JP5672516B2 - Power storage device and vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電装置及び車両に関し、特に、活物質層を集電体表面に形成してなる電極をもつ蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device and a vehicle, and more particularly to a power storage device having an electrode in which an active material layer is formed on a current collector surface.
蓄電装置には、例えばリチウムイオン二次電池などの電池や、電気二重層コンデンサなどのコンデンサがある。リチウム二次電池は、小型でエネルギー密度が高く、ポータブル電子機器の電源として広く用いられている。リチウム二次電池の正極活物質としては、主としてLiCoO2などの複合金属酸化物が用いられている。かかる複合金属酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の電池容量は160mAh/g程度であり、より高い容量をもつ正極活物質材料が望まれていた。Examples of power storage devices include batteries such as lithium ion secondary batteries and capacitors such as electric double layer capacitors. Lithium secondary batteries are small and have high energy density, and are widely used as power sources for portable electronic devices. As a positive electrode active material of a lithium secondary battery, a composite metal oxide such as LiCoO 2 is mainly used. The battery capacity of a lithium secondary battery using such a composite metal oxide as a positive electrode active material is about 160 mAh / g, and a positive electrode active material having a higher capacity has been desired.
高体積エネルギー密度の電池を作製するためには、集電体上に厚みの大きい電極材を塗工する必要がある。 In order to produce a battery having a high volume energy density, it is necessary to apply a thick electrode material on the current collector.
正極を作製するためには、正極活物質材料を活物質として、導電助材及びバインダと混合し、必要に応じて粘度調整用の溶剤と混ぜてスラリー状となす。このスラリー状の電極材を金属集電体に塗工して正極を作製する。電極材を厚く塗工すると、塗工後の乾燥時の溶剤揮発による体積変化や、集電体との線膨張の違いに起因するひずみが大きくなるなどの原因により、活物質層自身の割れや集電体からの剥離が生じることが懸念される。 In order to produce a positive electrode, a positive electrode active material is used as an active material, mixed with a conductive additive and a binder, and mixed with a viscosity adjusting solvent as necessary to form a slurry. The slurry-like electrode material is applied to a metal current collector to produce a positive electrode. If the electrode material is applied thickly, cracks in the active material layer itself may occur due to volume change due to solvent volatilization during drying after coating, or strain caused by the difference in linear expansion from the current collector. There is a concern that peeling from the current collector occurs.
活物質層の割れや剥離を防止するために、電極材中のバインダ量を増やすことが考えられる。しかし、活物質層中の活物質の割合が減少することになり、電池容量が低下してしまう。 In order to prevent cracking and peeling of the active material layer, it is conceivable to increase the amount of binder in the electrode material. However, the ratio of the active material in the active material layer is reduced, and the battery capacity is reduced.
そこで、特開2001−28273号公報、特開2002−157997号公報、特開2003−68364号公報、特開2002−260673号公報、特開平5−283107号公報には、集電体箔の表裏両面に活物質層を塗布乾燥させて帯状のシートとし、このシートを交互に折り曲げることにより、電極体を形成することが提案されている。 Therefore, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-28273, 2002-157997, 2003-68364, 2002-260673, and 5-283107 disclose the front and back of the current collector foil. It has been proposed to form an electrode body by applying and drying an active material layer on both sides to form a belt-like sheet and bending the sheet alternately.
しかし、特開2001−28273号公報では、一方の電極のみが、集電体の両面に活物質層が形成されて交互に折り畳まれており、他方の電極は折り畳まれていない。このため、折り畳まれていない方の電極の活物質層が、集電体から剥離したり割れが生じたりして脱落するおそれがある。 However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-28273, only one electrode is alternately folded with active material layers formed on both sides of the current collector, and the other electrode is not folded. For this reason, there is a possibility that the active material layer of the unfolded electrode may fall off due to peeling or cracking from the current collector.
また、特開2002−157997号公報では、正極シートと負極シートとをセパレータを介在させて積層体とし、これを交互に折り畳んでいる。しかし、集電体の両面に活物質層を形成しているのは積層体内部に配置される負極シートのみであり、積層体外側に配置される正極シートには活物質層が形成されていない。このため、電極体の単位体積当たりのエネルギー密度が十分ではない。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-157997, a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are laminated with separators interposed therebetween, and are folded alternately. However, the active material layers are formed on both sides of the current collector only in the negative electrode sheet disposed inside the laminate, and the active material layer is not formed on the positive electrode sheet disposed outside the laminate. . For this reason, the energy density per unit volume of the electrode body is not sufficient.
また、特開2003−68364号公報では、正極シートと負極シートともに、集電体の片面のみに活物質層が形成されている。このため、電極体の単位体積当たりのエネルギー密度が十分ではない。 In JP 2003-68364 A, an active material layer is formed only on one side of a current collector in both the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. For this reason, the energy density per unit volume of the electrode body is not sufficient.
また、特開2002−260673号公報では、正極シート及び負極シートともに、集電体の両面に活物質層を形成しているが、活物質層の厚みが不十分であり、エネルギー密度が低い。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-260673, both the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are formed with active material layers on both sides of the current collector, but the thickness of the active material layer is insufficient and the energy density is low.
また、特開平5−283107号公報では、複数の電極を積層して形成された積層電極体を折り畳んでいる。このため、積層電極体の内部に電解液が浸透しにくく、積層電極体内部での電池反応を活発に行うことができない。 In JP-A-5-283107, a laminated electrode body formed by laminating a plurality of electrodes is folded. For this reason, the electrolytic solution hardly penetrates into the laminated electrode body, and the battery reaction inside the laminated electrode body cannot be actively performed.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、活物質層の集電体からの剥離を防止することができる蓄電装置及び車両を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the electrical storage apparatus and vehicle which can prevent peeling from the electrical power collector of an active material layer.
(1)本発明の蓄電装置は、正極と負極と電解液とを有する蓄電装置において、前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極は、貫通孔を有する集電体シートと、前記集電体シートの表裏両面に形成された活物質の層とからなり、前記集電体シートの表裏両面のうち一方の第1面に形成された第1の前記活物質層は、前記集電体の表裏両面のうち他方の第2面に形成された第2の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートは、前記第1面を内側にして前記第1の活物質層を挟持しながら折り畳まれていることを特徴とする。 (1) The power storage device of the present invention is a power storage device having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode has a current collector sheet having a through hole, and the current collector sheet Active material layers formed on both front and back surfaces of the current collector sheet, and the first active material layer formed on one of the front and back surfaces of the current collector sheet is formed on both front and back surfaces of the current collector. The current collector sheet is thicker than the second active material layer formed on the other second surface, and the current collector sheet is folded while sandwiching the first active material layer with the first surface inside. It is characterized by.
上記構成によれば、集電体シートの第1面に形成された第1の活物質層が、集電体シートの第2面に形成された第2の活物質層よりも厚く、集電体シートは、厚い方の第1の活物質層を挟んで第1面同士が内側に配置されるように折り曲げられている。このため、厚い方の第1の活物質層は、集電体シートから剥離することが防止される。 According to the above configuration, the first active material layer formed on the first surface of the current collector sheet is thicker than the second active material layer formed on the second surface of the current collector sheet. The body sheet is bent so that the first surfaces are disposed inside with the thicker first active material layer interposed therebetween. For this reason, the thicker first active material layer is prevented from peeling off from the current collector sheet.
