JP5428407B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents
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Description
本発明はリチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is eagerly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.
モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。従って、全ての電池の中で比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having a relatively high theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.
リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case.
従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素、特に黒鉛系材料が用いられてきた。また、最近では、高容量の負極活物質として、リチウムと合金化しうる材料などが研究されている。例えば、Si材料は、充放電において1molあたり4.4molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li22Si5においては4200mAh/g程度もの理論容量を有する。このようにリチウムと合金化しうる材料は電極のエネルギー密度を増加させることができるため、車両用途における負極材料として期待されている。 Conventionally, carbon that is advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost, particularly graphite-based materials, has been used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery. Recently, materials capable of being alloyed with lithium have been studied as high-capacity negative electrode active materials. For example, Si material occludes and releases 4.4 mol of lithium ions per mol during charge / discharge, and Li 22 Si 5 has a theoretical capacity of about 4200 mAh / g. Thus, since the material which can be alloyed with lithium can increase the energy density of an electrode, it is anticipated as a negative electrode material in a vehicle use.
しかしながら、このような大容量を有する炭素材料やリチウムと合金化する材料を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池の多くは、初期充放電時の不可逆容量が大きい。このため、充填された正極の容量利用率が低下し、電池のエネルギー密度が低下するという問題がある。ここで、不可逆容量とは、リチウムイオン二次電池において、初期充電で負極中に吸蔵されたリチウムの全てを放電によって放出することはできず、放電後も負極中に残留するリチウム量のことを意味する。この不可逆容量の問題は、高容量が要求される車両用途への実用化において大きな開発課題となっており、不可逆容量を抑制する試みが盛んに行われている。 However, many of the lithium ion secondary batteries using such a carbon material having a large capacity or a material alloyed with lithium as a negative electrode active material have a large irreversible capacity during initial charge / discharge. For this reason, there exists a problem that the capacity utilization factor of the filled positive electrode falls and the energy density of a battery falls. Here, the irreversible capacity refers to the amount of lithium remaining in the negative electrode even after the discharge in the lithium ion secondary battery, in which all of the lithium occluded in the negative electrode during the initial charge cannot be released by the discharge. means. This problem of irreversible capacity has become a major development issue in the practical application to vehicle applications that require high capacity, and attempts to suppress the irreversible capacity have been actively made.
このような不可逆容量に相当するリチウムを補填する技術として、集電体の表面と負極活物質層との間に金属リチウムからなるリチウム層を配置する技術が知られている(特許文献1を参照)。この開示によれば、負極の不可逆容量に相当するリチウムがリチウム層からのドープにより供給されることによって、電池作製後の充電により正極から供給されるリチウムが負極の不可逆分として浪費されず、放電容量が向上する、としている。 As a technique for supplementing lithium corresponding to such irreversible capacity, a technique is known in which a lithium layer made of metallic lithium is disposed between the surface of a current collector and a negative electrode active material layer (see Patent Document 1). ). According to this disclosure, lithium corresponding to the irreversible capacity of the negative electrode is supplied by doping from the lithium layer, so that lithium supplied from the positive electrode by charging after the battery is manufactured is not wasted as an irreversible part of the negative electrode and discharged. The capacity will be improved.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、リチウム層に含まれるリチウムはプレドープされるとリチウム層から消失する。このため、プレドープ後の負極において集電体と負極活物質層との間の密着性が低下するという問題がある。このように密着性が低下すると、電池の充放電時において負極活物質層が膨張収縮した場合に、集電体と負極活物質層との界面で応力が発生し、負極活物質層からの活物質の脱落などの問題が発生する虞がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, lithium contained in the lithium layer disappears from the lithium layer when pre-doped. For this reason, in the negative electrode after a pre dope, there exists a problem that the adhesiveness between a collector and a negative electrode active material layer falls. When the adhesion decreases in this way, when the negative electrode active material layer expands and contracts during charging and discharging of the battery, stress is generated at the interface between the current collector and the negative electrode active material layer, and the active material from the negative electrode active material layer is activated. There is a possibility that problems such as dropping off of substances may occur.
そこで本発明は、プレドープ後の負極における集電体と負極活物質層との間の密着性の低下を最小限に抑制しつつ、不可逆容量に相当するリチウムを補填しうる技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a technique that can compensate for lithium corresponding to irreversible capacity while minimizing a decrease in adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer in the negative electrode after pre-doping. Objective.
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、リチウムイオン二次電池用負極において、集電体の表面の所定割合の領域に空隙部を存在させることで上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, in the negative electrode for a lithium ion secondary battery, it was found that the above-mentioned problems can be solved by causing the voids to exist in a predetermined proportion of the surface of the current collector, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体と、当該集電体上に形成された、負極活物質を含む負極活物質層とを有する。そして、当該集電体の表面の10〜60%(面積割合)に、当該集電体の面方向に間欠的に配置されてなる空隙部が存在する点に特徴を有する。 That is, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a current collector and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the current collector. And it has the characteristics in the point which the space | gap part arrange | positioned intermittently in the surface direction of the said collector exists in 10 to 60% (area ratio) of the surface of the said collector.
本発明によれば、集電体の表面に存在する空隙部が、電池の充放電時の負極活物質層の膨張収縮を吸収することで、集電体−負極活物質層界面における応力の発生が緩和される。その結果、プレドープ後における集電体と負極活物質層との間の密着性の低下を最小限に抑制しつつ、不可逆容量に相当するリチウムを補填することが可能となる。 According to the present invention, the voids present on the surface of the current collector absorb the expansion and contraction of the negative electrode active material layer during charge / discharge of the battery, thereby generating stress at the current collector-negative electrode active material layer interface. Is alleviated. As a result, it is possible to compensate for lithium corresponding to the irreversible capacity while minimizing a decrease in adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer after pre-doping.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.
[負極]
図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極を示す模式断面図である。以下、図1に示すリチウムイオン二次電池用負極を例に挙げて説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。
[Negative electrode]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the negative electrode for a lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 will be described as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.
図1に示す本実施形態の負極1は、集電体2と、集電体2の両面側に形成された負極活物質層3とを有する。また、集電体2には、集電体2の面方向に間欠的に、貫通孔2aが形成されている。なお、貫通孔2aが「間欠的に形成される」とは、貫通孔2aどうしがある距離(一定でも不定でもよい)をもって存在するように形成されることを意味する。 A negative electrode 1 of this embodiment shown in FIG. 1 has a current collector 2 and negative electrode active material layers 3 formed on both sides of the current collector 2. Further, the current collector 2 is formed with through holes 2 a intermittently in the surface direction of the current collector 2. The through holes 2a being “intermittently formed” means that the through holes 2a are formed so as to exist with a certain distance (which may be constant or indefinite).
本実施形態において、集電体2は、図2(図1に示す負極に用いられる集電体の平面図)に示すような格子状の平面形状を有している。集電体2のそれぞれの面側に形成された負極活物質層3は、貫通孔2aを介して互いに結着している。さらに、集電体2の貫通孔2a以外の部位(図2の網掛け部)の表面には、空隙部4が存在している。空隙部4の存在する割合は、集電体の表面の面積100%に対して、例えば20%である。なお、本実施形態のように集電体2の貫通孔2a以外の部位のすべての表面に空隙部4が存在する場合には、貫通孔2aの存在する割合は、集電体の表面の面積100%に対して、(100−空隙部の存在割合)[%]と算出される。上述したように空隙部の存在割合が20%のとき、貫通孔の存在割合は80%となる。 In the present embodiment, the current collector 2 has a grid-like planar shape as shown in FIG. 2 (a plan view of the current collector used in the negative electrode shown in FIG. 1). The negative electrode active material layers 3 formed on the respective surface sides of the current collector 2 are bound to each other through the through holes 2a. Furthermore, a gap 4 exists on the surface of the current collector 2 other than the through hole 2a (the shaded portion in FIG. 2). The ratio of the void 4 is 20% with respect to 100% of the surface area of the current collector, for example. In addition, when the space | gap part 4 exists in all the surfaces of site | parts other than the through-hole 2a of the electrical power collector 2 like this embodiment, the ratio in which the through-hole 2a exists is the surface area of an electrical power collector. With respect to 100%, it is calculated as (100−existence ratio of voids) [%]. As described above, when the existence ratio of the voids is 20%, the existence ratio of the through holes is 80%.
なお、図示は省略するが、図1に示す形態において空隙部4は、集電体2の面方向に対して規則的かつ周期的に存在している。ここで、「空隙部が規則的かつ周期的に存在する」とは、空隙部が一定の規則に従って(図1および図2に示す形態では所定の間隔を置いて)存在し、かつ、その規則的な配置が繰り返されていることを意味する。なお、集電体2の平面図における貫通孔の配置形態は特に制限されず、図2に示す形態以外の形態が採用されてもよい。また、場合によっては、空隙部4が集電体2の表面にランダムに存在する形態もまた、採用されうる。 In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the space | gap part 4 exists regularly and periodically with respect to the surface direction of the electrical power collector 2 in the form shown in FIG. Here, “the gaps exist regularly and periodically” means that the gaps exist according to a certain rule (with a predetermined interval in the form shown in FIGS. 1 and 2), and the rule It means that the general arrangement is repeated. In addition, the arrangement | positioning form of the through-hole in the top view of the electrical power collector 2 is not restrict | limited in particular, Forms other than the form shown in FIG. 2 may be employ | adopted. Moreover, depending on the case, the form which the space | gap part 4 exists in the surface of the electrical power collector 2 at random can also be employ | adopted.
以下、本実施形態の負極1を構成する部材について説明するが、下記の形態のみに制限されることはない。 Hereinafter, although the member which comprises the negative electrode 1 of this embodiment is demonstrated, it is not restrict | limited only to the following form.
[集電体]
集電体2は導電性材料から構成される。集電体2を構成する材料は、導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、鉄、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金またはカーボンが挙げられる。なお、非導電性高分子からなる基材に導電性フィラーが分散されてなる構成を有するいわゆる「樹脂集電体」もまた、集電体の一形態として採用されうる。集電体2の厚さは特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。
[Current collector]
The current collector 2 is made of a conductive material. The material which comprises the electrical power collector 2 will not be restrict | limited especially if it has electroconductivity, For example, a metal and a conductive polymer may be employ | adopted. Specific examples include iron, chromium, nickel, manganese, titanium, molybdenum, vanadium, niobium, aluminum, copper, silver, gold, platinum, and carbon. A so-called “resin current collector” having a configuration in which a conductive filler is dispersed in a base material made of a non-conductive polymer can also be adopted as one form of the current collector. Although the thickness of the electrical power collector 2 is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.
図1に示す形態において、集電体2は面方向に間欠的に形成された貫通孔2aを有している。貫通孔2aの形成は間欠的なものであるため、集電体2の貫通孔が形成されない部位の導通は全体にわたって確保されており、集電体としての機能に問題はない(図2を参照)。なお、集電体2に形成される貫通孔2aのサイズや数などの具体的な形態に特に制限はなく、本発明の作用効果が発揮されうる限り、適宜設定されうる。一例として、1つの貫通孔2aのサイズ(直径)は、0.1〜10mm程度である。 In the form shown in FIG. 1, the current collector 2 has through holes 2 a formed intermittently in the surface direction. Since the formation of the through-hole 2a is intermittent, the conduction of the part where the through-hole of the current collector 2 is not formed is ensured throughout, and there is no problem in the function as the current collector (see FIG. 2). ). In addition, there is no restriction | limiting in particular in specific forms, such as a size and the number of through-holes 2a formed in the electrical power collector 2, As long as the effect of this invention can be exhibited, it can set suitably. As an example, the size (diameter) of one through hole 2a is about 0.1 to 10 mm.
