JP6826240B2 - リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6826240B2 JP6826240B2 JP2020545740A JP2020545740A JP6826240B2 JP 6826240 B2 JP6826240 B2 JP 6826240B2 JP 2020545740 A JP2020545740 A JP 2020545740A JP 2020545740 A JP2020545740 A JP 2020545740A JP 6826240 B2 JP6826240 B2 JP 6826240B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- active material
- electrode active
- ion secondary
- material layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 101
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 101
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 127
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 96
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 96
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 31
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 54
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- -1 nickel cobalt aluminum Chemical compound 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 6
- 238000007607 die coating method Methods 0.000 description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 5
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002319 Poly(methyl acrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 4
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 2
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WMWXXXSCZVGQAR-UHFFFAOYSA-N dialuminum;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] WMWXXXSCZVGQAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZFPGARUNNKGOBB-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-2-pyrrolidinone Chemical compound CCN1CCCC1=O ZFPGARUNNKGOBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002706 AlOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- JHYPCEDZUTZPAB-UHFFFAOYSA-N B([O-])O.C(C(=O)O)(=O)O.C(C(=O)O)(=O)O.[Li+] Chemical compound B([O-])O.C(C(=O)O)(=O)O.C(C(=O)O)(=O)O.[Li+] JHYPCEDZUTZPAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013398 LiN(SO2CF2CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012513 LiSbF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 229920005603 alternating copolymer Polymers 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007611 bar coating method Methods 0.000 description 1
- OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L barium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ba+2] OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229920000578 graft copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical compound [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Description
リチウムイオン二次電池では、特に、集電体上の活物質層の端部近傍で短絡の発生率が高くなる。これに対し、両電極間の短絡をより確実に防止するために、上記短絡の発生率が高い部分を絶縁テープで被覆した非水系二次電池が従来技術として知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の非水系二次電池では、集電体の露出部と正極合剤層の塗布部との境目部分に絶縁テープを貼り付けることにより、内部短絡をより確実に防止している。