一方、第2の活物質層は、第1の活物質層よりも薄く、集電体シートから剥離しにくい。ゆえに、第2の活物質層は、折り曲げられた集電体シートの内側に挟み込まれていなくても、集電体シートから剥離することが少ない。 On the other hand, the second active material layer is thinner than the first active material layer and hardly peels from the current collector sheet. Therefore, even if the second active material layer is not sandwiched inside the folded current collector sheet, the second active material layer is rarely peeled off from the current collector sheet.
また、集電体シートには、貫通孔が形成されている。このため、集電体シートの表面側と裏面側とが貫通孔により連通され、イオン物質や電解液を集電体シートの表裏両面に自在に移動させることができる。したがって、第1の活物質層と第2の活物質層との双方にイオン物質や電解液を流通させることができ、電池特性などの蓄電特性が向上する。 Further, a through hole is formed in the current collector sheet. For this reason, the front surface side and the back surface side of the current collector sheet are communicated with each other through the through-hole, and the ionic substance and the electrolytic solution can be freely moved to the front and back surfaces of the current collector sheet. Accordingly, the ionic material and the electrolytic solution can be circulated through both the first active material layer and the second active material layer, and power storage characteristics such as battery characteristics are improved.
(2)前記集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。この場合には、集電体シートの端子接続部から確実に電気を取り出すことができる。 (2) It is preferable that the terminal connection part to which the terminal of the said collector sheet is connected is an active material non-formation part in which the active material layer is not formed. In this case, electricity can be reliably taken out from the terminal connection portion of the current collector sheet.
(3)前記集電体シートの屈曲部の前記第1面及び前記第2面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。活物質の層のうち屈曲部に形成された部分は、集電体シートから剥がれやすい部分である。この屈曲部を活物質未形成部とすることにより、集電体シートからの活物質層の剥離を確実に抑えることができる。集電体シートの屈曲部の第1面及び第2面のいずれに活物質層未形成部を設けても良いが、折り曲げられた集電体シートの外側に配置される第2面の屈曲部を活物質層未形成部とすることがよい。第1面に形成された第1の活物質層は集電体シートから剥離したときに屈曲部付近の第1面で保持されるが、第2面に形成された第2の活物質層は、集電体シートから剥離したときに保持されず脱落するからである。 (3) It is preferable that at least one of the first surface and the second surface of the bent portion of the current collector sheet is an active material non-formed portion where an active material layer is not formed. A portion of the active material layer formed at the bent portion is a portion that is easily peeled off from the current collector sheet. By making this bent part an active material non-formation part, peeling of the active material layer from the current collector sheet can be reliably suppressed. The active material layer non-formed portion may be provided on either the first surface or the second surface of the bent portion of the current collector sheet, but the bent portion of the second surface disposed on the outer side of the bent current collector sheet Is preferably an active material layer non-formed part. The first active material layer formed on the first surface is held by the first surface near the bent portion when peeled from the current collector sheet, but the second active material layer formed on the second surface is This is because when it is peeled from the current collector sheet, it is not retained and falls off.
(4)前記第2の活物質層の厚みに対する前記第1の活物質層の厚みの比率は、1.05以上5以下であることが好ましい。この場合には、集電体シートの第1面に形成された第1の活物質層と第2面に形成された第2の活物質層との間でイオン物質や電解液の移動が充分に行われ、電池容量及び蓄電容量を高くすることができる。一方、第2の活物質層の厚みに対する第1の活物質層の厚みの比率が1.05未満の場合には、活物質層の全体量が少なくなり電池容量及び蓄電容量が低下するおそれがあるか、または第2の活物質層の厚みが大きすぎ、第2の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。一方、第2の活物質層の厚みに対する第1の活物質層の厚みの比率が5を超える場合には、集電体シートの内側に挟み込まれた第1の活物質層の厚みが大きすぎ、イオン物質や電解液の電極の厚み方向の移動が制限されるおそれがある。 (4) The ratio of the thickness of the first active material layer to the thickness of the second active material layer is preferably 1.05 or more and 5 or less. In this case, the ionic material or the electrolyte solution is sufficiently transferred between the first active material layer formed on the first surface of the current collector sheet and the second active material layer formed on the second surface. The battery capacity and the storage capacity can be increased. On the other hand, when the ratio of the thickness of the first active material layer to the thickness of the second active material layer is less than 1.05, the total amount of the active material layer may be reduced and the battery capacity and the storage capacity may be reduced. There is a possibility that the second active material layer is too thick or the second active material layer is separated from the current collector sheet. On the other hand, when the ratio of the thickness of the first active material layer to the thickness of the second active material layer exceeds 5, the thickness of the first active material layer sandwiched inside the current collector sheet is too large. There is a possibility that the movement of the electrode in the thickness direction of the ionic substance or the electrolytic solution may be restricted.
(5)前記第1面の単位面積当たりに形成された前記第1の活物質層の質量は、前記第2面の単位面積当たりに形成された前記第2の活物質層の質量よりも大きいことが好ましい。 (5) The mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface is larger than the mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface. It is preferable.
この場合には、集電体シートの内側に挟み込まれる第1の活物質層が第2の活物質層よりも厚く形成され、エネルギー密度を向上させることができる。 In this case, the first active material layer sandwiched between the current collector sheets is formed thicker than the second active material layer, and the energy density can be improved.
また、集電体シートの外側に配置される第2の活物質層は、比較的薄いため、集電体シートから剥離したり脱落したりすることは少ない。 Moreover, since the 2nd active material layer arrange | positioned on the outer side of a collector sheet is comparatively thin, it does not peel or drop | omit from a collector sheet.
(6)前記第2面の単位面積当たりに形成された前記第2の活物質層の質量に対する、前記第1面の単位面積当たりに形成された前記第1の活物質層の質量の比率は、1.05以上5以下であることが好ましい。 (6) The ratio of the mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface to the mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface is 1.05 or more and 5 or less.
この場合には、第2の活物質層の脱落を防止しつつ、第1、第2の活物質層全体のエネルギー密度を高くすることができる。一方、第2面の単位面積当たりに形成された第2の活物質層の質量に対する、第1面の単位面積当たりに形成された第1の活物質層の質量の比率が1.05未満の場合には、活物質層の全体量が少なくなり電池容量及び蓄電容量が低下するおそれがあるか、または第2の活物質層の厚みが大きすぎ、第2の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。一方、第2面の単位面積当たりに形成された第2の活物質層の質量に対する、第1面の単位面積当たりに形成された第1の活物質層の質量の比率が5を超える場合には、集電体シートの内側に挟み込まれた第1の活物質層の厚みが大きすぎ、イオン物質や電解液の電極の厚み方向の移動が制限されるおそれがある。 In this case, the energy density of the entire first and second active material layers can be increased while preventing the second active material layer from falling off. On the other hand, the ratio of the mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface to the mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface is less than 1.05. In such a case, the total amount of the active material layer may be reduced and the battery capacity and the storage capacity may be reduced, or the thickness of the second active material layer may be too large, and the second active material layer may be the current collector sheet. There is a risk of peeling. On the other hand, when the ratio of the mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface to the mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface exceeds 5 The thickness of the first active material layer sandwiched inside the current collector sheet is too large, and movement of the ionic material or electrolyte solution in the thickness direction may be restricted.
