JP5621824B2 - Battery electrode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、電池用電極に関する。特に本発明は、電池用電極の出力特性を向上させるための改良に関する。   The present invention relates to a battery electrode. In particular, the present invention relates to an improvement for improving output characteristics of a battery electrode.

近年、大気汚染や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 air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly 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、全ての電池の中で最も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。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(例えば、特許文献1を参照)。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. 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 the electrolyte layer and accommodated in a battery case (for example, refer patent document 1).

特開2003−7345号公報JP 2003-7345 A

ところで、近年、電池に対する高性能化の要求に呼応して、より高い出力での充放電が可能な電池の開発が盛んに行われている。その一環として、電極活物質の粒子径をより小さくすることで、反応に寄与しうる活物質の表面積を増大させる試みがなされている。   By the way, in recent years, in response to the demand for higher performance of batteries, development of batteries capable of charging and discharging at higher output has been actively conducted. As part of this, attempts have been made to increase the surface area of the active material that can contribute to the reaction by reducing the particle size of the electrode active material.

しかしながら、活物質の粒子径を小さくし過ぎると、電解質層に存在するリチウムイオンの活物質への伝導が充分に行われない虞がある。すなわち、活物質の粒子径を小さくし過ぎると、活物質層中の活物質どうしが充分に接触できないため、活物質層における電子伝導が充分に行われない。この問題を解消するためには、導電助剤の添加量を増加させるのが一般的である。導電助剤の添加量を増加させると、活物質層における電子伝導は確保される。しかしながら、導電助剤の添加量の増加によって、電極中の活物質の割合が減少し、出力が低下する虞がある。また、現在では電池の出力密度を向上させるという観点から、活物質どうしの接触、または活物質と集電体との接触を向上させる目的で電極をプレスする場合があるが、かようなプレス処理によって活物質層の密度を一律に大きくすると、リチウムイオンの伝導経路が充分に確保されないという問題が生じる虞がある。   However, if the particle size of the active material is too small, there is a possibility that the lithium ions present in the electrolyte layer are not sufficiently conducted to the active material. That is, if the particle diameter of the active material is too small, the active materials in the active material layer cannot be sufficiently in contact with each other, and thus the electron conduction in the active material layer is not sufficiently performed. In order to solve this problem, it is common to increase the amount of the conductive additive added. When the addition amount of the conductive auxiliary agent is increased, electronic conduction in the active material layer is ensured. However, an increase in the amount of conductive additive added may reduce the ratio of the active material in the electrode and reduce the output. In addition, from the viewpoint of improving the output density of the battery, the electrode may be pressed for the purpose of improving the contact between the active materials or the contact between the active material and the current collector. Therefore, if the density of the active material layer is uniformly increased, there may be a problem that a lithium ion conduction path is not sufficiently secured.

このように、高出力条件下において用いられうる電池用電極の活物質層において、リチウムイオンの伝導を充分に確保することが求められているのが現状である。なお、より一層の高出力化を念頭に開発が進められているバイポーラ電池において、上記のような問題は顕著である。   As described above, in the active material layer of the battery electrode that can be used under high output conditions, it is currently required to sufficiently ensure the conduction of lithium ions. Note that the problems described above are significant in bipolar batteries that are being developed with higher output in mind.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った。そしてその際に、電極の活物質層の厚さを様々に制御することを試みた。その結果、電極の活物質層において、厚さの厚い部位と、薄い部位と、薄い部位に到達するチャネルを存在させ、活物質の粒子径を小さくすることで、上記の問題の解決が図られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. At that time, various attempts were made to control the thickness of the active material layer of the electrode. As a result, in the active material layer of the electrode, a thick part, a thin part, and a channel that reaches the thin part are present and the particle size of the active material is reduced, thereby solving the above problem. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、集電体と、集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極を含む電池であって、活物質層において、当該活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部と、薄部に到達するチャネルを含み活物質の平均粒子径が10μm以下である、電池である。
That is, the present invention is a battery including a battery electrode having a current collector and an active material layer containing an active material formed on the surface of the current collector, and the active material layer includes the active material. and other sites with small thin portion having a thickness in comparison layer includes a channel to reach the thin portion, the average particle size of the active material is Ru der less 10 [mu] m, a battery.

すなわち本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層において、当該活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部が存在することを特徴とする、電池用電極である。   That is, the present invention provides a battery electrode having a current collector and an active material layer including an active material formed on a surface of the current collector, wherein the active material layer includes: The battery electrode is characterized in that a thin portion having a smaller thickness than other portions is present.

本発明の電池用電極の活物質層には、当該活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部が存在する。かような薄部の存在によって、リチウムイオン伝導が充分に確保されうる。従って、本発明の電極は、電池の出力特性の向上に有効に寄与しうる。   In the active material layer of the battery electrode of the present invention, there is a thin part having a smaller thickness than other parts of the active material layer. Due to the presence of such a thin part, lithium ion conduction can be sufficiently ensured. Therefore, the electrode of the present invention can contribute effectively to the improvement of the output characteristics of the battery.

本発明の電池用電極の一実施形態(第1実施形態)を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment (1st Embodiment) of the battery electrode of this invention. 第2実施形態のバイポーラ電池の好ましい一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows preferable one Embodiment of the bipolar battery of 2nd Embodiment. 第3実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 3rd Embodiment. 第3実施形態の組電池を搭載する第4実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 4th Embodiment carrying the assembled battery of 3rd Embodiment. バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the lithium ion secondary battery which is not a bipolar type.

以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、下記の形態のみに制限されることはない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態)
(構成)
本発明の第1は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層において、当該活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部が存在することを特徴とする、電池用電極である。
(First embodiment)
(Constitution)
1st of this invention is an electrode for batteries which has an electrical power collector and the active material layer containing the active material formed in the surface of the said electrical power collector, Comprising: In the said active material layer, the said active material The battery electrode is characterized in that a thin portion having a smaller thickness than other portions of the layer is present.

なお、本発明の電極に類似の構造を有する電極として、集電体上に、Liと合金化する金属またはこの金属を含有する合金からなる薄膜が所定パターンで選択的に形成されてなる微細パターン化薄膜電極が提案されている(特開2004−127561号公報を参照)。この特許文献には、電極の製造方法として、フォトリソグラフィ法を用いる手法が開示されている。かようなパターン化薄膜電極は、特に電池の負極に用いられると、電池の充電時において、薄膜が形成されていない空隙が活物質である合金の膨張代として作用し、活物質の膨張に伴う活物質でのクラックの発生が有効に防止されうる。従って、前記文献2には、パターンどうしの間隔は可及的に大きいほど好ましい旨が記載されている。   As an electrode having a structure similar to the electrode of the present invention, a fine pattern in which a thin film made of a metal alloyed with Li or an alloy containing this metal is selectively formed in a predetermined pattern on a current collector A thin film electrode has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-127561). This patent document discloses a technique using a photolithography method as an electrode manufacturing method. When such a patterned thin film electrode is used particularly for a negative electrode of a battery, when the battery is charged, a void in which no thin film is formed acts as an expansion allowance of an alloy that is an active material, and is accompanied by expansion of the active material. Generation of cracks in the active material can be effectively prevented. Therefore, the document 2 describes that the larger the interval between patterns, the better.

しかしながら、上記の特許文献に記載のパターン化薄膜電極は、Liと合金化する金属またはこの金属を含有する合金からなる薄膜に限ったものであり、カーボン系材料を負極として用いる場合は使えない上、粒子径も比較的大きな活物質を対象としている。粒子径が大きいと反応表面積が小さいため、高出力電池には不向きである。   However, the patterned thin film electrode described in the above patent document is limited to a thin film made of a metal alloyed with Li or an alloy containing this metal, and cannot be used when a carbon-based material is used as a negative electrode. In addition, active materials with a relatively large particle size are targeted. If the particle size is large, the reaction surface area is small, so it is not suitable for high-power batteries.

