JP6876883B1 - Power storage element and manufacturing method of power storage element - Google Patents
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Abstract
蓄電素子1は、第1外装材40及び第2外装材50を含む外装体7と、第1外装材40と第2外装材50との間に形成される収容空間7aに収容された電極体5及び電解液と、を備える。電極体5は、第1方向d1に交互に積層された複数の負極20Y及び複数の正極10Xを含む。負極20Yは、負極集電体21Yと、負極集電体21Yの少なくとも一方の面上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層22Yと、を有する。正極10Xは、正極集電体11Xと、正極集電体11Xの少なくとも一方の面上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層12Xと、を有する。電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WAの、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満である。電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VAは、50cm3以上150cm3以下である。収容空間7aは、電解液及び電極体5に加えて、20cm3以上の気体を更に収容可能な容積を有する。The power storage element 1 is an electrode body housed in an exterior body 7 including a first exterior material 40 and a second exterior material 50, and an accommodation space 7a formed between the first exterior material 40 and the second exterior material 50. 5 and an electrolytic solution are provided. The electrode body 5 includes a plurality of negative electrodes 20Y and a plurality of positive electrodes 10X alternately laminated in the first direction d1. The negative electrode 20Y has a negative electrode current collector 21Y and a negative electrode active material layer 22Y provided on at least one surface of the negative electrode current collector 21Y and containing a negative electrode active material. The positive electrode 10X has a positive electrode current collector 11X and a positive electrode active material layer 12X provided on at least one surface of the positive electrode current collector 11X and containing a positive electrode active material. The AC ratio (WA / WC), which is the ratio value of the total weight WA of the negative electrode active material layer 22Y contained in the electrode body 5 to the total weight WC of the positive electrode active material layer 12X contained in the electrode body 5, is 0.45. More than 1.0 and less than 1.0. The actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y contained in the electrode body 5 is 50 cm3 or more and 150 cm3 or less. The accommodating space 7a has a volume capable of further accommodating a gas of 20 cm3 or more in addition to the electrolytic solution and the electrode body 5.
Description
本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a power storage element and a method for manufacturing the power storage element.
蓄電素子として、例えば特表2009−545869号公報や特開2008−97940号公報で提案されているように、正極と負極とを交互に積層してなる電極体を有する、積層型電池や巻回型電池が広く普及している。このような蓄電素子は、外装体の内部に電極体及び電解液が収容されている。電極体の正極及び負極と電解液とが接触していることで、電解液を介して正極と負極との間をリチウムイオン等のイオンが移動することができる。このイオンの移動によって、蓄電素子を充電及び放電することができる。 As the power storage element, for example, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-545869 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-97940, a laminated battery or a winding element having an electrode body in which positive electrodes and negative electrodes are alternately laminated. Molded batteries are widely used. In such a power storage element, an electrode body and an electrolytic solution are housed inside the exterior body. When the positive electrode and the negative electrode of the electrode body are in contact with the electrolytic solution, ions such as lithium ions can move between the positive electrode and the negative electrode via the electrolytic solution. The movement of the ions can charge and discharge the power storage element.
ところで、蓄電素子の内部に気体が発生することがある。気体は、例えば過剰な充電や放電によって電極表面において電解液が分解されることで発生し得る。気体は、蓄電素子の内部で反応せずに留まるため、蓄電素子を長期間に亘って使用すると、蓄電素子の内部に気体が溜まって蓄電素子の外装体が膨れ上がってしまう。蓄電素子の内部で外装体が許容しきれない量の気体が発生すると、外装体が破損してしまい、蓄電素子の内部から電解液が流出してしまう等の不具合が生じ得る。 By the way, gas may be generated inside the power storage element. The gas can be generated by decomposing the electrolytic solution on the electrode surface due to, for example, excessive charging or discharging. Since the gas stays inside the power storage element without reacting, if the power storage element is used for a long period of time, the gas accumulates inside the power storage element and the outer body of the power storage element swells. If an amount of gas that cannot be tolerated by the exterior body is generated inside the power storage element, the exterior body may be damaged, and problems such as an electrolytic solution flowing out from the inside of the power storage element may occur.
このような不具合に対して、特表2009−545869号公報及び特開2008−97940号公報では、外装体の収容空間が気体を収容可能な容積を有することが提案されている。収容空間は、蓄電素子の内部で発生した気体を収容空間に収容することができるよう、十分な容積を有することが求められる。しかしながら、収容空間の容積を大きくし過ぎると、蓄電素子の体積エネルギー密度が悪化してしまう。 In response to such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-545869 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-97940 propose that the accommodation space of the exterior body has a volume capable of accommodating gas. The accommodation space is required to have a sufficient volume so that the gas generated inside the power storage element can be accommodated in the accommodation space. However, if the volume of the accommodation space is made too large, the volumetric energy density of the power storage element deteriorates.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、蓄電素子の内部で発生する気体を収容空間に収容可能にしながら、蓄電素子の体積エネルギー密度の悪化を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a point, and an object of the present invention is to suppress deterioration of the volumetric energy density of the power storage element while allowing the gas generated inside the power storage element to be housed in the storage space. ..
本発明の第1の蓄電素子は、
第1外装材及び第2外装材を含む外装体と、
前記第1外装材と前記第2外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第1方向に交互に積層された複数の負極及び複数の正極を含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の総重量WAの、前記電極体に含まれる前記正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の実体積VAは、50cm3以上150cm3以下であり、
前記収容空間は、前記電解液及び前記電極体に加えて、20cm3以上の気体を更に収容可能な容積を有する。The first power storage element of the present invention is
An exterior body including the first exterior material and the second exterior material,
An electrode body and an electrolytic solution housed in a storage space formed between the first exterior material and the second exterior material are provided.
The electrode body includes a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately laminated in the first direction.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material.
Of the total weight W A of the negative electrode active material layer included in the electrode body, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer included in the electrode body (W A / W C) is , 0.45 or more and less than 1.0,
The actual volume VA of the negative electrode active material layer contained in the electrode body is 50 cm 3 or more and 150 cm 3 or less.
The accommodating space has a volume capable of further accommodating a gas of 20 cm 3 or more in addition to the electrolytic solution and the electrode body.
本発明の第1の蓄電素子において、前記収容空間は、前記電解液及び前記電極体に加えて、60cm3以上の気体を更に収容可能な容積を有してもよい。In the first power storage element of the present invention, the accommodating space may have a volume capable of further accommodating a gas of 60 cm 3 or more in addition to the electrolytic solution and the electrode body.
本発明の第2の蓄電素子は、
第1外装材及び第2外装材を含む外装体と、
前記第1外装材と前記第2外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第1方向に交互に積層された複数の負極及び複数の正極を含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられた負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられた正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の総重量WAの、前記電極体に含まれる前記正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、
前記収容空間が前記電解液及び前記電極体に加えて収容可能な気体の容積Vの、前記電極体に含まれる前記負極活物質層の実体積VAに対する比(V/VA)は、0.133以上2以下である。The second power storage element of the present invention is
An exterior body including the first exterior material and the second exterior material,
An electrode body and an electrolytic solution housed in a storage space formed between the first exterior material and the second exterior material are provided.
The electrode body includes a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately laminated in the first direction.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on the positive electrode current collector.
Of the total weight W A of the negative electrode active material layer included in the electrode body, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer included in the electrode body (W A / W C) is , 0.45 or more and less than 1.0,
The ratio (V / V A ) of the volume V of the gas that can be accommodated in addition to the electrolytic solution and the electrode body to the actual volume VA of the negative electrode active material layer contained in the electrode body is 0. .133 or more and 2 or less.
本発明の第3の蓄電素子は、
第1外装材及び第2外装材を含む外装体と、
前記第1外装材と前記第2外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第1方向に交互に積層された複数の負極及び複数の正極を含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられた負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられた正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の総重量WA、前記電極体に含まれる前記正極活物質層の総重量WC、前記電極体に含まれる前記負極活物質層の実体積VA、及び、前記収容空間が前記電解液及び前記電極体に加えて収容可能な気体の容積Vは、次の関係を満たす。
0.04< V/VA×WA/WC <1.2The third power storage element of the present invention is
An exterior body including the first exterior material and the second exterior material,
An electrode body and an electrolytic solution housed in a storage space formed between the first exterior material and the second exterior material are provided.
The electrode body includes a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately laminated in the first direction.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on the positive electrode current collector.
The total weight W A of the negative electrode active material layer included in the electrode body, the total weight W C of the positive electrode active material layer included in the electrode body, the actual volume V A of the negative electrode active material layer included in the electrode body , And the volume V of the gas that the accommodating space can accommodate in addition to the electrolytic solution and the electrode body satisfies the following relationship.
0.04 <V / V A × W A / W C <1.2
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、
前記第1外装材と前記第2外装材とは、接合部において接合されており、
平面視における前記接合部と前記電極体との間の距離は、3mm以上15mm未満であってもよい。In the first to third power storage elements of the present invention
The first exterior material and the second exterior material are joined at a joint portion.
The distance between the joint portion and the electrode body in a plan view may be 3 mm or more and less than 15 mm.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、前記正極活物質層の表面粗さRaC及び前記負極活物質層の表面粗さRaAの少なくとも一方は、100nm以上であってもよい。In the first to third power storage elements of the present invention, at least one of the surface roughness Ra C of the positive electrode active material layer and the surface roughness Ra A of the negative electrode active material layer may be 100 nm or more.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、平面視において、前記負極が最も短くなる方向における前記負極の長さに対する、前記負極が最も短くなる方向と直交する方向における前記負極の長さの比は、1.5以上であってもよい。 In the first to third power storage elements of the present invention, in a plan view, the length of the negative electrode in the direction orthogonal to the direction in which the negative electrode is the shortest with respect to the length of the negative electrode in the direction in which the negative electrode is the shortest. The ratio may be 1.5 or more.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、前記正極活物質層は、リン酸鉄リチウムを含んでもよい。 In the first to third power storage elements of the present invention, the positive electrode active material layer may contain lithium iron phosphate.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、平面視における前記電極体の面積は、80cm2以上4700cm2以下であってもよい。In the first to third storage element of the present invention, the area of the electrode body in plan view, may be 80 cm 2 or more 4700Cm 2 or less.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、前記電極体の厚さは、0.25mm以上9.5mm以下であってもよい。 In the first to third power storage elements of the present invention, the thickness of the electrode body may be 0.25 mm or more and 9.5 mm or less.
本発明の第1乃至第3の蓄電素子において、前記第1外装材及び前記第2外装材は、周縁の接合部において接合していてもよい。 In the first to third power storage elements of the present invention, the first exterior material and the second exterior material may be joined at a joint portion on the peripheral edge.
本発明によれば、蓄電素子の内部で発生する気体を収容空間に収容可能にしながら、蓄電素子の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the volumetric energy density of the power storage element while allowing the gas generated inside the power storage element to be housed in the storage space.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張していることがある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of ease of understanding, the scale, aspect ratio, etc. may be appropriately changed from those of the actual product and exaggerated.
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 In addition, as used in the present specification, the terms such as "parallel", "orthogonal", and "identical" and the values of length and angle that specify the shape and geometric conditions and their degrees are strictly used. Without being bound by meaning, we will interpret it including the range in which similar functions can be expected.