図1に示す形態においては、貫通孔2aが存在することにより、集電体2の両面側に形成された負極活物質層3は、前記貫通孔2aを介して互いに結着している。このように、集電体2が貫通孔2aを有する形態は、集電体2の両側の面に極性の同じ活物質層(好ましくは、負極活物質層)が配置される場合(つまり、後述する双極型でない電池に用いられる場合)にのみ採用可能なものである。ここで、上述した特許文献1に記載の技術では、集電体と負極活物質層との界面の全体にリチウム層が設けられている。かような構成では、リチウム層からのリチウムのドープ後には、集電体と負極活物質層とを繋ぎ止めていたリチウム層が消失するため、リチウムのドープ後には集電体と負極活物質層との結着性が低下するという問題があった。これに対し、図1に示すように貫通孔2aを介して集電体2の両面側の活物質層どうしが結着していると、負極1における負極活物質層3の結着性がより一層向上する。その結果、負極活物質の膨張収縮に伴う活物質の脱落などの問題の発生がより一層抑制されうる。なお、この効果は図1に示す実施形態に特有のものであり、本発明に包含されるすべての実施形態がかような効果を発揮するわけではない。 In the form shown in FIG. 1, the presence of the through hole 2a allows the negative electrode active material layers 3 formed on both sides of the current collector 2 to be bonded to each other through the through hole 2a. Thus, the form in which the current collector 2 has the through-holes 2a is a case where active material layers having the same polarity (preferably, a negative electrode active material layer) are disposed on both sides of the current collector 2 (that is, described later). It can be used only for non-bipolar batteries. Here, in the technique described in Patent Document 1 described above, a lithium layer is provided on the entire interface between the current collector and the negative electrode active material layer. In such a configuration, after the lithium is doped from the lithium layer, the lithium layer that holds the current collector and the negative electrode active material layer disappears. Therefore, after the lithium is doped, the current collector and the negative electrode active material layer are lost. There was a problem that the binding property with the lowering. On the other hand, when the active material layers on both sides of the current collector 2 are bonded through the through-hole 2a as shown in FIG. 1, the binding property of the negative electrode active material layer 3 in the negative electrode 1 is further increased. Further improve. As a result, it is possible to further suppress the occurrence of problems such as falling off of the active material accompanying expansion and contraction of the negative electrode active material. This effect is unique to the embodiment shown in FIG. 1, and not all embodiments included in the present invention exhibit such an effect.
図1および図2に示す形態において、集電体2における貫通孔2aの存在割合は、集電体の表面の面積100%に対して、好ましくは40〜90%であり、より好ましくは55〜90%であり、さらに好ましくは70〜90%である。本実施形態においては、貫通孔2aの存在割合が40%以上であれば、貫通孔2aを介して結着する両面側の負極活物質層の結着性が十分に確保されうる。一方、貫通孔2aの存在割合が90%以下であれば、活物質層において発生した電気を外部へ取り出すという集電体本来の機能が十分に発揮されうる。なお、貫通孔2aは集電体2の少なくとも一部に設けられていればよいが、上述した作用効果を十分に発揮させるという観点からは、貫通孔2aは集電体2の全面に均一に設けられることが好ましい。 In the form shown in FIG. 1 and FIG. 2, the proportion of the through holes 2a in the current collector 2 is preferably 40 to 90%, more preferably 55 to 100% of the surface area of the current collector. 90%, more preferably 70 to 90%. In the present embodiment, if the existence ratio of the through holes 2a is 40% or more, the binding properties of the negative electrode active material layers on both sides that are bonded through the through holes 2a can be sufficiently ensured. On the other hand, if the ratio of the through holes 2a is 90% or less, the original function of the current collector for taking out the electricity generated in the active material layer to the outside can be sufficiently exhibited. The through-hole 2a may be provided in at least a part of the current collector 2. However, from the viewpoint of sufficiently exerting the above-described effects, the through-hole 2a is uniformly formed on the entire surface of the current collector 2. It is preferable to be provided.
ここで、図1には集電体2が貫通孔2aを有する形態を図示したが、本発明の技術的範囲はかような形態のみには限定されない。例えば、集電体2が貫通孔2aを有しない形態も採用可能である。例えば、図3に示すように、貫通はしていないものの集電体2の表面に凹部2bが設けられ、当該凹部2b以外の部位の表面に空隙部4が存在する形態もまた、採用されうる。また、図4に示すように、平坦な集電体2の表面に空隙部4が設けられる形態が採用されてもよい。図3や図4に示すように貫通孔が存在しない実施形態であっても、負極活物質層3の少なくとも一部が集電体2と結着しているという点で、特許文献1に記載の技術とは異なる。そして、かような構成によれば、リチウムドープ後も負極活物質層3の少なくとも一部は集電体2との結着が確保される。このため、これらの形態でもやはり、特許文献1に記載の技術における結着性の低下とそれに伴う種々の問題の発生は抑制されることになる。また、これらの形態では、図1や図2に示す形態よりも、負極活物質層3が集電体2と接触する面積が大きい。よって、集電体2と負極活物質層3との導通がより確実に確保されるという利点もある。 Here, FIG. 1 shows a form in which the current collector 2 has the through holes 2a, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form. For example, a configuration in which the current collector 2 does not have the through hole 2a can be employed. For example, as shown in FIG. 3, a configuration in which a recess 2 b is provided on the surface of the current collector 2 but is not penetrating and a gap 4 is present on the surface of a portion other than the recess 2 b can also be adopted. . Moreover, as shown in FIG. 4, the form by which the space | gap part 4 is provided in the surface of the flat electrical power collector 2 may be employ | adopted. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, even in an embodiment in which no through hole is present, it is described in Patent Document 1 in that at least a part of the negative electrode active material layer 3 is bound to the current collector 2. Different from the technology. According to such a configuration, at least a part of the negative electrode active material layer 3 is secured to the current collector 2 even after lithium doping. For this reason, also in these forms, the deterioration of the binding property in the technique described in Patent Document 1 and the occurrence of various problems associated therewith are suppressed. Moreover, in these forms, the area where the negative electrode active material layer 3 is in contact with the current collector 2 is larger than in the forms shown in FIGS. 1 and 2. Therefore, there is an advantage that conduction between the current collector 2 and the negative electrode active material layer 3 is ensured more reliably.
図1に示す形態において、集電体2の貫通孔2a以外の部位(すなわち、図2に示す集電体の本体)の表面には、空隙部4が存在している。空隙部4のサイズや数などの具体的な形態についても特に制限はなく、本発明の作用効果が発揮されうる限り、適宜設定されうる。集電体2と負極活物質層3との密着性の低下を抑制するという本発明の作用効果を十分に発揮させるという観点からは、1つの空隙部4の深さ(電池の積層方向のサイズ)は、好ましくは10〜300μmであり、より好ましくは20〜200μmであり、さらに好ましくは30〜150μmであり、特に好ましくは40〜100μmである。なお、本実施形態の負極1における空隙部4の存在は、電池を完全に放電した後に電池から取り出した電極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、集電体2と負極活物質層3との間に空隙が存在するか否かを判断することにより、確認されうる。また、空隙部4は集電体2の表面の少なくとも一部に設けられていればよいが、上述した作用効果を十分に発揮させるという観点からは、空隙部4は集電体2の貫通孔2a以外の部位の全面に均一に設けられることが好ましい。 In the form shown in FIG. 1, there are voids 4 on the surface of the current collector 2 other than the through holes 2 a (that is, the current collector main body shown in FIG. 2). There is no restriction | limiting in particular also about specific forms, such as the size of the space | gap part 4, and a number, As long as the effect of this invention can be exhibited, it can set suitably. From the viewpoint of sufficiently exerting the effect of the present invention that suppresses the decrease in adhesion between the current collector 2 and the negative electrode active material layer 3, the depth of one gap portion 4 (size in the stacking direction of the battery) ) Is preferably 10 to 300 μm, more preferably 20 to 200 μm, still more preferably 30 to 150 μm, and particularly preferably 40 to 100 μm. The presence of the void 4 in the negative electrode 1 of the present embodiment is obtained by observing a cross section of the electrode taken out from the battery after the battery is completely discharged with a scanning electron microscope (SEM), and the current collector 2 and the negative electrode active material. This can be confirmed by determining whether or not there is a void between the layer 3. The gap 4 may be provided on at least a part of the surface of the current collector 2, but the gap 4 is a through-hole of the current collector 2 from the viewpoint of sufficiently exerting the above-described effects. It is preferably provided uniformly over the entire surface other than 2a.
以上、集電体2の両面の側に空隙部4が存在する場合を図示して説明したが、本発明の技術的範囲はかような形態のみには限定されない。例えば、図5に示すように、集電体2の一方の面側のみに空隙部4が存在する形態もまた、採用されうる。集電体2の一方の面側のみに空隙部4が存在する場合には、以下の(1)〜(2)の形態がより好ましい。ただし、これら以外の形態が本発明の技術的範囲から外れるわけではない。 As described above, the case where the gap 4 is present on both sides of the current collector 2 has been illustrated and described, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form. For example, as shown in FIG. 5, a mode in which the gap 4 exists only on one surface side of the current collector 2 can also be adopted. In the case where the gap 4 is present only on one surface side of the current collector 2, the following forms (1) to (2) are more preferable. However, forms other than these do not depart from the technical scope of the present invention.
(1)集電体2の空隙部4の存在しない面側に、負極活物質層3は存在しない;
(2)空隙部4が存在する面側に形成される負極活物質層3に含まれる負極活物質量は空隙部4が存在しない面側に形成される負極活物質層3に含まれる負極活物質量よりも多い;
なお、集電体2が貫通孔2aを有する場合、それぞれの側の負極活物質層3は、集電体2における電極の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A1を含み紙面に垂直な面)を基準に分けられる。
(1) The negative electrode active material layer 3 does not exist on the surface side of the current collector 2 where the void 4 does not exist;
(2) The amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 3 formed on the surface side where the void portion 4 exists is the same as that of the negative electrode active material layer 3 formed on the surface side where the void portion 4 does not exist. More than the amount of substance;
In the case where the current collector 2 has a through-hole 2a, the negative electrode active material layer 3 on each side, the center plane of the lamination direction of the electrodes in the current collector 2 (the paper surface comprises a one-dot chain line A 1 shown in FIG. 5 Vertical plane).
また、上記(1)〜(2)のより好ましい形態として、やはり図5に示すように、当該空隙部4の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A2を含み紙面に垂直な面)が負極全体の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A3を含み紙面に垂直な面)よりも集電体2側に位置する形態が挙げられる。なお、「負極全体の積層方向の中心面」とは、集電体2とその両面側に形成された負極活物質層3の合計厚さ(図5に示す距離L1)の中心の面を意味する。これらの形態によれば、より均一にリチウムがドープされた形態の負極が提供されうるため、好ましい。なお、図5に示す形態において、空隙部4の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A2を含み紙面に垂直な面)と負極全体の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A3を含み紙面に垂直な面)との距離(図5に示す距離L2)は特に制限されない。ただし、より均一なリチウムのドープを可能とするという観点からは、L1に対するL2の比(L2/L1)は、好ましくは0〜0.5であり、より好ましくは0.1〜0.4であり、さらに好ましくは0.2〜0.3である。 Further, as a more preferred embodiment, also shown in FIG. 5, the central plane (plane perpendicular to the plane including the one-dot chain line A 2 shown in FIG. 5 in the stacking direction of the void portion 4 (1) to (2) ) it can be cited embodiment positioned on the current collector 2 side than the center plane of the lamination direction of the entire negative electrode (plane perpendicular to the plane including the dot-dash line a 3 shown in FIG. 5). The “center plane in the stacking direction of the entire negative electrode” refers to the center plane of the total thickness (distance L 1 shown in FIG. 5) of the current collector 2 and the negative electrode active material layer 3 formed on both sides thereof. means. These forms are preferable because a negative electrode in which lithium is more uniformly doped can be provided. Note that in the embodiment shown in FIG. 5, the center plane of the lamination direction of the air gap 4 center plane of the (plane perpendicular to the paper surface comprises a one-dot chain line A 2 shown in FIG. 5) and the entire negative electrode stacking direction (a point shown in FIG. 5 The distance (distance L 2 shown in FIG. 5) from the plane that includes the chain line A 3 and is perpendicular to the paper surface is not particularly limited. However, more possible from the viewpoint of a uniform doping of lithium, the ratio of L 2 for L 1 (L 2 / L 1 ) is preferably 0 to 0.5, more preferably 0.1 0.4, and more preferably 0.2 to 0.3.
図6は、本発明の他の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極を示す模式断面図である。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to another embodiment of the present invention.