以下、本発明の電池用電極の構造について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, the structure of the battery electrode of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の電池用電極の一実施形態を示す概略断面図である。図1に示す形態の電池用電極は、集電体11の一方の面に正極活物質3を主成分とする正極活物質層13が形成され、他方の面に負極活物質5を主成分とする負極活物質層15が形成されてなるバイポーラ電極1である。なお、後述するように活物質層(13,15)には他の成分もまた含有されうるが、図1においては図示を省略している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a battery electrode of the present invention. In the battery electrode in the form shown in FIG. 1, a positive electrode active material layer 13 mainly composed of the positive electrode active material 3 is formed on one surface of the current collector 11, and the negative electrode active material 5 is mainly composed on the other surface. This is a bipolar electrode 1 in which a negative electrode active material layer 15 is formed. As will be described later, the active material layers (13, 15) may contain other components, but are not shown in FIG.

本実施形態において、正極活物質層13および負極活物質層15はともに、活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部を有する。具体的には、前記薄部には、チャネル(13'、15')が存在する。そして当該チャネル(13'、15')は、活物質層(13、15)の厚さ方向と同一の方向に存在している。なお、本発明においては、説明の都合上、図面が誇張されており、本発明の技術的範囲は、図面に掲示する形態に限定されない。また、図面以外の実施形態も採用されうる。例えば、正極または負極の少なくとも一方にチャネルが存在する形態もまた、採用されうる。また、図1においては、活物質層(13、15)においてそれぞれ3本ずつしかチャネル(13'、15')が存在していないが、本来は無数のチャネルが存在する。   In the present embodiment, both the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 have a thin part having a smaller thickness than other portions of the active material layer. Specifically, channels (13 ′, 15 ′) exist in the thin portion. The channels (13 ′, 15 ′) exist in the same direction as the thickness direction of the active material layers (13, 15). In the present invention, the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and the technical scope of the present invention is not limited to the forms shown in the drawings. Also, embodiments other than the drawings may be employed. For example, a form in which a channel exists in at least one of the positive electrode and the negative electrode can also be adopted. In FIG. 1, only three channels (13 ′, 15 ′) exist in each of the active material layers (13, 15), but an infinite number of channels exist originally.

均一な厚さを有する従来の電池用電極においては、活物質の粒子径の減少に伴って添加される導電助剤の影響や、電極作製時に施されるプレス処理などによって、図1の破線に示すように、活物質層におけるリチウムイオンの伝導が(特に活物質層の集電体に近い側に位置する活物質に対して)充分に確保されず、充分な出力特性が得られないという問題があった。   In the conventional battery electrode having a uniform thickness, due to the influence of the conductive additive added as the particle size of the active material decreases, the press treatment applied at the time of electrode preparation, etc., the broken line in FIG. As shown, the conduction of lithium ions in the active material layer (especially for the active material located on the side close to the current collector of the active material layer) is not sufficiently secured, and sufficient output characteristics cannot be obtained. was there.

これに対し、本発明では、図1に示すような構成とすることにより、チャネル(13'、15')部位において電解質層からのリチウムイオン伝導が充分に確保されうる(図1の実線)。   On the other hand, in the present invention, by adopting the configuration shown in FIG. 1, lithium ion conduction from the electrolyte layer can be sufficiently ensured at the channel (13 ′, 15 ′) site (solid line in FIG. 1).

図1に示す形態においては、上述したように、活物質層(13、15)の厚さ方向と同一の方向に、チャネル(13'、15')が存在する。ただし、かような形態のみに制限されず、チャネル(13'、15')の方向は、活物質層(13、15)の厚さ方向と略同一の方向であればよい。なお、「略同一の方向である」とは、チャネル(13'、15')の方向が、本発明の作用効果が得られる程度に傾斜していてもよいことを意味する。具体的には、チャネル(13'、15')の方向が、活物質層(13、15)の厚さ方向に対して、20°程度傾斜していてもよいと考えられる。なお、かようなチャネル(13'、15')の存在やその角度、後述するチャネルの形状やそのサイズなどについては、電子顕微鏡を用いた断面観察により、確認されうる。その他の手法により確認されてもよい。例えば、集束イオンビーム(FIB)装置を用いた断面観察が用いられてもよい。   In the form shown in FIG. 1, as described above, channels (13 ′, 15 ′) exist in the same direction as the thickness direction of the active material layers (13, 15). However, it is not restricted only to such a form, The direction of a channel (13 ', 15') should just be a direction substantially the same as the thickness direction of an active material layer (13, 15). Note that “substantially the same direction” means that the directions of the channels (13 ′, 15 ′) may be inclined to the extent that the effects of the present invention can be obtained. Specifically, it is considered that the direction of the channels (13 ′, 15 ′) may be inclined by about 20 ° with respect to the thickness direction of the active material layers (13, 15). The presence and angle of such channels (13 ′, 15 ′), the shape and size of the channels described later, and the like can be confirmed by cross-sectional observation using an electron microscope. It may be confirmed by other methods. For example, cross-sectional observation using a focused ion beam (FIB) apparatus may be used.

本発明の電極において、チャネル(13'、15')が存在する形態は特に制限されない。チャネル(13'、15')は、不規則に存在してもよいし、規則的に存在してもよい。本発明の好ましい形態においては、チャネル(13'、15')は、規則的かつ周期的に存在する。なお、「規則的かつ周期的に存在する」とは、チャネル(13'、15')がある規則に従って存在し、さらにその規則が繰り返されることを意味する。なお、かような形態において、チャネルが存在する具体的な形状は特に制限されないが、例えば、千鳥配列や碁盤配列などの形状が例示されうる。   In the electrode of the present invention, the form in which the channels (13 ′, 15 ′) are not particularly limited. The channels (13 ′, 15 ′) may exist irregularly or regularly. In a preferred form of the invention, the channels (13 ′, 15 ′) exist regularly and periodically. Note that “exist regularly and periodically” means that the channels (13 ′, 15 ′) exist according to a certain rule, and the rule is repeated. In addition, in such a form, the specific shape in which the channel exists is not particularly limited, but for example, a shape such as a staggered arrangement or a grid arrangement may be exemplified.

隣接するチャネルの間隔の具体的な値についても特に制限されないが、隣接するチャネル(13'、15')の隣接平均間隔は、好ましくは、活物質層(13、15)の厚さ(図1に示す「Y」)の5倍以下であり、より好ましくは2倍以下であり、さらに好ましくは1倍以下であり、特に好ましくは0.5倍以下である。これは、チャネルの隣接平均間隔が大きすぎると、リチウムイオンが伝導すべき活物質層の平面方向の距離が長くなってしまい、チャネルを設けた意義が失われてしまう虞があるためである。一方、チャネル(13'、15')の隣接平均間隔の下限値は特に制限されないが、製造が容易であるという観点からは、活物質層(13、15)の厚さの0.1倍以上とするとよい。なお、「チャネルの隣接平均間隔」とは、チャネルの隣接間隔(図1に示す「X」)の平均値であり、電子顕微鏡写真を用いた活物質層の平面に垂直な方向の写真の一定の視野中に存在する隣接間隔をそれぞれ測定し、その相加平均を算出することにより得られる。   The specific value of the interval between adjacent channels is not particularly limited, but the adjacent average interval between adjacent channels (13 ′, 15 ′) is preferably the thickness of the active material layer (13, 15) (FIG. 1). 5) or less, more preferably 2 times or less, still more preferably 1 time or less, and particularly preferably 0.5 times or less. This is because if the average distance between adjacent channels is too large, the distance in the plane direction of the active material layer to which lithium ions should conduct becomes longer, and the significance of providing the channel may be lost. On the other hand, the lower limit value of the adjacent average interval of the channels (13 ′, 15 ′) is not particularly limited, but is 0.1 times or more the thickness of the active material layer (13, 15) from the viewpoint of easy production. It is good to do. The “average adjacent interval between channels” is an average value of adjacent intervals between channels (“X” shown in FIG. 1), and is a constant photograph of a direction perpendicular to the plane of the active material layer using an electron micrograph. Each of the adjacent intervals existing in the visual field is measured, and an arithmetic average thereof is calculated.