図1乃至図8は、本発明による蓄電素子の一実施の形態を説明するための図である。図1は、蓄電素子の一具体例を示す斜視図である。また、図2は、平面視における蓄電素子1を示している。なお、本明細書において、平面視とは、平板状や偏平状の部材をその部材のシート面の法線方向から観察することをいう。具体的には、本実施の形態では、対象となる部材を第1方向d1から観察することを意味している。図1及び図2に示すように、蓄電素子1は、外装体7と、外装体7によって形成された収容空間7aに収容された電極体5及び電解液と、電極体5に接続されて外装体7の内部から外部へと延び出したタブ6と、を有している。図3は、図1の蓄電素子1のIII−III線に沿った断面図である。図3に示すように、電極体5は、第1方向d1に積層された複数の第1電極10及び複数の第2電極20を有している。
1 to 8 are diagrams for explaining one embodiment of the power storage element according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing a specific example of a power storage element. Further, FIG. 2 shows the power storage element 1 in a plan view. In the present specification, the plan view means observing a flat plate-shaped or flat-shaped member from the normal direction of the sheet surface of the member. Specifically, in the present embodiment, it means observing the target member from the first direction d1. As shown in FIGS. 1 and 2, the power storage element 1 is connected to the
図1及び図2に示された例において、蓄電素子1は、全体的に厚さ方向である第1方向d1に薄い偏平形状を有しており、長手方向となる第2方向d2と短手方向となる第3方向d3に広がっている。第1方向d1、第2方向d2及び第3方向d3は、互いに非平行であり、図示された例では、互いに直交している。図2に示された蓄電素子1における平面視とは、後に参照する図4及び図5における電極体5における平面視と同様に、第1方向d1に沿った方向からの観察を意味している。
In the examples shown in FIGS. 1 and 2, the power storage element 1 has a thin flat shape in the first direction d1 which is the thickness direction as a whole, and is short of the second direction d2 which is the longitudinal direction. It extends in the third direction d3, which is the direction. The first direction d1, the second direction d2, and the third direction d3 are non-parallel to each other, and in the illustrated example, they are orthogonal to each other. The plan view of the power storage element 1 shown in FIG. 2 means observation from a direction along the first direction d1, as in the plan view of the
図2に示す蓄電素子1の平面図において、蓄電素子1の大きさ、より詳しくは蓄電素子1の外装体7の大きさ、すなわち平面視における蓄電素子1の面積を、例えば100cm2以上5000cm2以下とすることができる。また、蓄電素子1の外周の長さを、例えば40cm以上300cm以下とすることができる。蓄電素子1の厚さ、すなわち第1方向d1に沿った長さを、0.3mm以上10mm以下とすることができる。蓄電素子1の重さを、例えば0.06kg以上4.00kg以下とすることができる。図示された外装体7は、平面視において矩形形状を有している。外装体7の第2方向d2と平行な長辺に沿った長さを10cm以上100cm以下とすることができる。外装体7の第3方向d3と平行な長辺に沿った長さを10cm以上50cm以下とすることができる。In the plan view of the power storage element 1 shown in FIG. 2, the size of the power storage element 1, more specifically, the size of the
このように大型で偏平形状となっている蓄電素子1は、高さに制限のある狭いスペースにも設置することができる。また、偏平形状の蓄電素子1を撓ませて湾曲させることもできる。さらに、大型で偏平形状となっている蓄電素子1は、容易に積層させることができる。複数の蓄電素子1を積層させてユニットとすることで、容易に大容量の蓄電素子ユニットを形成することができる。加えて、蓄電素子ユニットの放熱性も優れたものとすることができる。 The power storage element 1 having such a large and flat shape can be installed even in a narrow space having a limited height. Further, the flat power storage element 1 can be bent and curved. Further, the large and flat power storage elements 1 can be easily laminated. By stacking a plurality of power storage elements 1 to form a unit, a large-capacity power storage element unit can be easily formed. In addition, the heat dissipation of the power storage element unit can be made excellent.
以下において、蓄電素子1が積層型のリチウムイオン二次電池である例について説明する。この例において、第1電極10は正極10Xを構成し、第2電極20は負極20Yを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、ここで説明する一実施の形態は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第1電極10及び第2電極20を第1方向d1に交互に積層してなる蓄電素子1に広く適用され得る。また、蓄電素子1は積層型電池に限らず、例えば巻回型電池であってもよい。蓄電素子1が巻回型電池である場合でも、第1電極10及び第2電極20が第1方向d1に積層される。 Hereinafter, an example in which the power storage element 1 is a laminated lithium ion secondary battery will be described. In this example, the first electrode 10 constitutes the positive electrode 10X, and the second electrode 20 constitutes the negative electrode 20Y. However, as can be understood from the description of the action and effect described below, the embodiment described here is not limited to the lithium ion secondary battery, and the first electrode 10 and the second electrode 20 are used. It can be widely applied to the power storage element 1 formed by alternately stacking in the first direction d1. Further, the power storage element 1 is not limited to the laminated battery, and may be, for example, a wound battery. Even when the power storage element 1 is a wound battery, the first electrode 10 and the second electrode 20 are laminated in the first direction d1.
以下、蓄電素子1の各構成要素について説明する。 Hereinafter, each component of the power storage element 1 will be described.
まず、電極体5について説明する。図3に示すように、電極体5は、第1方向d1に沿って交互に積層された正極10X(第1電極10)及び負極20Y(第2電極20)と、正極10Xと負極20Yとの間に配置された絶縁シート30と、を有している。図示された例において、絶縁シート30は、電極体5の最も一側及び最も他側にも、言い換えると、電極体5と外装体7との間にも、配置されている。電極体5は、例えば板状の正極10X及び負極20Yを合計で20枚以上含んでいる。電極体5は、全体的に偏平形状を有し、第1方向d1への厚さが薄く、第1方向d1に非平行な第2方向d2及び第3方向d3に広がっている。電極体5の大きさ、すなわち平面視における面積を、例えば80cm2以上4700cm2以下とすることができる。また、電極体5の厚さ、すなわち第1方向d1に沿った電極体5の長さを、例えば0.25mm以上9.5mm以下とすることができる。First, the
図4は、電極体5の平面図である。図5は、絶縁シート30を除いた状態で、図4に示された電極体5を示した平面図である。図4及び図5に示された非限定的な例において、正極10X及び負極20Yは、略長方形形状の外輪郭を有している板状の電極である。第1方向d1に非平行な第2方向d2が、正極10X及び負極20Yの長手方向であり、第1方向d1及び第2方向d2の両方に非平行な第3方向d3が、正極10X及び負極20Yの短手方向(幅方向)である。図3及び図4に示されているように、正極10X及び負極20Yは、第2方向d2にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極10Xは、第2方向d2における一側に寄って配置され、複数の負極20Yは、第2方向d2における他側に寄って配置されている。図4に示すように、正極10X及び負極20Yは、第2方向d2における中央において、第1方向d1に重なり合っている。
FIG. 4 is a plan view of the
図4及び図5に示された例において、負極20Yは、正極10Xより、第3方向d3の一側及び他側に延び出ている。正極10X及び負極20Yの厚さ、すなわち第1方向d1に沿った正極10X及び負極20Yの長さを、例えば80μm以上250μm以下とすることができる長手方向、すなわち第2方向d2に沿った正極10X及び負極20Yの長さを、例えば95mm以上950mm以下とすることができる。短手方向、すなわち第3方向d3に沿った正極10X及び負極20Yの長さ(幅)を、例えば95mm以上450mm以下とすることができる。ここで、平面視において、負極20Yが最も短くなる方向(第3方向d3)における負極20Yの長さに対する、負極20Yが最も短くなる方向に直交する方向(第2方向d2)における負極20Yの長さの比は、1.5以上となっていることが好ましく、2.0以上となっていることがより好ましい。 In the examples shown in FIGS. 4 and 5, the negative electrode 20Y extends from the positive electrode 10X to one side and the other side of the third direction d3. The thickness of the positive electrode 10X and the negative electrode 20Y, that is, the lengths of the positive electrode 10X and the negative electrode 20Y along the first direction d1, can be, for example, 80 μm or more and 250 μm or less in the longitudinal direction, that is, the positive electrode 10X along the second direction d2. The length of the negative electrode 20Y and the negative electrode 20Y can be set to, for example, 95 mm or more and 950 mm or less. The length (width) of the positive electrode 10X and the negative electrode 20Y along the lateral direction, that is, the third direction d3 can be set to, for example, 95 mm or more and 450 mm or less. Here, in a plan view, the length of the negative electrode 20Y in the direction orthogonal to the direction in which the negative electrode 20Y is the shortest (second direction d2) with respect to the length of the negative electrode 20Y in the direction in which the negative electrode 20Y is the shortest (third direction d3). The ratio of the electrodes is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more.
次に、正極10X(第1電極10)について説明する。図3に示されているように、正極10X(第1電極10)は、正極集電体11X(第1電極集電体11)と、正極集電体11X上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層12X(第1電極活物質層12)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、正極10Xは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。 Next, the positive electrode 10X (first electrode 10) will be described. As shown in FIG. 3, the positive electrode 10X (first electrode 10) includes a positive electrode current collector 11X (first electrode current collector 11) and a positive electrode active material provided on the positive electrode current collector 11X. It has a positive electrode active material layer 12X (first electrode active material layer 12). In the lithium ion secondary battery, the positive electrode 10X occludes lithium ions during discharging and releases lithium ions during charging.
図3に示すように、正極集電体11Xは、互いに対向する第1面11a及び第2面11bを主面として有している。正極活物質層12Xは、正極集電体11Xの第1面11a及び第2面11bの両側の面上に形成されている。具体的には、正極集電体11Xの第1面11a又は第2面11bが、電極体5に含まれる電極板10,20のうちの積層方向d1における最外方に位置する場合、正極集電体11Xの最外方側となる面には正極活物質層12Xが設けられない。この正極集電体11Xの位置に依存した正極活物質層12Xの有無を除き、電極体5に含まれる複数の正極10Xは、正極集電体11Xの両側に正極活物質層12Xを有し、互いに同一に構成され得る。
As shown in FIG. 3, the positive electrode current collector 11X has a first surface 11a and a second surface 11b facing each other as main surfaces. The positive electrode active material layer 12X is formed on both surfaces of the first surface 11a and the second surface 11b of the positive electrode current collector 11X. Specifically, when the first surface 11a or the second surface 11b of the positive electrode current collector 11X is located on the outermost side of the electrode plates 10 and 20 included in the
正極集電体11X及び正極活物質層12Xは、蓄電素子1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体11Xは、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、とりわけアルミニウム箔によって形成され得る。正極集電体11Xの厚さは、特に限定されないが、1μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上20μm以下がより好ましい。正極集電体11Xの厚さが1μm以上50μm以下であると、正極集電体11Xの取り扱いが容易になるとともに、蓄電素子1の体積エネルギー密度の低下を抑制できる。正極活物質層12Xは、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーとなる結着剤を含んでいる。正極活物質層12Xは、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体11Xをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。このような正極活物質層12Xは、空隙を含んで形成される。 The positive electrode current collector 11X and the positive electrode active material layer 12X can be produced by various manufacturing methods using various materials that can be applied to the power storage element 1 (lithium ion secondary battery). As an example, the positive electrode current collector 11X can be formed of a conductive metal such as copper, aluminum, titanium, nickel, stainless steel, especially aluminum foil. The thickness of the positive electrode current collector 11X is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 20 μm or less. When the thickness of the positive electrode current collector 11X is 1 μm or more and 50 μm or less, the positive electrode current collector 11X can be easily handled and the decrease in the volumetric energy density of the power storage element 1 can be suppressed. The positive electrode active material layer 12X contains, for example, a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder serving as a binder. The positive electrode active material layer 12X is produced by coating a positive electrode slurry formed by dispersing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder in a solvent on a material forming the positive electrode current collector 11X and solidifying the positive electrode active material layer 12X. Can be done. Such a positive electrode active material layer 12X is formed including voids.