図6に示す本実施形態の負極1は、集電体2と、集電体2の両面側に形成された負極活物質層3とを有する。また、集電体2の表面には、集電体2の面方向に間欠的に、凹部5が形成されている。本実施形態において、集電体2の表面には、図7に示すような格子状の平面形状をなすように、凹部5が形成されている。凹部5の存在する割合は、集電体の表面の面積100%に対して、例えば20%である。なお、本実施形態は、集電体2の表面を彫り込むように(集電体2の内部に)凹部5が設けられている点で、集電体2の内部ではなく集電体2の表面に接する空間に空隙部4が設けられている上記実施形態とは異なる。ただし、本実施形態における凹部5は、上述した実施形態における空隙部4に対応し、同様の機能を発揮する。つまり、凹部5は、電池の充放電時の負極活物質層の膨張収縮を吸収するという機能を有する。これにより、集電体−負極活物質層界面における応力の発生が緩和され、プレドープ後における集電体と負極活物質層との間の密着性の低下が抑制されるのである。 A negative electrode 1 of the present embodiment shown in FIG. 6 includes a current collector 2 and a negative electrode active material layer 3 formed on both sides of the current collector 2. In addition, on the surface of the current collector 2, recesses 5 are formed intermittently in the surface direction of the current collector 2. In the present embodiment, a recess 5 is formed on the surface of the current collector 2 so as to form a grid-like planar shape as shown in FIG. The proportion of the recesses 5 is, for example, 20% with respect to 100% of the surface area of the current collector. In the present embodiment, the concave portion 5 is provided so as to engrave the surface of the current collector 2 (inside the current collector 2). This is different from the above embodiment in which the gap 4 is provided in the space in contact with the surface. However, the recessed part 5 in this embodiment respond | corresponds to the space | gap part 4 in embodiment mentioned above, and exhibits the same function. That is, the concave portion 5 has a function of absorbing expansion and contraction of the negative electrode active material layer during charging / discharging of the battery. Thereby, generation | occurrence | production of the stress in an electrical power collector-negative electrode active material layer interface is relieve | moderated, and the fall of the adhesiveness between the electrical power collector after a pre dope and a negative electrode active material layer is suppressed.
図6に示す実施形態において、凹部5のサイズや配置形態などの具体的な形態は特に制限されず、本発明の作用効果が発揮されうる限り、適宜設定されうる。一例として、集電体2と負極活物質層3との密着性の低下を抑制するという本発明の作用効果を十分に発揮させるという観点からは、凹部5の深さ(電池の積層方向のサイズ)は、好ましくは2〜30μmであり、より好ましくは3〜20μmであり、さらに好ましくは4〜10μmであり、特に好ましくは5〜8μmである。なお、本実施形態の負極1における凹部5の存在は、電池を完全に放電した後に電池から取り出した電極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、集電体2の表面に凹部が存在するか否かを判断することにより、確認されうる。 In the embodiment shown in FIG. 6, specific forms such as the size and arrangement of the recesses 5 are not particularly limited, and can be appropriately set as long as the effects of the present invention can be exhibited. As an example, from the viewpoint of sufficiently exerting the effect of the present invention that suppresses a decrease in adhesion between the current collector 2 and the negative electrode active material layer 3, the depth of the recess 5 (the size in the stacking direction of the battery). ) Is preferably 2 to 30 μm, more preferably 3 to 20 μm, still more preferably 4 to 10 μm, and particularly preferably 5 to 8 μm. In addition, the presence of the recess 5 in the negative electrode 1 of the present embodiment is observed by observing a cross section of the electrode taken out from the battery after completely discharging the battery with a scanning electron microscope (SEM). It can be confirmed by determining whether or not it exists.
図6に示す形態において、集電体2における凹部5の存在割合は、集電体の表面の面積100%に対して、好ましくは10〜60%であり、より好ましくは30〜60%であり、さらに好ましくは40〜60%である。本実施形態においては、凹部5の存在割合が10%以上であれば、集電体と負極活物質層との間の密着性の低下を抑制するという作用効果が十分に発揮されうる。一方、凹部5の存在割合が60%以下であれば、活物質層において発生した電気を外部へ取り出すという集電体本来の機能が十分に発揮されうる。なお、凹部5は集電体2の少なくとも一部に設けられていればよいが、上述した作用効果を十分に発揮させるという観点からは、凹部5は集電体2の全面に均一に設けられることが好ましい。なお、図6に示す形態において、凹部5の平面配列形状は格子状であるが、かような形態のみには制限されず、平行に配列された直線状その他の任意の配列形状が採用されうる。 In the form shown in FIG. 6, the proportion of the recesses 5 in the current collector 2 is preferably 10 to 60%, more preferably 30 to 60% with respect to 100% of the surface area of the current collector. More preferably, it is 40 to 60%. In the present embodiment, when the ratio of the recesses 5 is 10% or more, the effect of suppressing the decrease in the adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer can be sufficiently exerted. On the other hand, if the proportion of the recesses 5 is 60% or less, the original function of the current collector for taking out the electricity generated in the active material layer to the outside can be sufficiently exhibited. In addition, although the recessed part 5 should just be provided in at least one part of the electrical power collector 2, the recessed part 5 is uniformly provided in the whole surface of the electrical power collector 2 from a viewpoint of fully exhibiting the effect mentioned above. It is preferable. In the form shown in FIG. 6, the planar array shape of the recesses 5 is a lattice shape, but is not limited to such a form, and a linear or other arbitrary array shape arranged in parallel can be adopted. .
[負極活物質層]
負極活物質層3は負極活物質を含み、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電助剤、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)などをさらに含みうる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 3 contains a negative electrode active material, and if necessary, a conductive additive, binder, electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.) for increasing electrical conductivity, and ion conductivity. The electrolyte support salt (lithium salt) may be further included.
負極活物質層3中に含まれる成分の配合比は特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。また、活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、負極活物質層3の厚さは、2〜100μm程度である。 The compounding ratio of the components contained in the negative electrode active material layer 3 is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the lithium ion secondary battery. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of an active material layer, The conventionally well-known knowledge about a lithium ion secondary battery can be referred suitably. For example, the thickness of the negative electrode active material layer 3 is about 2 to 100 μm.
(負極活物質)
負極活物質はリチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、リチウムと合金化しうる元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化しうる元素を含む形態としては、リチウムと合金化しうる元素の単体、これらの元素を含む酸化物および炭化物等が挙げられる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium, but preferably contains an element that can be alloyed with lithium. Examples of the form containing an element that can be alloyed with lithium include simple elements that can be alloyed with lithium, oxides and carbides containing these elements, and the like.
リチウムと合金化しうる元素を用いることにより、従来の炭素材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量の電池を得ることが可能となる。また、リチウムと合金化しうる元素を含む材料はリチウムのドープ時に特に急激な発熱反応を起こし、炭素材料などの他の負極活物質に比べて発熱量を増加させる。上述したように、本実施形態では、保護層4が存在することによりリチウムと負極活物質との過剰な反応が抑制される点に特徴を有する。よって、リチウムとの反応による発熱量が大きいこれらの活物質を用いた場合に本発明の作用効果がより顕著に発揮される。 By using an element that can be alloyed with lithium, a high-capacity battery having a higher energy density than that of a conventional carbon material can be obtained. In addition, a material containing an element that can be alloyed with lithium causes a particularly rapid exothermic reaction when lithium is doped, and increases the amount of heat generation as compared with other negative electrode active materials such as a carbon material. As described above, the present embodiment is characterized in that the presence of the protective layer 4 suppresses excessive reaction between lithium and the negative electrode active material. Therefore, when these active materials having a large calorific value due to reaction with lithium are used, the effects of the present invention are more remarkably exhibited.
リチウムと合金化しうる元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、負極活物質は、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、SiまたはSnの元素を含むことがより好ましく、Siを含むことが特に好ましい。酸化物としては、一酸化ケイ素(SiO)、二酸化スズ(SnO2)、一酸化スズ(SnO)などを用いることができる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Elements that can be alloyed with lithium are not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl and the like can be mentioned. Among these, from the viewpoint that a battery excellent in capacity and energy density can be configured, the negative electrode active material contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is preferable to include Si, Sn elements are more preferable, and Si is particularly preferable. As the oxide, silicon monoxide (SiO), tin dioxide (SnO 2 ), tin monoxide (SnO), or the like can be used. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
この他、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム金属等の金属材料、リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:Li4Ti5O12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物、およびその他の従来公知の負極活物質が使用可能である。場合によっては、これらの負極活物質が2種以上併用されてもよい。 In addition, carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, metal materials such as lithium metal, lithium-transition metal composite oxides such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ), In addition, other conventionally known negative electrode active materials can be used. In some cases, two or more of these negative electrode active materials may be used in combination.
ただし、容量を向上させるためには、リチウムと合金化しうる元素を含む負極活物質を多く活物質中に含むことが好ましい。より好ましい形態において、具体的には、負極活物質中、リチウムと合金化しうる元素を含む活物質が60質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは100質量%含まれる。 However, in order to improve the capacity, it is preferable to include a large amount of a negative electrode active material containing an element that can be alloyed with lithium in the active material. In a more preferred form, specifically, in the negative electrode active material, the active material containing an element capable of alloying with lithium is 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, particularly preferably. 100% by mass is contained.
(導電助剤)
導電助剤とは、導電性を向上させるために配合される添加物をいう。本実施形態において用いられうる導電助剤は特に制限されず、従来公知の形態が適宜参照されうる。例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conductive aid)
A conductive assistant means the additive mix | blended in order to improve electroconductivity. The conductive auxiliary agent that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and conventionally known forms can be appropriately referred to. Examples thereof include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.
(バインダ)
バインダとしては、以下に制限されることはないが、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド、およびアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、およびユリア樹脂などの熱硬化性樹脂、ならびにスチレン−ブタジエンゴム(SBR)などのゴム系材料が挙げられる。
(Binder)
Examples of the binder include, but are not limited to, thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyimide, and acrylic resins, epoxy resins, polyurethane resins, And thermosetting resins such as urea resin, and rubber-based materials such as styrene-butadiene rubber (SBR).
(電解質・支持塩)
電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、それらの共重合体などのリチウム塩を含むイオン伝導性ポリマー(固体高分子電解質)などが挙げられるが、これらに制限されることはない。
(Electrolyte / Supporting salt)
Examples of the electrolyte include, but are not limited to, ion conductive polymers (solid polymer electrolytes) including lithium salts such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. There is nothing.
支持塩(リチウム塩)としては、以下に制限されないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩が挙げられる。これらの支持塩は、単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The supporting salt (lithium salt), but are not limited to, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, inorganic acid anion salts such as Li 2 B 10 Cl 10; LiCF 3 SO 3 , organic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more.
[負極の製造方法]
上述した実施形態のリチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、特に制限されない。例えば、上述した実施形態の負極を製造する際には、まず、空隙部4(図1に示す形態の場合)または凹部5(図6に示す形態の場合)に金属リチウムが充填されてなる構造を有する負極前駆体を作製する。次いで、得られた負極前駆体を用いて従来公知の手法により発電要素を作成し、これをエージング処理する。これにより、発電要素の内部に組込まれた形態として、負極1が完成する。つまり、本発明の代表的な形態においては、負極の製造は、電池の製造と併せて行なわれることになる。よって、上述した実施形態の負極の製造方法については、当該負極が用いられる電池の具体的な構成を説明した後に、電池の製造方法と併せて説明することとする。
[Production method of negative electrode]
The manufacturing method of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of embodiment mentioned above is not restrict | limited in particular. For example, when manufacturing the negative electrode of the above-described embodiment, first, a structure in which the gap 4 (in the case shown in FIG. 1) or the recess 5 (in the case shown in FIG. 6) is filled with metallic lithium. The negative electrode precursor which has this is produced. Next, a power generation element is prepared by a conventionally known method using the obtained negative electrode precursor, and this is subjected to an aging treatment. Thereby, the negative electrode 1 is completed as a form incorporated in the power generation element. That is, in a typical embodiment of the present invention, the negative electrode is manufactured together with the battery. Therefore, the negative electrode manufacturing method according to the above-described embodiment will be described together with the battery manufacturing method after the specific configuration of the battery in which the negative electrode is used.
[電池]
上述した実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極は、リチウムイオン二次電池に用いられうる。すなわち、本発明の一形態は、上述した実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極を含む、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池の構造および形態は、双極型電池、双極型でない積層型電池(単に、「積層型電池」とも称する)など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。以下、本発明のリチウムイオン二次電池の構造について説明する。
[battery]
The negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on embodiment mentioned above can be used for a lithium ion secondary battery. That is, one embodiment of the present invention is a lithium ion secondary battery including the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the above-described embodiment. The structure and form of the lithium ion secondary battery are not particularly limited, such as a bipolar battery and a non-bipolar stacked battery (also simply referred to as “stacked battery”), and can be applied to any conventionally known structure. Hereinafter, the structure of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
図8は、双極型でない積層型のリチウムイオン二次電池(積層型電池)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。このタイプの電池には、上述の図1、3〜6のいずれの形態の負極も用いられうる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked lithium ion secondary battery (stacked battery) that is not bipolar. In this type of battery, the negative electrode in any of the above-described FIGS. 1 and 3 to 6 can be used.
