solvent. The coating liquid (paste) is coated on the surface of the peeling substrate with an appropriate coater to form a coating film, and the coating film is heated, dried, and then peeled off from the peeling substrate to form a film. A method of gelling by immersing the obtained film in an electrolytic solution (a solution in which a lithium salt is dissolved in a compatible solvent) (including a case of immersing in a solution together with a positive electrode and a negative electrode in a battery manufacturing process), (b ) Dissolve lithium salt for electrolyte and compatible solvent in a suitable solvent, add polymer matrix material, and dissolve polymer matrix material while heating as necessary. Prepare the substrate for peeling A method of forming a coating film by coating with a suitable coater on the surface, heating and drying the coating film in stages, evaporating the solvent, and peeling the solid electrolyte layer from the peeling substrate (C) A coating film is formed directly on at least one surface of the positive electrode sheet electrode and / or the negative electrode by the coating solution (paste) in which the lithium salt, the compatible solvent, and the polymer substrate material are dissolved, and the solvent is evaporated. And a method of forming a solid electrolyte layer.
[0046]
In the above methods (a) to (c), if a foaming agent is further added to and mixed with the coating liquid (paste) to generate bubbles along with the evaporation of the solvent, the solid electrolyte in which the polymer substrate exists in a porous body A layer can be obtained.
[0047]
As the solvent in the methods (b) and (c), for example, tetrahydrofuran (THF), dimethylacetamide, dimethylformamide and the like are preferable.
[0048]
Moreover, as a foaming agent used when making the said polymer substrate porous, any of a decomposable foaming agent, a gas foaming agent, and a volatile foaming agent can be used, but in the method of said (a), a gas foaming agent is used. Or a volatile foaming agent is preferable, and as a gaseous foaming agent, nitrogen, carbon dioxide, propane, neopentane, methyl ether, dichloromethane difluoride, n-butane, isobutane, etc. are suitable, and a volatile foaming agent. N-octanol, 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl- 2-Butanol and the like are preferred. In the above methods (b) and (c), a volatile foaming agent is preferable, and n-octanol, 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol and the like are particularly preferable, and n-octanol is particularly preferable. .
[0049]
The density of the porous body when the polymer substrate is made into a porous body is adjusted by changing the amount of the foaming agent and various conditions during production. For example, in the case of the method (a), the production conditions that greatly affect the density (foaming degree) other than the amount of the foaming agent are molding temperature, molding speed, molding pressure, and the like. In the case of the methods (b) and (c), the production conditions that greatly affect the density (foaming degree) other than the amount of the foaming agent include the coating speed, the drying temperature profile, the degree of exhaust, and the molding speed. is there.
[0050]
As the electrolytic solution used in the battery of the type in which the separator is interposed between the sheet electrodes, the electrolytic solution (lithium salt (electrolyte) + compatible solvent) impregnated in the polymer substrate of the solid electrolyte layer is used.
[0051]
As an exterior material in the sheet-like lithium secondary battery of the present invention, a thermoplastic resin laminate metal sheet or a thermoplastic resin laminate foil having a thermoplastic resin laminate on one side or both sides is preferable. The exterior material having such a thermoplastic resin laminate is used to further melt the contents by using the thermoplastic resin layer from the viewpoint of excellent permeation prevention against water and gas permeation and electrical insulation. This is preferable because it can be sealed.
[0052]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
[Production of negative electrode sheet electrode]
A negative electrode active material composition was obtained by mixing fibrous graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder in N-methylpyrrolidone to form a slurry. In the negative electrode active material composition, the binder was 10% by weight. The slurry was applied on both sides of a 15 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector, and then dried and rolled to form a negative electrode active material layer. A nickel plate was welded to the negative electrode current collector to form a lead to obtain a rectangular negative electrode sheet electrode having the following dimensions.
Sheet electrode size: 5cm x 3cm
Sheet electrode thickness: 160 μm
Similarly, negative electrode sheets of the same size having a negative electrode active material layer only on one side of the copper foil were produced.
[0053]
[Preparation of positive electrode sheet electrode]
LiCoO as positive electrode active material 2 Then, a conductive material and polyvinylidene fluoride serving as a binder were mixed in N-methylpyrrolidone and uniformly dispersed to obtain a slurry-formed positive electrode active material composition. In the positive electrode active material composition, the conductive material was 5% by weight and the binder was 4% by weight. The slurry was applied on both surfaces of an aluminum plate serving as a positive electrode current collector, and then dried and rolled to form a positive electrode active material layer. An aluminum plate was welded to the positive electrode current collector to form a lead to obtain a rectangular positive electrode sheet electrode having the following dimensions.
Sheet electrode size: 4.8 cm × 2.8 cm
Sheet electrode thickness: 150 μm
[0054]
[Preparation of porous polyvinylidene fluoride film]
A coating solution is prepared by mixing polyvinylidene fluoride, dimethylformamide (DMF) and n-octanol. The coating solution is applied onto a substrate (aluminum foil), and the coating is heated and dried. Density of 0.75 g / cm by peeling from the material Three A porous film having an average thickness of 25 μm was obtained. And this film was cut | disconnected to the predetermined dimension, and the bag of the magnitude | size which can accommodate the said one positive electrode sheet electrode was produced using the hot press machine whose hot press metal fitting is a broken line shape.