正極活物質として、例えば、一般式LiMxOy(ただし、Mは金属であり、x及びyは金属Mと酸素Oの組成比である)で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。または、正極活物質として、一般式LiMPO4(ただし、Mは金属である)で表されるリン酸金属リチウム化合物が用いられてもよい。リン酸金属リチウム化合物の具体例として、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、リン酸コバルトリチウム等が例示され得る。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が、リン酸鉄リチウムが好ましい。正極活物質層12Xが含む正極活物質がリン酸鉄リチウムである場合、サイクル特性に優れた長寿命な蓄電素子とすることができる。すなわち、蓄電素子1を長期間にわたって使用することができる。正極活物質は、特に限定されないが、その平均粒子径が0.5μm以上50μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることがより好ましい。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布において、体積積算が50%での粒径(D50)を意味する。正極活物質層における正極活物質の含有量は、正極活物質層全量基準で、50質量%以上98.5質量%以下が好ましく、60質量%以上98質量%以下がより好ましい。As the positive electrode active material, for example, a lithium metallic acid compound represented by the general formula LiM x O y (where M is a metal and x and y are composition ratios of metal M and oxygen O) is used. Specific examples of the lithium metal acid compound include lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganate and the like. Alternatively, as the positive electrode active material, a lithium metal phosphate compound represented by the general formula LiMPO 4 (where M is a metal) may be used. Specific examples of the metallic lithium phosphate compound include lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate, lithium cobalt phosphate and the like. Further, as the positive electrode active material, a material using a plurality of metals other than lithium may be used, and an NCM (nickel cobalt manganese) oxide, an NCA (nickel cobalt aluminum) oxide, or the like, which is called a ternary system, is used. You may. As the positive electrode active material, one of these substances may be used alone, or two or more of these substances may be used in combination, but lithium iron phosphate is preferable. When the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 12X is lithium iron phosphate, it can be a long-life power storage element having excellent cycle characteristics. That is, the power storage element 1 can be used for a long period of time. The positive electrode active material is not particularly limited, but its average particle size is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. The average particle size means the particle size (D50) when the volume integration is 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50% by mass or more and 98.5% by mass or less, more preferably 60% by mass or more and 98% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode active material layer.
正極用バインダーとなる結着剤の具体例としては、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。これらのなかでは、フッ素含有樹脂が好ましく、中でもポリフッ化ビニリデンがより好ましい。正極活物質層12Xにおけるバインダーの含有量は、正極活物質層12Xの全量基準で、0.5質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上10質量%以下がさらに好ましい。 Specific examples of the binder serving as a positive electrode binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), and fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE). Acrylic resins such as polymethyl acrylate (PMA) and polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl acetate, polyimide (PI), polyamide (PA), polyvinylidene chloride (PVC), polyether nitrile (PEN), polyethylene (PE) , Polypropylene (PP), Polyacrylonitrile (PAN), Acrylonitrile-butadiene rubber, styrene butadiene rubber (SBR), poly (meth) acrylic acid, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol and the like. These binders may be used alone or in combination of two or more. Further, carboxymethyl cellulose or the like may be used in the form of a salt such as a sodium salt. Among these, a fluorine-containing resin is preferable, and polyvinylidene fluoride is more preferable. The content of the binder in the positive electrode active material layer 12X is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode active material layer 12X. , 1.0% by mass or more and 10% by mass or less is more preferable.
導電助剤は、正極活物質や負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(AB)等のカーボンブラック、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。正極活物質層において、導電助剤が含有される場合、導電助剤の含有量は、正極活物質層全量基準で、0.5質量%以上15質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上9質量%以下であることがより好ましい。 As the conductive auxiliary agent, a material having higher conductivity than the positive electrode active material and the negative electrode active material is used. Specifically, carbon black such as Ketjen black and acetylene black (AB), carbon nanotubes, carbon such as rod-shaped carbon, etc. Materials and the like can be mentioned. The conductive auxiliary agent may be used alone or in combination of two or more. When the positive electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent, the content of the conductive auxiliary agent is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less based on the total amount of the positive electrode active material layer, and is 1.0. It is more preferably mass% or more and 9 mass% or less.
なお、正極活物質層12Xは、本発明の効果を損なわない範囲内において、正極活物質、導電助剤、及びバインダー以外の他の任意成分を含んでもよい。ただし、正極活物質層12Xの総質量のうち、正極活物質、導電助剤、及びバインダーの総含有量は、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。正極活物質層12Xの厚さ(正極活物質層12Xが複数ある場合は各々の厚さ)は、特に限定されないが、10μm以上100μm以下が好ましく、20μm以上80μm以下がより好ましい。 The positive electrode active material layer 12X may contain an optional component other than the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder as long as the effects of the present invention are not impaired. However, the total content of the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder in the total mass of the positive electrode active material layer 12X is preferably 90% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more. The thickness of the positive electrode active material layer 12X (the thickness of each of the positive electrode active material layers 12X when there are a plurality of layers) is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 80 μm or less.
図5に示すように、正極集電体11X(第1電極集電体11)は、第1接続領域a1及び第1電極領域b1を有している。正極活物質層12X(第1電極活物質層12)は、正極集電体11Xの第1電極領域b1のみに積層されている。第1接続領域a1及び第1電極領域b1は、第2方向d2に配列されている。第1接続領域a1は、第1電極領域b1よりも第2方向d2における一側(図5における左側)に位置している。すなわち、第1接続領域a1は、第2方向d2の端部に位置している。複数の正極集電体11Xは、図5に示すように、第1接続領域a1において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって互いに接合され、互いに電気的に接続している。 As shown in FIG. 5, the positive electrode current collector 11X (first electrode current collector 11) has a first connection region a1 and a first electrode region b1. The positive electrode active material layer 12X (first electrode active material layer 12) is laminated only in the first electrode region b1 of the positive electrode current collector 11X. The first connection region a1 and the first electrode region b1 are arranged in the second direction d2. The first connection region a1 is located on one side (left side in FIG. 5) in the second direction d2 from the first electrode region b1. That is, the first connection region a1 is located at the end of the second direction d2. As shown in FIG. 5, the plurality of positive electrode current collectors 11X are bonded to each other by resistance welding, ultrasonic welding, bonding with tape, fusion, etc. in the first connection region a1, and are electrically connected to each other. There is.
図示された例では、一つのタブ6が、第1接続領域a1において正極集電体11Xに電気的に接続している。タブ6は、電極体5から第2方向d2に延び出している。一方、図5に示すように、第1電極領域b1は、負極20Yの後述する負極活物質層22Yに対面する領域の内側に位置している。そして、第3方向d3に沿った正極10Xの幅は、第3方向d3に沿った負極20Yの幅よりも狭くなっている。このような第1電極領域b1の配置により、負極活物質層22Yからのリチウムの析出を防止することができる。
In the illustrated example, one
次に、負極20Y(第2電極20)について説明する。負極20Y(第2電極20)は、負極集電体21Y(第2電極集電体21)と、負極集電体21Y上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)と、を有している。リチウムイオン二次電池において、負極20Yは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。 Next, the negative electrode 20Y (second electrode 20) will be described. The negative electrode 20Y (second electrode 20) includes a negative electrode current collector 21Y (second electrode current collector 21) and a negative electrode active material layer 22Y (second electrode active material) provided on the negative electrode current collector 21Y and containing a negative electrode active material. It has a material layer 22) and. In the lithium ion secondary battery, the negative electrode 20Y emits lithium ions at the time of discharging and occludes the lithium ions at the time of charging.
図3に示すように、負極集電体21Yは、互いに対向する第1面21a及び第2面21bを主面として有している。負極活物質層22Yは、負極集電体21Yの第1面21a及び第2面21b少なくとも一方の面上に形成される。具体的には、負極集電体21Yの第1面21a又は第2面21bが、電極体5に含まれる電極板10,20のうちの積層方向d1における最外方に位置する場合、負極集電体21Yの最外方側となる面には負極活物質層22Yが設けられない。この負極集電体21Yの位置に依存した負極活物質層22Yの有無を除き、電極体5に含まれる複数の負極20Yは、負極集電体21Yの両側に設けられた一対の負極活物質層22Yを有し、互いに同一に構成され得る。
As shown in FIG. 3, the negative electrode current collector 21Y has a
負極集電体21Y及び負極活物質層22Yは、蓄電素子1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体21Y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、とりわけ銅箔によって形成される。負極集電体21Yの厚さは、特に限定されないが、1μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上20μm以下がより好ましい。負極集電体21Yの厚さが1μm以上50μm以下であると、負極集電体21Yの取り扱いが容易になるとともに、蓄電素子1の体積エネルギー密度の低下を抑制できる。負極活物質層22Yは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、及び、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層22Yは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末、スズ化合物とシリコンと炭素の複合体、リチウム等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体21Yをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。このような負極活物質層22Yは、空隙を含んで形成される。 The negative electrode current collector 21Y and the negative electrode active material layer 22Y can be produced by various manufacturing methods using various materials that can be applied to the power storage element 1 (lithium ion secondary battery). As an example, the negative electrode current collector 21Y is formed of a conductive metal such as copper, aluminum, titanium, nickel, or stainless steel, particularly copper foil. The thickness of the negative electrode current collector 21Y is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 20 μm or less. When the thickness of the negative electrode current collector 21Y is 1 μm or more and 50 μm or less, the negative electrode current collector 21Y can be easily handled and the decrease in the volumetric energy density of the power storage element 1 can be suppressed. The negative electrode active material layer 22Y contains, for example, a negative electrode active material made of a carbon material and a binder that functions as a binder. The negative electrode active material layer 22Y is formed by dispersing, for example, a negative electrode active material composed of carbon powder or graphite powder, a composite of a tin compound and silicon and carbon, lithium or the like, and a binder such as polyvinylidene fluoride in a solvent. It can be produced by applying a slurry for a negative electrode onto a material forming the negative electrode current collector 21Y and solidifying it. Such a negative electrode active material layer 22Y is formed including voids.
負極活物質としては、炭素材料が好ましく、中でもグラファイトがより好ましい。負極活物質として、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。負極活物質は、特に限定されないが、その平均粒子径が0.5μm以上50μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることがより好ましい。負極活物質層22Yにおける負極活物質の含有量は、負極活物質層22Yの全量基準で、50質量%以上98.5質量%以下が好ましく、60質量%以上98質量%以下がより好ましい。 As the negative electrode active material, a carbon material is preferable, and graphite is more preferable. As the negative electrode active material, these substances may be used alone or in combination of two or more. The negative electrode active material is not particularly limited, but its average particle size is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 22Y is preferably 50% by mass or more and 98.5% by mass or less, more preferably 60% by mass or more and 98% by mass or less, based on the total amount of the negative electrode active material layer 22Y.
負極用バインダーとなる結着剤の具体例としては、正極用バインダーの具体例と同様であり、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。これらのなかでは、フッ素含有樹脂が好ましく、中でもポリフッ化ビニリデンがより好ましい。負極活物質層22Yにおけるバインダーの含有量は、負極活物質層22Yの全量基準で、0.5質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上10質量%以下がさらに好ましい。 Specific examples of the binder serving as the negative electrode binder are the same as those of the positive electrode binder, and these binders may be used alone or in combination of two or more. Further, carboxymethyl cellulose and the like may be used in the form of a salt such as a sodium salt. Among these, a fluorine-containing resin is preferable, and polyvinylidene fluoride is more preferable. The content of the binder in the negative electrode active material layer 22Y is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, based on the total amount of the negative electrode active material layer 22Y. , 1.0% by mass or more and 10% by mass or less is more preferable.
負極活物質層22Yは、導電助剤を含有してもよい。導電助剤の具体例は、正極活物質層12Xの場合と同じものが挙げられる。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。負極活物質層において、導電助剤が含有される場合、導電助剤の含有量は、負極活物質層全量基準で、1質量%以上30質量%以下であることが好ましく、2質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。 The negative electrode active material layer 22Y may contain a conductive auxiliary agent. Specific examples of the conductive auxiliary agent include the same as in the case of the positive electrode active material layer 12X. The conductive auxiliary agent may be used alone or in combination of two or more. When the negative electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent, the content of the conductive auxiliary agent is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less based on the total amount of the negative electrode active material layer, and is preferably 2% by mass or more and 25% by mass or more. It is more preferably mass% or less.