そこで、本発明は、電池の寿命を長くすることができるリチウムイオン二次電池用電極及びその電極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。
[1]集電体と、前記集電体の表面上に設けられる電極活物質層及び絶縁樹脂層とを備え、前記絶縁樹脂層が、前記電極活物質層の端部に隣接し、かつ該端部を覆うように配置されるリチウムイオン二次電池用電極であって、
前記リチウムイオン二次電池用電極は、前記電極活物質層及び絶縁樹脂層が設けられる前記表面において、電極平坦部と、前記電極平坦部よりも前記端部側に配置され、かつ前記電極平坦部より肉厚な電極盛り上がり部とを備え、
前記電極平坦部の厚さ(T1)に対する、前記電極盛り上がり部の厚さ(T2)の比(T2/T1)が1.25未満であり、かつT2−T1で表される厚さ差が15μm未満であるリチウムイオン二次電池用電極。
[2]前記絶縁樹脂層に隣接する前記電極活物質層の端部が、前記電極活物質層の中央部から離れるに従って厚さが小さくなる傾斜部により構成され、
前記電極平坦部の厚さ(T1)に対する、前記傾斜部の幅(W)の比(W/T1)で表されるエッジファクターが1.0〜15.0である上記[1]に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
[3]前記電極活物質層が正極活物質層である上記[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
[4]前記電極活物質層が、電極活物質と、バインダーとを含む上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
[5]上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池用電極を備えるリチウムイオン二次電池。
[6]負極と、正極とを備え、
前記正極が、前記リチウムイオン二次電池用電極である上記[5]に記載のリチウムイオン二次電池。
[7]正極と、負極とがそれぞれが複数層設けられるように交互に配置され、各層を構成する正極それぞれの集電体の端部が纏められて正極端子に接続され、かつ各層を構成する負極それぞれの集電体の端部が纏められ負極端子に接続されるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極、又は前記負極の少なくとも一方が、前記リチウムイオン二次電池用電極により構成され、
前記絶縁樹脂層は、前記集電体の纏められた端部側において、前記電極活物質層の端部に隣接するよう配置される上記[5]又は[6]に記載のリチウムイオン二次電池。
以下、図1を参照して本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極について説明する。図1は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極の概略断面図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極10は、集電体20と、集電体20の両側の表面上に設けられる電極活物質層30及び絶縁樹脂層40とを備えている。そして、それぞれの絶縁樹脂層40が、電極活物質層30の端部31に隣接し、かつ端部31を覆うように配置される。さらに、リチウムイオン二次電池用電極10は、電極活物質層30及び絶縁樹脂層40が設けられる表面において、電極平坦部11と、電極平坦部11よりも端部側に配置され、かつ電極平坦部11より肉厚な電極盛り上がり部12とを備える。また、電極活物質層30は、好ましくは、電極平坦部11を構成し、表面が平坦な電極活物質層平坦部33と、電極活物質層平坦部33よりも端部側に配置され、かつ電極活物質層平坦部33より肉厚な電極活物質層盛り上がり部34を備える。符号T1は電極平坦部11の厚さを示し、符号T2は電極盛り上がり部12の厚さを示す。なお、電極盛り上がり部12の厚さが一定でない場合は、符号T2は電極盛り上がり部12の厚さの最大値を示す。
なお、後述するように、電極活物質層用組成物や絶縁樹脂層用組成物の粘度、及び加圧プレスするときのプレスの圧力を調整することにより、電極の端部における盛り上がりを抑え、比(T2/T1)、及びT2−T1の値を上述の範囲内にすることができる。
なお、電極活物質層及び絶縁樹脂層を形成した集電体の加圧プレスについては、後で説明する。また、傾斜部31は、電極活物質層用組成物の粘度を調整することで形成できる。
また、後述の電極活物質層用組成物の粘度、及び加圧プレスするときのプレスの圧力を調整することにより、エッジファクターの値を上述の範囲内にすることができる。
集電体20を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられる。これらの中では、集電体20が正極集電体の場合、アルミニウム、チタン、ニッケル及びステンレス鋼が好ましく、アルミニウムがより好ましい。また、集電体20が負極集電体の場合、銅、チタン、ニッケル及びステンレス鋼が好ましく、銅がより好ましい。集電体20は、一般的に金属箔からなり、その厚さは、特に限定されないが、1〜50μmが好ましく、5〜20μmがより好ましい。集電体20の厚さが1〜50μmであると、集電体20のハンドリングが容易になるとともに、エネルギー密度の低下を抑制できる。
電極活物質層30は、典型的には、電極活物質と、電極用バインダーとを含む。電極が正極である場合、電極活物質層は正極活物質層となり、電極活物質は正極活物質となる。一方、電極が負極の場合、電極活物質層は負極活物質層となり、電極活物質は負極活物質となる。リチウムイオン二次電池では、通常、リチウムを保有する正極の正極活物質に比べて、リチウムを受け入れる負極の負極活物質が多めに搭載される。すなわち、正極の正極活物質量に比べて負極活物質量を多くした負極を使用する。これは、充電時に負極がリチウムイオンを受け入れられず、負極上にリチウム金属が析出することを防止するための措置である。このため、対向する正極と負極とでは、負極活物質量が正極活物質量よりも多く存在するように構成することが好ましい。同様の理由で対向した正極/負極の面積は正極よりも負極を大きく設計することが好ましい。これは位置ずれした場合にも常に負極活物質量が多い状態を維持するためである。そして、負極活物質層に比べて面積の小さい正極活物質層の領域と正極活物質層の形成されていない領域との境界部分に絶縁樹脂層を形成することで、内部短絡をより確実に防止できる。したがって、絶縁樹脂層40を設ける電極活物質層30は好ましくは正極活物質層であり、電極活物質は好ましくは正極活物質である。