図8に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートシートを電池の外装として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素21を収納し密封した構成を有している。 As shown in FIG. 8, the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior. Have. Specifically, the power generation element 21 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate sheet as the battery exterior and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.
発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、正極、電解質層および負極がこの順に積層されている。 The power generation element 21 includes a positive electrode in which the positive electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 17, and a negative electrode in which the negative electrode active material layer 15 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 12. It has a stacked configuration. Specifically, the positive electrode, the electrolyte layer, and the negative electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. .
これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層12が配置されている。なお、図8とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面のみに負極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the lithium ion battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. The positive electrode active material layer 12 is disposed only on one side of the outermost positive electrode current collector located in both outermost layers of the power generation element 21. In addition, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 8 so that the outermost negative electrode current collector is located in both outermost layers of the power generation element 21, and the negative electrode is formed only on one side of the outermost negative electrode current collector. An active material layer may be arranged.
正極集電体11および負極集電体12には、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板25および負極集電板27がそれぞれ取り付けられている。そして、これらの集電板(25、27)はそれぞれ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出されている。正極集電板25および負極集電板27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are respectively attached with a positive electrode current collector plate 25 and a negative electrode current collector plate 27 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode). These current collector plates (25, 27) are led out of the laminate sheet 29 so as to be sandwiched between the end portions of the laminate sheet 29, respectively. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode, respectively, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown) as necessary. Or resistance welding or the like.
一方、本発明は、双極型リチウムイオン二次電池(双極型電池)にも適用されうる。このタイプの電池には、上述の図3、4、6の形態の負極が用いられうる。 On the other hand, the present invention can also be applied to a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery). In this type of battery, the negative electrode in the form shown in FIGS. 3, 4, and 6 can be used.
図9に示す本実施形態の双極型電池10’は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。 The bipolar battery 10 ′ of this embodiment shown in FIG. 9 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is a battery exterior material.
図9に示すように、本実施形態の双極型電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、前記集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極を有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。 As shown in FIG. 9, the power generation element 21 of the bipolar battery 10 according to the present embodiment includes a positive electrode active material layer 13 that is electrically coupled to one surface of the current collector 11. A plurality of bipolar electrodes having a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface is provided. Each bipolar electrode is stacked via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. Electrodes and electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is disposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode.
隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部31が配置されている。該シール部31を設けることで、隣接する集電体11間を絶縁し、隣接する電極間の接触による短絡を防止することもできる。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層13が形成されてもよい。 The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. By providing the seal portion 31, it is possible to insulate between the adjacent current collectors 11 and prevent a short circuit due to contact between adjacent electrodes. A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.
さらに、図9に示す双極型電池10’では、正極側最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートシート29から導出している。 Further, in the bipolar battery 10 ′ shown in FIG. 9, the positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the positive electrode side outermost layer current collector 11a, and this is extended and led out from the laminate sheet 29 which is a battery exterior material. ing. On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the negative electrode side outermost layer current collector 11b, which is similarly extended and led out from the laminate sheet 29 which is an exterior of the battery.
以下、上述した電池を構成する負極以外の構成要素について、簡単に説明するが、下記の形態のみには限定されない。 Hereinafter, components other than the negative electrode constituting the battery described above will be briefly described, but are not limited to the following modes.
[正極(正極活物質層)]
正極活物質層13は正極活物質を含み、必要に応じて他の添加剤を含みうる。正極活物質層13の構成要素のうち、正極活物質以外は、負極活物質層15について上述したのと同様の形態が採用されうるため、ここでは説明を省略する。正極活物質層13に含まれる成分の配合比および正極活物質層の厚さについても特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。
[Positive electrode (positive electrode active material layer)]
The positive electrode active material layer 13 includes a positive electrode active material, and may include other additives as necessary. Among the constituent elements of the positive electrode active material layer 13, except for the positive electrode active material, the same form as described above for the negative electrode active material layer 15 can be adopted, and thus the description thereof is omitted here. The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer 13 and the thickness of the positive electrode active material layer are not particularly limited, and conventionally known knowledge about the lithium ion secondary battery can be appropriately referred to.
正極活物質は、特にリチウムの吸蔵放出が可能な材料であれば特に限定されず、リチウムイオン二次電池に通常用いられる正極活物質が利用されうる。具体的には、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、例えば、LiMn2O4などのLi−Mn系複合酸化物、LiNiO2などのLi−Ni系複合酸化物、LiNi0.5Mn0.5O2などのLi−Ni−Mn系複合酸化物が挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium, and a positive electrode active material usually used for a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, a lithium-transition metal composite oxide is preferable. For example, a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4, a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0. A Li—Ni—Mn based composite oxide such as 5 O 2 can be given. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.
[電解質層]
電解質層17は、正極活物質層と負極活物質層との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 17 functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. In addition, it also has a function of holding an electrolyte that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging.
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。 There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises an electrolyte layer, Polymer electrolytes, such as a liquid electrolyte and a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte, can be used suitably.
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)などのカーボネート類が挙げられる。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3などの電極の活物質層に添加されうる化合物を同様に用いることができる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). As the supporting salt (lithium salt), LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, electrodes such as LiAsF 6, LiSO 3 CF 3 A compound that can be added to the active material layer can be similarly used.
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。 On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and a polymer solid electrolyte containing no electrolytic solution.
ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。 The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such a matrix polymer, an electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved.
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。 In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, or the like.
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。 The polymer solid electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a polymer solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。 A matrix polymer of a polymer gel electrolyte or a polymer solid electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte, using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed. In addition, the said electrolyte may be contained in the active material layer of an electrode.
[シール部]
シール部31は、双極型電池に特有の部材であり、電解質層17の漏れを防止する目的で単電池層19の外周部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。図9に示す形態において、シール部31は、隣接する2つの単電池層19を構成するそれぞれの集電体11で挟持され、電解質層17の基材であるセパレータの外周縁部を貫通するように、単電池層19の外周部に配置されている。シール部31の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[Seal part]
The seal portion 31 is a member unique to the bipolar battery, and is disposed on the outer peripheral portion of the single cell layer 19 for the purpose of preventing leakage of the electrolyte layer 17. In addition to this, it is possible to prevent current collectors adjacent in the battery from coming into contact with each other and a short circuit due to a slight unevenness at the end of the laminated electrode. In the form shown in FIG. 9, the seal portion 31 is sandwiched between the respective current collectors 11 constituting the two adjacent single cell layers 19 so as to penetrate the outer peripheral edge portion of the separator that is the base material of the electrolyte layer 17. Further, it is arranged on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. Examples of the constituent material of the seal portion 31 include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, epoxy resins, rubber, and polyimide. Of these, polyolefin resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film-forming properties, economy, and the like.
[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。また、最外層集電体(11a、11b)を延長することにより集電板としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The material which comprises a current collector plate (25, 27) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be made of the same material or different materials. Further, the outermost layer current collector (11a, 11b) may be extended to form a current collector plate, or a separately prepared tab may be connected to the outermost layer current collector.
[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the collector 11 and the current collector plates (25, 27) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.
[外装]
外装としては、図8や図9に示すようなラミネートシート29が用いられうる。ラミネートシートは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。なお、場合によっては、従来公知の金属缶ケースもまた、外装として用いられうる。
[Exterior]
As the exterior, a laminate sheet 29 as shown in FIGS. 8 and 9 can be used. For example, the laminate sheet may be configured as a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order. In some cases, a conventionally known metal can case can also be used as an exterior.
本実施形態の積層型電池10や双極型電池10’は、上述した実施形態の負極を用いている。よって、これらの電池では、電池の充放電時の負極活物質層の膨張収縮に起因する応力の発生が緩和される。その結果、集電体と負極活物質層との間の密着性の低下が最小限に抑制されうる。 The stacked battery 10 and the bipolar battery 10 ′ of the present embodiment use the negative electrode of the above-described embodiment. Therefore, in these batteries, the generation of stress due to the expansion and contraction of the negative electrode active material layer during charge / discharge of the battery is alleviated. As a result, a decrease in adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer can be minimized.
[組電池]
上述した実施形態の積層型電池10や双極型電池10’は、複数個接続されて組電池を構成してもよい。詳しくは、少なくとも2つの電池が、直列化あるいは並列化あるいはその両方で接続されることにより、組電池が構成されうる。この際、直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery]
A plurality of the stacked batteries 10 and the bipolar batteries 10 ′ of the above-described embodiments may be connected to form an assembled battery. Specifically, an assembled battery can be configured by connecting at least two batteries in series, parallel, or both. At this time, it is possible to freely adjust the capacity and voltage by serialization and parallelization.
本実施形態の組電池を構成する二次電池の数および接続の仕方は、電池に求める出力および容量に応じて決定されうる。本実施形態によれば、信頼性の高い組電池が提供されうる。また、本実施形態の組電池を構成することにより、組電池を構成する1つの単電池層(単セル)の劣化による組電池全体への影響を低減することもできる。 The number of secondary batteries constituting the assembled battery of the present embodiment and the manner of connection can be determined according to the output and capacity required of the battery. According to this embodiment, a highly reliable assembled battery can be provided. In addition, by configuring the assembled battery of the present embodiment, it is possible to reduce the influence on the entire assembled battery due to deterioration of one single battery layer (single cell) constituting the assembled battery.
図10は、本発明の一実施形態に係る組電池の外観図であって、図10(A)は組電池の平面図であり、図10(B)は組電池の正面図であり、図10(C)は組電池の側面図である。 FIG. 10 is an external view of an assembled battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 10 (A) is a plan view of the assembled battery, and FIG. 10 (B) is a front view of the assembled battery. 10 (C) is a side view of the assembled battery.
図10に示す形態では、上述した実施形態の電池(10、10’)が複数、直列および/または並列に接続されて装脱着可能な小型の組電池35が形成されている。そして、この装脱着可能な小型の組電池35がさらに複数、直列および/または並列に接続され、組電池37とされている。これにより、組電池37は、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池37とされる。作製した装脱着可能な小型の組電池35は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続され、この組電池35は接続治具39を用いて複数段積層される。何個の非水電解質二次電池を接続して組電池35を作成するか、また、何段の組電池35を積層して組電池37を作成するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。本実施形態の組電池は、上述した実施形態の電池を用いて構成されていることから、耐久性に優れる。 In the form shown in FIG. 10, a plurality of batteries (10, 10 ') of the above-described embodiment are connected in series and / or in parallel to form a small assembled battery 35 that can be attached and detached. A plurality of small assembled batteries 35 that can be attached and detached are connected in series and / or in parallel to form an assembled battery 37. As a result, the assembled battery 37 is an assembled battery 37 having a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require high volume energy density and high volume output density. The assembled and removable small assembled batteries 35 are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries 35 are stacked in a plurality of stages using a connection jig 39. How many non-aqueous electrolyte secondary batteries are connected to create the assembled battery 35, and how many assembled batteries 35 are stacked to create the assembled battery 37 depends on the mounted vehicle (electric vehicle). Depending on the battery capacity and output. Since the assembled battery of this embodiment is comprised using the battery of embodiment mentioned above, it is excellent in durability.
[車両]
上述した実施形態の二次電池(10、10’)や組電池37は、車両の駆動用電源として用いられうる。これらの二次電池または組電池は、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いられうる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車が提供されうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両であれば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The secondary battery (10, 10 ′) and the assembled battery 37 of the above-described embodiment can be used as a power source for driving the vehicle. These secondary batteries or assembled batteries are, for example, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all are automobiles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks and buses, light vehicles), etc.) as well as motorcycles ( Motorcycles) and tricycles). Thereby, a long-life and highly reliable automobile can be provided. However, the application is not limited to automobiles. For example, if it is another vehicle, it can be applied to various power sources for moving bodies such as trains, and it can be used for mounting uninterruptible power supplies and the like. It can also be used as a power source.
図11は、図10に示す実施形態の組電池37を搭載した車両の概念図である。 FIG. 11 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery 37 of the embodiment shown in FIG.
図11に示すように、組電池37を電気自動車40のような車両に搭載するには、電気自動車40の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池37を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームに搭載してもよい。以上のような組電池37を用いた電気自動車40は優れた耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。 As shown in FIG. 11, in order to mount the assembled battery 37 on a vehicle such as the electric vehicle 40, the battery pack 37 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 40. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 37 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or may be mounted in an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 40 using the assembled battery 37 as described above has excellent durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.