なお、負極活物質層22Yにおいて、本発明の効果を損なわない範囲内において、負極活物質、導電助剤、及びバインダー以外の他の任意成分を含んでもよいことは、正極活物質層12Xの場合と同じであり、その含有量も同様である。負極活物質層22Yの厚さ(負極活物質層22Yが複数ある場合は各々の厚さ)は、特に限定されないが、10μm以上100μm以下が好ましく、20μm以上80μm以下がより好ましい。 In the case of the positive electrode active material layer 12X, the negative electrode active material layer 22Y may contain any components other than the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder as long as the effects of the present invention are not impaired. And its content is also the same. The thickness of the negative electrode active material layer 22Y (when there are a plurality of negative electrode active material layers 22Y, the thickness of each) is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 80 μm or less.
図5に示すように、負極集電体21Y(第2電極集電体21)は、第2接続領域a2及び第2電極領域b2を有している。負極活物質層22Y(第2電極活物質層22)は、負極集電体21Yの第2電極領域b2のみに積層されている。第2接続領域a2及び第2電極領域b2は、第2方向d2に配列されている。第2接続領域a2は、第2電極領域b2よりも第2方向d2における他側(図5における右側)に位置している。すなわち、第2接続領域a2は、第2方向d2の端部に位置している。複数の負極集電体21Yは、図5に示すように、第2接続領域a2において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって互いに接合され、互いに電気的に接続している。図示された例では、正極集電体11Xに接続したタブとは別のタブ6が、第2接続領域a2において負極集電体21Yに電気的に接続している。タブ6は、電極体5から第2方向d2の他側に延び出している。
As shown in FIG. 5, the negative electrode current collector 21Y (second electrode current collector 21) has a second connection region a2 and a second electrode region b2. The negative electrode active material layer 22Y (second electrode active material layer 22) is laminated only on the second electrode region b2 of the negative electrode current collector 21Y. The second connection region a2 and the second electrode region b2 are arranged in the second direction d2. The second connection region a2 is located on the other side (right side in FIG. 5) in the second direction d2 from the second electrode region b2. That is, the second connection region a2 is located at the end of the second direction d2. As shown in FIG. 5, the plurality of negative electrode current collectors 21Y are bonded to each other by resistance welding, ultrasonic welding, bonding with tape, fusion, etc. in the second connection region a2, and are electrically connected to each other. There is. In the illustrated example, a
既に説明したように、正極10Xの第1電極領域b1は、負極20Yの第2電極領域b2に対面する領域の内側に位置している(図5参照)。すなわち、第2電極領域b2は、正極10Xの正極活物質層12Xに対面する領域を内包する領域に広がっている。第3方向d3に沿った負極20Yの幅は、第3方向d3に沿った正極10Xの幅よりも広くなっている。とりわけ、負極20Yの第3方向d3における一側端部20aは、正極10Xの第3方向d3における一側端部10aよりも、第3方向d3における一側に位置し、且つ、負極20Yの第3方向d3における他側端部20bは、正極10Xの第3方向d3における他側端部10bよりも、第3方向d3における他側に位置している。
As described above, the first electrode region b1 of the positive electrode 10X is located inside the region facing the second electrode region b2 of the negative electrode 20Y (see FIG. 5). That is, the second electrode region b2 extends to a region including a region of the positive electrode 10X facing the positive electrode active material layer 12X. The width of the negative electrode 20Y along the third direction d3 is wider than the width of the positive electrode 10X along the third direction d3. In particular, the one-
蓄電素子1は、電極において電極活物質と電解液とが反応することで電力を供給する。したがって、蓄電素子1が供給可能な電力量は、正極活物質層12Xの量や負極活物質層22Yの量に比例する。蓄電素子1の電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WCは、10g以上であることが好ましく、負極活物質層22Yの総重量WAは、6g以上であることが好ましい。また、負極におけるリチウムの析出を効果的に防止するため、正極活物質層12Xに対して、負極活物質層22Yが十分な量となっていることが好ましい。具体的には、負極活物質層22Yの総重量WAの、正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、好ましくは0.50以上1.0未満である。なお、正極活物質層12Xの総重量WCおよび負極活物質層22Yの総重量WAは、以下の方法により求めることができる。蓄電素子内の正極10Xおよび負極20Y上に形成された正極活物質層12Xおよび負極活物質層22Yの重量を測定する際は、正極10Xおよび負極20Yの重量から、正極集電体11Xおよび負極集電体21Yのみの重量を減算して求める。より具体的な手順としては、まず、蓄電素子1の外装体7を切開して電極体5を取り出した後、正極10X,負極20Y,絶縁シート30を1枚ずつはがし、正極10Xと負極20Yをジエチルカーボネート等の溶剤で洗浄し、乾燥させる。次に、正極10Xおよび負極20Yの重量を測定する。その後、正極活物質層12Xおよび負極活物質層22YをN−メチルピロリドンや水などの溶剤で拭き取って正極集電体11Xおよび負極集電体21Yのみとし、これらを乾燥させ、重量を測定する。最後に、正極10Xおよび負極20Yの重量(測定値)から、正極集電体11Xおよび負極集電体21Yの重量(測定値)を減算することで、求めることができる。The power storage element 1 supplies electric power by reacting the electrode active material and the electrolytic solution at the electrodes. Therefore, the amount of electric power that can be supplied by the power storage element 1 is proportional to the amount of the positive electrode active material layer 12X and the amount of the negative electrode active material layer 22Y. The total weight W C of the positive electrode active material layer 12X contained in the
また、正極活物質層12Xや負極活物質層22Yの実体積が大きくなっていることで、電極活物質層と電解液とが接触する領域を拡大することができる。これにより、蓄電素子1から効率よく電力を供給させることができる。具体的には負極活物質層22Yの実体積VAは、50cm3以上150cm3以下であり、好ましくは65cm3以上120cm3以下である。ここで、負極活物質層22Yの実体積VAとは、電極体5に含まれる負極活物質層22Yに含まれる空隙を除いた体積の合計である。なお、負極活物質層22Yの実体積VAは、例えば、ガス吸着法とBET換算式とから負極活物質層22Y内の空隙容積(細孔容積)を求め、見かけの体積(面積×厚み)から減算することにより求められる。Further, since the actual volumes of the positive electrode active material layer 12X and the negative electrode active material layer 22Y are large, the region where the electrode active material layer and the electrolytic solution come into contact with each other can be expanded. As a result, electric power can be efficiently supplied from the power storage element 1. Specifically, the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y is 50 cm 3 or more and 150 cm 3 or less, preferably 65 cm 3 or more and 120 cm 3 or less. Here, the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y is the total volume excluding the voids contained in the negative electrode active material layer 22Y contained in the
正極10Xの表面及び負極20Yの表面は、粗くなっていることが好ましい。具体的には、正極10Xの表面粗さRaC及び負極20Yの表面粗さRaAのうちの少なくとも一方が、100nm以上であることが好ましい。なお、表面粗さRaとは、JIS B 0601−2001における算術平均粗さを意味する。The surface of the positive electrode 10X and the surface of the negative electrode 20Y are preferably rough. Specifically, it is preferable that at least one of the surface roughness Ra C of the positive electrode 10X and the surface roughness Ra A of the negative electrode 20Y is 100 nm or more. The surface roughness Ra means the arithmetic mean roughness in JIS B 0601-2001.
次に、絶縁シート30について説明する。絶縁シート30は、例えば第1方向d1に隣り合う任意の二つの電極10,20の間に位置している。正極10X(第1電極10)及び負極20Y(第2電極20)の間に位置する絶縁シート30は、正極10X及び負極20Yが接触しないように離間させている。電極体5の第1方向d1の最も一側及び最も他側に配置されている絶縁シート30は、電極体5の表面の一部を形成しており、電極体5が外部の部材と接触しないように離間させている。絶縁シート30は、絶縁性を有しており、正極10X及び負極20Yの接触による短絡を防止する。
Next, the insulating
図4及び図5に示されている例では、絶縁シート30は、第2方向d2及び第3方向d3に延びる矩形形状である。また、絶縁シート30は、平面視において、正極10Xの正極活物質層12Xの全領域及び負極20Yの負極活物質層22Yの全領域を覆うように広がっている。
In the example shown in FIGS. 4 and 5, the insulating
絶縁シート30は、大きなイオン透過度(透気度)、所定の機械的強度、および、電解液、正極活物質、負極活物質等に対する耐久性を有していることが好ましい。このような絶縁シート30として、例えば、絶縁性の材料によって形成された多孔質体や不織布等を用いることができる。より具体的には、絶縁シート30として、融点が80〜140℃程度の熱可塑性樹脂からなる多孔フィルムを用いることができる。熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマー、またはポリエチレンテレフタレートを採用することができる。外装体7の収容空間7aには、電極体5とともに電解液が封入される。電解液が、多孔質体や不織布からなる絶縁シート30に含浸することで、絶縁シート30を間に配置した電極10,20の電極活物質層12,22が電解液に接触した状態に維持される。
The insulating
一例として、絶縁シート30は、絶縁性微粒子と絶縁シート用バインダーとを含み、絶縁性微粒子が絶縁シート用バインダーによって結着されて構成されている。絶縁性微粒子は、絶縁性であれば特に限定されず、有機粒子、無機粒子の何れであってもよい。具体的な有機粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋スチレン−アクリル酸共重合体、架橋アクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸リチウム)、ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物から構成される粒子が挙げられる。無機粒子としては二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ベーマイト、チタニア、ジルコニア、窒化ホウ素、酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、フッ化カリウム、フッ化リチウム、クレイ、ゼオライト、炭酸カルシウム等の無機化合物から構成される粒子が挙げられる。また、無機粒子は、ニオブ−タンタル複合酸化物、マグネシウム−タンタル複合酸化物等の公知の複合酸化物から構成される粒子であってもよい。絶縁性微粒子は1種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。絶縁性微粒子の平均粒子径は、絶縁シート30の厚さよりも小さければ特に限定されず、例えば0.001μm以上1μm以下、好ましくは0.05μm以上0.8μm以下、より好ましくは0.1μm以上0.6μm以下である。絶縁シート30に含有される絶縁性微粒子の含有量は、絶縁シート30の全量基準で、好ましくは15質量%以上95質量%以下、より好ましくは40質量%以上90質量%以下、更に好ましくは60質量%以上85質量%以下である。絶縁性微粒子の含有量が上記範囲内であると、絶縁シート30は、均一な多孔質構造が形成でき、かつ適切な絶縁性が付与される。絶縁シート用バインダーとしては、上記した正極用バインダーと同種のものが使用できる。絶縁シート30における絶縁シート用バインダーの含有量は、絶縁シート30の全量基準で、5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、10質量%以上45質量%以下がより好ましく、15質量%以上40質量%以下が更に好ましい。As an example, the insulating
次に、タブ6について説明する。タブ6は、蓄電素子1における端子として機能する。図3乃至図5に示すように、電極体5の正極10X(第1電極10)に一方(第2方向d2の一側)のタブ6が電気的に接続している。同様に、電極体5の負極20Y(第2電極20)に他方(第2方向d2の他側)のタブ6が電気的に接続している。図1及び図3に示すように、一対のタブ6は、外装体7の内部である収容空間7aから、外装体7の外部へと第2方向d2に延び出している。タブ6の外装体7の外部に延びている部分の第2方向d2に沿った長さは、例えば10mm以上25mm以下である。
Next,
なお、図3に示すように、タブ6は、後述する外装体7が有する第1外装材40と第2外装材50との間、より詳しくは第1外装材40の第1シーラント層42と第2外装材50の第2シーラント層52との間を通過する。
As shown in FIG. 3, the
タブ6は、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケルメッキ銅等を用いて板状または短冊状に形成され得る。タブ6の厚みは、例えば0.1mm以上1mm以下である。また、タブ6の幅、すなわち第3方向d3に沿ったタブ6の長さは、一定となっている。
The
タブ6上には、シール部4が設けられている。シール部4は、タブ6の第2方向d2における中間部において、タブ6を周囲から取り囲んでいる。シール部4は、外装体7に溶着しており、タブ6と外装体7との間を封止している。シール部4は、タブ6と外装体7との間の接触、特にタブ6と外装体7における第1外装材40の金属層41との接触を効果的に防止する。シール部4の材料としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。シール部4の厚みを、例えば0.05mm以上0.4mm以下とすることができる。
A seal portion 4 is provided on the
次に、外装体7について説明する。外装体7は、電極体5及び電解液を封止するための包装体である。図3に示すように、外装体7は、電極体5を収容するための収容空間7aを形成している。外装体7は、電極体5及び電解液をその内部の収容空間7aに収容して密閉する。