正極活物質層に使用される正極活物質としては、例えば、金属酸リチウム化合物が挙げられる。金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)等が例示できる。また、正極活物質として、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等を使用してもよい。さらに、正極活物質として、リチウム以外の金属を複数使用したものを使用してもよく、三元系と呼ばれるNCM(ニッケルコバルトマンガン)系酸化物、NCA(ニッケルコバルトアルミニウム系)系酸化物等を使用してもよい。正極活物質として、これらの物質を1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
負極活物質層に使用される負極活物質としては、グラファイト、ハードカーボン等の炭素材料、スズ化合物とシリコンと炭素の複合体、リチウム等が挙げられるが、これら中では炭素材料が好ましく、グラファイトがより好ましい。負極活物質として、上記物質を1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
電極活物質の平均粒子径は、特に限定されないが、0.5〜50μmであることが好ましく、1〜30μmであることがより好ましく、5〜25μmであることがさらに好ましい。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた電極活物質の粒度分布において、体積積算が50%での粒径(D50)を意味する。
電極活物質層30における電極活物質の含有量は、電極活物質層全量基準で、60〜99質量%が好ましく、80〜99質量%がより好ましく、90〜98質量%がさらに好ましい。
電極用バインダーの具体例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有樹脂、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリ(メタ)アクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。これらバインダーは、1種単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、カルボキシメチルセルロース等は、ナトリウム塩等の塩の態様にて使用されていてもよい。
電極活物質層30は、導電助剤を含有してもよい。導電助剤は、上記電極活物質よりも導電性が高い材料が使用され、具体的には、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ、棒状カーボン等の炭素材料等が挙げられる。導電助剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。電極活物質層30において、導電助剤が含有される場合、導電助剤の含有量は、電極活物質層全量基準で、0.5〜15質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましい。導電助剤の含有量が0.5〜15質量%であると、電池抵抗が上昇して出力性能が低下することを抑制できるとともに、導電助剤がバインダーを吸収して粉落ちが発生することを抑制できる。
絶縁樹脂層40は、電極の端部における絶縁を確保できるものであればよく、樹脂成分を含む。樹脂成分としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有樹脂、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリ(メタ)アクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。これらバインダーは、1種単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、カルボキシメチルセルロース等は、ナトリウム塩等の塩の態様にて使用されていてもよい。これらの高分子は、単独で用いてもよいし、これらの高分子を重ね合わせて複層体として用いてもよい。さらに、これらの高分子には、種々の添加剤を用いてもよく、その種類や含有量は特に制限されない。また、樹脂成分には、必要に応じて、絶縁性微粒子も配合してもよい。絶縁性微粒子としては、無機粒子、有機粒子等が挙げられる。
添加剤として無機粒子を用いると、通常は絶縁層の剛性を高くできることや乾燥収縮の低減ができる。このような無機粒子の材料としては、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化アルミニウムの水和物(ベーマイト(AlOOH))、ギブサイト(Al(OH)3)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、BaTiO3、ZrO2、アルミナ−シリカ複合酸化物等の酸化物粒子、窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化物粒子、シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子、タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子等が挙げられる。これらの中でも、電解液中での安定性と電位安定性の観点から酸化物粒子が好ましく、中でも吸水性が低く耐熱性(例えば180℃以上の高温に対する耐性)に優れる観点から酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムの水和物、酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムがより好ましく、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムの水和物、酸化マグネシウム及び水酸化マグネシウムがより好ましく、酸化アルミニウムが特に好ましい。