活物質層(13、15)に存在する個々のチャネル(13'、15')の形状およびサイズも特に制限されず、形状については、活物質層の平面方向に垂直な方向から見た形状が、例えば、円状、正方形状、長方形状、三角形状、菱形状、星形状などのいずれの形状であってもよい。場合によっては、その他の形状のチャネルが存在してもよい。チャネルのサイズも特に制限されず、活物質層の厚さやチャネル間の間隔などに応じて、適宜設定されうる。   The shape and size of the individual channels (13 ′, 15 ′) existing in the active material layer (13, 15) are not particularly limited, and the shape is a shape viewed from a direction perpendicular to the plane direction of the active material layer. For example, any shape such as a circular shape, a square shape, a rectangular shape, a triangular shape, a rhombus shape, and a star shape may be used. In some cases, other shaped channels may be present. The size of the channel is not particularly limited, and can be appropriately set according to the thickness of the active material layer, the interval between the channels, and the like.

活物質層(13、15)に存在するチャネル(13'、15')の合計体積についても特に制限されることはないが、活物質層(13、15)の全体積に対して、好ましくは1%以上であり、より好ましくは2%以上であり、さらに好ましくは3%以上であり、特に好ましくは4%以上である。これは、チャネルの合計体積が少なすぎると、上記と同様に、リチウムイオンが伝導すべき活物質層の平面方向の距離が長くなってしまい、チャネルを設けた意義が失われてしまう虞があるためである。一方、チャネルの合計体積の上限値は特に制限されないが、単位体積当たりの容量の低下を防止するという観点からは、活物質層の全体積の50%以下とするとよい。   The total volume of the channels (13 ′, 15 ′) existing in the active material layers (13, 15) is not particularly limited, but is preferably relative to the total volume of the active material layers (13, 15). 1% or more, more preferably 2% or more, still more preferably 3% or more, and particularly preferably 4% or more. This is because if the total volume of the channel is too small, the distance in the plane direction of the active material layer through which lithium ions should be conducted becomes longer, and the significance of providing the channel may be lost. Because. On the other hand, the upper limit value of the total volume of the channel is not particularly limited, but is preferably 50% or less of the total volume of the active material layer from the viewpoint of preventing a decrease in capacity per unit volume.

本発明の電池用電極は、例えば、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「バイポーラ電池」とも称する)に採用されうる。その他の電池に採用されても、勿論よい。   The battery electrode of the present invention can be employed in, for example, a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “bipolar battery”). Of course, it may be adopted for other batteries.

以下、リチウムイオン二次電池に採用される場合を例に挙げて、本発明の電池用電極の構成について説明する。本発明の電池用電極は、活物質層において、活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部が存在する点に特徴を有する。本発明の電池用電極において、好ましくは、図1に示すようなチャネル(13'、15')が存在する。集電体、活物質、バインダ、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー、その他必要に応じて添加される化合物の選択について、特に制限はない。使用用途に応じて、従来公知の知見を適宜参照することにより、選択すればよい。また、本発明の電池用電極は、正極および負極の双方に適用可能であるが、例えば正極に適用する場合には、集電体および活物質として、正極用の集電体および正極活物質として作用することが知られている化合物を採用すればよい。   Hereinafter, the configuration of the battery electrode of the present invention will be described by taking as an example a case where it is employed in a lithium ion secondary battery. The battery electrode of the present invention is characterized in that there is a thin portion having a smaller thickness in the active material layer than in other parts of the active material layer. In the battery electrode of the present invention, preferably, channels (13 ′, 15 ′) as shown in FIG. 1 exist. There is no particular limitation on the selection of the current collector, active material, binder, supporting salt (lithium salt), ion-conducting polymer, and other compounds added as necessary. Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge. The battery electrode of the present invention can be applied to both the positive electrode and the negative electrode. For example, when applied to the positive electrode, the current collector and the active material are used as the current collector and the positive electrode active material for the positive electrode. A compound known to act may be employed.

[集電体]
集電体11は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
[Current collector]
The current collector 11 is made of a conductive material such as an aluminum foil, a nickel foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.

[活物質層]
集電体11には、活物質層(13、15)が形成される。活物質層(13、15)は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。本発明の電極が正極として用いられる場合、活物質層は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合、活物質層は負極活物質を含む。
[Active material layer]
An active material layer (13, 15) is formed on the current collector 11. The active material layers (13, 15) are layers containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. When the electrode of the present invention is used as a positive electrode, the active material layer contains a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode, the active material layer contains a negative electrode active material.

正極活物質としては、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系複合酸化物やLiNiO2などのLi−Ni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。   As the positive electrode active material, a lithium-transition metal composite oxide is preferable, and examples thereof include a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4 and a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物や、カーボンが好ましい。カーボンとしては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。   As the negative electrode active material, the above lithium transition metal-composite oxide or carbon is preferable. Examples of carbon include graphite-based carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.

活物質の平均粒子径は特に制限されない。ただし、この平均粒子径が大きすぎると、活物質の反応表面積が小さくなって高出力化が困難となったり、活物質の粒子の内部におけるリチウムイオン伝導が活物質層におけるリチウムイオン伝導を律速してしまうことになり、本発明の作用効果が充分に得られない虞がある。かような観点から、活物質の平均粒子径は、好ましくは10μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、さらに好ましくは2μm以下であり、特に好ましくは1μm以下である。ただし、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、本願において活物質の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定された値を採用するものとする。   The average particle size of the active material is not particularly limited. However, if the average particle size is too large, the reaction surface area of the active material becomes small, making it difficult to increase the output, or the lithium ion conduction inside the active material particles determines the lithium ion conduction in the active material layer. As a result, the effects of the present invention may not be sufficiently obtained. From such a viewpoint, the average particle diameter of the active material is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, still more preferably 2 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. However, forms outside these ranges can also be employed. In the present application, the average particle size of the active material is a value measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device.

活物質層(13、15)には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layers (13, 15) may contain other materials if necessary. For example, a binder, a conductive additive, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF)等の種々の炭素繊維などが挙げられる。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon powders such as graphite and carbon black, and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF).

活物質層(13、15)に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、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。   The compounding ratio of the components contained in the active material layers (13, 15) is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

(製造方法)
本発明の第2は、電池用電極の製造方法に関する。すなわち、本発明の第2は、集電体を準備する集電体準備工程と、活物質を含む活物質スラリーを調製する活物質スラリー調製工程と、前記集電体の表面に前記活物質スラリーを塗布して、塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜の厚さ方向と略同一の方向にチャネルを形成するチャネル形成工程と、を有する、電池用電極の製造方法である。かような製造方法によれば、本発明の第1の電池用電極が製造可能である。以下、工程順に詳細に説明するが、下記の形態のみには制限されない。
(Production method)
2nd of this invention is related with the manufacturing method of the electrode for batteries. That is, the second of the present invention is a current collector preparing step for preparing a current collector, an active material slurry preparing step for preparing an active material slurry containing an active material, and the active material slurry on the surface of the current collector. Is a coating film forming step of forming a coating film, and a channel forming step of forming a channel in a direction substantially the same as the thickness direction of the coating film. According to such a manufacturing method, the first battery electrode of the present invention can be manufactured. Hereinafter, although it demonstrates in detail in order of a process, it is not restrict | limited only to the following form.