Next, the
収容空間7aは、電極体5を収容することができるよう、電極体5の寸法以上の寸法となっている。一方、蓄電素子1の体積エネルギー密度を高くするため、収容空間7aは、小さくなっていることが好ましい。ここで、体積エネルギー密度とは、蓄電素子が占める体積あたりの当該蓄電素子が供給可能な電力量(容量)のことを意味する。このため、外装体7は、少なくとも第1方向d1においては収容している電極体5に接していることが好ましい。収容空間7aは、収容される電極体5の形状に合わせた形状となるよう、形成されている。図示された例では、収容空間7aは、略直方体形状となっている。収容空間7aは、例えば、第1方向d1に沿った長さが0.25mm以上9.5mm以下であり、第2方向d2に沿った長さが95mm以上990mm以下であり、第3方向d3に沿った長さが95mm以上490mm以下である。
The
収容空間7aは、電極体5及び電解液に加えて、さらに一定量以上の気体を収容可能になっている。つまり、収容空間7aを画成する外装体7は、柔軟な材料によって変形可能であり、変形することで一定量以上膨張可能となっている。例えば、収容空間7aを形成する外装体7の第1外装材40及び第2外装材50が変形(膨張)することで、収容空間7aに気体が収容される。収容空間7aが更なる気体を収容可能となっていることで、外装体7を破損させることなく、蓄電素子1の内部、すなわち収容空間7aにおいて発生した気体を、収容空間7aに収容することができる。収容空間7aが収容可能な気体の容積Vは、20cm3以上であり、好ましくは40cm3以上であり、さらに好ましくは80cm3以上である。The
なお、収容可能な気体の容積とは、外装体に破れ、破裂、損傷等が生じることなく、膨張可能な容積のことである。したがって、収容可能な気体の容積は、外装体が種々の容積だけ膨張したサンプルを用意するとともに、各サンプルの外装体に破れ、破裂、損傷等の有無を確認することで、特定され得る。例えば、後述する具体例のように互いに対向する外装材を接合することで収容空間7aを形成する外装体7においては、接合された対向する外装材が剥離することなく、膨張し得る容積のことを意味する。なお、対向する外装材の剥離の有無は、はさみやカッター等の切断具によって外装体を切り開いて外装体の内部を観察することで確認することができる。
The volume of gas that can be accommodated is a volume that can be expanded without tearing, bursting, or damaging the exterior body. Therefore, the volume of gas that can be accommodated can be specified by preparing samples in which the exterior body is expanded by various volumes and confirming the presence or absence of tearing, rupture, damage, etc. in the exterior body of each sample. For example, in the
また、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vの、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VAに対する比(V/VA)は、0.133以上2以下であり、好ましくは0.4以上2以下である。Further, the ratio (V / VA ) of the volume V of the gas that can be accommodated in the
外装体7は、第1外装材40と、第2外装材50と、を有している。図2によく示されているように、第1外装材40と第2外装材50とがそれぞれの周縁の接合部60において接合されていることで、収容空間7aが形成されている。とりわけ、図2に示された例では、第1外装材40及び第2外装材50は、互いに対向して配置され、接合部60において接合されている。第1外装材40と第2外装材50とは、例えば接着性を有する接着層によって接合されていてもよいし、溶着されることによって接合されていてもよい。接着層によって接合される場合、接着層は、接着性に加え、絶縁性、耐薬品性、熱可塑性等を有していることが好ましく、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。このような第1外装材40及び第2外装材50の厚さを、例えば0.1mm以上0.3mm以下とすることができる。
The
図6には、図1の蓄電素子1のVI−VI線に沿った断面図が示されている。図6に示すように、接合部60と電極体5とは、離間している。接合部60と電極体5とが離間していることで、収容空間7aに電極体5及び電解液に加えて気体を収容するための隙間が形成される。収容空間7aに十分な量の気体を収容可能としつつ、かつ体積エネルギー密度の悪化を抑制するため、図2や図6に示された平面視における接合部60と電極体5との間の距離Lは、3mm以上15mm未満であることが好ましく、5mm以上15mm未満であることがより好ましい。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the power storage element 1 of FIG. 1 along the VI-VI line. As shown in FIG. 6, the
なお、第1外装材40と第2外装材50とは、それぞれ別の部材であってもよいが、一体化している部材であってもよい。すなわち、第1外装材40及び第2外装材50は、1つのシート状の部材の一部及び他の一部であってもよい。この場合、第1外装材40と第2外装材50とが接続されている部分以外の部分(縁部)において第1外装材40と第2外装材50とが接合されることで、収容空間7aが形成される。
The first
図3によく示されているように、第1外装材40は、電極体5を収容可能な十分な大きさの収容空間7aを形成するため、第1外装材40の周縁から膨出した膨出部47を含んでいる。膨出部47は、第1外装材40の周縁によって取り囲まれて、第2外装材50から離間する向きに膨出している。膨出部47は、第1外装材40の中央部に位置している。一方、図示された例では、第2外装材50は、膨出部を含んでおらず、平坦になっている。
As is well shown in FIG. 3, the first
しかしながら、図示された例に限らず、第1外装材40は膨出部を含んでおらず、第2外装材50が収容空間7aを形成するための膨出部を含んでいてもよい。さらには、第1外装材40及び第2外装材50の両方が、収容空間7aを形成するための膨出部を含んでいてもよい。
However, not limited to the illustrated example, the first
図3に示された例において、第1外装材40は、第1金属層41及び第1金属層41に積層された第1シーラント層42を含んでいる。同様に、第2外装材50は、第2金属層51及び第2金属層51に積層された第2シーラント層52を含んでいる。第1シーラント層42は、第1外装材40において第2外装材50に対面する側に設けられている。第2シーラント層52は、第2外装材50において第1外装材40に対面する側に設けられている。すなわち、第1外装材40と第2外装材50とは、第1外装材40の第1シーラント層42と第2外装材50の第2シーラント層52とが向かい合うように配置されている。
In the example shown in FIG. 3, the first
また、図示された例では、第1外装材40は、第1金属層41の表面をなす、すなわち第1金属層41の第1シーラント層42が積層された面とは逆側の面に設けられた、絶縁性を有する第1絶縁層43をさらに含んでいる。さらに、図示された例では、第2外装材50は、第2金属層51の表面をなす、すなわち第2金属層51の第2シーラント層52が積層された面とは逆側の面に設けられた、絶縁性を有する第2絶縁層53をさらに含んでいる。図3に示すように、第2方向d2において、第1外装材40の第1シーラント層42と第2外装材50の第2シーラント層52との間を、タブ6が通過している。タブ6のシール部4と第1シーラント層42及び第2シーラント層52とが溶着されることで、タブ6と外装体7との間を封止している。
Further, in the illustrated example, the first
第1金属層41及び第2金属層51は、高ガスバリア性と成形加工性を有することが好ましく、例えばアルミニウム箔やステンレス箔等を用いることができる。第1シーラント層42及び第2シーラント層52は、収容空間7aに収容された電極体5と第1金属層41及び第2金属層51とが電気的に接続されることを防止する。第1シーラント層42及び第2シーラント層52は、熱可塑性を有する。熱可塑性を有する第1シーラント層42及び第2シーラント層52によって、第1外装材40と第2外装材50とを溶着によって接合することができる。第1シーラント層42及び第2シーラント層52としては、例えばポリプロピレン等を用いることができる。第1絶縁層43及び第2絶縁層53は、外部の導体と第1金属層41及び第2金属層51とが電気的に接続されることを防止する。第1絶縁層43及び第2絶縁層53は、例えば薄膜状のナイロンやポリエチレンテレフタレートの層である。
The
本実施の形態の蓄電素子1において、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WA、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WC、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VA、及び、収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて収容可能な気体の容積Vは、次の関係(i)を満たしており、好ましくは次の関係(ii)を満たしている。
0.04 < V/VA×WA/WC < 1.2 ・・・(i)
0.12 < V/VA×WA/WC < 1.2 ・・・(ii)In the electricity storage device 1 of this embodiment includes the total weight W A of the negative electrode active material layer 22Y contained in the electrode body 5, the total weight W C of the positive electrode active material layer 12X contained in the electrode body 5, the
0.04 <V / V A × W A / W C <1.2 ··· (i)
0.12 <V / V A × W A / W C <1.2 ··· (ii)
次に、上述した構成からなる蓄電素子1の製造方法の一例について、説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the power storage element 1 having the above-described configuration will be described.
まず、第1電極10として正極10Xを作製する。正極10Xの正極活物質層12Xを形成するために、まず、正極活物質と、正極用バインダーと、溶媒とを含む正極活物質層用組成物を用意する。正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などのその他成分を含んでもよい。正極活物質、正極用バインダー、導電助剤などは上記で説明したとおりである。正極活物質層用組成物は、スラリーとなる。 First, a positive electrode 10X is produced as the first electrode 10. In order to form the positive electrode active material layer 12X of the positive electrode 10X, first, a composition for the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material, the binder for the positive electrode, and the solvent is prepared. The composition for the positive electrode active material layer may contain other components such as a conductive additive to be blended if necessary. The positive electrode active material, the binder for the positive electrode, the conductive auxiliary agent and the like are as described above. The composition for the positive electrode active material layer is a slurry.
正極活物質層組成物における溶媒は、水または有機溶剤を使用する。有機溶剤の具体例としては、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。これらの中では、N−メチルピロリドンが好ましい。正極活物質層用組成物の固形分濃度は、好ましくは5質量%以上75質量%以下、より好ましくは20質量%以上65質量%以下である。 Water or an organic solvent is used as the solvent in the positive electrode active material layer composition. Specific examples of the organic solvent include one or more selected from N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide. Of these, N-methylpyrrolidone is preferred. The solid content concentration of the composition for the positive electrode active material layer is preferably 5% by mass or more and 75% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 65% by mass or less.
正極活物質層12Xは、上記正極活物質層用組成物を使用して公知の方法で形成すればよく、例えば、上記正極活物質層用組成物を正極集電体11Xの上に塗布し、乾燥することによって形成することができる。また、正極活物質層12Xは、正極活物質層用組成物を、正極集電体11X以外の基材上に塗布し、乾燥することにより形成してもよい。正極集電体11X以外の基材としては、公知の剥離シートが挙げられる。基材の上に形成した正極活物質層12Xは、好ましくは絶縁シート30を正極活物質層12X上に形成した後、基材から正極活物質層12Xを剥がして正極集電体11Xの上に転写すればよい。正極集電体11X又は基材の上に形成した正極活物質層12Xは、好ましくは加圧プレスする。加圧プレスすることで、電極密度を高めることが可能になる。加圧プレスは、ロールプレスなどにより行えばよい。
The positive electrode active material layer 12X may be formed by a known method using the positive electrode active material layer composition. For example, the positive electrode active material layer composition may be applied onto the positive electrode current collector 11X. It can be formed by drying. Further, the positive electrode active material layer 12X may be formed by applying the composition for the positive electrode active material layer on a base material other than the positive electrode current collector 11X and drying it. Examples of the base material other than the positive electrode current collector 11X include a known release sheet. The positive electrode active material layer 12X formed on the base material preferably has an insulating
次に、第2電極20としての負極20Yを作製する。負極20Yの負極活物質層22Yを形成するために、まず、負極活物質と、負極用バインダーと、溶媒とを含む負極活物質層用組成物を用意する。負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などのその他成分を含んでもよい。負極活物質、負極用バインダー、導電助剤などは上記で説明したとおりである。負極活物質層用組成物は、スラリーとなる。 Next, the negative electrode 20Y as the second electrode 20 is manufactured. In order to form the negative electrode active material layer 22Y of the negative electrode 20Y, first, a composition for the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material, the binder for the negative electrode, and the solvent is prepared. The composition for the negative electrode active material layer may contain other components such as a conductive auxiliary agent to be blended if necessary. The negative electrode active material, the binder for the negative electrode, the conductive auxiliary agent and the like are as described above. The composition for the negative electrode active material layer is a slurry.