有機粒子としては、通常は重合体の粒子を用いる。有機粒子は、当該有機粒子の表面の官能基の種類及び量を調整することにより、水に対する親和性を制御でき、ひいては絶縁層に含まれる水分量を制御できる。また有機粒子は、通常は金属イオンの溶出が少ない点で、優れる。このような有機粒子の材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の各種重合体化合物等が挙げられる。粒子を形成する上記重合体化合物は、例えば、混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体、架橋体等であっても使用しうる。また、有機粒子は、2種以上の重合体化合物の混合物により形成されていてもよい。
これらの無機粒子及び有機粒子は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
絶縁樹脂層が絶縁性微粒子を含有する場合における絶縁性微粒子の含有量は特に限定されない。なお、絶縁性微粒子の含有量が小さい場合には、絶縁層内に空隙が生じにくく、電極を圧密する際に電極活物質層の変形に追従せずに盛り上がることがある。また、絶縁性微粒子の含有量が大きい場合には、電極活物質層の変形に対する追従は優れるものの、微粒子の材質によってはプレスロールを傷つけるおそれがある。このような観点から、絶縁性微粒子の含有量は、電極活物質の種類やプレス設定によって、適宜選択されることが好ましい。
本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極は、例えば、以下の製造方法により製造することができる。本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極の製造方法の一例では、まず、電極活物質層用組成物を集電体上に塗布して集電体上に電極活物質層を形成する。その後、塗布した絶縁樹脂層用組成物が電極活物質層の端部に隣接し、かつその端部を覆うように絶縁樹脂層用組成物を塗布して絶縁樹脂層を形成する。
電極活物質層形成工程においては、まず、電極活物質と、電極用バインダーと、溶媒とを含む電極活物質層用組成物を用意する。電極活物質層用組成物に使用する溶媒には、例えば、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、トルエン、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン(NMP)、エタノール、水等が挙げられる。電極活物質層用組成物は、必要に応じて配合される導電助剤等のその他成分を含んでもよい。電極活物質、電極用バインダー等の詳細は上記で説明したとおりである。電極活物質層用組成物はスラリーの状態である。
電極活物質層130の乾燥後、同様な方法で、集電体120の反対側の表面上にも電極活物質層130を形成する。
次に、塗布した縁樹脂層用組成物が電極活物質層130の端部131に隣接し、かつ端部131を覆うように、絶縁樹脂層用組成物を塗布する。まず、絶縁性微粒子と、電極用バインダーと、溶媒とを含む絶縁樹脂層用組成物を用意する。絶縁樹脂層用組成物における溶媒の具体例としては、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上が挙げられる。また、絶縁樹脂層用組成物は、必要に応じて配合されるその他の任意成分を含んでいてもよい。絶縁性微粒子、絶縁樹脂層用バインダー等の詳細は上記で説明したとおりである。絶縁樹脂層用組成物はスラリーの状態となる。
絶縁樹脂層140の乾燥後、同様な方法で、集電体120の反対側の表面上にも絶縁樹脂層140を形成する。
上に電極活物質層130及び絶縁樹脂層140を形成した集電体120は、好ましくは加圧プレスする。加圧プレスすることで、電極活物質層130の端部付近の盛り上がりをさらに小さくすることができ、比(T2/T1)、及びT2−T1の値を上記範囲内に調整しやすくなる。加圧プレスは、ロールプレス等により行えばよい。
加圧プレスの圧力は、所望の電極密度が達成でき、集電体120にシワ等が発生しなければ特に限定されない。例えば、電極盛り上がり部の厚さを小さくすることができるという観点から、加圧プレスの圧力は、ロールプレスの場合、線圧で、好ましくは100〜2000kN/m、より好ましくは200〜1000kN/mである。
電極活物質層130及び絶縁樹脂層140を形成した集電体120は、例えば、図6の符号150の点線に沿って切断され、複数のリチウムイオン二次電池用電極に分割される。これにより、図1に示す、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極10を製造することができる。
(変形例1)
以上の本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極10は集電体20の両面上に、電極活物質層30及び絶縁樹脂層40を形成していた。しかし、図7に示すリチウムイオン二次電池用電極10Aのように、集電体20の一方の面上にのみ、電極活物質層30及び絶縁樹脂層40を形成してもよい。
本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法の上記一例では、本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を製造する際、電極活物質層用組成物及び絶縁樹脂層用組成物を別々に塗布した。しかし、電極活物質層用組成物及び絶縁樹脂層用組成物を同時に塗布してもよい。