[集電体準備工程]
本工程においては、集電体を準備する。準備する集電体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Current collector preparation process]
In this step, a current collector is prepared. The specific form of the current collector to be prepared is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

[活物質スラリー調製工程]
本工程においては、所望の活物質、バインダ、および必要に応じて他の成分(例えば、導電助剤など)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。この活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Active material slurry preparation process]
In this step, an active material slurry is prepared by mixing a desired active material, a binder, and, if necessary, other components (for example, a conductive additive) in a solvent. Since the specific form of each component blended in the active material slurry is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, detailed description is omitted here.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

本工程において調製される活物質スラリー中に含まれる各成分の配合比についても特に制限はなく、電池の製造分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。   There is no particular limitation on the blending ratio of each component contained in the active material slurry prepared in this step, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the battery manufacturing field.

[塗膜形成工程]
続いて、上記で調製した活物質スラリーを、同じく上記で準備した集電体の表面に塗布する。これにより、集電体の表面に活物質スラリーからなる塗膜が形成される。この塗膜は最終的には乾燥し、さらに後述するチャネル形成工程においてチャネルが形成され、活物質層となる。
[Coating film forming process]
Subsequently, the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector prepared as above. Thereby, the coating film which consists of an active material slurry is formed on the surface of an electrical power collector. This coating film is finally dried, and further, a channel is formed in a channel forming step described later to become an active material layer.

活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されない。例えば、コーターなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。   The application means for applying the active material slurry is not particularly limited. For example, a commonly used means such as a coater can be adopted.

塗膜は、製造される電極における集電体と活物質層との所望の配置形態に応じて、形成される。例えば、製造される電極がバイポーラ電極の場合、集電体の一方の面には正極活物質を含む塗膜が形成され、他方の面には負極活物質を含む塗膜が形成される。これに対し、バイポーラ型でない電極を製造する場合には、正極活物質または負極活物質のいずれか一方を含む塗膜が1枚の集電体の両面に形成される。   A coating film is formed according to the desired arrangement | positioning form of the electrical power collector and active material layer in the electrode manufactured. For example, when the manufactured electrode is a bipolar electrode, a coating film containing a positive electrode active material is formed on one surface of the current collector, and a coating film containing a negative electrode active material is formed on the other surface. On the other hand, when manufacturing a non-bipolar electrode, a coating film containing either the positive electrode active material or the negative electrode active material is formed on both surfaces of one current collector.

[チャネル形成工程]
その後、上記で形成された塗膜に対して、チャネルを形成する。これにより、電池用電極(例えば、図1に示す本発明の第1の電池用電極)が完成する。
[Channel formation process]
Then, a channel is formed with respect to the coating film formed above. Thereby, the battery electrode (for example, the first battery electrode of the present invention shown in FIG. 1) is completed.

本工程においてチャネルを形成する手法は特に制限されない。本工程は、例えば、上記で形成された塗膜に対してモールド(型)を積層してプレスする工程(モールドプレス工程)と、塗膜を乾燥させる工程(乾燥工程)と、前記モールドを除去する工程(モールド除去工程)とからなる。   The method for forming a channel in this step is not particularly limited. This step includes, for example, a step of laminating and pressing a mold (mold) on the coating film formed above (mold pressing step), a step of drying the coating film (drying step), and removing the mold. The process (mold removal process) to perform.

まず、上記で形成された塗膜に対してモールドを積層する。ここで用いられるモールドの具体的な形態については特に制限はなく、形成を希望するチャネルの形状やサイズに対応するパターンを有するモールドが適宜使用されうる。   First, a mold is laminated on the coating film formed as described above. There is no restriction | limiting in particular about the specific form of the mold used here, The mold which has a pattern corresponding to the shape and size of the channel which formation is desired can be used suitably.

モールドについては、商品が市販されている場合には当該商品を購入したものを用いてもよいし、自ら作製したものを用いてもよい。モールドを自ら作製する手法としては、例えばナノインプリンティング法が挙げられる。「ナノインプリンティング法」とは、型を樹脂に押し込むことで微細構造を転写する技術であり、大きく熱ナノインプリンティング法と光ナノインプリンティング法とに大別される。ナノインプリンティング法は広く知られた手法であるため、ここでは詳細な説明を省略するが、当該手法を採用することにより、所望のチャネルの形状やサイズに対応したナノレベルの極めて微細なモールドが作製されうる。   About a mold, when goods are marketed, what purchased the goods concerned may be used, and what was produced itself may be used. As a method for producing the mold itself, for example, a nano-imprinting method can be cited. The “nanoimprinting method” is a technique for transferring a fine structure by pushing a mold into a resin, and is roughly divided into a thermal nanoimprinting method and an optical nanoimprinting method. Since the nanoimprinting method is a widely known method, detailed description is omitted here, but by adopting this method, a nano-level extremely fine mold corresponding to the desired channel shape and size can be obtained. Can be made.

モールドの積層後、塗膜とモールドとの積層体を積層方向にプレスする。これにより、モールドの有するパターンが塗膜に転写され、チャネルが塗膜に形成されうる。プレス時の圧力は特に制限されず、適宜設定されうる。   After lamination of the mold, the laminate of the coating film and the mold is pressed in the lamination direction. Thereby, the pattern which a mold has is transcribe | transferred to a coating film, and a channel can be formed in a coating film. The pressure at the time of pressing is not particularly limited, and can be set as appropriate.

その後、チャネルが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、塗膜がチャネルを有する形状に固化する。   Thereafter, the coating film on which the channel is formed is dried. Thereby, the solvent in the coating film is removed, and the coating film is solidified into a shape having a channel.

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電池の製造分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。乾燥を目的とした熱処理の一例を挙げると、110〜130℃程度の温度で1〜5分間程度の熱処理が例示される。   The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of battery production. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the application amount of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry. An example of heat treatment for the purpose of drying is exemplified by heat treatment at a temperature of about 110 to 130 ° C. for about 1 to 5 minutes.

塗膜が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、塗膜中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋される。   When a coating film contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in a coating film is bridge | crosslinked by a crosslinkable group by performing a superposition | polymerization process further.

重合工程における重合処理も特に制限されることはなく、従来公知の知見を適宜参照すればよい。例えば、塗膜が熱重合開始剤(AIBNなど)を含む場合には、塗膜に熱処理を施す。また、塗膜が光重合開始剤(BDKなど)を含む場合には、紫外光などの光を照射する。なお、熱重合のための熱処理は、上記の乾燥工程と同時に行われてもよいし、当該乾燥工程の前または後に行われてもよい。さらに、上述したプレス処理と同時に熱処理を行ってもよい。かような形態によれば、簡便な手法によりチャネルの形成が可能である。   The polymerization treatment in the polymerization step is not particularly limited, and conventionally known knowledge may be referred to as appropriate. For example, when the coating film contains a thermal polymerization initiator (AIBN or the like), the coating film is subjected to heat treatment. Moreover, when a coating film contains a photoinitiator (BDK etc.), light, such as an ultraviolet light, is irradiated. In addition, the heat processing for thermal polymerization may be performed simultaneously with said drying process, and may be performed before or after the said drying process. Further, the heat treatment may be performed simultaneously with the press treatment described above. According to such a form, a channel can be formed by a simple method.

最後に、塗膜とモールドとの積層体からモールドを除去する。これにより、電池用電極が完成する。モールドの除去は手動で行われてもよいし、大量生産レベルでは自動化された機械により行われてもよい。   Finally, the mold is removed from the laminate of the coating film and the mold. Thereby, the battery electrode is completed. The removal of the mold may be performed manually or at a mass production level by an automated machine.