負極活物質層組成物における溶媒は、正極活物質層組成物における溶媒と同様のものを用いることができ、その固形分濃度も同様である。 As the solvent in the negative electrode active material layer composition, the same solvent as in the positive electrode active material layer composition can be used, and the solid content concentration thereof is also the same.
負極活物質層22Yは、上記負極活物質層用組成物を使用して公知の方法で形成すればよく、例えば、上記負極活物質層用組成物を負極集電体21Yの上に塗布し、乾燥することによって形成することができる。また、負極活物質層22Yは、負極活物質層用組成物を、負極集電体21Y以外の基材上に塗布し、乾燥することにより形成してもよい。負極集電体21Y以外の基材としては、公知の剥離シートが挙げられる。基材の上に形成した負極活物質層22Yは、好ましくは絶縁シート30を負極活物質層22Y上に形成した後、基材から負極活物質層22Yを剥がして負極集電体21Yの上に転写すればよい。負極集電体21Y又は基材の上に形成した負極活物質層22Yは、好ましくは加圧プレスする。加圧プレスすることで、電極密度を高めることが可能になる。加圧プレスは、ロールプレスなどにより行えばよい。
The negative electrode active material layer 22Y may be formed by a known method using the negative electrode active material layer composition. For example, the negative electrode active material layer composition may be applied onto the negative electrode current collector 21Y. It can be formed by drying. Further, the negative electrode active material layer 22Y may be formed by applying the composition for the negative electrode active material layer on a base material other than the negative electrode current collector 21Y and drying it. Examples of the base material other than the negative electrode current collector 21Y include a known release sheet. The negative electrode active material layer 22Y formed on the base material preferably has an insulating
また、絶縁シート30を作製する。絶縁シート30の絶縁シート用組成物は、無機粒子と、絶縁シート用バインダーと、溶媒とを含む。絶縁シート用組成物は、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。無機粒子、絶縁層用バインダーなどの詳細は上記で説明したとおりである。絶縁シート用組成物はスラリーとなる。溶媒としては、水又は有機溶剤を使用すればよく、有機溶剤の詳細は、正極活物質層組成物における有機溶剤と同様のものが挙げられる。絶縁シート用組成物の固形分濃度は、好ましくは5質量%以上75質量%以下、より好ましくは15質量%以上50質量%以下である。
In addition, the insulating
絶縁シート30は、絶縁シート用組成物を、正極活物質層12X若しくは負極活物質層22Yの上に塗布して乾燥することによって形成することができる。絶縁シート用組成物を正極活物質層12X若しくは負極活物質層22Yの表面に塗布する方法は特に限定されず、例えば、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、バーコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。また、乾燥温度は、上記溶媒を除去できれば特に限定されないが、例えば40℃以上120℃以下、好ましくは50℃以上90℃以下である。また、乾燥時間は、特に限定されないが、例えば、30秒以上20分以下である。
The insulating
以上のようにして作製された第1電極10(正極10X)、絶縁シート30、第2電極20(負極20Y)、絶縁シート30をこの順で繰り返し積層する。これにより、複数の第1電極10及び第2電極20が交互に積層され、第1電極10及び第2電極20の間に絶縁シート30が配置される。電極体5が第1電極10及び第2電極20を合計で20以上含むよう、第1電極10、絶縁シート30及び第2電極20を積層するようにしてもよい。
The first electrode 10 (positive electrode 10X), the insulating
積層された第1電極10、絶縁シート30及び第2電極20が圧着されることで、電極体5が作製される。第1電極10、絶縁シート30及び第2電極20を圧着させる具体的な方法は、プレス機などによりプレスすることで行うとよい。プレス条件は、正極活物質層12X及び負極活物質層22Yが必要以上に圧縮されない程度の条件で行うとよい。具体的には、プレス温度は、50℃以上130℃以下、好ましくは60℃以上100℃以下であり、プレス圧力は、例えば、0.2MPa以上3MPa以下、好ましくは0.4MPa以上1.5MPa以下である。また、プレス時間は、例えば、15秒以上15分以下、好ましくは30秒以上10分以下である。
The laminated first electrode 10, the insulating
電極体5の第2方向d2における一側において、第2方向d2に延びるタブ6が超音波溶着等の手段により第1電極10と電気的に接続され、第2方向d2における他側において、第2方向d2に延びる別のタブ6が超音波溶着等の手段により第2電極20と電気的に接続される。
On one side of the
また、第1外装材40及び第2外装材50を作製する。外装材40,50は、例えばアルミニウム箔からなる金属層41,51に、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンテレフタレートからなるシーラント層42,52をラミネートすることで作製される。第1外装材40及び第2外装材50は、平板状に形成される。第1外装材40には、例えばエンボス加工によって、膨出部47が設けられる。
Further, the first
その後、電極体5を第1外装材40及び第2外装材50の間に配置する。第1外装材40は、第1シーラント層42が第2外装材50に対面する側となるように配置され、第2外装材50は、第2シーラント層52が第1外装材40に対面する側となるように配置される。第1外装材40及び第2外装材50を第1外装材40の膨出部47を3方向から取り囲むように接合する。すなわち、1方向において開口するように第1外装材40及び第2外装材50を接合する。具体的には、矩形となっている第1外装材40及び第2外装材50の3辺を接合する。その後、開口した方向から外装体7の内部に電解液を注入して、第1外装材40及び第2外装材50の接合されていない1辺を接合する。矩形の第1外装材40及び第2外装材50の4辺の全てが接合されて仮接合部61となることで、外装体7の仮収容空間7bが形成される。この仮収容空間7bに電極体5及び電解液が密封されて、仮蓄電素子2が作製される。
After that, the
次に、仮蓄電素子2を充電する。充電は、正極10Xに接続したタブ6および負極20Yに接続したタブ6間に電流を流すことで行われる。仮蓄電素子2を充電すると、外装体7の仮収容空間7b内に気体が発生する。この気体は、例えば電解液に含まれていた不純物等が電気分解されることで発生する。
Next, the temporary
その後、仮蓄電素子2をエージングする。エージングは、その目的に応じて種々の条件でなされるが、典型的には、恒温環境下(例えば25℃〜60℃)に数日(例えば24時間以上)間置くことでなされる。エージングによって、製造させる蓄電素子1の性能を向上させることができ、また初期の不良を発見しやすくすることができる。エージングにおいても、外装体7の仮収容空間7b内に気体が発生する。
After that, the temporary
エージング後、図8に示すように、外装体7の一部を切除して、外装体7に開口部65を設ける。開口部65を介して、仮蓄電素子2の仮収容空間7bから、その内部に発生した気体を除去する。
After aging, as shown in FIG. 8, a part of the
最後に、第1外装材40及び第2外装材50を接合して、より詳しくは第1外装材40の第1シーラント層42と第2外装材50の第2シーラント層52とを接合して、接合部60を形成する。接合部60を形成することで、開口部65が外装体7の内部と通気しなくなる。接合部60によって収容空間7aが区画され、収容空間7aに電極体5及び電解液が外装体7に密封される。以上の工程により、蓄電素子1が製造される。
Finally, the first
ところで、従来の蓄電素子では、外装体の内部に発生した気体を収容可能にするために、収容空間が気体を収容可能な十分な容積を有している。しかしながら、収容空間の容積を大きくし過ぎると、蓄電素子の体積エネルギー密度が悪化してしまう。蓄電素子の内部で発生する気体を収容空間に収容可能にしながら、蓄電素子の体積エネルギー密度の悪化を抑制するために、収容空間の容積は、蓄電素子の内部で発生し得る気体の体積に応じて、大きくなりすぎないように決定されることが望まれる。 By the way, in the conventional power storage element, the accommodation space has a sufficient volume for accommodating the gas in order to accommodate the gas generated inside the exterior body. However, if the volume of the accommodation space is made too large, the volumetric energy density of the power storage element deteriorates. In order to suppress the deterioration of the volumetric energy density of the power storage element while allowing the gas generated inside the power storage element to be housed in the storage space, the volume of the storage space depends on the volume of gas that can be generated inside the power storage element. It is hoped that the decision will not be made too large.
上述した蓄電素子の製造工程で発生する気体の他に、蓄電素子の使用時に例えば充電や放電によって電極表面において電解液が分解されることで、気体が発生し得る。具体的には、例えば、充電時に負極において電解液の還元分解が生じ、気体が発生し得る。負極の容量に対して正極の容量が過剰であると、すなわち負極活物質の量に対して正極活物質の量が過剰であると、負極において吸蔵しきれないリチウムが析出し、析出したリチウムと電解液とが反応することで気体が発生しやすくなる。すなわち、負極においてリチウムが析出しやすいほど、気体が発生しやすい。さらに、負極と電解液とが接触して反応する面積が大きいほど、すなわち負極活物質層の実体積が大きいほど、過剰な充電や放電が起こりやすく、負極に析出したリチウムと電解液とが接触して気体が発生しやすい。 In addition to the gas generated in the manufacturing process of the power storage element described above, gas may be generated when the electrolytic solution is decomposed on the electrode surface by, for example, charging or discharging when the power storage element is used. Specifically, for example, reduction decomposition of the electrolytic solution occurs at the negative electrode during charging, and gas may be generated. If the capacity of the positive electrode is excessive with respect to the capacity of the negative electrode, that is, if the amount of the positive electrode active material is excessive with respect to the amount of the negative electrode active material, lithium that cannot be occluded at the negative electrode is precipitated, and the precipitated lithium and the deposited lithium. Gas is likely to be generated by reacting with the electrolytic solution. That is, the easier it is for lithium to precipitate at the negative electrode, the easier it is for gas to be generated. Further, the larger the area where the negative electrode and the electrolytic solution contact and react, that is, the larger the actual volume of the negative electrode active material layer, the more likely it is that excessive charging or discharging occurs, and the lithium deposited on the negative electrode and the electrolytic solution come into contact with each other. Therefore, gas is likely to be generated.
本実施の形態では、負極活物質層22Yの総重量WAの正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比を十分に大きくすることで、負極20Yにおけるリチウムの析出を効果的に抑制している。すなわち、蓄電素子1の内部において気体が発生することを抑制している。一方、AC比を大きくし過ぎないことで、機能しない負極活物質層22Yを少なくし、蓄電素子1の体積エネルギー密度が悪化してしまうことを抑制している。具体的には、負極活物質層22Yの総重量WAの、正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満となっており、好ましくは0.50以上1.0未満となっている。In this embodiment, by sufficiently increasing the AC ratio is a positive electrode active value of the ratio to the total weight W C of the material layer 12X of the total weight W A of the negative electrode active material layer 22Y, lithium precipitation on the negative electrode 20Y It is effectively suppressed. That is, the generation of gas inside the power storage element 1 is suppressed. On the other hand, by not increasing the AC ratio too much, the non-functional negative electrode active material layer 22Y is reduced, and the deterioration of the volumetric energy density of the power storage element 1 is suppressed. Specifically, the total weight W A of the negative electrode active material layer 22Y, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer 12X (W A / W C) is 0.45 or more 1. It is less than 0, preferably 0.50 or more and less than 1.0.