(7)前記正極と前記負極の双方とも、前記集電体シートの前記第1面に形成された第1の前記活物質層が、前記集電体シートの前記第2面に形成された第2の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートが、前記第1面を内側にして前記第1の活物質層を挟持しながら折り畳まれた構成をもち、前記正極の折り畳まれた前記集電体シートは、セパレータを介在させて、前記負極の折り畳まれた前記集電体シートと交互に積層されていることが好ましい。この場合には、正極及び負極ともに、集電体シートからの脱落を防止しつつ多量の活物質層を形成することができ、蓄電装置のエネルギー密度を一層向上させることができる。
(7) In both the positive electrode and the negative electrode, a first active material layer formed on the first surface of the current collector sheet is formed on the second surface of the current collector sheet. The current collector sheet is thicker than the
(8)前記蓄電装置は電池であることが好ましい。電池が上記構成を有することで、活物質層の集電体シートからの剥離を防止して、電池特性を向上させることができる。 (8) The power storage device is preferably a battery. When the battery has the above configuration, the active material layer can be prevented from peeling from the current collector sheet, and the battery characteristics can be improved.
(9)前記蓄電装置は電気二重層コンデンサであることが好ましい。電気二重層コンデンサが上記構成を有することで、活物質層の集電体シートからの剥離を防止して、蓄電特性を向上させることができる。 (9) The power storage device is preferably an electric double layer capacitor. When the electric double layer capacitor has the above-described configuration, the active material layer can be prevented from peeling from the current collector sheet, and the power storage characteristics can be improved.
(10)本発明の車両は、上記記載の蓄電装置を搭載したことを特徴とする。上記記載の蓄電装置を搭載した車両は、高い出力を発揮することができる。 (10) A vehicle according to the present invention includes the above-described power storage device. A vehicle equipped with the power storage device described above can exhibit high output.
本発明の蓄電装置によれば、集電体シートの第1面に形成された第1の活物質層が、集電体シートの第2面に形成された第2の活物質層よりも厚く、集電体シートは、厚い方の第1の活物質層を挟んで第1面同士が内側に配置されるように折り曲げられている。このため、薄い方の第2の活物質層だけでなく厚い方の第1の活物質層も、集電体シートからの剥離を防止することができる。 According to the power storage device of the present invention, the first active material layer formed on the first surface of the current collector sheet is thicker than the second active material layer formed on the second surface of the current collector sheet. The current collector sheet is bent so that the first surfaces are disposed inside with the thicker first active material layer interposed therebetween. For this reason, not only the thinner second active material layer but also the thicker first active material layer can prevent peeling from the current collector sheet.
本発明の蓄電装置は、例えば、電池や、コンデンサなどの、電池を貯める機能を有する装置に用いられる。まず、蓄電装置が電池である場合について説明する。 The power storage device of the present invention is used for a device having a function of storing a battery, such as a battery or a capacitor. First, a case where the power storage device is a battery will be described.
(電池)
電池は、正極と負極と電解液とを有する。(battery)
The battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution.
正極及び負極の少なくとも一方の電極は、集電体シートと、集電体シートの表裏両面に形成された活物質層とからなる。 At least one of the positive electrode and the negative electrode includes a current collector sheet and active material layers formed on both the front and back surfaces of the current collector sheet.
集電体シートは、シート状を呈しており、導電性が高く屈曲可能な材質で形成されている。集電体シートは、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔などの金属箔、炭素繊維不織布などにより形成されている。 The current collector sheet has a sheet shape and is formed of a material that is highly conductive and bendable. The current collector sheet is formed of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil, a carbon fiber nonwoven fabric, or the like.
金属箔製集電体シートには、1又は複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、電極反応で生じたイオン物質や電解液を通過させるためのものである。貫通孔は、イオン物質や電解液成分を充分に通過させ得る程度の大きさであることがよい。 One or a plurality of through holes are formed in the current collector sheet made of metal foil. This through hole is for allowing an ionic substance or an electrolytic solution generated by the electrode reaction to pass therethrough. The through hole is preferably large enough to allow the ionic substance and the electrolyte component to pass therethrough.
貫通孔の内周面には粗化処理を施すことがよい。貫通孔への活物質層の食らいつきがよくなり、活物質層の脱落を効果的に抑えることができる。 Roughening treatment is preferably performed on the inner peripheral surface of the through hole. The active material layer bites into the through-hole, and the active material layer can be effectively prevented from falling off.
貫通孔の直径は、0.1mm以上1.0mm以下であることが好ましく、更には0.3mm以上0.7mm以下であることが望ましい。この場合には、貫通孔への活物質層の食らいつきがよく、しかも集電体シートの内側に配置された第1の活物質層が貫通孔を通じて集電体シートの外側にはみ出して脱落することを防止できる。 The diameter of the through hole is preferably from 0.1 mm to 1.0 mm, and more preferably from 0.3 mm to 0.7 mm. In this case, the active material layer bites into the through-hole, and the first active material layer disposed inside the current collector sheet protrudes outside the current collector sheet through the through-hole and falls off. Can be prevented.
貫通孔の開口ピッチPは0.3mm以上10mm以下であることが好ましく、更には0.3mm以上5mm以下であることが望ましい。この場合には、集電体シートの表裏間でイオン物質や電解液を活発に流通させることができる。貫通孔の開口ピッチPとは、隣り合う貫通孔の開口周縁同士の距離をいう(図2参照)。 The opening pitch P of the through holes is preferably from 0.3 mm to 10 mm, and more preferably from 0.3 mm to 5 mm. In this case, an ionic substance or an electrolytic solution can be actively distributed between the front and back of the current collector sheet. The opening pitch P of a through-hole means the distance of the opening periphery of an adjacent through-hole (refer FIG. 2).
貫通孔は千鳥状に配置するとよい。この場合には、集電体シートの単位面積当たりに多数の貫通孔を配置することができ、集電体シートの表裏間でイオン物質や電解液を活発に流通させることができる。 The through holes are preferably arranged in a staggered manner. In this case, a large number of through holes can be arranged per unit area of the current collector sheet, and an ionic substance and an electrolytic solution can be actively distributed between the front and back of the current collector sheet.
貫通孔は、端子接続部には形成されていないことが好ましい。端子接続部に貫通孔が形成されていると、端子の接続強度が低下するおそれがあるからである。 It is preferable that the through hole is not formed in the terminal connection portion. This is because if the through hole is formed in the terminal connection portion, the connection strength of the terminal may be lowered.
集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率は、15%以上60%以下であることが好ましく、20%以上50%以下であることが望ましい。集電体シートの貫通孔形成部の面積とは、集電体シートにおける貫通孔が形成されている領域(図2の一般部10e)の合計面積をいう。即ち、集電体シート全体から、貫通孔が形成されていない部分を除いた部分の面積をいう。貫通孔開口面積とは、貫通孔の開口している部分の面積の合計をいう。集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率が過小の場合には、集電体シートの表裏間のイオン物質や電解液の流通量が減り、電気特性が低下するおそれがある。集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率が過大の場合には、集電体シートの活物質層に対する保持面積が減り、活物質層が剥離したり、集電体シートの強度が弱く破れたりするおそれがある。
The ratio of the through-hole opening area to the area of the through-hole forming portion of the current collector sheet is preferably 15% or more and 60% or less, and more preferably 20% or more and 50% or less. The area of the through-hole forming portion of the current collector sheet refers to the total area of the region (the
集電体シートの表面には、活物質層の密着性を高めるために、粗化処理が施されていたり、活物質層を密着させるための表面コート層が形成されていたりしても良い。 The surface of the current collector sheet may be subjected to a roughening treatment in order to improve the adhesion of the active material layer, or a surface coat layer for adhering the active material layer may be formed.