以下、本発明の第2の製造方法の他の好ましい形態を説明する。本形態においては、上記の塗膜形成工程においてインクジェット印刷により塗膜を形成する。これにより、塗膜の形成と同時にチャネルが形成されうる。すなわち、チャネル形成工程が塗膜形成工程と同時に行われる。従って、本形態は、電極作製時の工数の削減にも寄与しうる。   Hereinafter, another preferred embodiment of the second production method of the present invention will be described. In this embodiment, the coating film is formed by ink jet printing in the coating film forming step. Thereby, a channel can be formed simultaneously with the formation of the coating film. That is, the channel forming process is performed simultaneously with the coating film forming process. Therefore, this embodiment can also contribute to the reduction of the man-hour at the time of electrode preparation.

「インクジェット印刷」とは、液体のインクをノズルから噴出させて、インクを対象物に付着させる印刷方式を意味する。インクジェット方式は、インクを噴出させる方式によって、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、バブルジェット(登録商標)方式に分類される。インクジェット印刷は、現在において、非常に広く知られた技術であるため、インクジェット印刷についての詳細な説明は省略する。   “Inkjet printing” means a printing method in which liquid ink is ejected from nozzles and ink is adhered to an object. The ink jet method is classified into a piezo method, a thermal ink jet method, and a bubble jet (registered trademark) method according to a method of ejecting ink. Inkjet printing is a very well-known technique at present, and a detailed description of inkjet printing is omitted.

本形態の塗膜形成工程において、インクジェット印刷により塗膜を作製するには、まず、塗膜を形成するための活物質スラリーを調製する。活物質スラリーの調製は、上述した活物質スラリー調製工程と同様に行われるため、ここでは詳細な説明を省略する。   In order to produce a coating film by ink jet printing in the coating film forming step of this embodiment, first, an active material slurry for forming a coating film is prepared. Since the preparation of the active material slurry is performed in the same manner as the above-described active material slurry preparation step, detailed description is omitted here.

続いて、塗膜を形成するための集電体を準備する。準備される集電体の形態についても上述したため、ここでは詳細な説明を省略する。   Subsequently, a current collector for forming a coating film is prepared. Since the form of the current collector to be prepared has also been described above, detailed description thereof is omitted here.

続いて、活物質スラリーを印刷可能なインクジェット装置に集電体を供給する。そして、当該集電体に対して、インクジェット方式により活物質スラリーを噴出させ、集電体に付着させる。インクジェット装置のノズルから噴出されるスラリーの量は、非常に微量であり、しかも、略等体積の量を噴出させることが可能である。したがって、活物質スラリーの付着によって形成される塗膜は、非常に薄く、かつ、均一である。また、インクジェット印刷を用いれば、塗膜の厚さや形状が、精密に制御されうる。さらに、インクジェット印刷を用いれば、コンピュータ上で所定のパターンをデザインし、それを単に印刷するだけで、所望の形状の塗膜が形成される。1回の印刷では塗膜の厚さが不足する場合には、同一面に対して、2回以上印刷を繰り返せばよい。つまり、同じ活物質スラリーを、同一の集電体に重ねて印刷すればよい。これにより、所望の厚さを有する塗膜が形成される。   Subsequently, the current collector is supplied to an ink jet apparatus capable of printing the active material slurry. Then, an active material slurry is ejected from the current collector by an ink jet method and attached to the current collector. The amount of the slurry ejected from the nozzles of the ink jet apparatus is very small, and it is possible to eject an approximately equal volume. Therefore, the coating film formed by the adhesion of the active material slurry is very thin and uniform. Moreover, if inkjet printing is used, the thickness and shape of the coating film can be precisely controlled. Furthermore, when ink jet printing is used, a predetermined pattern is designed on a computer, and a coating film having a desired shape is formed simply by printing the pattern. When the thickness of the coating film is insufficient in one printing, the printing may be repeated twice or more on the same surface. That is, the same active material slurry may be printed over the same current collector. Thereby, a coating film having a desired thickness is formed.

上述したようなチャネルが存在する塗膜を形成するには、例えば、集電体の全面に対して数回、活物質スラリーを噴出させることにより塗膜を形成し、その後、チャネルの位置する部位には活物質スラリーを噴出させないように塗布パターンをデザインして、このパターンで所望の厚さの塗膜(所望の深さのチャネル)が形成されるまでインクジェット印刷により活物質スラリーを塗布すればよい。   In order to form a coating film having a channel as described above, for example, the coating film is formed by ejecting the active material slurry several times over the entire surface of the current collector, and then the part where the channel is located. If the coating pattern is designed so that the active material slurry is not ejected, and the coating film having the desired thickness (channel of the desired depth) is formed with this pattern, the active material slurry is applied by ink jet printing. Good.

その後、得られた塗膜を乾燥させる。塗膜が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、塗膜中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋される。これにより、活物質層が完成する。乾燥工程や重合工程の具体的な形態については、上述したの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。   Then, the obtained coating film is dried. When a coating film contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in a coating film is bridge | crosslinked by a crosslinkable group by performing a superposition | polymerization process further. Thereby, an active material layer is completed. About the specific form of a drying process or a superposition | polymerization process, since the form similar to what was mentioned above may be employ | adopted, detailed description is abbreviate | omitted here.

本形態の製造方法によれば、インクジェット印刷の採用により、所望のパターンのチャネルを容易に作製することが可能である。また、厚さが極めて均一な活物質層が作製されうるため、活物質層の厚さの不均一性に起因する電流密度の偏りなどの問題の発生が有効に防止され、耐久性に優れる電極が製造されうる。   According to the manufacturing method of this embodiment, a channel having a desired pattern can be easily produced by adopting ink jet printing. In addition, since an active material layer having an extremely uniform thickness can be produced, it is possible to effectively prevent the occurrence of problems such as uneven current density due to the non-uniformity of the thickness of the active material layer, and an electrode having excellent durability. Can be manufactured.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の電池用電極を用いて、電池を構成する。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, a battery is comprised using the battery electrode of said 1st Embodiment.

すなわち、本発明の第3は、正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が本発明の電極である、電池である。本発明の電極は、正極、負極、バイポーラ電極のいずれにも適用されうる。本発明の電極を、少なくとも1つの電極として含む電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、電池を構成する電極の全てが本発明の電極である。かような構成を採用することにより、電池の耐久性を効果的に向上させうる。   That is, a third aspect of the present invention is a battery having at least one single cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode of the present invention. There is a battery. The electrode of the present invention can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode. A battery including the electrode of the present invention as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the durability of the battery can be effectively improved.

本発明の電池は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、「バイポーラ電池」とも称する)でありうる。図2は、バイポーラ電池である、本発明の電池を示す断面図である。以下、図2に示すバイポーラ電池を例に挙げて詳細に説明するが、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。   The battery of the present invention may be a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”). FIG. 2 is a cross-sectional view showing a battery of the present invention which is a bipolar battery. Hereinafter, the bipolar battery shown in FIG. 2 will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図2に示す本実施形態のバイポーラ電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素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。   The bipolar battery 10 of this embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior.

図2に示すように、本実施形態のバイポーラ電池10の電池要素21は、図1に示す第1実施形態のバイポーラ電極を複数個有する。なお、図2においては、電極の活物質層において図1に示すようなチャネルが存在するが、各活物質層は単なる1層として図示されている。各バイポーラ電極は、電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層13と前記一のバイポーラ電極に隣接する他のバイポーラ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、各バイポーラ電極および電解質層17が積層されている。   As shown in FIG. 2, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of this embodiment has a plurality of bipolar electrodes of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 2, there are channels as shown in FIG. 1 in the active material layer of the electrode, but each active material layer is shown as a single layer. Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar electrode and electrolyte layer are arranged so 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. 17 are stacked.