[電池の製造方法]
上記の[負極の製造方法]の欄でも説明したように、本発明の代表的な実施形態において、負極の製造は、電池の製造と併せて行なわれる。以下、かような形態について詳細に説明するが、下記の形態のみに限定されるわけではない。
[Battery manufacturing method]
As described above in the section [Method for Manufacturing Negative Electrode], in a typical embodiment of the present invention, the negative electrode is manufactured together with the battery. Hereinafter, although such a form is demonstrated in detail, it is not necessarily limited to the following form.
まず、図1に示す形態の負極を用いる場合を例に挙げて、説明する。すなわち、本発明の一形態によれば、集電体前駆体の表面に、金属リチウムからなるリチウム層を形成する工程(リチウム層形成工程)と、リチウム層が形成された前記集電体前駆体を格子状に加工して格子状集電体を得る工程(格子状集電体作製工程)と、前記格子状集電体の表面に、負極活物質を含むスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層が形成されてなる負極を作製する工程(負極活物質層形成工程)と、前記負極を用いて発電要素を作製する工程(発電要素作製工程)と、前記発電要素をエージングする工程(エージング工程)とを含む、リチウムイオン二次電池の製造方法が提供される。かような方法を用いることにより、発電要素の作製とそのエージングによる電池の製造と併せて、図1に示す形態の負極が製造可能である。また、リチウム層の形成後に格子状集電体を得ることから、簡便な手法により集電体の所望の部位(例えば、全面)に均一にリチウム層を配置することができる。その結果、エージング工程におけるリチウムのプレドープが均一になされるという利点がある。また、格子状集電体の形成時にリチウム層の表面積が増大する結果、プレドープ速度を向上させるという効果も得られる。さらに、箔状のリチウム金属を集電体の表面にそのまま貼付してリチウム層を設ける場合、リチウム量をプレドープに用いるのに十分な量に抑えるには、工業的に製造が困難なほど薄いリチウム箔を用いる必要がある。これに対し、上述の製造方法によれば、集電体を格子状に加工する前にリチウム層を形成することから、この際に用いるリチウム箔としては比較的厚めのものを採用することが可能となる。以下、工程順に説明する。 First, the case where the negative electrode having the form shown in FIG. 1 is used will be described as an example. That is, according to one aspect of the present invention, a step of forming a lithium layer made of metallic lithium on the surface of the current collector precursor (lithium layer forming step), and the current collector precursor in which the lithium layer is formed Applying a slurry containing a negative electrode active material to the surface of the grid-shaped current collector, and drying the grid-shaped current collector (grid-shaped current collector preparation process). A step of producing a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed (negative electrode active material layer forming step), a step of producing a power generation element using the negative electrode (power generation element production step), and a step of aging the power generation element (Aging process) is provided, and the manufacturing method of a lithium ion secondary battery is provided. By using such a method, the negative electrode having the form shown in FIG. 1 can be manufactured together with the production of the power generation element and the production of the battery by aging. In addition, since the grid-shaped current collector is obtained after the lithium layer is formed, the lithium layer can be uniformly arranged on a desired portion (for example, the entire surface) of the current collector by a simple method. As a result, there is an advantage that the lithium pre-doping in the aging process is made uniform. Moreover, as a result of the increase in the surface area of the lithium layer during the formation of the grid-like current collector, the effect of improving the pre-doping rate is also obtained. Further, when a lithium layer is provided by directly sticking foil-like lithium metal on the surface of the current collector, the lithium content is so thin that it is difficult to manufacture industrially in order to keep the amount of lithium sufficient for pre-doping. It is necessary to use foil. On the other hand, according to the above-described manufacturing method, the lithium layer is formed before the current collector is processed into a lattice shape, so that a relatively thick lithium foil can be used for this case. It becomes. Hereinafter, it demonstrates in order of a process.
(1)リチウム層形成工程
本工程では、まず、集電体前駆体を準備する。なお、「集電体前駆体」とは、後述する「格子状集電体作製工程」において格子状に加工される前の導電性部材を意味する。集電体前駆体としては、例えば、後述する実施例に記載のように、未エキスパンド加工のエキスパンドメタルが用いられうる。また、集電体前駆体の構成材料については、上述した集電体の構成材料と同様の形態が採用されうるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(1) Lithium layer forming step In this step, first, a current collector precursor is prepared. The “current collector precursor” means a conductive member before being processed into a lattice shape in a “lattice current collector manufacturing step” described later. As the current collector precursor, an unexpanded expanded metal can be used, for example, as described in Examples below. Moreover, about the constituent material of a collector precursor, since the form similar to the constituent material of the collector mentioned above can be employ | adopted, detailed description is abbreviate | omitted here.
次いで、上記で準備した集電体前駆体の表面に、リチウム層を形成する。リチウム層の形成手法について特に制限はなく、例えば、金属リチウムを適当な溶媒に分散させた分散液(スラリー)を集電体前駆体の表面に塗布し、乾燥させるという手法が例示されうる。また、リチウム層を形成するための他の手法としては、リチウム箔を集電体前駆体の表面に圧着させるという手法も採用されうる。 Next, a lithium layer is formed on the surface of the current collector precursor prepared above. There is no restriction | limiting in particular about the formation method of a lithium layer, For example, the method of apply | coating the dispersion liquid (slurry) which disperse | distributed metallic lithium to the appropriate solvent on the surface of a collector precursor, and drying can be illustrated. Further, as another method for forming the lithium layer, a method in which a lithium foil is pressure-bonded to the surface of the current collector precursor may be employed.
なお、本工程において形成されるリチウム層に含まれるリチウムは、後述するエージング工程でのエージング処理によりドープされ、リチウム層からは消失する。かようなリチウム層の消失により、それまでリチウム層であった空間は、図1に示す形態の空隙部4となるのである。したがって、本工程におけるリチウム層の配置形態やサイズなどは、上述した負極について説明した空隙部4の好ましい形態を参考に、適宜設定されうる。 Note that lithium contained in the lithium layer formed in this step is doped by an aging treatment in an aging step described later, and disappears from the lithium layer. Due to the disappearance of the lithium layer, the space that has been the lithium layer until then becomes the void portion 4 in the form shown in FIG. Therefore, the arrangement form, size, and the like of the lithium layer in this step can be appropriately set with reference to the preferred form of the void 4 described for the negative electrode.
(2)格子状集電体作製工程
本工程では、上記(1)リチウム層形成工程において得られた、リチウム層が形成されてなる集電体前駆体を、格子状に加工する。これにより、リチウム層が形成されてなる格子状集電体が得られる。集電体前駆体を格子状に加工するための具体的な手法について特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。一例として、集電体前駆体として未エキスパンド加工のエキスパンドメタルを用いた場合には、エキスパンド加工を施すことで、集電体前駆体であるエキスパンドメタルを格子状に加工することが可能である。また、場合によっては、集電体前駆体に対して打ち抜き加工などの処理を施すことによって、リチウム層が形成されてなる格子状集電体を得てもよい。
(2) Lattice current collector manufacturing step In this step, the current collector precursor formed with the lithium layer obtained in the above (1) lithium layer formation step is processed into a lattice shape. Thereby, a grid-like current collector formed with a lithium layer is obtained. There is no particular limitation on a specific method for processing the current collector precursor into a lattice shape, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to. As an example, when an unexpanded expanded metal is used as the current collector precursor, the expanded metal that is the current collector precursor can be processed into a lattice shape by performing the expanding process. In some cases, a grid-like current collector formed with a lithium layer may be obtained by subjecting the current collector precursor to a process such as punching.
(3)負極活物質層形成工程
本工程では、まず、負極活物質、導電剤およびバインダなどの電極材料を、適当なスラリー粘度調整溶媒に分散させて、負極活物質スラリーを調製する。
(3) Negative electrode active material layer formation process In this process, first, electrode materials, such as a negative electrode active material, a electrically conductive agent, and a binder, are disperse | distributed to a suitable slurry viscosity adjustment solvent, and negative electrode active material slurry is prepared.
スラリー粘度調整溶媒としては、特に制限されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などが挙げられる。スラリーはホモジナイザーまたは混練装置などを用いて溶媒および固形分よりインク化される。 The slurry viscosity adjusting solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The slurry is converted into ink from the solvent and the solid content using a homogenizer or a kneader.
次いで、上記で作製した格子状集電体の表面に、上記で調製した負極活物質スラリーを塗布する。スラリーを集電体に塗布するための塗布手段は特に限定されないが、例えば、自走型コーター、ドクターブレード法、スプレー法などの一般に用いられる手段が採用されうる。 Next, the negative electrode active material slurry prepared above is applied to the surface of the grid-shaped current collector prepared above. The application means for applying the slurry to the current collector is not particularly limited. For example, commonly used means such as a self-propelled coater, a doctor blade method, and a spray method may be employed.
続いて、格子状集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、スラリーの塗布量やスラリー粘度調製溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。得られた乾燥物はプレスすることによって電極の密度、空孔率や厚みが調整される。このプレス処理は乾燥前に行なわれてもよい。これにより、格子状集電体の表面に負極活物質層が形成される。なお、図1に示す形態のように集電体の両面側に負極活物質層が形成された負極を製造する場合には、上記で得られた格子状集電体の両面側に対して上記の処理を施せばよい。一方、双極型電池に用いられる双極型電極を作製する場合には、上記の手法により負極活物質層が形成された格子状集電体の他方の面に、同様の手法により正極活物質層を形成すればよい。 Subsequently, the coating film formed on the surface of the grid-like current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed. The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the coating amount of the slurry and the volatilization rate of the slurry viscosity adjusting solvent. The density, porosity, and thickness of the electrode are adjusted by pressing the obtained dried product. This press treatment may be performed before drying. As a result, a negative electrode active material layer is formed on the surface of the grid-like current collector. In addition, when manufacturing the negative electrode in which the negative electrode active material layer is formed on both sides of the current collector as in the form shown in FIG. 1, the above is obtained with respect to the both sides of the grid-shaped current collector obtained above. It is sufficient to apply the process. On the other hand, when producing a bipolar electrode for use in a bipolar battery, a positive electrode active material layer is formed on the other surface of the grid-like current collector on which the negative electrode active material layer is formed by the above method, by the same method. What is necessary is just to form.
(4)発電要素作製工程
続いて、上記で作製した負極または双極型電極を用いて、発電要素を作製する。具体的には、正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して対向するように、電極とセパレータとを積層する。この際、積層型電池を作製するには、別途作製した、集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極をさらに用いて、負極/セパレータ/正極/セパレータ…の積層を繰り返す。一方、双極型電池を作製するには、双極型電極とセパレータとを交互に積層する。これにより、発電要素が作製される。この際、単電池層の数が所望の数となるまでセパレータおよび電極の積層を繰り返す。
(4) Electric power generation element production process Subsequently, an electric power generation element is produced using the negative electrode or bipolar electrode produced above. Specifically, the electrode and the separator are stacked so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the separator interposed therebetween. At this time, in order to produce a laminated battery, lamination of negative electrode / separator / positive electrode / separator... Is repeated using a separately produced positive electrode having a positive electrode active material layer formed on both sides of a current collector. On the other hand, to manufacture a bipolar battery, bipolar electrodes and separators are alternately stacked. Thereby, a power generation element is produced. At this time, the stacking of the separator and the electrode is repeated until the number of single battery layers reaches a desired number.
そして、得られた発電要素の両端に必要に応じて集電板および/またはリードを接続し、集電板またはリードが導出するように、発電要素をアルミラミネートシートからなるバッグに収容する。その後、注液機により電解液を注液して、減圧下で端部をシールすることにより、電池が完成する。 Then, current collecting plates and / or leads are connected to both ends of the obtained power generating element as necessary, and the power generating elements are accommodated in a bag made of an aluminum laminate sheet so that the current collecting plates or leads are led out. Then, the battery is completed by injecting the electrolytic solution with a liquid injector and sealing the end under reduced pressure.
上記では電解質が液体電解質である場合の電池を例に挙げて説明した。ただし、ゲル電解質や真性ポリマー電解質を用いた電池の作製についても、公知の技術を参照して実施可能であるが、ここでは詳細な説明を省略する。 In the above description, the battery in the case where the electrolyte is a liquid electrolyte has been described as an example. However, the production of a battery using a gel electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte can also be performed with reference to a known technique, but detailed description thereof is omitted here.