集電体シートの表面及び裏面には、活物質から構成された活物質層が形成されている。活物質とは電解質との化学反応によって、電子を放出したり、取り込んだりする物質をいい、電流放電時に、電子を放出する活物質を負極活物質、電子を取り込む活物質を正極活物質という。 An active material layer composed of an active material is formed on the front and back surfaces of the current collector sheet. An active material refers to a material that emits or captures electrons by a chemical reaction with an electrolyte. An active material that emits electrons during current discharge is referred to as a negative electrode active material, and an active material that captures electrons is referred to as a positive electrode active material.
活物質層を構成する活物質の形状は、例えば、粉末状、粒子状のものが多い。活物質の種類は、特に限定しない。活物質が正極活物質である場合、正極活物質は、例えば、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムりん酸鉄などのリチウム系複合金属酸化物、単体硫黄、硫黄炭素化合物などで構成されているとよい。 As for the shape of the active material which comprises an active material layer, there are many powdery and particulate things, for example. The type of active material is not particularly limited. When the active material is a positive electrode active material, the positive electrode active material is, for example, a lithium cobalt complex oxide, a lithium manganese complex, a lithium nickel complex oxide, a lithium complex metal oxide such as lithium iron phosphate, or elemental sulfur. It may be composed of a sulfur carbon compound or the like.
活物質が負極活物質である場合、負極活物質は、例えば、カーボン、酸化珪素、チタン酸リチウムなどで構成されているとよい。電池は、活物質がリチウムイオンを吸蔵・放出することで充放電が行われる電池がよく、この場合、負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質であるとよい。 When the active material is a negative electrode active material, the negative electrode active material may be composed of, for example, carbon, silicon oxide, lithium titanate, or the like. The battery is preferably a battery in which charging and discharging is performed by the active material inserting and extracting lithium ions. In this case, the negative electrode active material is preferably a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions.
かかる負極活物質は、リチウムと合金化可能な元素又は/及びリチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素は、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、及びBiの群から選ばれる少なくとも1種からなるとよい。中でも、珪素(Si)または錫(Sn)からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素を有する元素化合物は珪素化合物または錫化合物であることがよい。珪素化合物は、SiOx(0.5≦x≦1.5)であることがよい。錫化合物は、例えば、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などが挙げられる。 Such a negative electrode active material is preferably composed of an element compound capable of being alloyed with lithium and / or an element compound having an element capable of being alloyed with lithium. Elements capable of alloying with lithium are Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge. , Sn, Pb, Sb, and Bi may be at least one selected from the group. Among these, silicon (Si) or tin (Sn) is preferable. The elemental compound having an element capable of alloying with lithium is preferably a silicon compound or a tin compound. The silicon compound is preferably SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Examples of the tin compound include a tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.), a tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.), and the like.
また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物加熱体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、金属リチウム又はリチウム合金を用いてもよい。このように負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金を用いた電池をリチウム二次電池といわれている。また、負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金以外の元素を用いた電池はリチウムイオン二次電池といわれている。 Moreover, as a negative electrode active material which can occlude / release lithium ions, for example, natural graphite, artificial graphite, an organic compound heating body such as a phenol resin, and a powdery body of a carbon material such as coke can be used. Further, as the negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, metallic lithium or a lithium alloy may be used. A battery using metallic lithium or a lithium alloy as the negative electrode active material is called a lithium secondary battery. A battery using an element other than metallic lithium or a lithium alloy as a negative electrode active material is called a lithium ion secondary battery.
負極活物質は、Si(珪素)を含むとよい。Siを含む負極活物質は放電容量が大きいからである。Siを含む負極活物質は、充放電時のLiイオンの吸蔵・放出により体積変化が大きい。負極活物質表面に形成された被膜は、その厚みが比較的薄いため、負極活物質の体積変化に柔軟に追従する。このため、充放電を繰り返しても、被膜が破壊しにくく、充放電サイクル特性に優れる。Siを含む負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であって珪素又は/及び珪素化合物からなるとよい。負極活物質は、SiOx(0.5≦x≦1.5)を有するとよい。珪素は、理論放電容量が大きい。一方で、充放電時の体積変化が大きいため、SiOxとすることで体積変化を少なくすることができる。 The negative electrode active material may contain Si (silicon). This is because the negative electrode active material containing Si has a large discharge capacity. The negative electrode active material containing Si has a large volume change due to insertion and extraction of Li ions during charge and discharge. Since the film formed on the surface of the negative electrode active material has a relatively small thickness, it flexibly follows the volume change of the negative electrode active material. For this reason, even if it repeats charging / discharging, a film is hard to destroy and it is excellent in charging / discharging cycling characteristics. The negative electrode active material containing Si may be capable of occluding and releasing lithium ions and may be made of silicon or / and a silicon compound. The negative electrode active material may have SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Silicon has a large theoretical discharge capacity. On the other hand, since the volume change during charging / discharging is large, the volume change can be reduced by using SiOx.
活物質層は、活物質を必須成分とし、必要に応じて結着剤、導電助剤が含まれる場合がある。結着剤は、特に限定されるものではなく、既に公知のものを用いればよい。たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂など高電位においても分解しない樹脂を用いることができる。結着剤の配合割合は、質量比で、活物質:結着剤=1:0.05〜1:0.5であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。 The active material layer contains an active material as an essential component, and may contain a binder and a conductive aid as necessary. The binder is not particularly limited, and a known one may be used. For example, a resin that does not decompose even at a high potential, such as a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride, can be used. The blending ratio of the binder is preferably a mass ratio of active material: binder = 1: 0.05 to 1: 0.5. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.
導電助剤としては、電池の電極で一般的に用いられている材料を用いればよい。たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック(炭素質微粒子)、炭素繊維などの導電性炭素材料を用いるのが好ましく、導電性炭素材料の他にも、導電性有機化合物などの既知の導電助剤を用いてもよい。これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を混合して用いるとよい。導電助材の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助材=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助材が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助材が多すぎると電極の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。 As the conductive aid, a material generally used for battery electrodes may be used. For example, it is preferable to use conductive carbon materials such as carbon black (carbonaceous fine particles) such as acetylene black and ketjen black, and carbon fibers. Besides conductive carbon materials, known conductive materials such as conductive organic compounds are also used. An auxiliary agent may be used. One of these may be used alone or in combination of two or more. The blending ratio of the conductive additive is preferably a mass ratio of negative electrode active material: conductive additive = 1: 0.01 to 1: 0.5. This is because if the amount of the conductive aid is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive aid is too large, the moldability of the electrode is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.