[0055]
[Assembly of laminated structure]
A positive electrode sheet electrode accommodated in a porous polyvinylidene fluoride film bag (eight) and a negative electrode sheet electrode (seven having an active material layer on both sides and two having an active material layer on one side) Are stacked alternately, the lead of each positive electrode sheet electrode is welded to the positive electrode current collector terminal made of Ni plate, and the lead of each negative electrode sheet electrode is welded to the negative electrode current collector terminal made of Ni plate to assemble the laminated structure. .
As shown in FIG. 3, an insulating bent plate that is bent in a substantially square shape made of polyethylene is provided on each of a pair of opposing side surfaces (a set of side surfaces having a larger area) as shown in FIG. The convex surfaces were placed facing each other so that they face outward. In addition, the insulating bending plate was used in which the ratio of D1 and W1 (D1 / W1) shown in FIG. 4 is 0.35. Then, the surfaces of the current collectors (both main surfaces of the laminated structure) of the two negative electrode sheets positioned on the outermost side of the laminated structure are opposed to a pair of opposing side surfaces of the laminated structure. A plurality of sheet electrodes constituting a laminated structure by adhering an adhesive tape (base: polypropylene, adhesive layer: acrylic adhesive) 45 mm wide and 40 μm thick to the convex surface of the insulative bending plate and winding three times. Was fixed. Next, a mixed structure obtained by mixing ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate at a ratio of 50% by volume: 50% by volume to the laminated structure bound with this adhesive tape, LiPF 6 Was immersed in a solution in which the concentration was 1.0 mol / L (concentration after preparation), and the porous polyvinylidene fluoride film was gelled to form a solid electrolyte layer. At this time, all the porous polyvinylidene fluoride films were LiPF. 6 It took about 5 minutes for the solution to permeate every corner and for all the porous polyvinylidene fluoride films to become a solid electrolyte layer with uniform properties. Moreover, the thickness of the solid electrolyte layer formed between each sheet electrode was substantially the same thickness within the range of 22-28 micrometers.
The electrolyte solution permeation (injection) time is the first charge for a plurality of batteries manufactured by changing the time (working time) for actually infiltrating the electrolyte solution, and the normal capacity (maximum capacity) is It is the time of the penetration time that was minimal among the ones obtained. The thickness of the solid electrolyte layer was measured with a micrometer.
[0056]
[Assembly of sheet-like lithium secondary battery]
The laminated structure bundled with the tape is housed in an exterior material (bag-like) made of a laminate film composed of a laminated structure of a heat seal layer, an electrolytic solution-resistant insulating layer, an aluminum layer, and an insulating layer in order from the inside. Then, the positive electrode current collector terminal and the negative electrode current collector terminal protruded from the opening, and the opening of the exterior material was heat-sealed and sealed to complete a sheet-like lithium secondary battery.
[0057]
Comparative example
Implemented without attaching an insulating bent plate to the laminated structure, except that the laminated structure was taped and bonded to both main surfaces of the laminated structure and a pair of opposing side surfaces of the laminated structure. In the same manner as in Example 1, a sheet-like lithium secondary battery was produced. In addition, LiPF to every corner of all porous polyvinylidene fluoride films in the laminated structure 6 It took about 60 minutes for the solution to penetrate and all the porous polyvinylidene fluoride films to become a solid electrolyte layer with uniform properties.
[0058]
The batteries produced in the above Examples and Comparative Examples were subjected to the following low temperature characteristic test and rate characteristic test. As a result, the battery of the example and the battery of the comparative example showed equivalent battery performance.
Example (low temperature characteristics (discharge capacity change rate) 85%, rate characteristics 97%)
Comparative example (low temperature characteristics (discharge capacity change rate) 86%, rate characteristics 97%)
Therefore, in the present invention, it is possible to obtain a high-performance sheet-like lithium secondary battery in which the time for allowing the electrolytic solution to penetrate is significantly shortened compared to the conventional case, and there is no unnecessary gap between the sheet electrodes in the laminated structure. It could be confirmed.
[0059]
[Low temperature characteristics test]
The prepared lithium ion secondary battery is charged at room temperature, and then left in an atmosphere of −20 ° C. for 24 hours. The charging was performed by flowing a current at a constant voltage of 1 C (600 mA) until the voltage reached 4.2 V, and then flowing a current at a constant voltage of 4.2 V until the total charging time reached 2.5 hours. . Next, discharge is performed at 0.5 C (300 mAh) /2.5 V cut-off voltage in the air atmosphere at −20 ° C., and the discharge capacity [mA · H] at that time is obtained. Further, charging and discharging are performed under the same conditions at room temperature (20 ° C.), and the discharge capacity [mA · H] is obtained. Furthermore, the discharge capacity change rate was calculated by dividing the discharge capacity at −20 ° C. by the discharge capacity at room temperature.