(5)エージング工程
上記(4)において作製した電池を所定の時間エージング(静置)する。これにより、格子状集電体の表面に形成されたリチウム層に存在するリチウムがイオン化して、負極活物質層および/または正極活物質層に存在する活物質にドープされる。エージング工程を実施することにより、活物質層における単位面積当たりのリチウムドープ量を均一化することができ、信頼性の向上した電池が得られる。
(5) Aging process The battery produced in the above (4) is aged for a predetermined time. Thereby, lithium existing in the lithium layer formed on the surface of the grid-like current collector is ionized and doped into the active material existing in the negative electrode active material layer and / or the positive electrode active material layer. By performing the aging step, the lithium doping amount per unit area in the active material layer can be made uniform, and a battery with improved reliability can be obtained.
エージングの温度は、短時間でリチウムドープを完了するという観点からは、好ましくは20〜80℃であり、より好ましくは40〜60℃である。また、エージング時間は、エージング後の電池の電圧が所望のレベルとなるように適宜決定すればよいが、通常24〜120時間程度である。 The aging temperature is preferably 20 to 80 ° C., more preferably 40 to 60 ° C. from the viewpoint of completing lithium doping in a short time. Further, the aging time may be appropriately determined so that the voltage of the battery after aging becomes a desired level, but is usually about 24 to 120 hours.
エージング工程後の電池の電圧は、1.0V以上であることが好ましく、1.0〜3.2Vであることがより好ましく、1.2〜3.0Vであることがさらに好ましい。エージング工程後の電池の電圧がかような範囲内の値であれば、リチウムが活物質層に十分にドープされている。 The voltage of the battery after the aging step is preferably 1.0 V or more, more preferably 1.0 to 3.2 V, and further preferably 1.2 to 3.0 V. If the voltage of the battery after the aging step is a value within such a range, lithium is sufficiently doped into the active material layer.
なお、エージングは電池の組み立てや予備充電の後に行なってもよい。予備充電の条件は特に制限されない。例えば、20〜60℃で定電流方式(電流:0.5C)で10分間充電する方法を用いてもよい。 The aging may be performed after battery assembly or preliminary charging. The conditions for the preliminary charging are not particularly limited. For example, a method of charging at a constant current method (current: 0.5 C) at 20 to 60 ° C. for 10 minutes may be used.
続いて、図6に示す形態の負極を用いる場合を例に挙げて、電池の製造方法を説明する。すなわち、本発明の他の一形態によれば、表面に凹部が間欠的に形成されてなる集電体を準備する工程(集電体準備工程)と、前記凹部に金属リチウム粒子を配置する工程(リチウム粒子配置工程)と、前記集電体の表面に、負極活物質を含むスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層が形成されてなる負極を作製する工程(負極活物質層形成工程)と、前記負極を用いて発電要素を作製する工程(発電要素作製工程)と、前記発電要素をエージングする工程(エージング工程)とを含む、リチウムイオン二次電池の製造方法が提供される。 Subsequently, a method for manufacturing the battery will be described by taking as an example the case of using the negative electrode having the form shown in FIG. That is, according to another embodiment of the present invention, a step of preparing a current collector having a concave portion formed intermittently on the surface (current collector preparation step), and a step of arranging metal lithium particles in the concave portion (Lithium particle arrangement step) and a step of forming a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed by applying a slurry containing a negative electrode active material to the surface of the current collector and drying it (negative electrode active material layer formation) And a step of producing a power generation element using the negative electrode (power generation element production step) and a step of aging the power generation element (aging step). .
かような方法を用いることにより、発電要素の作製とそのエージングによる電池の製造と併せて、図6に示す形態の負極が製造可能である。また、集電体に形成された凹部にリチウムを配置し、これをドープさせるという構成を採用することで、簡便な手法により集電体の所望の部位(例えば、全面)に均一にリチウム層を配置することができる。その結果、エージング工程におけるリチウムのプレドープが均一になされるという利点がある。また、凹部への配置により、配置されるリチウムの表面積が増大する結果、プレドープ速度を向上させるという効果も得られる。さらに、箔状のリチウム金属を集電体の表面にそのまま貼付してリチウム層を設ける場合とは異なり、粒子状のリチウム金属を製造に用いることができるという点でも、好ましい。以下、工程順に説明する。 By using such a method, the negative electrode having the form shown in FIG. 6 can be manufactured together with the production of the power generation element and the production of the battery by aging. In addition, by adopting a configuration in which lithium is disposed in a recess formed in the current collector and doped, a lithium layer can be uniformly applied to a desired portion (for example, the entire surface) of the current collector by a simple method. Can be arranged. As a result, there is an advantage that the lithium pre-doping in the aging process is made uniform. Moreover, as a result of increasing the surface area of the lithium arranged due to the arrangement in the recess, the effect of improving the pre-doping rate is also obtained. Further, unlike the case where a foil-like lithium metal is directly applied to the surface of the current collector to provide a lithium layer, it is also preferable in that particulate lithium metal can be used for production. Hereinafter, it demonstrates in order of a process.
(1)集電体準備工程
本工程では、表面に凹部が完結的に形成されてなる集電体を準備する。具体的な手法の一例では、まず、従来集電体として用いられている平坦な金属箔からなる集電体前駆体を準備する。次いで、この集電体前駆体の表面に、凹部を形成する。凹部を形成するための具体的な手法は制限されないが、彫り込み法のほか、所望のマスクパターンを用いてマスクを行ないながらのエッチング処理などが例示されうる。
(1) Current collector preparation step In this step, a current collector is prepared in which concave portions are completely formed on the surface. In an example of a specific method, first, a current collector precursor made of a flat metal foil that is conventionally used as a current collector is prepared. Next, a recess is formed on the surface of the current collector precursor. Although a specific method for forming the recess is not limited, an etching process while performing a mask using a desired mask pattern in addition to the engraving method can be exemplified.
集電体前駆体の表面に形成される凹部の具体的な形態については、図6を参照しながら上記で説明した凹部5の形態が同様に採用されうるため、ここでは詳細な説明を省略する。 As for the specific form of the recess formed on the surface of the current collector precursor, since the form of the recess 5 described above with reference to FIG. 6 can be similarly adopted, detailed description is omitted here. .
(2)リチウム粒子配置工程
本工程では、上記で準備した集電体の表面に存在する凹部に、金属リチウム粒子を配置する。金属リチウム粒子の配置形態について特に制限はない。
(2) Lithium particle arrangement | positioning process In this process, a metal lithium particle is arrange | positioned in the recessed part which exists in the surface of the electrical power collector prepared above. There is no restriction | limiting in particular about the arrangement | positioning form of a metal lithium particle.
金属リチウム粒子とは、金属リチウムが微細に粉砕されたリチウムの粉末を意味する。リチウム粒子は、初回充放電時において生じる電極の不可逆容量を補償する機能を有する。なお、金属リチウム粒子の形状は特に制限されず、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状など任意の構造をとりうる。 The metal lithium particles mean lithium powder in which metal lithium is finely pulverized. The lithium particles have a function of compensating for the irreversible capacity of the electrode that occurs during the first charge / discharge. The shape of the lithium metal particles is not particularly limited, and may have any structure such as a spherical shape, a rod shape, a needle shape, a plate shape, a column shape, an indefinite shape, a flake shape, and a spindle shape.
また、金属リチウム粒子の平均粒子径についても特に制限はない。ただし、金属リチウム粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜30μmであり、より好ましくは2〜25μmであり、特に好ましくは3〜20μmである。金属リチウム粒子の平均粒子径が1μm以上であれば、取り扱いが容易であるため好ましい。一方、金属リチウム粒子の平均粒子径が30μm以下であれば、凹部に確実に配置されうるという点で好ましい。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the average particle diameter of a metallic lithium particle. However, the average particle diameter of the metal lithium particles is preferably 1 to 30 μm, more preferably 2 to 25 μm, and particularly preferably 3 to 20 μm. If the average particle diameter of the metal lithium particles is 1 μm or more, it is preferable because the handling is easy. On the other hand, if the average particle diameter of the metal lithium particles is 30 μm or less, it is preferable in that the metal lithium particles can be reliably arranged in the recesses.
凹部に配置される金属リチウム粒子の量は特に制限されない。後述するエージング工程でのエージング処理によりドープしたいリチウム量を考慮して、配置すればよい。 The amount of metallic lithium particles disposed in the recess is not particularly limited. The lithium may be arranged in consideration of the amount of lithium to be doped by an aging process in an aging process described later.
なお、上述したように本工程において凹部に配置されるリチウム粒子からは、後述するエージング工程でのエージング処理によりリチウムがドープされる。よって、エージング工程において当該リチウム粒子は消失する。かようなリチウム層の消失により、それまでリチウム粒子が配置されていた凹部は、図6に示す形態の(リチウム粒子を含まない)凹部5となるのである。したがって、本工程におけるリチウム層の配置形態やサイズなどは、上述した負極について説明した凹部5の好ましい形態を参考に、適宜設定されうる。ここで、凹部に配置されたリチウム粒子が後述するエージング工程でのエージング処理によって十分にドープされるようにするという観点からは、用いる金属リチウム粒子の粒子径を制御するとよい。具体的には、用いる金属リチウム粒子の粒子径の、集電体表面の凹部の深さに対する比の値を、好ましくは0.5〜1.0、より好ましくは0.6〜0.9、特に好ましくは0.7〜0.85とする。 In addition, as above-mentioned, lithium is doped from the lithium particle arrange | positioned in a recessed part in this process by the aging process in the aging process mentioned later. Therefore, the lithium particles disappear in the aging process. Due to such disappearance of the lithium layer, the recesses where the lithium particles have been arranged so far become the recesses 5 (not including lithium particles) having the form shown in FIG. Therefore, the arrangement | positioning form, size, etc. of the lithium layer in this process can be appropriately set with reference to the preferred form of the recess 5 described for the negative electrode. Here, from the viewpoint of allowing the lithium particles arranged in the recesses to be sufficiently doped by an aging process in an aging process described later, the particle diameter of the metal lithium particles to be used may be controlled. Specifically, the value of the ratio of the particle diameter of the metallic lithium particles used to the depth of the recesses on the current collector surface is preferably 0.5 to 1.0, more preferably 0.6 to 0.9, Particularly preferably, it is set to 0.7 to 0.85.
(3)負極活物質層形成工程〜(4)発電要素作製工程〜(5)エージング工程
これらの各工程については、上述した図1の負極を用いた電池を製造する場合の製造方法と同様の形態が採用されうるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本形態が上記の形態と異なる点は以下の通りである。すなわち、本形態では、エージング工程におけるエージング処理によって、集電体の凹部に配置されたリチウム粒子に含まれるリチウムがイオン化して、負極活物質層および/または正極活物質層に存在する活物質にドープされるのである。
(3) Negative electrode active material layer formation step to (4) Power generation element preparation step to (5) Aging step About each of these steps, the same manufacturing method as in the case of manufacturing the battery using the negative electrode of FIG. Since a form may be adopted, detailed description is omitted here. Note that this embodiment is different from the above embodiment as follows. That is, in this embodiment, the lithium contained in the lithium particles arranged in the recesses of the current collector is ionized by the aging process in the aging process, and the active material present in the negative electrode active material layer and / or the positive electrode active material layer It is doped.
以上、本発明の好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られず、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art.
以下、本発明の実施形態に係る負極およびこれを用いた二次電池の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the negative electrode according to the embodiment of the present invention and the secondary battery using the same will be described using the following examples and comparative examples, but the technical scope of the present invention is limited to the following examples. It is not something.
(実験例1)
[実施例1−1]
以下の手法により、図5に示す形態の負極を有する電池を作製した。
(1)リチウム層形成工程
まず、集電体前駆体として、未エキスパンド加工の銅製エキスパンドメタル(厚さ70μm)を準備した。次いで、上記で準備したエキスパンドメタルの一方の面に、厚さ32μmの金属リチウム箔を圧着させて、リチウム層を形成した。
(Experimental example 1)
[Example 1-1]
A battery having the negative electrode shown in FIG. 5 was produced by the following method.
(1) Lithium layer forming step First, an unexpanded copper expanded metal (thickness: 70 μm) was prepared as a current collector precursor. Next, a lithium metal layer having a thickness of 32 μm was pressed onto one surface of the expanded metal prepared above to form a lithium layer.