集電体シートの表裏両面のうちの一方の第1面に形成された第1の活物質層の厚みは、集電体シートの表裏両面のうち他方の第2面に形成された第2の活物質層の厚みよりも大きい。第2の活物質層の厚み(T2)に対する第1の活物質層の厚み(T1)の比率(T1/T2)は、1.05以上5以下であることが好ましく、更には1.2以上2.0以下であることが望ましい。この場合には、集電体シートを折り畳んだときに外側となる第2面に剥離しない若しくは剥離しにくい程度の活物質層を形成しつつ、折り畳んだときに内側となる集電体シートの第1面に第1の活物質層よりも多量の活物質層を形成して蓄電装置のエネルギー密度を高くすることができる。 The thickness of the first active material layer formed on one of the front and back surfaces of the current collector sheet is the second thickness formed on the second surface of the current collector sheet. It is larger than the thickness of the active material layer. The ratio (T1 / T2) of the thickness (T1) of the first active material layer to the thickness (T2) of the second active material layer is preferably 1.05 or more and 5 or less, and more preferably 1.2 or more. It is desirable that it is 2.0 or less. In this case, while the active material layer is formed on the second surface which is outside when the current collector sheet is folded, the active material layer is not peeled off or hardly peeled off. A larger amount of the active material layer than the first active material layer can be formed on one surface to increase the energy density of the power storage device.
第1の活物質層の厚みは、平面状の集電体シートに塗工した場合に集電体シートから剥離する若しくは剥離し易い程度に大きくてもよい。このような剥離する若しくは剥離し易い程度の活物質層の厚みは、活物質層の構成成分の種類にもよるが、例えば、70μmを超えた厚み、更には80μmを超えた厚みである。第1の活物質層を厚く塗工しても、第1の活物質層は、折り畳まれた集電体シートにより挟持されるため、集電体シートから脱落しない。 The thickness of the first active material layer may be large enough to be peeled off from the current collector sheet or easily peeled off when applied to a planar current collector sheet. The thickness of the active material layer that can be peeled off or easily peeled off depends on the type of components of the active material layer, but is, for example, a thickness exceeding 70 μm, and further a thickness exceeding 80 μm. Even if the first active material layer is applied thickly, the first active material layer is sandwiched between the folded current collector sheets, and therefore does not fall off from the current collector sheet.
第1の活物質層の厚みは30μm以上200μm以下であることが好ましく、また、70μmを超え且つ150μm以下であり、更には80μmを超え且つ150μm以下であることが望ましい。この場合には、第1面に多量の活物質層を形成して電池のエネルギー密度を高くすることができる。一方、第1の活物質層の厚みが過小の場合には、電池の容量が低くなるおそれがあり、第1の活物質層の厚みが過大の場合には第1の活物質層の表面部で生じた電子が集電体シートに到達しにくくなり、電池のハイレート特性が低下するおそれがある。 The thickness of the first active material layer is preferably 30 μm or more and 200 μm or less, more than 70 μm and 150 μm or less, and further preferably more than 80 μm and 150 μm or less. In this case, the energy density of the battery can be increased by forming a large amount of active material layer on the first surface. On the other hand, when the thickness of the first active material layer is too small, the capacity of the battery may be reduced. When the thickness of the first active material layer is too large, the surface portion of the first active material layer Electrons generated in the above are difficult to reach the current collector sheet, and the high rate characteristics of the battery may be degraded.
第2の活物質層の厚みは、平面状の集電体シートに塗工した場合に集電体シートから剥離しない若しくは剥離しにくい程度であることがよい。少なくとも、第2の活物質層の厚みは、第1の活物質層の厚みよりも小さいことが必要である。ここで、剥離しない若しくは剥離しにくい程度の第2の活物質層の厚みは、例えば、80μm以下、更には70μm以下である。また、第2面の単位面積当たりに形成された第2の活物質層の剥離しない程度の質量は、例えば、3.5g/m2以下である。第2の活物質層は剥離しない程度に薄く塗工することにより、折り畳んだ集電体シートの外側に位置する第2面から剥離しにくくなる。The thickness of the second active material layer is preferably such that it is not peeled off or hardly peeled off from the current collector sheet when coated on a planar current collector sheet. At least the thickness of the second active material layer needs to be smaller than the thickness of the first active material layer. Here, the thickness of the second active material layer which is not peeled off or hardly peeled off is, for example, 80 μm or less, and further 70 μm or less. The mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface that does not peel is, for example, 3.5 g / m 2 or less. By coating the second active material layer so thin that it does not peel, it is difficult to peel from the second surface located outside the folded current collector sheet.
第2の活物質層の厚みは30μm以上200μm以下であることが好ましく、第2の活物質層の厚みの上限は、150μm、80μm、更には70μmであることが望ましい。この場合には、集電体シートから第2の活物質層の剥離や割れを防止することができる。一方、第2の活物質層の厚みが過小の場合には、電池の容量が低くなるおそれがあり、第2の活物質層の厚みが過大の場合には、第2の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。 The thickness of the second active material layer is preferably 30 μm or more and 200 μm or less, and the upper limit of the thickness of the second active material layer is preferably 150 μm, 80 μm, and more preferably 70 μm. In this case, peeling and cracking of the second active material layer from the current collector sheet can be prevented. On the other hand, when the thickness of the second active material layer is too small, the capacity of the battery may be lowered. When the thickness of the second active material layer is excessive, the second active material layer is collected. There is a risk of peeling from the electrical sheet.
また、集電体シートの第1面の単位面積当たりに形成された第1の活物質層の質量は、集電体シートの第2面の単位面積当たりに形成された第2の活物質層の質量よりも大きいことが好ましい。第2の活物質層の集電体シートからの脱落を防止しつつ、第1の活物質層のエネルギー密度を高めることができる。 The mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface of the current collector sheet is equal to the second active material layer formed per unit area of the second surface of the current collector sheet. It is preferable that it is larger than the mass. The energy density of the first active material layer can be increased while preventing the second active material layer from falling off the current collector sheet.
更には、第2面の単位面積当たりに形成された第2の活物質層の質量に対する、第1面の単位面積当たりに形成された第1の活物質層の質量の比率は、1.05以上5以下であることが好ましく、更には1.2以上2.0以下であることが望ましい。この場合には、第2の活物質層の脱落を防止しつつ、第1、第2の活物質層全体のエネルギー密度を高くすることができる。 Furthermore, the ratio of the mass of the first active material layer formed per unit area of the first surface to the mass of the second active material layer formed per unit area of the second surface is 1.05. It is preferably 5 or more and more preferably 1.2 or more and 2.0 or less. In this case, the energy density of the entire first and second active material layers can be increased while preventing the second active material layer from falling off.
集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。この場合には、集電体シートの端子接続部から確実に電気を取り出すことができる。 It is preferable that the terminal connection part to which the terminal of a collector sheet is connected is an active material non-formation part in which the active material layer is not formed. In this case, electricity can be reliably taken out from the terminal connection portion of the current collector sheet.
正極及び負極の少なくとも一方、好ましくは正極と負極の双方とも、表裏両面に活物質層を有する集電体シートを折り畳んで形成されてなり、折り畳まれた集電体シートの内側に配置される第1の活物質層が、外側に配置される第2の活物質層よりも厚い。この場合には、正極及び負極ともに、多量の活物質層を集電体シートに担持させることができ、単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。 At least one of the positive electrode and the negative electrode, preferably both the positive electrode and the negative electrode, are formed by folding a current collector sheet having an active material layer on both the front and back surfaces, and are arranged inside the folded current collector sheet. One active material layer is thicker than the second active material layer disposed outside. In this case, both the positive electrode and the negative electrode can carry a large amount of active material layer on the current collector sheet, and the energy density per unit volume is improved.