また、本実施の形態では、負極活物質層22Yの実体積VAを大きくし過ぎないことで、負極活物質層と電解液とが接触する領域を抑え、負極20Yにおけるリチウムの析出を効果的に抑制している。すなわち、蓄電素子1の内部において気体が発生することを抑制している。一方、負極活物質層22Yの実体積VAが十分に大きくなっていることで、蓄電素子1から効率よく電力を供給させることが可能となっている。具体的には、50cm3以上150cm3以下であり、好ましくは65cm3以上120cm3以下である。 Further, in the present embodiment, by not increasing the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y too much, the region where the negative electrode active material layer and the electrolytic solution come into contact with each other is suppressed, and the precipitation of lithium in the negative electrode 20Y is effective. Is suppressed. That is, the generation of gas inside the power storage element 1 is suppressed. On the other hand, since the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y is sufficiently large, it is possible to efficiently supply electric power from the power storage element 1. Specifically, it is 50 cm 3 or more and 150 cm 3 or less, preferably 65 cm 3 or more and 120 cm 3 or less.
本件発明者らが確認したところ、このようなAC比及び負極活物質層22Yの総面積SAとなっている蓄電素子1を長期間にわたって使用した場合、蓄電素子1の内部に発生する気体の体積は20cm3以下であった。したがって、蓄電素子1の内部の収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて、20cm3以上の気体をさらに収容可能となっていることで、蓄電素子1を長期間にわたって使用しても、蓄電素子1の内部で発生した気体を収容することができる。すなわち、蓄電素子1の外装体7の破損を抑制することができる。When the present inventors have confirmed, using the electricity storage device 1 has a total area S A of such AC ratio and the negative electrode active material layer 22Y for a long period of time, the gas generated in the interior of the storage element 1 The volume was 20 cm 3 or less. Therefore, the storage space 7a inside the power storage element 1 can further store a gas of 20 cm 3 or more in addition to the electrolytic solution and the
また、本件発明者らが確認したところ、このようなAC比及び負極活物質層22Yの総面積SAとなっている蓄電素子1の製造工程において発生する気体の体積は、40cm3以下であった。したがって、蓄電素子1の内部の収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて、40cm3以上の気体をさらに収容可能となっていることで、蓄電素子1の製造工程において発生する気体を除去しきれなくても、蓄電素子1の内部で発生した気体を収容することができる。すなわち、蓄電素子1の外装体7の破損をより抑制することができる。Further, when the present inventors have confirmed, the volume of gas generated in such AC ratio and manufacturing process of the electricity storage device 1 has a total area S A of the anode active material layer 22Y is a in 40 cm 3 or less It was. Therefore, the
さらに、蓄電素子1の内部の収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて、80cm3以上の気体をさらに収容可能となっていることで、蓄電素子1の製造工程において発生する気体を除去しきれないまま蓄電素子1を長期間にわたって使用しても、蓄電素子1の内部で発生した気体を収容することができる。すなわち、蓄電素子1の外装体7の破損をさらに抑制することができる。このように、収容空間7aに収容可能な気体の容積が蓄電素子1の内部で発生し得る気体の体積に応じて決定されることで、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。Further, the
また、上述したように、負極活物質層22Yの実体積VAが大きくなるほど、蓄電素子1の内部に気体が発生しやすい。すなわち、負極活物質層22Yの実体積VAに比例して、蓄電素子1の内部に気体が発生する傾向がある。収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが負極活物質層22Yの実体積VAにともなって大小することで、より具体的には、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが、負極活物質層22Yの実体積VAの増加にともなって増加し、負極活物質層22Yの実体積VAの低下にともなって低下することで、さらに具体的には、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが負極活物質層22Yの実体積VAに比例していることで、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vを蓄電素子1の内部で発生する気体を収容可能な十分な大きさにしながら、大きくなりすぎず体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。具体的には、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vの電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VAに対する比(V/VA)は、0.133以上2以下であり、好ましくは0.4以上2以下である。このような関係を満たすことで、任意の負極活物質層22Yの実体積VAに対して、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。 Further, as described above, the larger the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y, the easier it is for gas to be generated inside the power storage element 1. That is, gas tends to be generated inside the power storage element 1 in proportion to the actual volume VA of the negative electrode active material layer 22Y. By increasing or decreasing the volume V of the gas that can be accommodated in the
さらに、上述したように、負極活物質層22Yの総重量WAの正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比を十分に大きくすることで、負極20Yにおけるリチウムの析出を効果的に抑制し、蓄電素子1の内部において気体が発生することを抑制することができる。収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが負極活物質層22Yの実体積VA及び負極活物質層22Yの総重量WAの正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比にともなって大小することで、より具体的には、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが、負極活物質層22Yの実体積VAの増加及びAC比の減少にともなって増加し、負極活物質層22Yの実体積VAの低下及びAC比の増加にともなって低下することで、さらに具体的には、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vが、負極活物質層22Yの実体積VAに比例していることに加えて、負極活物質層22Yの総重量WAの正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比に反比例していることで、収容空間7aが収容可能な気体の容積Vを蓄電素子1の内部で発生する気体を収容可能な十分な大きさにしながら、大きくなりすぎず体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。具体的には、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WA、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WC、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VA、及び、収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて収容可能な気体の容積Vは、次の関係(i)を満たしていると、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。さらに、次の関係(ii)を満たしていると、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化をより抑制することができる。
0.04 < V/SA×WA/WC < 1.2 ・・・(i)
0.12 < V/SA×WA/WC < 1.2 ・・・(ii)Further, as described above, by sufficiently increasing the AC ratio is a positive electrode active value of the ratio to the total weight W C of the material layer 12X of the total weight W A of the negative electrode active material layer 22Y, deposition of lithium in the negative electrode 20Y Can be effectively suppressed, and the generation of gas inside the power storage element 1 can be suppressed. A volume V of the
0.04 <V / S A × W A / W C <1.2 ··· (i)
0.12 <V / S A × W A / W C <1.2 ··· (ii)
また、本実施の形態の蓄電素子1において、平面視における接合部60と電極体5との間の距離Lは、3mm以上15mm未満であることが好ましく、5mm以上15mm未満であることがより好ましい。接合部60と電極体5とが離間していることで、収容空間7aに電極体5及び電解液に加えて気体を収容するための容積Vを形成することができる。また、接合部60と電極体5とが離間しすぎていないことで、容積Vが大きくなりすぎて蓄電素子1の体積エネルギー密度が悪化してしまうことを、抑制することができる。
Further, in the power storage element 1 of the present embodiment, the distance L between the
さらに、正極10Xの表面粗さRaC及び負極20Yの表面粗さRaAのうちの少なくとも一方が、100nm以上であることが好ましい。各電極の表面が粗くなっていることで、電極の表面で発生した気体が電極体5から外部へと排出される経路を形成することができる。すなわち、正極10X及び負極20Yの間から気体が除かれやすくなる。Further, it is preferable that at least one of the surface roughness Ra C of the positive electrode 10X and the surface roughness Ra A of the negative electrode 20Y is 100 nm or more. Since the surface of each electrode is roughened, it is possible to form a path through which the gas generated on the surface of the electrode is discharged from the
また、平面視において、負極20Yが最も短くなる方向(第3方向d3)における負極20Yの長さに対する、負極20Yが最も短くなる方向に直交する方向(第2方向d2)における負極20Yの長さの比は、1.5以上となっていることが好ましく、2.0以上となっていることがより好ましい。負極20Yがこのような形状となっていると、負極20Yの表面の任意の位置から電極体5の外部までの最短距離が短くなる。したがって、負極20Yの表面の任意の位置で発生した気体が電極体5の外部まで到達しやすくなる。すなわち、負極20Yの表面で発生した気体が電極体5から排出されやすくなる。電極体5からの気体の排出が促進されることで、電極体5において電解液と電極との接触が発生した気体に阻害されにくい。すなわち、蓄電素子1から供給される電力の効率が悪化しにくい。
Further, in a plan view, the length of the negative electrode 20Y in the direction orthogonal to the direction in which the negative electrode 20Y is the shortest (second direction d2) with respect to the length of the negative electrode 20Y in the direction in which the negative electrode 20Y is the shortest (third direction d3). The ratio of is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more. When the negative electrode 20Y has such a shape, the shortest distance from an arbitrary position on the surface of the negative electrode 20Y to the outside of the
第1電極活物質層12は、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含んでいる。この場合、蓄電素子1を長期間にわたって使用することが可能となる。長期間にわたって蓄電素子1を使用すると、使用期間に応じて蓄電素子1の内部に気体が発生してしまう。また、平面視における電極体5の面積が、80cm2以上4700cm2以下となっている。このような平面視における面積が十分に大きい電極体5は、電解液と電極とが接触する面積が大きいため、蓄電素子1の内部において気体が発生しやすい。すなわち、第1電極活物質層12が正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含んでいる蓄電素子1に対し、蓄電素子の内部で発生する気体を収容空間に収容可能にする効果を有した本実施の形態は、特に好適である。The first electrode active material layer 12 contains lithium iron phosphate as a positive electrode active material. In this case, the power storage element 1 can be used for a long period of time. If the power storage element 1 is used for a long period of time, gas is generated inside the power storage element 1 according to the period of use. Also, the area of the
以上のように、本実施の形態の蓄電素子1は、第1外装材40及び第2外装材50を含む外装体7と、第1外装材40と第2外装材50との間に形成される収容空間7aに収容された電極体5及び電解液と、を備え、電極体5は、第1方向d1に交互に積層された複数の負極20Y及び複数の正極10Xを含み、負極20Yは、負極集電体21Yと、負極集電体21Y上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層22Yと、を有し、正極10Xは、正極集電体11Xと、正極集電体11X上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層12Xと、を有し、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WAの、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VAは、50cm3以上150cm3以下であり、収容空間7aは、電解液及び電極体5に加えて、20cm3以上の気体を更に収容可能な容積Vを有する。このような蓄電素子1によれば、収容空間7aに収容可能な気体の容積が蓄電素子1の内部で発生し得る気体の体積に応じて決定されることができる。このため、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。As described above, the power storage element 1 of the present embodiment is formed between the
また、本実施の形態の蓄電素子1は、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WAの、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、収容空間7aが電解液及び電極体5に加えて収容可能な気体の容積Vの、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VAに対する比(V/VA)は、0.133以上2以下である。このような蓄電素子1によれば、収容空間7aに収容可能な気体の容積が蓄電素子1の内部で発生し得る気体の体積に応じて決定されることができる。このため、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。Also, electric storage element 1 of the present embodiment, the negative electrode active of the total weight W A material layer 22Y, the ratio of the values for the total weight W C of the positive electrode active material layer 12X contained in the
さらに、本実施の形態の蓄電素子1は、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの総重量WA、電極体5に含まれる正極活物質層12Xの総重量WC、電極体5に含まれる負極活物質層22Yの実体積VA、及び、収容空間7aが電解液及び電極体に加えて収容可能な気体の容積Vは、次の関係を満たす。
0.04< V/VA×WA/WC <1.2
このような蓄電素子1によれば、収容空間7aに収容可能な気体の容積が蓄電素子1の内部で発生し得る気体の体積に応じて決定されることができる。このため、蓄電素子1の内部で発生する気体を収容空間7aに収容可能にしながら、蓄電素子1の体積エネルギー密度の悪化を抑制することができる。Furthermore, storage element 1 of the present embodiment, the total weight W A of the negative electrode active material layer 22Y contained in the electrode body 5, the total weight W C of the positive electrode active material layer 12X contained in the electrode body 5, the
0.04 <V / V A × W A / W C <1.2
According to such a power storage element 1, the volume of gas that can be stored in the
本発明の態様は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 Aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, but include various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned contents. That is, various additions, changes and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and purpose of the present invention derived from the contents defined in the claims and their equivalents.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
実施例1〜11及び比較例1,2として、負極活物質層の総重量WAの正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比、電極体に含まれる負極活物質層の実体積VA、及び、収容空間が電解液及び電極体に加えて収容可能な気体の容積Vの組み合わせがそれぞれ異なるリチウムイオン二次電池(シート型のラミネート電池)を作製した。実施例8,9のリチウムイオン二次電池では、平面視における接合部と電極体との間の距離Lを変化させた。これに伴って、実施例8,9のリチウムイオン二次電池では、電極体の面積及び負極のアスペクト比が変化している。また、実施例4〜7のリチウムイオン二次電池では、電極体の厚さを変化させた。さらに、実施例11のリチウムイオン二次電池では、負極の表面荒さRaAを変化させた。As Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2, the positive electrode active is the value of the ratio of the total weight W C of the material layer AC ratio, the negative electrode active material layer included in the electrode body of the total weight W A of the negative electrode active material layer Lithium ion secondary batteries (sheet-type laminated batteries) having different combinations of the actual volume VA and the volume V of the gas that can be accommodated in addition to the electrolytic solution and the electrode body in the accommodating space were produced. In the lithium ion secondary batteries of Examples 8 and 9, the distance L between the joint and the electrode body in a plan view was changed. Along with this, in the lithium ion secondary batteries of Examples 8 and 9, the area of the electrode body and the aspect ratio of the negative electrode have changed. Further, in the lithium ion secondary batteries of Examples 4 to 7, the thickness of the electrode body was changed. Further, in the lithium ion secondary battery of Example 11, the surface roughness Ra A of the negative electrode was changed.