図8を参照して、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池を説明する。図8は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池の概略断面図である。図8に示すように、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池1は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用電極10を正極及び負極として備える。
(変形例1)
本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、正極及び負極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極10を備えていたが、正極及び負極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の変形例10Aを備えてもよい。
本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、正極及び負極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極10を備えていたが、正極及び負極のいずれか一方の電極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極10を備えていればよい。また、正極及び負極のいずれか一方の電極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の変形例10Aを備えてもよい。なお、上述したように、負極よりも正極の方が通常、電極面積が小さいので、絶縁樹脂層40は、負極よりも正極において内部短絡をより確実に防止できる。したがって、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、少なくとも正極として本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極10もしくはその変形例10Aを備えることが好ましい。
例えば、図9に示すリチウムイオン二次電池1Aのように、正極のみに本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用電極10を使用し、負極には絶縁樹脂層が形成されていない電極10Bを使用してもよい。
実施例、比較例で作製したセルを、以下の条件で充放電を繰り返した。
充電:0.2A、4.2Vの定電流の後、0.01Aの電流値となるまで定電圧充電
放電:0.2Aの定電流、3.0Vの終止条件で放電
繰り返し数:1000回
1000回の充放電の後の放電容量を1回目の放電容量の値で除した割合を容量維持率とし、以下のように評価した。
○:80%≦容量維持率
×:容量維持率<80%
(電極平坦部の厚さ(T1)、電極盛り上がり部の厚さ(T2))
電極平坦部の厚さ(T1)及び電極盛り上がり部の厚さ(T2)は、厚み計(商品名「デジマイクロ MF−501」、(株)ニコン製)を使用して測定した。
(傾斜部の幅(W))
裁断機を使用して電極を切断して、電極断面観察用の試料を作製した。そして、レーザー顕微鏡(商品名「LEXT OLS450」、オリンパス(株)製)を用いて100〜200倍の倍率にて試料の電極断面を観察し、傾斜部(W)を測長した。
(正極活物質層の形成)
正極活物質としてのNCA系酸化物(平均粒子径10μm)、導電助剤としてのアセチレンブラック、電極用バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)及び溶媒としてのN−メチルピロリドン(NMP)を混合して正極活物質層用スラリーを得た。正極活物質層用スラリー中のNCA系酸化物の含有量は62質量%であり、アセチレンブラックの含有量は1.4質量%であった。また、PVdFの含有量は1.6質量%であり、NMPの含有量は35質量%であった。この正極活物質層用スラリーの粘度は7460mPa・sであった。なお、粘度は、B型粘度計で60rpm、25℃の条件で、スピンドルの回転を開始してから2分後に測定したものである。この正極活物質層用スラリーを、図2に示すようなダイコータを使用して、正極集電体としての厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、予備乾燥後、120℃で真空乾燥し、正極活物質層をアルミニウム箔上に形成した。次いで反対側を同様に塗工しアルミニウム箔の両面に正極活物質層を形成した。
負極活物質としてグラファイト(平均粒子径10μm)100質量部と、負極用バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(CMC)のナトリウム塩を1.5質量部及びスチレンブタジエンゴム(SBR)1.5質量部と、溶媒として水とを混合し、固形分50質量%に調整した負極活物質層用スラリーを得た。この負極活物質層用スラリーを、負極集電体としての厚さ12μmの銅箔の両面に塗布して100℃で真空乾燥した。その後、両面に負極活物質層用スラリーを塗布した負極集電体を、300kN/mの線圧でローラにより加圧プレスし、さらに電極寸法の110mm×210mm角に打ち抜いて、両面に負極活物質層を有する負極とした。該寸法のうち、負極活物質が塗布された面積は110mm×190mmであった。なお、両面に形成された負極活物質層の厚さは、片面あたり50μmであった。また、負極には絶縁樹脂層を形成しなかった。
実施例2,3及び比較例1〜3において、表1に示すように、正極活物質層用スラリーの粘度、及び正極活物質層用スラリーを塗布した正極集電体のプレス圧力を変更した。これにより、下記の表2に示す電極平坦部の厚さ(T1)、電極盛り上がり部の厚さ(T2)、及び電極活物質層の傾斜部の幅(W)を有する実施例2,3及び比較例1〜3の正極を作製した。
[比較例4]
絶縁樹脂層用スラリーの代わりに、加圧プレス工程の後に絶縁テープ((株)寺岡製作所製、型番:652S、厚さ:25μm)を用いて絶縁樹脂層を形成した以外は、実施例1の正極と同様の方法で比較例4の正極を作製した。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を3:7の体積比(EC:DEC)で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解して、電解液を調製した。