(2)格子状集電体作製工程
上記(1)において得られた、リチウム層が形成されてなるエキスパンドメタル(集電体前駆体)にエキスパンド加工を施した。これにより、集電体を格子状に加工した。この際、エキスパンド加工により形成された開口部の割合(開口率)は、集電体の面積100%に対して40%であった。
(2) Lattice-shaped current collector preparation step Expanding was performed on the expanded metal (current collector precursor) obtained in (1) above in which the lithium layer was formed. Thereby, the current collector was processed into a lattice shape. Under the present circumstances, the ratio (opening ratio) of the opening part formed by the expand process was 40% with respect to 100% of the area of an electrical power collector.
(3)負極活物質層形成工程
一方、負極活物質としてSiO(80質量部、平均粒子径5μm)、導電助剤としてアセチレンブラック(10質量部)、およびバインダとしてポリイミド(PI)(10質量部)をスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)の適量に分散させ、負極活物質スラリーを調製した。
(3) Negative electrode active material layer forming step On the other hand, SiO (80 parts by mass, average particle diameter of 5 μm) as the negative electrode active material, acetylene black (10 parts by mass) as the conductive additive, and polyimide (PI) (10 parts by mass as the binder) ) Was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, to prepare a negative electrode active material slurry.
上記(2)で作製した格子状集電体の両面の全面に、上記で調製した負極活物質スラリーを塗布し、60℃にて乾燥させて、プレス処理し、負極活物質層(片面の厚さ=36μm、負極活物質密度=10mg/cm2)を形成した。得られた積層体にニッケル製の電流取り出しタブを超音波溶接により接合し、電極部サイズが36mm×26mmとなるように打ち抜いた。なお、得られた積層体について、図5に示すL2の値は0であった。 The negative electrode active material slurry prepared above is applied to the entire surface of both sides of the grid-shaped current collector prepared in (2) above, dried at 60 ° C., pressed, and negative electrode active material layer (thickness on one side) (S = 36 μm, negative electrode active material density = 10 mg / cm 2 ). A nickel current extraction tab was joined to the obtained laminate by ultrasonic welding, and punched out so that the electrode size was 36 mm × 26 mm. Incidentally, the obtained laminate, the values of L 2 shown in FIG. 5 was 0.
(4)発電要素作製工程
別途、正極活物質としてLiNiO2(86質量部、平均粒子径7.5μm)、導電助剤としてアセチレンブラック(6質量部)、およびバインダとしてPVdF(8質量部)を、スラリー粘度調整溶媒であるNMPの適量に分散させ、正極活物質スラリーを調製した。
(4) Power generation element preparation step Separately, LiNiO 2 (86 parts by mass, average particle diameter 7.5 μm) as a positive electrode active material, acetylene black (6 parts by mass) as a conductive additive, and PVdF (8 parts by mass) as a binder. Then, an appropriate amount of NMP as a slurry viscosity adjusting solvent was dispersed to prepare a positive electrode active material slurry.
一方、正極集電体として、厚さ20μmのアルミニウム箔を準備した。この集電体の両面に、上記で調製した正極活物質スラリーを塗布し、60℃にて乾燥させて、プレス処理し、正極活物質層(厚さ=144μm、正極活物質密度=40mg/cm2)を形成して、正極を完成させた。得られた正極にアルミニウム製の電流取り出しタブを超音波溶接により接合し、電極部サイズが34mm×24mmとなるように打ち抜いた。 On the other hand, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode active material slurry prepared above was applied to both sides of the current collector, dried at 60 ° C., and pressed, and the positive electrode active material layer (thickness = 144 μm, positive electrode active material density = 40 mg / cm 2 ) was formed to complete the positive electrode. An aluminum current extraction tab was joined to the obtained positive electrode by ultrasonic welding, and punched out so that the electrode size was 34 mm × 24 mm.
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔質膜(厚さ=25μm)を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiPF6が1Mの濃度で溶解した溶液を準備した。 A polyethylene microporous membrane (thickness = 25 μm) was prepared as a separator. Further, as an electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 as a lithium salt was dissolved at a concentration of 1M in an equal volume mixed solution of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) was prepared.
上記で作製/準備した負極活物質層を含む積層体6枚、セパレータ10枚、および正極5枚を、両側に負極積層体が配置され、負極積層体のリチウム層が形成された側が揃うように、負極積層体/セパレータ/正極/セパレータ…の順に積層して、発電要素を作製した。 The laminated body including the negative electrode active material layer prepared / prepared above, 10 separators, and 5 positive electrodes are arranged on both sides so that the side on which the lithium layer of the negative electrode laminated body is formed is aligned. , Negative electrode laminate / separator / positive electrode / separator, and so on to produce a power generation element.
得られた発電要素を外装であるアルミラミネートシート製のバッグ中に載置し、上記で準備した電解液を注液した。真空条件下において、両電極に接続された電流取り出しタブが導出するようにアルミラミネートシート製バッグの開口部を封止し、試験用セルを完成させた。 The obtained power generation element was placed in a bag made of an aluminum laminate sheet as an exterior, and the electrolytic solution prepared above was injected. Under vacuum conditions, the opening of the aluminum laminate sheet bag was sealed so that the current extraction tabs connected to both electrodes were led out to complete the test cell.
(5)エージング工程
上記で作製した試験用セルに対して、55℃、72時間の条件でエージング処理を施した。これにより、上述のリチウム層に含まれるリチウムをドープさせ、図1に示す形態における空隙部4を形成した。なお、エージング後のセル電圧は3.9Vであった。上述のように集電体の開口率は40%であったことから、本工程において形成された空隙部の面積割合は(100−40)=60%であった。
(5) Aging process The test cell produced above was subjected to aging treatment at 55 ° C. for 72 hours. Thereby, the lithium contained in the lithium layer described above was doped to form the void 4 in the form shown in FIG. The cell voltage after aging was 3.9V. Since the aperture ratio of the current collector was 40% as described above, the area ratio of the voids formed in this step was (100-40) = 60%.
[実施例1−2〜実施例1−13]
上記(2)格子状集電体作製工程において、集電体の開口率および格子加工前のリチウム層の厚さを下記の表1に示す値としたこと以外は、上述した実施例1−1と同様の手法により、試験用セルを作製し、さらにエージング工程を行なった。なお、実施例1−5〜1−8においてはさらに、リチウム層(すなわち、完成後の電池における空隙部)の形成を集電体の両面に行なった。また、実施例1−9、1−10、1−12および1−13においては、図5に示すL2/L1の値が下記の表1に示す値となるように、負極活物質層の厚さを調節した。なお、表1に示すL2/L1の値がマイナスの場合(すなわち、実施例1−12および1−13)は、空隙部4の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A2を含み紙面に垂直な面)が負極全体の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A3を含み紙面に垂直な面)よりも集電体2側に位置することを意味する。一方、表1に示すL2/L1の値がプラスの場合(すなわち、実施例1−9および1−10)は、空隙部4の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A2を含み紙面に垂直な面)が負極全体の積層方向の中心面(図5に示す一点鎖線A3を含み紙面に垂直な面)よりも集電体2とは反対の側に位置することを意味する。
[Example 1-2 to Example 1-13]
Example 1-1 described above, except that the aperture ratio of the current collector and the thickness of the lithium layer before lattice processing were set to the values shown in Table 1 below in the above (2) grid-shaped current collector preparation step. A test cell was prepared by the same method as that described above, and an aging process was further performed. In Examples 1-5 to 1-8, lithium layers (that is, voids in the battery after completion) were further formed on both sides of the current collector. In Examples 1-9, 1-10, 1-12, and 1-13, the negative electrode active material layer was prepared so that the value of L 2 / L 1 shown in FIG. The thickness of the was adjusted. In addition, when the value of L 2 / L 1 shown in Table 1 is negative (that is, Examples 1-12 and 1-13), the center plane of the gap 4 in the stacking direction (the alternate long and short dash line A 2 shown in FIG. 5). the plane perpendicular to the plane including) the means located on the current collector 2 side than the center plane of the lamination direction of the entire negative electrode (plane perpendicular to the plane including the dot-dash line a 3 shown in FIG. 5). On the other hand, when the value of L 2 / L 1 shown in Table 1 is positive (ie, Examples 1-9 and 1-10), the center plane of the gap portion 4 in the stacking direction (the chain line A 2 shown in FIG. 5). that a plane perpendicular to the plane including) is located on the opposite side to the collector 2 from the center plane of the lamination direction of the entire negative electrode (plane perpendicular to the plane including the dot-dash line a 3 shown in FIG. 5) means.
[比較例1−1]
集電体として、銅製エキスパンドメタルに代えて、厚さ20μmの銅箔を用い、リチウム層の形成も行なわなかったこと以外は、上述した実施例1−1と同様の手法により、試験用セルを作製し、さらにエージング工程を行なった。
[Comparative Example 1-1]
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that a copper foil with a thickness of 20 μm was used instead of the copper expanded metal as the current collector, and the lithium layer was not formed. The aging process was further performed.
[比較例1−2](特許文献1に記載の技術)
集電体の両面にリチウム箔をそれぞれ19μmの厚さで圧着することによりリチウム層を形成したこと以外は、上述した比較例1−1と同様の手法により、試験用セルを作製し、さらにエージング工程を行なった。
[Comparative Example 1-2] (Technique described in Patent Document 1)
A test cell was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1 described above except that a lithium layer was formed by pressure bonding a lithium foil to each surface of the current collector to a thickness of 19 μm, and aging was further performed. The process was performed.
[比較例1−3および比較例1−4]
上記(2)格子状集電体作製工程において、集電体の開口率および格子加工前のリチウム層の厚さを下記の表1に示す値としたこと以外は、上述した実施例1−1と同様の手法により、試験用セルを作製し、さらにエージング工程を行なった。なお、比較例1−4においてはさらに、リチウム層(すなわち、完成後の電池における空隙部)の形成を集電体の両面に行なった。
[Comparative Example 1-3 and Comparative Example 1-4]
Example 1-1 described above, except that the aperture ratio of the current collector and the thickness of the lithium layer before lattice processing were set to the values shown in Table 1 below in the above (2) grid-shaped current collector preparation step. A test cell was prepared by the same method as that described above, and an aging process was further performed. In Comparative Example 1-4, a lithium layer (that is, a void in the battery after completion) was further formed on both sides of the current collector.
[試験用セルの評価]
上記でエージング処理を施した各試験用セルについて、25℃の大気中で、定電流定電圧方式(CCCV、電流:0.5C、電圧:4.2V)で3時間充電処理を行なった。次いで30分間休止後、定電流方式(CC、電流:0.5C)で2.5Vまで放電処理を行なった。
[Evaluation of test cell]
Each test cell subjected to the above aging treatment was charged for 3 hours in the atmosphere at 25 ° C. by a constant current constant voltage method (CCCV, current: 0.5 C, voltage: 4.2 V). Next, after a 30-minute pause, discharge treatment was performed to 2.5 V by a constant current method (CC, current: 0.5 C).
続いて、さらに30分間休止後、定電流定電圧方式(CCCV、電流:0.5C、電圧:4.2V)で3時間充電して、充電容量を測定した。その後、定電流(CC、電流:3.0C)で20秒間放電させ、放電容量を測定した。これらのサイクルを繰り返し(サイクル試験)、初回充電容量に対する、1、50、120、210、300、および500サイクル目における放電容量の値を容量維持率として算出した。結果を下記の表1および図12に示す。 Subsequently, after a further 30 minutes of rest, the battery was charged for 3 hours by a constant current constant voltage method (CCCV, current: 0.5 C, voltage: 4.2 V), and the charge capacity was measured. Thereafter, the battery was discharged at a constant current (CC, current: 3.0C) for 20 seconds, and the discharge capacity was measured. These cycles were repeated (cycle test), and the values of the discharge capacities at 1, 50, 120, 210, 300, and 500 cycles with respect to the initial charge capacity were calculated as the capacity retention rate. The results are shown in Table 1 below and FIG.
表1および図12に示す結果から、すべての実施例において、比較例よりも高い容量維持率が確保されていることがわかる。これは、負極に設けられた空隙部が、負極活物質の膨張収縮に起因する応力を緩和することで、集電体と負極活物質層との間の密着性の低下が抑制されることによるものと考えられる。 From the results shown in Table 1 and FIG. 12, it can be seen that a higher capacity retention rate than that of the comparative example is ensured in all examples. This is because the void portion provided in the negative electrode relaxes the stress caused by the expansion and contraction of the negative electrode active material, thereby suppressing the decrease in adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer. It is considered a thing.