そして、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。従って、バイポーラ電池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、単電池層19の外周には、隣接する集電体11間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、11b)には、片面のみに、正極活物質層13(正極側最外層集電体11a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11b)のいずれか一方が形成されている。   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. In addition, an insulating layer 31 for insulating adjacent current collectors 11 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 11b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 13 (positive electrode side outermost layer current collector 11a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (negative electrode side outermost layer current collector 11b) is formed.

さらに、図2に示すバイポーラ電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極タブ25とされ、外装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が延長されて負極タブ27とされ、同様にラミネートシート29から導出している。   Further, in the bipolar battery 10 shown in FIG. 2, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to form a positive electrode tab 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 b is extended to form a negative electrode tab 27, which is similarly derived from the laminate sheet 29.

以下、本実施形態のバイポーラ電池10を構成する部材について簡単に説明する。ただし、電極を構成する成分については上記で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明の技術的範囲が下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, members constituting the bipolar battery 10 of the present embodiment will be briefly described. However, since the components constituting the electrode are as described above, the description thereof is omitted here. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms, and conventionally known forms can be similarly adopted.

[電解質層]
電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
[Electrolyte layer]
A liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte constituting the electrolyte layer 17.

液体電解質(電解質塩および可塑剤)としては、特に制限されず、従来公知の各種電解液が適宜使用されうる。例えば、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の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくとも1種または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の可塑剤(有機溶媒)を用いたものなどが用いられうる。ただし、これらに制限されるわけではない。   The liquid electrolyte (electrolyte salt and plasticizer) is not particularly limited, and various conventionally known electrolytic solutions can be appropriately used. For example, at least selected from inorganic acid anion salts such as LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, and Li2B10Cl10, organic acid anion salts such as LiCF3SO3, Li (CF3SO2) 2N, and Li (C2F5SO2) 2N 1 type of lithium salt (electrolyte salt), cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4- Ethers such as dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; Amides such as muamide; those using a plasticizer (organic solvent) such as an aprotic solvent in which at least one selected from methyl acetate and methyl formate or a mixture of two or more thereof can be used. However, it is not necessarily limited to these.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー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 an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質とはイオン伝導性を有する固体高分子電解質に、従来公知のリチウムイオン二次電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、リチウムイオン伝導性を有さない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものも含まれる。イオン伝導性を有する固体高分子電解質としては、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)、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。なお、これらの固体高分子電解質は、真性(全固体)ポリマー電解質に好適に用いられうる。   A gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity and containing an electrolytic solution used in a conventionally known lithium ion secondary battery. Further, a polymer skeleton having no lithium ion conductivity is used. Some of them contain an electrolyte solution. Examples of the solid polymer electrolyte having ion conductivity include known solid polymer electrolytes such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. These solid polymer electrolytes can be suitably used for intrinsic (all solid) polymer electrolytes.

ゲル電解質に用いられるリチウムイオン伝導性を有さない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが挙げられる。ただし、これらに制限されるわけではない。なお、PAN、PMMAなどは、どちらかというとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン伝導性を有さない高分子として例示した。   Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used for the gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). However, it is not necessarily limited to these. PAN, PMMA, and the like, which are in a class with little ion conductivity, can be used as the above polymer having ion conductivity, but are used here as a polymer gel electrolyte. It was exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

なお、電解質層17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17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等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In the case where the electrolyte layer 17 is composed of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer 17. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、上記のイオン伝導性を有する固体高分子電解質(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。従って、電解質層17が真性ポリマー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 intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the above-described solid polymer electrolyte (matrix polymer) having ion conductivity, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer 17 is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

[絶縁層]
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起きたりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
[Insulation layer]
In the bipolar battery 10, an insulating layer 31 is usually provided around each unit cell layer 19. The insulating layer 31 is provided for the purpose of preventing the adjacent current collectors 11 in the battery from contacting each other and short-circuiting due to a slight unevenness at the end of the battery cell layer 19 in the battery element 21. It is done. The installation of such an insulating layer 31 ensures long-term reliability and safety, and can provide a high-quality bipolar battery 10.

絶縁層31としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating layer 31 only needs to have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance under battery operating temperature, etc. Urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, urethane resins and epoxy resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming properties), economy, and the like.

[タブ]
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装であるラミネートシート29の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、ラミネートシート29の外部に取り出される。
[tab]
In the bipolar battery 10, the tab (positive electrode tab 25 and negative electrode tab 27) electrically connected to the outermost layer current collector (11a, 11b) is used for taking out the current outside the battery. Take out to the outside. Specifically, the positive electrode tab 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11 a and the negative electrode tab 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11 b are formed on the laminate sheet 29. Take out to the outside.

タブ(正極タブ25および負極タブ27)の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池用のタブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極タブ25と負極タブ27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。なお、本実施形態のように、最外層集電体(11a、11b)を延長することによりタブ(25、27)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。   The material of the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a tab for a bipolar battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. Note that the same material may be used for the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27, or different materials may be used. As in the present embodiment, the outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form tabs (25, 27), or a separately prepared tab may be connected to the outermost layer current collector. Good.

[外装]
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、好ましくはラミネートシート29などの外装内に収容される。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the bipolar battery 10, the battery element 21 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 29 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

本実施形態のバイポーラ電池10によれば、本発明の電極が集電体11の両面に形成されてなるバイポーラ電極が採用されている。このため、本実施形態のバイポーラ電池は出力特性に優れる。   According to the bipolar battery 10 of the present embodiment, a bipolar electrode in which the electrode of the present invention is formed on both surfaces of the current collector 11 is employed. For this reason, the bipolar battery of this embodiment is excellent in output characteristics.

ここで、上述したような本発明の作用効果は、高出力条件下において用いられる二次電池において特に顕著に発現しうる。従って、本発明の二次電池は、高出力条件下において用いられることが好ましい。具体的には、本発明の二次電池は、好ましくは20C以上、より好ましくは50C以上、さらに好ましくは100C以上の出力を必要とする条件下において用いられる。   Here, the operational effects of the present invention as described above can be particularly remarkably exhibited in a secondary battery used under high output conditions. Therefore, the secondary battery of the present invention is preferably used under high output conditions. Specifically, the secondary battery of the present invention is used under conditions that require an output of preferably 20 C or higher, more preferably 50 C or higher, and even more preferably 100 C or higher.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a plurality of the bipolar batteries of the second embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.

図3は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図3に示すように、組電池40は、上記の第2実施形態のバイポーラ電池が複数個接続されることにより構成される。具体的には、各バイポーラ電池10の正極タブ25および負極タブ27がバスバーを用いて接続されることにより、各バイポーラ電池10が接続されている。組電池40の一の側面には、組電池40全体の電極として、電極ターミナル(42、43)が設けられている。   As shown in FIG. 3, the assembled battery 40 is configured by connecting a plurality of the bipolar batteries of the second embodiment. Specifically, each bipolar battery 10 is connected by connecting the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 of each bipolar battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 40, electrode terminals (42, 43) are provided as electrodes of the entire assembled battery 40.

組電池40を構成する複数個のバイポーラ電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池40の長期信頼性が向上しうる。   The connection method when connecting the plurality of bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 40 can be improved.

本実施形態の組電池40によれば、組電池40を構成する個々のバイポーラ電池10が出力特性に優れることから、出力特性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 40 of the present embodiment, each bipolar battery 10 constituting the assembled battery 40 is excellent in output characteristics, and therefore, an assembled battery excellent in output characteristics can be provided.

なお、組電池40を構成するバイポーラ電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The connection of the bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be all connected in parallel, all may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection may be used. Also good.