折り畳まれた集電体シートの屈曲部の第1面及び第2面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であるとよい。また、折り畳んだときに外側となる集電体シートの屈曲部の第2面に、活物質未形成部を設けることがよく、更には、屈曲部の第1面及び第2面の双方に活物質未形成部を設けるとよい。この場合には、集電体シートの屈曲部で活物質層の剥離や割れが生じにくくなる。 At least one of the first surface and the second surface of the bent portion of the folded current collector sheet may be an active material non-formed portion where an active material layer is not formed. In addition, it is preferable to provide an active material non-formation part on the second surface of the bent part of the current collector sheet that becomes the outer side when folded, and further, the active material is not formed on both the first and second surfaces of the bent part. A substance-unformed part is preferably provided. In this case, the active material layer is less likely to be peeled off or cracked at the bent portion of the current collector sheet.
また、集電体シートの屈曲部には貫通孔を設けないことが好ましい。貫通孔を通じて、内側に挟み込まれた第1の活物質層が集電体シートの外側にはみ出してきて、集電体シートから活物質層が剥離したり割れたり、屈曲部の集電体シートの強度が低く破れたりするおそれがあるからである。 Moreover, it is preferable not to provide a through-hole in the bending part of a collector sheet. The first active material layer sandwiched inside through the through hole protrudes to the outside of the current collector sheet, and the active material layer is peeled off or cracked from the current collector sheet. This is because the strength is low and there is a risk of tearing.
集電体シートは、長手方向の略中央部分を屈曲させることで、2つ折りに折り畳まれるとよい。集電体シートを折り畳むときには、第1又は/及び第2の活物質層が乾燥する前の例えばスラリー又はペースト状であるとよい。この場合には、第1又は/及び第2の活物質層が集電体シートの折り曲げ形状に沿って柔軟に追従し、折り曲げ加工時の第1、第2の活物質層の剥離を防止できる。 The current collector sheet may be folded in half by bending a substantially central portion in the longitudinal direction. When the current collector sheet is folded, it may be, for example, a slurry or a paste before the first or / and second active material layer is dried. In this case, the first or second active material layer can flexibly follow the bent shape of the current collector sheet, and the first and second active material layers can be prevented from peeling off during the bending process. .
集電体シートを2つに折り畳んで形成された正極と負極とは、シート状のセパレータを介在させて交互に積層されて、電極体を構成するとよい。電極体は、電解液とともに収容部材に収容して電池が作製される。 The positive electrode and the negative electrode formed by folding the current collector sheet in two are preferably stacked alternately with a sheet-like separator interposed therebetween to constitute an electrode body. The electrode body is housed in the housing member together with the electrolytic solution to produce a battery.
電極体は、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介在させて厚み方向に積層して形成された積層型電極体であるか、または正極と負極とをセパレータを介在させて重ね合わせこれを捲回して捲回型電極体としてもよい。 The electrode body is a laminated electrode body formed by laminating a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes in the thickness direction with a separator interposed therebetween, or stacking the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween. It is good also as a wound type electrode body by winding.
電解液は、電解質を溶媒に溶解させた溶液をいう。電解液は、例えば、非水電解液であるとよい。非水電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。電解質は、フッ素系化合物であることが好ましい。電解質であるフッ素系化合物は、有機溶媒に可溶なアルカリ金属フッ化塩であることが好ましい。アルカリ金属フッ化塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、NaPF6、NaBF4、及びNaAsF6の群から選ばれる少なくとも1種を用いるとよい。非水電解液の有機溶媒は、非プロトン性有機溶媒であることがよく、たとえば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等から選ばれる一種以上を用いることができる。The electrolytic solution refers to a solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent. The electrolytic solution may be, for example, a nonaqueous electrolytic solution. The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent. The electrolyte is preferably a fluorine compound. The fluorine-based compound that is an electrolyte is preferably an alkali metal fluoride salt that is soluble in an organic solvent. The alkali metal fluoride salt, e.g., LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, NaPF 6, NaBF 4, and may be used at least one selected from the group of NaAsF 6. The organic solvent of the non-aqueous electrolyte is preferably an aprotic organic solvent, such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate ( One or more selected from EMC) and the like can be used.
電解液は、非水電解液のほかに、水系電解液、イオン液体電解液でもよく、その種類を問わない。 The electrolyte solution may be an aqueous electrolyte solution or an ionic liquid electrolyte solution in addition to the non-aqueous electrolyte solution, and the type thereof is not limited.
電池は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池のほかに、ニッケル水素二次電池、ニカド電池でもよい。電池の形状に特に限定はなく、円筒型、積層型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、正極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後、この電極体を非水電解液とともに電池容器に密閉して電池とする。 The battery may be a nickel hydride secondary battery or a nickel cadmium battery in addition to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium secondary battery. The shape of the battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a laminated shape, a coin shape, and a laminated shape can be employed. Regardless of the shape, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and the space between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is used for current collection. After connecting using a lead or the like, this electrode body is hermetically sealed in a battery container together with a non-aqueous electrolyte to obtain a battery.
(コンデンサ)
蓄電装置がコンデンサである場合、電極を構成する活物質は、分極可能な活物質であるとよい。活物質は、例えば、活性炭などを用いることができる。コンデンサにおいても活物質の層は、活物質を必須成分とし、必要に応じて結着剤、導電助剤が含まれる場合がある。コンデンサに用いられる電解液は、例えば、陽イオンと陰イオンとからなる電解質を溶媒に溶解させてなる。陽イオンは、例えば、テトラエチルアンモニウム塩が用いられる。陰イオンは、例えば、四フッ化ホウ酸イオンなどを用いる。溶媒は、電池の溶媒と同様のものを用いることができる。その他、上記電池の構成は、コンデンサで適用可能な構成はすべて、本実施形態のコンデンサに適用することができる。(Capacitor)
In the case where the power storage device is a capacitor, the active material forming the electrode is preferably a polarizable active material. For example, activated carbon can be used as the active material. Also in the capacitor, the active material layer may contain the active material as an essential component, and may contain a binder and a conductive aid as necessary. The electrolytic solution used for the capacitor is formed by, for example, dissolving an electrolyte composed of a cation and an anion in a solvent. As the cation, for example, tetraethylammonium salt is used. As the anion, for example, tetrafluoroborate ion or the like is used. As the solvent, the same solvent as the battery can be used. In addition, the configuration of the battery described above can be applied to the capacitor of the present embodiment as long as it can be applied to the capacitor.
コンデンサとしては、電気二重層コンデンサが好適に用いられる。このように蓄電装置がコンデンサである場合にも、電池である場合と同様の構成を採用することで、集電体シートからの活物質の層の剥離を防止でき、コンデンサの蓄電特性を向上させることができる。 As the capacitor, an electric double layer capacitor is preferably used. Thus, even when the power storage device is a capacitor, by adopting the same configuration as that of the battery, the active material layer can be prevented from peeling from the current collector sheet, and the power storage characteristics of the capacitor are improved. be able to.
上記本発明の蓄電装置は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部に蓄電装置による電気エネルギーを使用している車両であれば良く,例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。蓄電装置は、車両以外にも、パーソナルコンピュータ,携帯通信機器など,電池で駆動される各種の家電製品,オフィス機器,産業機器が挙げられる。 The power storage device of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from the power storage device for all or a part of its power source, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like. Examples of power storage devices include various home appliances, office devices, and industrial devices driven by batteries, such as personal computers and portable communication devices, in addition to vehicles.