上記で得た絶縁樹脂層を有する負極10枚と、正極9枚と、セパレータ18枚を積層して積層体を得た。ここで、負極と正極は交互に配置して、各負極と正極の間にセパレータを配置した。また、セパレータとしては、ポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。各正極の正極集電体の露出部の端部を纏めて超音波融着で接合するとともに、外部に突出する端子用タブを接合した。同様に、各負極の負極集電体の露出部の端部を纏めて超音波融着で接合するとともに、外部に突出する端子用タブを接合した。次いで、アルミラミネートフィルムで上記積層体を挟み、端子用タブを外部に突出させ、三辺をラミネート加工によって封止した。封止せずに残した一辺から、上記で得た電解液を注入し、真空封止することによってラミネート型のセルを製造した。
2 正極端子
3 負極端子
6,7 筐体
8 セパレータ
9 電解質
10,10A,10B リチウムイオン二次電池用電極(正極,負極)
11 電極平坦部
12 電極盛り上がり部
20,120 集電体
30,130 電極活物質層
31,131 端部(傾斜部)
32 中央部
33 電極活物質層平坦部
34 電極活物質層盛り上がり部
40,140 絶縁樹脂層
50,60 ダイヘッド
51,61,62 吐出口
Claims (6)
- 集電体と、前記集電体の表面上に設けられる電極活物質層及び絶縁樹脂層とを備え、前記絶縁樹脂層が、前記電極活物質層の端部に隣接し、かつ該端部を覆うように配置されるリチウムイオン二次電池用電極であって、
前記リチウムイオン二次電池用電極は、前記電極活物質層及び絶縁樹脂層が設けられる前記表面において、電極平坦部と、前記電極平坦部よりも前記端部側に配置され、かつ前記電極平坦部より肉厚な電極盛り上がり部とを備え、
前記電極平坦部の厚さ(T1)に対する、前記電極盛り上がり部の厚さ(T2)の比(T2/T1)が1.25未満であり、かつT2−T1で表される厚さ差が15μm未満であり、
前記絶縁樹脂層に隣接する前記電極活物質層の端部が、前記電極活物質層の中央部から離れるに従って厚さが小さくなる傾斜部により構成され、
前記電極平坦部の厚さ(T1)に対する、前記傾斜部の幅(W)の比(W/T1)で表されるエッジファクターが1.0〜13.0であるリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記電極活物質層が正極活物質層である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- 前記電極活物質層が、電極活物質と、バインダーとを含む請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用電極を備えるリチウムイオン二次電池。
- 負極と、正極とを備え、
前記正極が、前記リチウムイオン二次電池用電極である請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。 - 正極と、負極とがそれぞれが複数層設けられるように交互に配置され、各層を構成する正極それぞれの集電体の端部が纏められて正極端子に接続され、かつ各層を構成する負極それぞれの集電体の端部が纏められ負極端子に接続されるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極、又は前記負極の少なくとも一方が、前記リチウムイオン二次電池用電極により構成され、
前記絶縁樹脂層は、前記集電体の纏められた端部側において、前記電極活物質層の端部に隣接するよう配置される請求項4又は5に記載のリチウムイオン二次電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018185500 | 2018-09-28 | ||
JP2018185500 | 2018-09-28 | ||
PCT/JP2019/038036 WO2020067378A1 (ja) | 2018-09-28 | 2019-09-26 | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6826240B2 true JP6826240B2 (ja) | 2021-02-03 |
JPWO2020067378A1 JPWO2020067378A1 (ja) | 2021-02-15 |
Family
ID=69949362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020545740A Active JP6826240B2 (ja) | 2018-09-28 | 2019-09-26 | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6826240B2 (ja) |
TW (1) | TW202027322A (ja) |
WO (1) | WO2020067378A1 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6116015B2 (ja) * | 2012-06-11 | 2017-04-19 | Necエナジーデバイス株式会社 | 電極の製造方法 |
CN105794022B (zh) * | 2013-12-12 | 2018-07-17 | Nec 能源元器件株式会社 | 二次电池及其制造方法 |
US10497987B2 (en) * | 2014-10-27 | 2019-12-03 | Envision Aesc Energy Devices Ltd. | Production method of electrode for secondary battery, electrode for secondary battery, and secondary battery |
JP6606341B2 (ja) * | 2015-04-15 | 2019-11-13 | 株式会社エンビジョンAescジャパン | 電極および電池 |
JP2017143006A (ja) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 株式会社Gsユアサ | 蓄電素子 |