(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態のバイポーラ電池10、または第3実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、輸送機関を構成する。バイポーラ電池10または組電池40をモータ用電源として用いる輸送機関としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車のほか、列車、二輪車、船舶、航空機などが挙げられる。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, the bipolar battery 10 of the second embodiment or the assembled battery 40 of the third embodiment is mounted as a motor driving power source to constitute a transportation system. As a transportation system using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle that does not use gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, a wheel motor is used. In addition to cars driven by, trains, motorcycles, ships, aircraft and the like.

参考までに、図4に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池40を搭載する自動車50は出力特性に優れ、長期間にわたって使用した後であっても充分な出力を提供しうる。   For reference, FIG. 4 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 50 equipped with the assembled battery 40 has excellent output characteristics and can provide sufficient output even after being used for a long period of time.

以上のように、本発明の幾つか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るものではなく、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。例えば、以上の説明ではバイポーラ型のリチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)を例に挙げて説明したが、本発明の電池の技術的範囲がバイポーラ電池のみに制限されることはなく、例えば、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池であってもよい。参考までに、図5に、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池60の概要を示す断面図を示す。なお、図5に示すリチウムイオン二次電池60においては、負極活物質層15が正極活物質層13よりも一回り小さいが、かような形態のみには制限されない。正極活物質層13と同じかまたは一回り大きい負極活物質層15もまた、用いられうる。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, 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. . For example, in the above description, a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been described as an example. However, the technical scope of the battery of the present invention is not limited to a bipolar battery. A non-type lithium ion secondary battery may be used. For reference, FIG. 5 is a cross-sectional view showing an outline of a lithium ion secondary battery 60 that is not bipolar. In the lithium ion secondary battery 60 shown in FIG. 5, the negative electrode active material layer 15 is slightly smaller than the positive electrode active material layer 13, but is not limited to such a form. A negative electrode active material layer 15 that is the same as or slightly larger than the positive electrode active material layer 13 may also be used.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例に示す形態のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to only the forms shown in the following examples.

<実施例1>
<正極の作製>
正極活物質であるスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)(平均粒子径:5μm)(90質量部)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
<Example 1>
<Preparation of positive electrode>
Spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4) (average particle size: 5 μm) (90 parts by mass) which is a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by mass) which is a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) which is a binder ( 5 parts by mass) was mixed, and then an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent was added to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、正極用の集電体として、アルミニウム箔(厚さ:20μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した正極活物質スラリーを自走式コーターにより塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜に乾燥処理およびプレス処理を施し、正極活物質スラリーからなる塗膜(200μm)を形成した。   On the other hand, an aluminum foil (thickness: 20 μm) was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode active material slurry prepared above was applied to one surface of the prepared current collector by a self-propelled coater to form a coating film. Next, the coating film was dried and pressed to form a coating film (200 μm) composed of a positive electrode active material slurry.

上記で形成した塗膜の表面に、碁盤配列の針(長さ:3mm、直径:200μm、隣接針間隔:1mm)を有する剣山を用いてチャネルを形成し、試験用正極を完成させた。   On the surface of the coating film formed as described above, a channel was formed using a sword mountain having needles in a grid arrangement (length: 3 mm, diameter: 200 μm, interval between adjacent needles: 1 mm) to complete a test positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:6μm)(95質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。
<Production of negative electrode>
Hard carbon (average particle size: 6 μm) (95 parts by mass) as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) (5 parts by mass) as a binder are mixed, and then N-methyl- as a slurry viscosity adjusting solvent. An appropriate amount of 2-pyrrolidone (NMP) was added to prepare a negative electrode active material slurry.

一方、負極用の集電体として、銅箔(厚さ:20μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した負極活物質スラリーを自走式コーターにより塗布し、塗膜を形成させた。次いでこの塗膜に乾燥処理およびプレス処理を施し、負極活物質スラリーからなる塗膜(厚さ:200μm)を形成した。   On the other hand, a copper foil (thickness: 20 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry prepared above was applied to one surface of the prepared current collector with a self-propelled coater to form a coating film. Next, the coating film was dried and pressed to form a coating film (thickness: 200 μm) made of a negative electrode active material slurry.

上記で形成した塗膜の表面に、碁盤配列の針(長さ:3mm、直径:200μm、隣接針間隔:1mm)を有する剣山を用いてチャネルを形成し、試験用負極を完成させた。   On the surface of the coating film formed as described above, a channel was formed using a sword mountain having needles in a grid arrangement (length: 3 mm, diameter: 200 μm, interval between adjacent needles: 1 mm) to complete a test negative electrode.

<実施例2>
剣山として、長さ:3mm、直径:50μm、隣接針間隔:0.4mmの針を有するものを用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用正極および試験用負極を作製した。
<Example 2>
A test positive electrode and a test negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1 except that a sword was used having a needle having a length of 3 mm, a diameter of 50 μm, and an adjacent needle interval of 0.4 mm. Produced.

<実施例3>
剣山として、上記の実施例2と同様のものを用い、0.2mmずつずらしながら4回孔をあけ、チャネルの隣接間隔が0.2mmの碁盤配列のチャネルを形成したこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用正極および試験用負極を作製した。
<Example 3>
As the sword mountain, the same as in the above Example 2 was used, except that the holes were made four times while being shifted by 0.2 mm, and a channel with a grid arrangement with a channel spacing of 0.2 mm was formed. A test positive electrode and a test negative electrode were produced in the same manner as in Example 1.

<実施例4>
剣山として、上記の実施例2と同様のものを用い、0.1mmずつずらしながら16回孔をあけ、チャネルの隣接間隔が0.1mmの碁盤配列のチャネルを形成したこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用正極および試験用負極を作製した。
<Example 4>
As the sword mountain, the same as in Example 2 above was used, except that 16 holes were made while shifting by 0.1 mm each, and a channel with a grid arrangement with 0.1 mm spacing between adjacent channels was formed. A test positive electrode and a test negative electrode were produced in the same manner as in Example 1.

<比較例1>
チャネルを形成しなかったこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。
<Comparative Example 1>
Each electrode was produced by the same method as in Example 1 except that the channel was not formed.

<試験用セルの作製>
試験用セルの正極および負極として用いるために、上記の各実施例および各比較例で作製した正極および負極を、ポンチを用いてそれぞれ50mm角に打ち抜き、電極にそれぞれ電流取り出し用端子(正極にはアルミニウム端子、負極にはニッケル端子)を接続した。
<Production of test cell>
In order to use as a positive electrode and a negative electrode of a test cell, the positive electrode and the negative electrode prepared in each of the above examples and comparative examples were punched into 50 mm squares using punches, and current extraction terminals (for the positive electrode) An aluminum terminal and a nickel terminal were connected to the negative electrode.

さらに、セパレータとしてポリプロピレン微多孔膜(厚さ:20μm)を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiPF6を1Mの濃度に溶解させたものを準備した。   Furthermore, a polypropylene microporous film (thickness: 20 μm) was prepared as a separator. Moreover, what melt | dissolved LiPF6 which is lithium salt in the density | concentration of 1M in the equal volume mixed liquid of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) was prepared as electrolyte solution.

上記で得られた負極、セパレータ、および正極をこの順に積層し、電流取り出し用端子が外部に露出するように電池要素をアルミニウム製のラミネートフィルム中に入れた。その後、上記で準備した電解液を数滴垂らし、次いで真空に封止して、試験用セルを作製した。   The negative electrode, separator, and positive electrode obtained above were laminated in this order, and the battery element was placed in an aluminum laminate film so that the current extraction terminal was exposed to the outside. Thereafter, several drops of the electrolytic solution prepared above were dropped and then sealed in a vacuum to prepare a test cell.