(実施例1)
本実施例の電池は、正極と負極とをセパレータを介在させて積層して作製したラミネート電池である。Example 1
The battery of this example is a laminated battery produced by laminating a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween.
図1に示すように、正極1は、集電体シート10と、集電体シート10の表裏両面に形成された第1、第2の活物質層11a、11bとからなる。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、集電体シート10は、長手方向Lに延びる長方形をなし、厚み20μmのアルミ箔からなり、多数の貫通孔13が開口している。貫通孔13は、端子接続部10dを除く一般部10eに形成されている。端子接続部10dは、集電体シート10の長手方向Lの一端部に設けられている。端子接続部10dには、電極タブ61が超音波溶接により接続されている。
As shown in FIG. 2, the
集電体シート10の一般部10eには、多数の貫通孔13が長手方向Lに配列する複数の貫通孔列13aが形成されており、各貫通孔列13aは集電体シート10の幅方向に複数配列している。各貫通孔13の直径は0.3mmであり、各貫通孔13の貫通孔列13aの延び方向の開口ピッチPは0.52mmである。異なる貫通孔列13aに存在する互いに隣り合う各貫通孔13の開口ピッチPは0.52mmであり、その配列方向は、貫通孔列13aの延び方向に対して60°の角度αに傾斜している。貫通孔13は、集電体シート10の一般部10e全体に千鳥状に配列している。集電体シート10の一般部10eの面積に対する全貫通孔13の開口面積の合計の比率は30%である。
The
図1,図2に示すように、集電体シート10は、端子接続部10dを残して、長手方向Lの略中央部分で2つ折りに屈曲されている。2つ折りされた集電体シート10の内側に位置する表面は第1面10aとし、外側に位置する裏面は第2面10bとする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
集電体シート10の第1面10aには第1の活物質層11aが形成されており、集電体シート10の第2面10bには第2の活物質層11bが形成されている。第1、第2の活物質層11a、11bは、端子接続部10d及び屈曲部10fを除く平面部10gに形成されている。第1の活物質層11aの厚みは80μmであり、第1面10aの単位面積に対する第1の活物質層11aの質量は4.0g/m2である。第2の活物質層11bの厚みは65μmであり、第2面10bの単位面積に対する第2の活物質層11bの質量は3.3g/m2である。第2の活物質層11bの厚みに対する第1の活物質層11aの厚みの比率は、1.23(80μm/65μm)である。また、集電体シート10の第2面10bの単位面積当たりに形成された第2の活物質層11bの質量に対する、第1面10aの単位面積当たりに形成された第1の活物質層11aの質量の比率は、1.21(4.0g/m2/3.3g/m2)である。A first
第1、第2の活物質層11a、11bは、ともに、正極活物質と導電助剤とバインダとからなり、各配合質量比は正極活物質90%、導電助剤7%、バインダ3%である。正極活物質はコバルト酸リチウムからなり、導電助材はアセチレンブラックからなり、バインダはポリフッ化ビニリデン(PVdF)からなる。
Both the first and second
正極1を製造するにあたっては、上記の正極活物質、導電助材及びバインダを上記の配合比で混合し、正極活物質、導電助材及びバインダの合計体積と同じ体積のNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を添加し、混合して、スラリーとなす。
In manufacturing the
図3Aに示すように、正極用の集電体シート10の第2面10bを上側に向けて配置する。図3Bに示すように、前記スラリーを、集電体シート10の第2面10bに厚み65μmとなるように塗布し乾燥させて第2の活物質層11bを形成する。第2の活物質層11bは、集電体シート10の第2面10bの端子接続部10d及び屈曲部10fを除いた平面部10gにのみ形成する。
As shown in FIG. 3A, the
次に、図3Cに示すように、集電体シート10を裏返して、集電体シート10の第1面10aを上側に向けて、第1面10aに厚みが80μmとなるように前記スラリーを塗布して第1の活物質層11aを形成する。第1の活物質層11aは、集電体シート10の第1面10aの端子接続部10d及び屈曲部10fを除いた平面部10gにのみ形成する。図3Dに示すように、第1の活物質層11aが乾かないうちに、第1面10aを内側にして、集電体シート10を長手方向Lの略中央部分で2つ折りにする。このとき、集電体シート10の長手方向Lの一端部に設けた端子接続部10dは、重ならないようにする。次に、ホットプレート上で第1の活物質層11aを乾燥させた後、2つ折りにされた集電体シート10を厚み方向にプレスする。その後、集電体シート10を所定のサイズに切り出して、正極1とする。
Next, as shown in FIG. 3C, the
負極2は、集電体シート20と、集電体シート20の表裏両面に形成された第1、第2の活物質層21a、21bとからなる。
The
図2に示すように、負極2の集電体シート20は厚さ20μmの銅箔からなり、正極の集電体シート10と同様の形状で、貫通孔23が多数開口している。負極2の集電体シート20の貫通孔23も、正極1の集電体シート10に形成された貫通孔13と同様に、複数の貫通孔列23aをもち、各貫通孔の開口ピッチPは0.52mmであり、各貫通孔23の直径は0.3mmであり、端子接続部20dを除く一般部20eに千鳥状に配列している。端子接続部20dには、電極タブ62が超音波溶接により接続されている。集電体シート20の一般部20eの面積に対する全貫通孔23の開口面積の合計の比率は30%である。
As shown in FIG. 2, the
負極2の集電体シート20は、端子接続部20dを残して、長手方向Lの略中央部分で2つ折りに屈曲されている。2つ折りされた集電体シート20の内側に位置する表面は第2面20aとし、外側に位置する裏面は第2面20bとする。
The
図1,図2に示すように、集電体シート20の第1面20a、第2面20bには、それぞれ第1、第2の活物質層21a、21bが形成されている。第1、第2の活物質層21a、21bは、端子接続部20d及び屈曲部20fを除く平面部20gに形成されている。第1の活物質層21aの厚みは100μmであり、第1面20aの単位面積に形成された第1の活物質層21aの質量は1.5g/m2である。第2の活物質層21bの厚みは80μmであり、第2面20bの単位面積当たりに形成された第2の活物質層21bの質量は1.2g/m2である。第2の活物質層21bの厚みに対する第1の活物質層21aの厚みの比率は、1.25(100μm/80μm)である。また、集電体シート20の第2面20bの単位面積当たりに形成された第2の活物質層21bの質量に対する、第1面20aの単位面積当たりに形成された第1の活物質層21aの質量の比率は、1.25(1.5g/m2/1.2g/m2)である。As shown in FIGS. 1 and 2, first and second active material layers 21 a and 21 b are formed on the first surface 20 a and the second surface 20 b of the
第1、第2の活物質層21a、21bは、ともに、負極活物質と導電助剤とバインダとからなり、各配合質量比は負極活物質96%、導電助剤2%、バインダ2%である。負極活物質はグラファイトからなり、導電助材はアセチレンブラックからなり、バインダはスチレンブタジエンゴムからなる。
The first and second
負極2の製造方法は、正極1の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the
セパレータ3は、電解液の流通が可能な厚み20μmのポリプロピレン製多孔質薄膜からなる。
The
正極1と負極2とは、セパレータ3を介在させて交互に複数積層されて電極体4を構成している。電極体4の全体厚みは、積層枚数によるが、2〜10mmである。
A plurality of
電極体4には非水電解液が含浸されている。非水電解液は、有機溶媒としてのポリエチレンカーボネートと、電解質としてのLiPF6とからなる。The electrode body 4 is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution. The nonaqueous electrolytic solution is composed of polyethylene carbonate as an organic solvent and LiPF 6 as an electrolyte.