[実施例2−1]
以下の手法により、図6に示す形態の負極を有する電池を作製した。
[Example 2-1]
A battery having a negative electrode having the form shown in FIG. 6 was produced by the following method.
まず、集電体として、100mm×300mmの銅箔(厚さ20μm)を準備した。この集電体の長手方向の両端部の領域に対して、エッチング処理を施し、凹部を形成した。この際、エッチング深さは13μmであり、凹部が形成された領域の面積は集電体の面積100%に対して10%であった。 First, a 100 mm × 300 mm copper foil (thickness 20 μm) was prepared as a current collector. Etching was performed on the regions at both ends in the longitudinal direction of the current collector to form recesses. At this time, the etching depth was 13 μm, and the area of the region where the recess was formed was 10% with respect to 100% of the area of the current collector.
一方、リチウム粒子(平均粒子径5μm)を溶媒であるキシレンに分散させて、リチウム粒子スラリーを調製した。調製したリチウム粒子スラリーを、集電体の凹部が形成された領域(エッチング領域)に塗布し、80℃にて2時間乾燥させて、凹部にリチウム粒子を配置した。 On the other hand, lithium particles (average particle size 5 μm) were dispersed in xylene as a solvent to prepare a lithium particle slurry. The prepared lithium particle slurry was applied to a region (etching region) where a concave portion of the current collector was formed and dried at 80 ° C. for 2 hours to place lithium particles in the concave portion.
次いで、上述した実施例1−1と同様の手法により、負極活物質層形成工程、発電要素作製工程、およびエージング工程を行ない、試験用セルを作製した。 Subsequently, the negative electrode active material layer formation step, the power generation element preparation step, and the aging step were performed by the same method as in Example 1-1 described above, to prepare a test cell.
[実施例2−2]
エッチング処理により凹部を形成する際に、エッチング領域のパターンを集電体の幅方向に平行に5mm間隔で形成した。また、エッチング深さを11μmとし、凹部が形成された領域の面積は集電体の面積100%に対して40%であった。これら以外の形態については、上述した実施例2−1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
[Example 2-2]
When forming the recesses by the etching process, the pattern of the etching region was formed at intervals of 5 mm parallel to the width direction of the current collector. Further, the etching depth was 11 μm, and the area of the region where the recess was formed was 40% with respect to the area of the current collector of 100%. About forms other than these, the cell for a test was produced with the method similar to Example 2-1 mentioned above.
[実施例2−3]
エッチング処理により凹部を形成する際に、エッチング領域のパターンとして、集電体の幅方向に平行なパターンに加えてこれに垂直な5mm間隔のパターンも併せて形成した。つまり、凹部を格子形状に形成した。また、エッチング深さを10μmとし、凹部が形成された領域の面積は集電体の面積100%に対して50%であった。これら以外の形態については、上述した実施例2−2と同様の手法により、試験用セルを作製した。
[Example 2-3]
When forming the recesses by the etching treatment, in addition to a pattern parallel to the width direction of the current collector, a pattern at intervals of 5 mm perpendicular to the current collector was also formed as an etching region pattern. That is, the concave portions were formed in a lattice shape. Further, the etching depth was 10 μm, and the area of the region where the recess was formed was 50% with respect to 100% of the area of the current collector. About forms other than these, the cell for a test was produced by the method similar to Example 2-2 mentioned above.
[実施例2−4]
エッチング深さを8μmとし、凹部が形成された領域の面積は集電体の面積100%に対して45%であったこと以外は、上述した実施例2−3と同様の手法により、試験用セルを作製した。
[Example 2-4]
The test depth was set to 8 μm, and the area for the recess was 45% with respect to the area of the current collector of 100%. A cell was produced.
[実施例2−5]
エッチング深さを6μmとしたこと以外は、上述した実施例2−4と同様の手法により、試験用セルを作製した。
[Example 2-5]
A test cell was produced in the same manner as in Example 2-4 described above except that the etching depth was 6 μm.
[比較例2−1]
上述した比較例1−1と同様の手法により試験用セルを作製し、比較例2−1とした。
[Comparative Example 2-1]
A test cell was produced in the same manner as in Comparative Example 1-1 described above, and was designated as Comparative Example 2-1.
[比較例2−2]
上述した実施例2−1において調製したリチウム粒子スラリーを、負極活物質層の表面に塗布し、乾燥させて、負極活物質層の表面にリチウム層を形成したこと以外は、上述した比較例2−1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
[Comparative Example 2-2]
Comparative Example 2 described above, except that the lithium particle slurry prepared in Example 2-1 described above was applied to the surface of the negative electrode active material layer and dried to form a lithium layer on the surface of the negative electrode active material layer. A test cell was prepared in the same manner as in -1.
[試験用セルの評価]
上記でエージング処理を施した各試験用セルについて、上記と同様の手法により、充電処理および放電処理を行なった。この際、初回放電容量、充放電効率(初回放電容量/初回充電容量)、および抵抗値を算出した。なお、抵抗値については、充電および放電の後、セル電圧変化ΔVおよび電流値の値から算出した。これらの結果を下記の表2に示す。なお、表2には、エッチング深さ(t)に対するリチウム粒子の平均粒子径(r)の比の値(r/t)も併せて記載する。
[Evaluation of test cell]
About each test cell which performed the aging process above, the charge process and the discharge process were performed by the method similar to the above. At this time, initial discharge capacity, charge / discharge efficiency (initial discharge capacity / initial charge capacity), and resistance value were calculated. The resistance value was calculated from the cell voltage change ΔV and the current value after charging and discharging. These results are shown in Table 2 below. Table 2 also shows the value (r / t) of the ratio of the average particle diameter (r) of the lithium particles to the etching depth (t).
表2に示す結果から、すべての実施例において、比較例よりも高い容量維持率が確保されていることがわかる。また、各実施例の抵抗値の値についても、リチウム粒子スラリーを塗布する形態の比較例2−2と比べると、顕著に小さい値に抑えられている。これは、負極に設けられた空隙部が、負極活物質の膨張収縮に起因する応力を緩和することで、集電体と負極活物質層との間の密着性の低下が抑制されることによるものと考えられる。なお、比較例2−1における抵抗値はいずれの実施例よりも小さい値であったが、これはリチウムのドープを行なっていないためであり、そもそも充放電効率の点で劣ることが確認された。また、r/tの値を比較的大きく設定すると、充放電効率および抵抗値のいずれの特性も向上する傾向にあることが示される。 From the results shown in Table 2, it can be seen that a higher capacity retention rate than that of the comparative example is ensured in all the examples. Also, the resistance value of each example is suppressed to a significantly smaller value as compared with Comparative Example 2-2 in which the lithium particle slurry is applied. This is because the void portion provided in the negative electrode relaxes the stress caused by the expansion and contraction of the negative electrode active material, thereby suppressing the decrease in adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer. It is considered a thing. In addition, although the resistance value in Comparative Example 2-1 was a smaller value than any of the examples, this was because lithium was not doped, and it was confirmed that the resistance was inferior in the first place. . Moreover, it is shown that when the value of r / t is set to be relatively large, both characteristics of charge / discharge efficiency and resistance value tend to be improved.
さらに、上述した実施例2−5および比較例2−1で作製した試験用セルについて、上記と同様の手法によりサイクル試験を行なった。そして、1サイクル目の充電容量に対する、50、100、150、200、250、300、350、400、450、および500サイクル目の放電容量の値を、容量維持率として算出した。結果を下記の表3および図13に示す。 Furthermore, a cycle test was performed on the test cells produced in Example 2-5 and Comparative Example 2-1 by the same method as described above. Then, the discharge capacity values at the 50th, 100th, 150th, 200th, 250th, 300th, 350th, 400th, 450th, and 500th cycles with respect to the charge capacity at the first cycle were calculated as capacity retention rates. The results are shown in Table 3 below and FIG.
表3および図13に示す結果から、実施例2−5の電池(試験用セル)は、サイクル耐久性の観点からも、比較例2−1の電池(試験用セル)と比較して優れた性能を発揮しうることが示される。 From the results shown in Table 3 and FIG. 13, the battery (test cell) of Example 2-5 was superior to the battery (test cell) of Comparative Example 2-1 also from the viewpoint of cycle durability. It is shown that performance can be demonstrated.
1 負極、
2 集電体、
2a 貫通孔、
2b、5 凹部、
3 負極活物質層、
4 空隙部、
10 積層型電池
10’ 双極型電池、
11 集電体(正極集電体)、
11a 正極側最外層集電体、
11b 負極側最外層集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートシート、
31 シール部、
35 小型の組電池、
37 組電池、
39 接続冶具、
40 電気自動車。
1 negative electrode,
2 current collector,
2a through hole,
2b, 5 recesses,
3 negative electrode active material layer,
4 voids,
10 stacked battery 10 'bipolar battery,
11 Current collector (positive electrode current collector),
11a Positive electrode side outermost layer current collector,
11b The negative electrode side outermost layer current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminate sheet,
31 seal part,
35 Small battery pack,
37 battery pack,
39 Connecting jig,
40 Electric car.
Claims (13)
前記集電体上に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、
を有するリチウムイオン二次電池用負極であって、
前記集電体の表面の10〜60%(面積割合)に、前記集電体の面方向に間欠的に配置され、負極表面側が前記負極活物質層によって覆われてなる空隙部が存在することを特徴とする、リチウムイオン二次電池用負極。 A current collector,
A negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the current collector;
A negative electrode for a lithium ion secondary battery having
10 to 60% (area ratio) of the surface of the current collector has a void portion that is intermittently arranged in the surface direction of the current collector and the negative electrode surface side is covered with the negative electrode active material layer. A negative electrode for a lithium ion secondary battery.
前記集電体上に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、
を有するリチウムイオン二次電池用負極であって、
前記集電体の表面の10〜60%(面積割合)に、前記集電体の面方向に間欠的に配置されてなる空隙部が存在し、
この際、前記集電体の面方向に対して貫通孔が間欠的に配置されてなり、前記集電体の前記貫通孔以外の部位の表面に前記空隙部が存在する、リチウムイオン二次電池用負極。 A current collector,
A negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the current collector;
A negative electrode for a lithium ion secondary battery having
In 10 to 60% (area ratio) of the surface of the current collector , there are voids that are intermittently arranged in the surface direction of the current collector ,
At this time, a lithium ion secondary battery in which through holes are intermittently arranged in the surface direction of the current collector, and the voids exist on the surface of the current collector other than the through holes. Negative electrode.
前記集電体上に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、
を有するリチウムイオン二次電池用負極であって、
前記集電体の表面の10〜60%(面積割合)に、前記集電体の面方向に間欠的に配置されてなる空隙部が存在し、
この際、前記空隙部が、前記集電体の表面に形成された凹部である、リチウムイオン二次電池用負極。 A current collector,
A negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the current collector;
A negative electrode for a lithium ion secondary battery having
In 10 to 60% (area ratio) of the surface of the current collector , there are voids that are intermittently arranged in the surface direction of the current collector ,
Under the present circumstances, the said space | gap part is a negative electrode for lithium ion secondary batteries which is a recessed part formed in the surface of the said electrical power collector .
リチウム層が形成された前記集電体前駆体を格子状に加工して格子状集電体を得る工程と、
前記格子状集電体の表面に、負極活物質を含むスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層が形成されてなる負極を作製する工程と、
前記負極を用いて発電要素を作製する工程と、
前記発電要素をエージングする工程と、
を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法。 Forming a lithium layer made of metallic lithium on the surface of the current collector precursor;
Processing the current collector precursor formed with the lithium layer into a lattice shape to obtain a lattice current collector; and
Applying a slurry containing a negative electrode active material to the surface of the grid-shaped current collector and drying to produce a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed;
Producing a power generation element using the negative electrode;
Aging the power generation element;
A method for producing a lithium ion secondary battery, comprising:
前記凹部に金属リチウム粒子を配置する工程と、
前記集電体の表面に、負極活物質を含むスラリーを塗布し、乾燥させて、負極活物質層が形成されてなる負極を作製する工程と、
前記負極を用いて発電要素を作製する工程と、
前記発電要素をエージングする工程と、
を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法。 Preparing a current collector having concave portions formed intermittently on the surface;
Disposing metal lithium particles in the recess;
Applying a slurry containing a negative electrode active material to the surface of the current collector and drying to produce a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed;
Producing a power generation element using the negative electrode;
Aging the power generation element;
A method for producing a lithium ion secondary battery, comprising:
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