<試験用セルの電池特性の評価>
上記の各実施例および比較例について、それぞれの試験用セルに対し0.2Cの定電流にて4.2Vの電位まで充電し、この電位に1時間保持した。その後10分間休止し、0.5Cの定電流にて3.0Vの電位まで放電した。続いて、ラミネートフィルムに孔をあけて初回充放電に起因するガスを抜き、再度真空に封止した。
<Evaluation of battery characteristics of test cell>
In each of the above Examples and Comparative Examples, each test cell was charged with a constant current of 0.2 C to a potential of 4.2 V and held at this potential for 1 hour. Thereafter, it was paused for 10 minutes and discharged to a potential of 3.0 V at a constant current of 0.5C. Subsequently, a hole was made in the laminate film, the gas resulting from the first charge / discharge was removed, and the laminate film was sealed again in vacuum.

その後、再び0.2Cの定電流にて4.2Vの電位まで充電し、この電位に1時間保持した。その後10分間休止し、10Cの定電流にて3.0Vの電位まで放電した。この放電時の放電容量を測定し、理論容量に対する百分率として、放電効率を算出した。算出した結果を、下記の表1に示す。   Thereafter, the battery was charged again to a potential of 4.2 V with a constant current of 0.2 C and held at this potential for 1 hour. Thereafter, it was paused for 10 minutes and discharged to a potential of 3.0 V at a constant current of 10C. The discharge capacity at the time of this discharge was measured, and the discharge efficiency was calculated as a percentage of the theoretical capacity. The calculated results are shown in Table 1 below.

Figure 0005621824
Figure 0005621824

各実施例と比較例との比較から、電極の活物質層において、活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部が存在すると(具体的には、活物質層の厚さ方向と略同一の方向に形成されてなるチャネルが存在すると)、10Cもの高出力条件下においても放電効率に優れることが示される。これは、薄部(チャネル部位)においてリチウムイオン伝導が充分に確保されるためであると考えられる。   From the comparison between each example and the comparative example, when the active material layer of the electrode has a thin portion having a smaller thickness than other parts of the active material layer (specifically, the thickness of the active material layer) It is shown that the discharge efficiency is excellent even under a high power condition of 10C (when there is a channel formed in substantially the same direction as the direction). This is considered to be because lithium ion conduction is sufficiently ensured in the thin part (channel part).

このように、本発明の電池用電極によれば、高出力条件下においても、活物質層におけるリチウムイオンの伝導が充分に確保されうる。その結果、電池の出力特性の向上に有効に寄与しうる。   Thus, according to the battery electrode of the present invention, sufficient conduction of lithium ions in the active material layer can be ensured even under high output conditions. As a result, it can contribute effectively to the improvement of the output characteristics of the battery.

1 バイポーラ電極、
3 正極活物質、
5 負極活物質、
10 バイポーラ電池、
11 集電体、
11a、11b 最外層集電体、
13 正極活物質層、
13' 正極活物質層に存在するチャネル、
15 負極活物質層、
15' 負極活物質層に存在するチャネル、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車、
60 バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池、
X チャネルの隣接間隔、
Y 活物質層の厚さ。
1 Bipolar electrode,
3 positive electrode active material,
5 negative electrode active material,
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
11a, 11b outermost layer current collector,
13 positive electrode active material layer,
13 'channel existing in the positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
15 ′ a channel present in the negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
33 positive electrode current collector,
35 negative electrode current collector,
40 battery packs,
42, 43 electrode terminals,
50 cars,
60 Lithium ion secondary battery that is not bipolar,
X channel adjacent spacing,
Y The thickness of the active material layer.

Claims (7)

集電体と、前記集電体の表面に形成された正極活物質を含む正極活物質層とを有する正極、電解質として液体電解質またはゲル電解質を有する電解質層、および集電体と、前記集電体の表面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負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池において、
前記正極及び/又は負極活物質層において、当該活物質層の他の部位と比較して厚さの小さい薄部と、前記薄部に到達するチャネルとを含み、前記チャネルが、活物質層の表面に散点して存在し、当該活物質層内の活物質の平均粒子径が10μm以下であり、前記チャネルの直径が50〜200μmである、電池。
A positive electrode having a current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on a surface of the current collector, an electrolyte layer having a liquid electrolyte or a gel electrolyte as an electrolyte, a current collector, and the current collector In a battery having at least one unit cell layer in which a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material formed on the surface of a body is laminated in this order,
The positive electrode and / or negative electrode active material layer includes a thin part having a smaller thickness than other parts of the active material layer, and a channel reaching the thin part, and the channel is an active material layer A battery which is scattered on the surface, has an average particle diameter of the active material in the active material layer of 10 μm or less, and a diameter of the channel of 50 to 200 μm.
隣接する前記チャネルの隣接平均間隔が、前記活物質層の厚さの5倍以下である、請求項1に記載の電池。 The battery according to claim 1, wherein an adjacent average interval between adjacent channels is not more than 5 times the thickness of the active material layer. 前記チャネルの合計体積が、当該チャネルを含む正極及び/又は負極活物質層の全体積に対して1%以上である、請求項1または2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2 , wherein a total volume of the channels is 1% or more with respect to a total volume of a positive electrode and / or a negative electrode active material layer including the channel. バイポーラ型リチウムイオン二次電池である、請求項1〜のいずれか1項に記載の電池。 The battery according to any one of claims 1 to 3 , which is a bipolar lithium ion secondary battery. 正極、電解質として液体電解質またはゲル電解質を有する電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池の製造方法であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方が、集電体を準備する集電体準備工程と、
活物質を含む活物質スラリーを調製する活物質スラリー調製工程と、
前記集電体の表面に前記活物質スラリーを塗布して、塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記活物質層におけるリチウムイオンの伝導を確保するためのチャネルであって、前記塗膜の厚さ方向と略同一の方向にチャネルを、活物質層の表面に散点するように形成するチャネル形成工程とを有し、
前記活物質の平均粒子径が10μm以下であり、
前記チャネルの直径が50〜200μmであり、
前記チャネル形成工程が、少なくとも前記塗膜に対してモールドを積層してプレスする工程を有する、電池用電極の製造方法で得られた電池用電極であることを特徴とする、電池の製造方法。
A method for producing a battery having a positive electrode, an electrolyte layer having a liquid electrolyte or a gel electrolyte as an electrolyte, and at least one unit cell layer in which a negative electrode is laminated in this order,
A current collector preparing step in which at least one of the positive electrode or the negative electrode prepares a current collector; and
An active material slurry preparation step of preparing an active material slurry containing the active material;
Applying the active material slurry to the surface of the current collector to form a coating film,
Channel formation for ensuring lithium ion conduction in the active material layer, the channel being formed so as to be scattered on the surface of the active material layer in substantially the same direction as the thickness direction of the coating film A process,
The average particle size of the active material is 10 μm or less,
The diameter of the channel is 50-200 μm;
A method for producing a battery, wherein the channel forming step is a battery electrode obtained by a method for producing a battery electrode, wherein the channel forming step includes a step of laminating and pressing a mold on at least the coating film.
隣接する前記チャネルの隣接平均間隔が、前記活物質層の厚さの5倍以下である、請求項に記載の電池の製造方法。 The battery manufacturing method according to claim 5 , wherein an adjacent average interval between the adjacent channels is 5 times or less of a thickness of the active material layer. 前記チャネルの合計体積が、当該チャネルを含む正極及び/又は負極活物質層の全体積に対して1%以上である、請求項5または6に記載の電池の製造方法。 The battery manufacturing method according to claim 5 or 6 , wherein a total volume of the channels is 1% or more with respect to a total volume of a positive electrode and / or a negative electrode active material layer including the channel.
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