[0060]
[Rate characteristics test]
2C discharge was performed under room temperature (20 degreeC), and the ratio with respect to the total capacity of the discharge capacity was computed. 2C refers to a constant current of 1200 mA with respect to the discharge capacity (600 mA) of the lithium ion secondary battery.
[0061]
【Effect of the invention】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a laminated structure (a laminated structure including a plurality of units in which a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode are stacked via a separator or a solid electrolyte layer) as a power generation element is provided. Although the tape is wound around the outer periphery and the plurality of sheet electrodes constituting the laminated structure are bound and fixed, the electrolyte can be permeated to every corner of the laminated structure in a short time. There is no unnecessary gap between the sheet electrodes in the body (each sheet electrode is in close contact with the separator or solid electrolyte layer), and excellent battery characteristics, particularly good low temperature characteristics and rate characteristics. A battery can be manufactured efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a laminated structure (power generation element) used in a sheet-like lithium secondary battery according to an example of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a laminated state of a positive electrode sheet electrode and a negative electrode sheet electrode in the laminated structure of FIG. 1. FIG.
3 is a schematic perspective view of a state in which a bending plate is attached to the laminated structure of FIG. 1 and an adhesive tape is wound thereon. FIG.
4 is an enlarged view of a main part showing a state in which the bent plate shown in FIG. 3 is attached to the laminated structure.
FIG. 5 is a view showing another example of the bent plate used in the present invention (attached state to the laminated structure).
FIG. 6 is a schematic perspective view of a laminated structure in which an adhesive tape is wound in a conventional sheet-like lithium secondary battery.
[Explanation of symbols]
1 Positive electrode sheet electrode
2 Negative electrode
3 Laminated structure (power generation element)
3A-1, 3A-2 Main surface of laminated structure
3B-1, 3B-2, 3C-1, 3C-2 Side surface of laminated structure
4 Separator or solid electrolyte layer
5 Adhesive tape
14 Clearance

Claims (4)

正極シート電極と負極シート電極をセパレータまたは固体電解質層を介して重ねた単位を複数含む積層構造体を発電要素とし、該積層構造体にテープを巻き付け、該積層構造体を構成する複数のシート電極を結束固定したシート状リチウム二次電池であって、
積層構造体の最外に位置する2枚のシート電極の表面を積層構造体の主面と呼び、複数のシート電極の端面が集合した面を積層構造体の側面と呼ぶとして、テープが積層構造体の側面に接触せず、該側面とテープ間に隙間が形成されていることを特徴とするシート状リチウム二次電池。
A plurality of sheet electrodes laminated structure of the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode comprises a plurality of units stacked via a separator or a solid electrolyte layer and the power generating element, wrapped around the tape laminate structure, constituting the laminated structure A sheet-like lithium secondary battery in which
The surface of the two sheet electrodes located at the outermost part of the laminated structure is called the main surface of the laminated structure, and the surface where the end faces of the plurality of sheet electrodes are gathered is called the side surface of the laminated structure. A sheet-like lithium secondary battery characterized in that a gap is formed between the side surface and the tape without contacting the side surface of the body.
正極シート電極および負極シート電極が矩形のシートであり、積層構造体が直方体の外形を有し、該直方体の積層構造体の一組の相対する側面の各々に、くの字状に屈曲する屈曲板がその凸面を外側に向けて対向配置され、テープが積層構造体の両主面と屈曲板の凸面に対して巻き付けられている請求項1記載のシート状リチウム二次電池。A positive electrode sheet electrode and the sheet negative electrode sheet electrode is rectangular-shaped, has layered structure the outer shape of the straight rectangular parallelepiped, in each of a pair of opposite sides of the laminated structure of the straight rectangular parallelepiped, dogleg 2. A sheet-like lithium secondary battery according to claim 1, wherein the bent plate is bent oppositely with its convex surface facing outward, and the tape is wound around both main surfaces of the laminated structure and the convex surface of the bent plate. . 正極シート電極と負極シート電極間に、塩と相溶性溶媒とビニリデンフルオライドを主単位とするフッ素ポリマーとを主体成分とする固体電解質層を介在させている請求項1または2記載のシート状リチウム二次電池。The sheet-like lithium according to claim 1 or 2, wherein a solid electrolyte layer mainly composed of a salt, a compatible solvent, and a fluoropolymer mainly composed of vinylidene fluoride is interposed between the positive electrode sheet electrode and the negative electrode sheet electrode. Secondary battery. 固体電解質層のフッ素ポリマーが密度0.60〜1.30g/cm3の多孔質体である請求項3記載のシート状リチウム二次電池。The sheet-like lithium secondary battery according to claim 3 , wherein the fluoropolymer of the solid electrolyte layer is a porous body having a density of 0.60 to 1.30 g / cm 3 .
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