電極体4及び電解液は、収容部材5の中に収容されている。収容部材5は、可撓性のあるアルミニウムシートからなり、周縁を熱圧着することにより電極体4及び電解液を収容した状態で密封している。正極1の集電体シート10に接続されている電極タブ61、及び負極2の集電体シート20に接続されている電極タブ62は、それぞれ収容部材5の熱圧着部から外部に引き出されている。
The electrode body 4 and the electrolytic solution are housed in the
本実施例の電池によれば、正極1の第1の活物質層11aの厚みを、通常では剥離する程度の厚みまで大きくして、第2の活物質層11bの厚みよりも大きくしている。本実施例では、正極の活物質としてコバルト酸リチウムを用いており、この場合、平面状の集電体シートにコバルト酸リチウムを含む活物質層を形成すると、厚み70μmを超えた場合、又は単位面積当たりの質量が3.5g/m2を超えた場合には、活物質層は集電体シート10から剥離し易くなる。According to the battery of the present embodiment, the thickness of the first
このような剥離し得る厚みや単位面積当たりの質量の第1の活物質層11aが集電体シート10に形成されていても、第1の活物質層11aは、折り畳まれた集電体シート10の内側の第1面10aの間に挟持されて、剥離しない。また、1枚当たりの集電体シートに多量の活物質層を形成することができるため、集電体シート10を被覆する活物質層11a、11bの全体量を増加させることができ、電池容量を向上させることができる。
Even if the first
一方、第2の活物質層11bは、第1の活物質層11aよりも薄く、集電体シート10から剥離しにくい。ゆえに、第2の活物質層11bは、折り曲げられた集電体シート10の内側に挟み込まれていなくても、集電体シート10から剥離することが少ない。
On the other hand, the second
第2の活物質層11bの厚みに対する第1の活物質層11aの厚みの比率は、1.23である。また、集電体シート10の第2面10bの単位面積当たりに形成された第2の活物質層11bの質量に対する、第1面10aの単位面積当たりに形成された第1の活物質層11aの質量の比率は、1.21である。このため、集電体シート10の第1面10aに形成された第1の活物質層11aと第2面10bに形成された第2の活物質層11bとの間でイオン物質や電解液の移動が充分に行われ、電池容量を高くすることができる。
The ratio of the thickness of the first
集電体シート10には、貫通孔13が形成されている。このため、集電体シート10の表面側と裏面側とが貫通孔13により連通され、イオン物質や電解液を、集電体シート10の表裏面に形成された第1,第2の活物質層11a、11b間を自在に移動させることができ、電池特性を向上させることができる。
A through-
また、集電体シート1の電極タブ61が接続される端子接続部10dは、活物質層が形成されていない活物質未形成部である。このため、集電体シート10の端子接続部10dから確実に電気を取り出すことができる。
Moreover, the
集電体シート10の屈曲部10fの第1面10a及び第2面10bは、活物質層が形成されていない活物質未形成部である。集電体シート10の屈曲部10fは、活物質層に応力がかかり集電体シート10から剥がれやすい部分である。この屈曲部10fは活物質未形成部とされているため、集電体シート10からの活物質層の剥離を確実に抑えることができる。
The
以上のように正極1での第1の活物質層11aを第2の活物質層11よりも厚くし、第1の活物質層11aを形成した第1面10aを内側にして2つ折りに折り畳むことで、厚みの大きい第1の活物質層11aの剥離を防止することを述べた。負極2も正極1と同様の構成をしているため、正極1と同様に、活物質層21a、21bの全体量を多くすることができ、しかも、活物質層21a、21bの集電体シート20からの剥離を防止することができる。
As described above, the first
(実施例2)
本実施例においては、正極1及び負極2の集電体シート10、20の屈曲部10f、20fには貫通孔13,23を形成していない点が、上記実施例1と相違する(図1,図2参照)。(Example 2)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the through
本実施例においては、集電体シート10、20の屈曲部10f、20fには貫通孔13,23を形成していないため、内側に挟み込まれた第1の活物質層11a、21aが集電体シート10,20の外側にはみ出してきて、集電体シート10,20の屈曲部10f、20fからの第1、第2の活物質層11a、11b、21a、21bの剥離や割れを防止できる。また、屈曲部10f、20fに貫通孔を形成した場合に比べて、屈曲部10f、20fの強度を強く維持することができる。
In the present embodiment, since the through
1:正極、2:負極、3:セパレータ、4:電極体、5:収容部材、10、20:集電体シート、10a、20a:第1面、10b、20b:第2面、13、23:貫通孔、13a、23a:貫通孔列、10d、20d:端子接続部、10e、20e:一般部、10f、20f:屈曲部、10g、20g:平面部、11a:第1の活物質層(正極)、21a:第1の活物質層(負極)、11b:第2の活物質層(正極)、21b:第2の活物質層(負極)、61,62:電極タブ。 1: positive electrode, 2: negative electrode, 3: separator, 4: electrode body, 5: housing member, 10, 20: current collector sheet, 10a, 20a: first surface, 10b, 20b: second surface, 13, 23 : Through-hole, 13a, 23a: through-hole row, 10d, 20d: terminal connection portion, 10e, 20e: general portion, 10f, 20f: bent portion, 10g, 20g: plane portion, 11a: first active material layer ( Positive electrode), 21a: first active material layer (negative electrode), 11b: second active material layer (positive electrode), 21b: second active material layer (negative electrode), 61, 62: electrode tab.
Claims (11)
前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極は、貫通孔を有する集電体シートと、前記集電体シートの表裏両面に形成された活物質の層とからなり、
前記集電体シートの表裏両面のうち一方の第1面に形成された第1の活物質層は、前記集電体シートの表裏両面のうち他方の第2面に形成された第2の活物質層よりも厚く、前記集電体シートは、前記第1面を内側にして前記第1の活物質層を挟持しながら折り畳まれていることを特徴とする蓄電装置。In a power storage device having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
At least one of the positive electrode and the negative electrode comprises a current collector sheet having a through hole, and an active material layer formed on both front and back surfaces of the current collector sheet,
The first active material layer formed on one of the front and back surfaces of the current collector sheet is a second active material layer formed on the other second surface of the current collector sheet. A power storage device, wherein the current collector sheet is thicker than a material layer, and is folded while sandwiching the first active material layer with the first surface inside.
前記正極の折り畳まれた前記集電体シートは、セパレータを介在させて、前記負極の折り畳まれた前記集電体シートと交互に積層されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電装置。In both the positive electrode and the negative electrode, the first active material layer formed on the first surface of the current collector sheet is formed on the second surface of the current collector sheet. It is thicker than the active material layer, and the current collector sheet has a configuration that is folded while sandwiching the first active material layer with the first surface inside.
The current collector sheet folded of the positive electrode is stacked alternately with the current collector sheet folded of the negative electrode with a separator interposed therebetween. Power storage device.
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