これらの実施例1〜11及び比較例1,2のリチウムイオン二次電池の製造方法について、具体的に説明する。 The methods for manufacturing the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 will be specifically described.
まず、正極活物質を含む固形成分100質量部と、導電助剤としてカーボンブラックを5質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデンを5質量部と、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)を混合して、固形分45質量%のスラリーを調整した。正極活物質は、リン酸鉄リチウムを含んでいる。その後、このスラリーをアルミニウム箔に塗布し、予備乾燥後、120℃で真空乾燥した。電極を4kNで加圧プレスし、さらに電極の寸法に打ち抜くことで、正極を作製した。 First, 100 parts by mass of a solid component containing a positive electrode active material, 5 parts by mass of carbon black as a conductive auxiliary agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent are mixed. Then, a slurry having a solid content of 45% by mass was prepared. The positive electrode active material contains lithium iron phosphate. Then, this slurry was applied to an aluminum foil, pre-dried, and then vacuum dried at 120 ° C. The electrode was pressure-pressed at 4 kN and further punched to the dimensions of the electrode to prepare a positive electrode.
また、負極活物質を含む固形成分100質量部と、結着材としてスチレンブタジエンゴム1.5質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウムを1.5質量部と、水溶媒を混合し、固形分50質量%のスラリーを調整した。その後、このスラリーを銅箔に塗布し、100℃で乾燥した。電極を2kNで加圧プレスし、さらに電極の寸法に打ち抜くことで、負極を作製した。 Further, 100 parts by mass of a solid component containing a negative electrode active material, 1.5 parts by mass of styrene-butadiene rubber as a binder, 1.5 parts by mass of sodium carboxymethyl cellulose as a thickener, and an aqueous solvent are mixed to solidify. A 50% by mass slurry was prepared. Then, this slurry was applied to the copper foil and dried at 100 ° C. The electrode was pressure-pressed at 2 kN and further punched to the dimensions of the electrode to prepare a negative electrode.
正極、負極、セパレータを積層し、電解液を注入した後、封止することでシート状にラミネートされたリチウムイオン二次電池を作製した。なお、実施例及び比較例におけるリチウムイオン二次電池は、ドライボックス内又はドライルーム内にて作製された。 A lithium ion secondary battery laminated in a sheet shape was produced by laminating a positive electrode, a negative electrode, and a separator, injecting an electrolytic solution, and then sealing the battery. The lithium ion secondary batteries in Examples and Comparative Examples were manufactured in a dry box or a dry room.
作製された実施例1〜11及び比較例1,2のリチウムイオン二次電池それぞれについて、25℃において電流値1Cで3.6Vまで充電した後、電流値1Cで2.5Vまで放電した。この充放電サイクルを繰り返し行い、1000サイクル繰り返した後、リチウムイオン二次電池の厚みをノギスにて5点測定した。リチウムイオン二次電池の厚みは、リチウムイオン二次電池の長手方向に沿って等間隔に5点測定した。実施例1〜11及び比較例1,2のリチウムイオン二次電池について、設計上の厚さと測定された厚さの最大値との差によって、サイクル特性を評価した。充放電サイクルを繰り返した後に厚さの変化が小さいリチウムイオン電池が、充放電の繰り返しに強く、したがってサイクル特性が高いと評価される。具体的には、設計上の厚さと充放電サイクルを繰り返した後に測定された厚さとの差が0.10mm未満をA、0.10mm以上0.15mm未満をB、0.15mm以上0.20mm未満をC、0.20mm以上をDと評価した。 Each of the prepared lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 was charged to 3.6 V at a current value of 1 C at 25 ° C. and then discharged to 2.5 V at a current value of 1 C. This charge / discharge cycle was repeated, and after repeating 1000 cycles, the thickness of the lithium ion secondary battery was measured at 5 points with a caliper. The thickness of the lithium ion secondary battery was measured at five points at equal intervals along the longitudinal direction of the lithium ion secondary battery. For the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2, the cycle characteristics were evaluated by the difference between the design thickness and the maximum value of the measured thickness. Lithium-ion batteries, which have a small change in thickness after repeated charge / discharge cycles, are evaluated to be resistant to repeated charge / discharge cycles and therefore have high cycle characteristics. Specifically, the difference between the design thickness and the thickness measured after repeating the charge / discharge cycle is A for less than 0.10 mm, B for 0.10 mm or more and less than 0.15 mm, and 0.20 mm for 0.15 mm or more. Less than was evaluated as C, and 0.20 mm or more was evaluated as D.
実施例1〜11及び比較例1,2について、負極活物質層の総重量WAの正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比、電極体に含まれる負極活物質層の実体積VA、収容空間が電解液及び電極体に加えて収容可能な気体の容積V、負極活物質層の実体積VAに対する容積Vの比V/VA、V/VAとAC比の積、平面視における接合部と電極体との間の距離L、電極体の面積、平面視において負極が最も短くなる方向における負極の長さに対する負極が最も短くなる方向と直交する方向における負極の長さの比(負極のアスペクト比)、電極体の厚さ、負極の表面荒さRaA、及び、サイクル特性の評価結果について、以下の表1に示す。For Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2, the positive electrode active is the value of the ratio of the total weight W C of the material layer AC ratio, the negative electrode active material layer included in the electrode body of the total weight W A of the negative electrode active material layer The actual volume VA , the volume V of the gas that can be accommodated in addition to the electrolytic solution and the electrode body, and the ratio V / VA , V / VA and AC of the volume V to the actual volume VA of the negative electrode active material layer. The product of the ratios, the distance L between the joint and the electrode body in the plan view, the area of the electrode body, and the length of the negative electrode in the direction in which the negative electrode is the shortest in the plan view in the direction orthogonal to the direction in which the negative electrode is the shortest. Table 1 below shows the evaluation results of the length ratio of the negative electrode (aspect ratio of the negative electrode), the thickness of the electrode body, the surface roughness Ra A of the negative electrode, and the cycle characteristics.
表1に示された実施例1〜11及び比較例1,2との比較から、負極活物質層の総重量WAの正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比が0.45以上1.0未満であることで、サイクル特性が向上することが理解される。また、実施例4〜6の比較から、収容空間が電解液及び電極体に加えて収容可能な気体の容積Vが20cm3以上であることでサイクル特性が向上し、40cm3以上でサイクル特性がより向上することが理解される。さらに、実施例2と実施例10の比較から、V/VAが2以下であることで、サイクル特性が向上することが理解される。また、実施例5と実施例11との比較から、負極活物質層の表面粗さRaAが100nm以上であることで、サイクル特性がより向上することが理解される。Comparison with Example 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 1, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer of the total weight W A of the negative electrode active material layer It is understood that the cycle characteristics are improved when the value is 0.45 or more and less than 1.0. Further, from the comparison of Examples 4 to 6, the cycle characteristics are improved when the volume V of the gas that can be accommodated in addition to the electrolytic solution and the electrode body is 20 cm 3 or more, and the cycle characteristics are improved when the accommodation space is 40 cm 3 or more. It is understood that it will improve further. Further, from the comparison between Example 2 and Example 10, it is understood that the cycle characteristics are improved when the V / V A is 2 or less. Further, from the comparison between Example 5 and Example 11, it is understood that the cycle characteristics are further improved when the surface roughness Ra A of the negative electrode active material layer is 100 nm or more.
1 蓄電素子
5 電極体
6 タブ
7 外装体
7a 収容空間
10 第1電極
11 第1電極集電体
12 第1電極活物質層
20 第2電極
21 第2電極集電体
22 第2電極活物質層
30 絶縁シート
40 第1外装材
50 第2外装材
60 接合部1
Claims (10)
前記第1外装材と前記第2外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第1方向に交互に積層された複数の負極及び複数の正極を含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の総重量WAの、前記電極体に含まれる前記正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の実体積VAは、50cm3以上150cm3以下であり、
前記収容空間は、前記電解液及び前記電極体に加えて、20cm3以上の気体を更に収容可能な容積を有する、蓄電素子。 An exterior body including the first exterior material and the second exterior material,
An electrode body and an electrolytic solution housed in a storage space formed between the first exterior material and the second exterior material are provided.
The electrode body includes a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately laminated in the first direction.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material.
Of the total weight W A of the negative electrode active material layer included in the electrode body, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer included in the electrode body (W A / W C) is , 0.45 or more and less than 1.0,
The actual volume VA of the negative electrode active material layer contained in the electrode body is 50 cm 3 or more and 150 cm 3 or less.
The accommodating space is a power storage element having a volume capable of further accommodating a gas of 20 cm 3 or more in addition to the electrolytic solution and the electrode body.
前記第1外装材と前記第2外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第1方向に交互に積層された複数の負極及び複数の正極を含み、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられた負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられた正極活物質を含む正極活物質層と、を有し、
前記電極体に含まれる前記負極活物質層の総重量WAの、前記電極体に含まれる前記正極活物質層の総重量WCに対する比の値であるAC比(WA/WC)は、0.45以上1.0未満であり、
前記収容空間が前記電解液及び前記電極体に加えて収容可能な気体の容積Vの、前記電極体に含まれる前記負極活物質層の実体積VAに対する比(V/VA)は、0.133以上2以下である、蓄電素子。 An exterior body including the first exterior material and the second exterior material,
An electrode body and an electrolytic solution housed in a storage space formed between the first exterior material and the second exterior material are provided.
The electrode body includes a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes alternately laminated in the first direction.
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material provided on the negative electrode current collector.
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material provided on the positive electrode current collector.
Of the total weight W A of the negative electrode active material layer included in the electrode body, AC ratio is a value of the ratio to the total weight W C of the positive electrode active material layer included in the electrode body (W A / W C) is , 0.45 or more and less than 1.0,
The ratio (V / V A ) of the volume V of the gas that can be accommodated in addition to the electrolytic solution and the electrode body to the actual volume VA of the negative electrode active material layer contained in the electrode body is 0. A power storage element that is 133 or more and 2 or less.
平面視における前記接合部と前記電極体との間の距離は、3mm以上15mm未満である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蓄電素子。 The first exterior material and the second exterior material are joined at a joint portion.
The power storage element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the distance between the joint portion and the electrode body in a plan view is 3 mm or more and less than 15 mm.
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