JPWO2017163846A1 (ja) * | 2016-03-24 | 2019-02-07 | Necエナジーデバイス株式会社 | リチウムイオン二次電池、電極及びその製造方法 |
-
2019
- 2019-09-26 WO PCT/JP2019/038036 patent/WO2020067378A1/ja active Application Filing
- 2019-09-26 JP JP2020545740A patent/JP6826240B2/ja active Active
- 2019-09-27 TW TW108135126A patent/TW202027322A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW202027322A (zh) | 2020-07-16 |
WO2020067378A1 (ja) | 2020-04-02 |
JPWO2020067378A1 (ja) | 2021-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110495024B (zh) | 制造二次电池用电极的方法和制造二次电池的方法 | |
JP6805374B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、その製造方法、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6876880B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6995738B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池 | |
WO2011155060A1 (ja) | リチウム二次電池およびその製造方法 | |
WO2019168035A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極材料、正極活物質層、及びリチウムイオン二次電池 | |
WO2020162598A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2008097879A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
WO2020184502A1 (ja) | 非水電解質二次電池用電極、及び非水電解質二次電池 | |
JPWO2019156172A1 (ja) | リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極構造体、及びリチウムイオン二次電池の製造方法 | |
JP6849863B2 (ja) | リチウムイオン二次電池、その製造方法、及びリチウムイオン二次電池用正極 | |
KR20210120686A (ko) | 음극의 제조방법 | |
CN113646946A (zh) | 二次电池 | |
JP7460261B2 (ja) | 二次電池の充放電方法 | |
US20220393167A1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2020126733A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2020140896A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP7309258B2 (ja) | 二次電池の製造方法 | |
JP6826240B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6832474B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極材料、正極活物質層、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2020155378A (ja) | リチウムイオン二次電池用電解液、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2020140895A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6876879B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用電極の製造方法 | |
JP2019220356A (ja) | リチウムイオン二次電池用正極材料及びその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池用正極材料からなる正極活物質層及びそれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
WO2021010185A1 (ja) | 正極及びリチウムイオン二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200901 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200901 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200901 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20201006 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201222 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210114 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6826240 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |