JP6926672B2 - Secondary battery and manufacturing method of secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池および二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery.
近年、自動車の航続距離の延長、あるいはモバイル機器の消費電力増大や使用時間の延長等の要求を受けて、電池容量が年々増している。また、それにともない、急速充電化の要望も高まっている。 In recent years, the battery capacity has been increasing year by year in response to demands such as extension of the cruising range of automobiles, increase of power consumption of mobile devices, and extension of usage time. Along with this, there is an increasing demand for quick charging.
電池容量は、電池に含まれる活物質の比率によって決まり、活物質層を厚くすることによって高容量化を図れるが、活物質層の厚膜化とともにイオンの拡散距離も増大し、その結果、電池の入出力特性の悪化を招く。 The battery capacity is determined by the ratio of the active material contained in the battery, and the capacity can be increased by thickening the active material layer. However, as the active material layer becomes thicker, the ion diffusion distance also increases, and as a result, the battery It causes deterioration of the input / output characteristics of.
そのため、電池の入出力特性を向上させるべく、活物質層の厚み方向に形成された微細な三次元の電極構造が検討されており、そのような電極構造として、例えば特許文献1で開示されているような櫛歯状の三次元構造がある。 Therefore, in order to improve the input / output characteristics of the battery, a fine three-dimensional electrode structure formed in the thickness direction of the active material layer has been studied, and such an electrode structure is disclosed in, for example, Patent Document 1. There is a comb-like three-dimensional structure that looks like it is.
しかしながら、上記従来技術のように活物質層の厚み方向に突出した微細な三次元構造が設けられていると、製造過程で活物質層が厚み方向からプレスされた際、その構造が壊れてしまう恐れがある。 However, if a fine three-dimensional structure protruding in the thickness direction of the active material layer is provided as in the above-mentioned prior art, the structure is broken when the active material layer is pressed from the thickness direction in the manufacturing process. There is a fear.
製造過程でのプレスは、例えば、部材同士の接着性を向上させて電気抵抗を低減させたり、活物質層内の空孔率を制御したりするために行われ、仮にプレスせず従来の三次元構造の電極を作製しても、それが所定の性能を発揮するのは難しい。 Pressing in the manufacturing process is performed, for example, to improve the adhesiveness between members to reduce electrical resistance and to control the porosity in the active material layer. Even if an electrode having the original structure is manufactured, it is difficult for it to exhibit a predetermined performance.
従って、上記従来技術のような三次元構造は、(エネルギー密度や耐久性等の)他の電池性能への跳ね返りなく、入出力特性を向上させるのに十分であるとは言い切れないのが現状であった。 Therefore, it cannot be said that the three-dimensional structure as in the above-mentioned prior art is sufficient to improve the input / output characteristics without rebounding to other battery performance (energy density, durability, etc.). Met.
本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、より入出力特性の向上に寄与し得る二次電池および二次電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a secondary battery and a method for manufacturing a secondary battery, which can further contribute to the improvement of input / output characteristics.
上記目的を達成するための本発明の二次電池は、一の活物質層と、セパレータと、他の活物質層と、セパレータと、を積層方向に交互に有する。一の活物質層には、導電性の端子が突設されている。他の活物質層は、一の活物質層と異なる電気的極性を有しており、導電性の端子が面方向の一部に接続した状態で突設されている。 The secondary battery of the present invention for achieving the above object has one active material layer, a separator, another active material layer, and a separator alternately in the stacking direction. Conductive terminals are provided so as to project from one active material layer. The other active material layer has an electrical polarity different from that of one active material layer, and is projected in a state where the conductive terminal is connected to a part in the plane direction.
上記目的を達成するための本発明の二次電池の製造方法は、一のシート材と、他のシート材とを交互に積層する。一のシート材は、セパレータの面に一の活物質層を有し、一の活物質層に対し、導電性の端子が突設されている。他のシート材は、セパレータの面に他の活物質層を有し、他の活物質層に対し、導電性の端子が面方向の一部に接続した状態で突設されている。一のシート材と、他のシート材とは、セパレータが間に介されるようにして交互に積層される。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention for achieving the above object, one sheet material and another sheet material are alternately laminated. One sheet material has one active material layer on the surface of the separator, and conductive terminals are provided so as to project from the one active material layer. The other sheet material has another active material layer on the surface of the separator, and is projected from the other active material layer in a state where the conductive terminals are connected to a part in the surface direction. One sheet material and the other sheet material are alternately laminated with a separator interposed therebetween.
上記構成を有する二次電池および二次電池の製造方法によれば、より入出力特性の向上に寄与し得る。 According to the secondary battery having the above configuration and the method for manufacturing the secondary battery, it can further contribute to the improvement of the input / output characteristics.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and differ from the actual ratios.
<第1実施形態>
図1に示すように、第1実施形態のリチウムイオン二次電池100は、負極活物質層110(一の活物質層)と、セパレータ120と、正極活物質層130(他の活物質層)と、セパレータ120と、を積層方向Sに交互に有する。また、リチウムイオン二次電池100は、負極タブ111(端子)、正極タブ131(端子)、およびラミネートフィルム140を有する。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the lithium ion
負極活物質層110は、負極活物質粒子を含むとともに、例えば金属やカーボン等の導電助剤、および、例えばビニル樹脂やウレタン樹脂等のポリマーを含んでいる。
The negative electrode
負極活物質層110に含まれる負極活物質粒子の構成材料は、例えば、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体、コークス類、カーボン繊維、導電性高分子、スズ、シリコン、金属合金、リチウムと遷移金属との複合酸化物等である。負極活物質粒子の表面の少なくとも一部は、導電助剤およびポリマーによって覆われている。
The constituent materials of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode
負極タブ111は、負極活物質層110に対して面方向Pにおける一部に接続した状態で突設されており、導電性を有する。負極タブ111の構成材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅等の金属であるが、これに限定されず、導電性高分子であってもよいし、導電性フィラーと樹脂とを含む材料であってもよい。
The
負極タブ111は、複数の負極活物質層110のそれぞれに設けられており、複数の負極タブ111同士は、端部で互いに接合されて電気的に接続している。
The
セパレータ120は、例えばポリマーまたは不織布からなる多孔性の絶縁体であり、電解液の浸透によって、イオンの透過性および電気伝導性を呈する。
The
正極活物質層130は、正極活物質粒子を含むとともに、負極活物質層110に含まれるのと同様の導電助剤およびポリマーを含んでいる。
The positive electrode
正極活物質粒子の構成材料は、例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物である。リチウムと遷移金属との複合酸化物は、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2およびLiMn2O4等やこれらの混合物である。正極活物質粒子の表面の少なくとも一部は、導電助剤およびポリマーによって覆われている。 The constituent material of the positive electrode active material particles is, for example, a composite oxide of lithium and a transition metal. The composite oxide of lithium and the transition metal is, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2, LiMn 2 O 4, or a mixture thereof. At least a portion of the surface of the positive electrode active material particles is covered with a conductive additive and a polymer.
正極タブ131は、正極活物質層130に対して面方向Pにおける一部に接続した状態で突設されており、導電性を有する。正極タブ131の構成材料自体は、負極タブ111の構成材料と同様である。
The
正極タブ131は、本実施形態では負極タブ111と同じ方向に突き出しているが、それとは反対方向に突き出していてもよい。
In the present embodiment, the
正極タブ131は、複数の正極活物質層130のそれぞれに設けられており、複数の正極タブ131同士は、端部で互いに接合されて電気的に接続している。
The
負極活物質層110、および正極活物質層130に含まれる導電助剤の添加量は、特に限定されないが、好ましくは5wt%〜10wt%である。また、導電助剤の構成材料も特に限定されないが、好ましくは、繊維状のカーボン、またはカーボンナノチューブである。
The amount of the conductive additive contained in the negative electrode
導電助剤の添加量が5wt%以上であれば、負極活物質層110および正極活物質層130の広い範囲で面方向Pにおける電子伝導性が確保され、良好な長期耐久性が得られる。導電助剤の添加量が10wt%以下であれば、エネルギー密度の低下を抑制できる。
When the amount of the conductive auxiliary agent added is 5 wt% or more, the electron conductivity in the plane direction P is ensured in a wide range of the negative electrode
また、導電助剤の構成材料が、繊維状のカーボン、またはカーボンナノチューブであれば、面方向Pにおいて比較的長距離の電子伝導性が得られ、負極活物質層110および正極活物質層130において電子が長距離移動し易くなる。
Further, if the constituent material of the conductive auxiliary agent is fibrous carbon or carbon nanotubes, electron conductivity over a relatively long distance can be obtained in the plane direction P, and the negative electrode
ラミネートフィルム140は、以上の構成要素を覆う外装材であり、それらの構成要素とともに電解液を封入している。
The
電解液は、例えば、プロピレンカーボネート(PC)およびエチレンカーボネート(EC)からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩(LiPF6)を含んでいる。有機溶媒は、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、その他の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3等の有機酸陰イオン塩を適用することが可能である。 The electrolytic solution contains, for example, an organic solvent composed of propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), and a lithium salt (LiPF 6 ) as a supporting salt. As the organic solvent, other cyclic carbonates, chain carbonates such as dimethyl carbonate, and ethers such as tetrahydrofuran can be applied. As the lithium salt, other inorganic acid anion salts and organic acid anion salts such as LiCF 3 SO 3 can be applied.
ラミネートフィルム140は、例えば、ポリプロピレン(PP)、アルミニウム、ナイロンがこの順で積層された構成を有するが、この構成に限定されない。
The
ラミネートフィルム140の縁141では、液密な状態が保たれたまま、負極タブ111の端部、および正極タブ131の端部が引き出されている。
At the
図2に示すように、負極タブ111、および正極タブ131は、同じ縁141における互いに離間した箇所から引き出されているが、これに限定されない。
As shown in FIG. 2, the
例えば、負極タブ111および正極タブ131のうちの一方が、縁141から引き出され、それらのうちの他方は、縁141と対向する縁142から引き出されるようにしてもよい。この場合、縁141におけるタブの引き出し箇所、および縁142におけるタブの引き出し箇所のそれぞれは特に限定されず、また、縁141、縁142のそれぞれの一部ではなく、縁141、縁142のそれぞれの全体に亘って幅広のタブを引き出すようにしてもよい。
For example, one of the
次に、リチウムイオン二次電池100の製造方法を述べる。
Next, a method for manufacturing the lithium ion
図3に示すように、本実施形態の製造方法では、互いに異なる構成を有するシート材150(一のシート材)およびシート材160(他のシート材)のそれぞれが作製され、それらが交互に積層される。それらの積層体は、積層方向Sにおいてプレスされた後、ラミネートフィルム140によって覆われ、電解液とともに封止される。
As shown in FIG. 3, in the manufacturing method of the present embodiment, each of the sheet material 150 (one sheet material) and the sheet material 160 (another sheet material) having different configurations is produced, and they are alternately laminated. Will be done. After being pressed in the stacking direction S, the laminates are covered with the
シート材150は、セパレータ120の面に配置された負極活物質層110に対し、負極タブ111が面方向Pにおける一部に接続した状態で突設された構成を有する。
The
シート材150は、例えば、セパレータ120の面に負極タブ111を配置し、それらの上に負極活物質層110を形成して作製される。負極活物質層110は、負極活物質粒子等を含む負極スラリーの塗工およびその乾燥によって形成される。ここで用いられる負極スラリーは、負極活物質粒子の他に、例えば、導電助剤、およびポリマー等を含み、それらと溶媒とを混合して作製される。
The
シート材160は、セパレータ120の面に配置された正極活物質層130に対し、正極タブ131が面方向Pにおける一部に接続した状態で突設された構成を有する。
The
シート材160は、例えば、セパレータ120の面に正極タブ131を配置し、それらの上に正極活物質層130を形成して作製される。正極活物質層130は、正極活物質粒子等を含む正極スラリーの塗工およびその乾燥によって形成される。ここで用いられる正極スラリーは、正極活物質粒子の他に、例えば、導電助剤、およびポリマー等を含み、それらと溶媒とを混合して作製される。
The
シート材150と、シート材160とは、セパレータ120が間に介されるようにして交互に積層される。それらの積層数は、特に限定されない。
The
次に、本実施形態の作用効果を対比例と比較して述べる。 Next, the action and effect of this embodiment will be described in comparison with the inverse proportion.
図4に示す対比例では、本実施形態と異なり、例えば金属箔等の導電性の集電片101、103のそれぞれが、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれに対し、面方向Pの一部ではなく、面方向Pの全体に広がった状態で突設されている。
In the inverse proportion shown in FIG. 4, unlike the present embodiment, each of the conductive
このため、イオン1の拡散は、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれにおいて、セパレータ120側の片面だけから可能になる。従って、対比例では、イオン1の最大拡散距離D1は、負極活物質層110、セパレータ120、および正極活物質層130の厚みの合計である。
Therefore, the diffusion of ions 1 is possible in each of the negative electrode
一方、図5に示すように、本実施形態では、負極タブ111および正極タブ131のそれぞれは、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれに対し、面方向Pにおける一部に接続した状態で突設されている。
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, each of the
このため、イオン1の拡散は、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれで両面側から可能である。
Therefore, the diffusion of ions 1 is possible from both sides of each of the negative electrode
従って、本実施形態では、イオン1の最大拡散距離D2は、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれの厚みの半分と、セパレータ120の厚みとの合計であり、対比例よりも短い(D1>D2)。
Therefore, in the present embodiment, the maximum diffusion distance D2 of the ion 1 is the sum of half the thickness of each of the negative electrode
このように、本実施形態によれば、イオン1の拡散距離が短縮化されるため、充電性能および放電性能の両者が改善され、入出力特性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the diffusion distance of the ion 1 is shortened, both the charging performance and the discharging performance can be improved, and the input / output characteristics can be improved.
また、本実施形態によれば、従来のように負極活物質層110や正極活物質層130の厚み方向に例えば微細な凹凸状の3次元構造を設けなくても済むため、製造過程で積層方向Sにおけるプレスをすることが可能である。
Further, according to the present embodiment, it is not necessary to provide, for example, a fine uneven three-dimensional structure in the thickness direction of the negative electrode
従って、本実施形態は、実用性に優れ、より入出力特性の向上に寄与することができる。 Therefore, this embodiment is excellent in practicality and can contribute to further improvement of input / output characteristics.
また、一般的なリチウムイオン二次電池は、例えば鉛蓄電池やニッケル水素電池等の水系電解液を用いる二次電池に比べてイオン伝導度が比較的低いため、本実施形態のようにイオン1の拡散距離を短縮化すれば、その分、大きな効果を得ることができる。 Further, since a general lithium ion secondary battery has a relatively low ionic conductivity as compared with a secondary battery using an aqueous electrolyte such as a lead storage battery or a nickel hydrogen battery, the ion 1 can be used as in the present embodiment. If the diffusion distance is shortened, a greater effect can be obtained.
<第2実施形態>
図6に示すように、第2実施形態のリチウムイオン二次電池200は、導電体270を有する点で第1実施形態と異なる。他の構成については、本実施形態は第1実施形態と略同様であるため、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、製造方法についても、本実施形態は、第1実施形態のシート材150、160に導電体270が備えられる点で異なるだけであるため、ここでの重複する説明を省略する。
<Second Embodiment>
As shown in FIG. 6, the lithium ion
導電体270は、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれの面方向Pにおける一部に、埋め込まれるようにして配設されている。
The
本実施形態では、負極活物質層110および正極活物質層130の両方に導電体270が設けられているが、それらのうちの一方に導電体270が設けられている形態を本発明は含む。また、導電体270は、本実施形態のように負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれの内部に埋め込まれるようにして配設されるのではなく、それらの面に対して配設され、それらとセパレータ120との間に位置するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
導電体270は、負極タブ111および正極タブ131のそれぞれと電気的に接続しており、それらと同様、導電性を有する構成材料によって形成され得る。
The
図7に示すように、導電体270は、枠形状(骨格形状)を有する。
As shown in FIG. 7, the
導電体270は、負極活物質層110や正極活物質層130の面に沿う方向(面方向P)において、その一部に配設されており、負極活物質層110や正極活物質層130の面全体を覆わないため、それらの面に直交する厚み方向Sへのイオン1の移動(図5参照)が可能である。
The
導電体270は、枠形状の4辺をなす線材271によって構成されているが、これに限定されない。導電体270は、負極活物質層110や正極活物質層130の面方向Pに伸びる線材によって構成されていれば、他の形状を有してもよい。
The
例えば図8に示すように、導電体270は、格子状の骨格形状を有してもよく、あるいは図9に示すように、櫛歯状の骨格形状を有してもよい。また、導電体270を構成する線材の形状も、直線に限定されず、曲線であってもよい。導電体270の寸法や形状は、例えば、エネルギー密度や特に活物質層の電子抵抗によるIRドロップを考慮して設計される。
For example, as shown in FIG. 8, the
本実施形態では、導電体270が負極活物質層110および正極活物質層130に配設されているが、導電体270は、それらの面方向Pの一部に配設されており、厚み方向Sへのイオン1の移動を遮断しないため、第1実施形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the
また、導電体270が、負極活物質層110および正極活物質層130のうちの少なくとも一方に配設されることによって、面方向Pにおける導電通路として機能するため、より集電性能を高められるという効果が得られる。
Further, by disposing the
特に、本実施形態では、導電体270が枠形状(骨格形状)を有することによって、集電性能を効果的に高めることができる。
In particular, in the present embodiment, the
<第3実施形態>
図10に示すように、第3実施形態のリチウムイオン二次電池300は、導電体370を有する点で第1実施形態と異なる。他の構成については、本実施形態は第1実施形態と略同様であるため、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
<Third Embodiment>
As shown in FIG. 10, the lithium ion
導電体370は、負極活物質層110および正極活物質層130のそれぞれの面に配設されており、イオン1が通過可能な複数の孔が形成されている。
The
本実施形態では、負極活物質層110および正極活物質層130の両方に導電体370が設けられているが、それらのうちの一方に導電体370が設けられている形態を本発明は含む。
In the present embodiment, the
導電体370は、負極タブ111および正極タブ131のそれぞれと電気的に接続しており、それらと同様、導電性を有する構成材料によって形成され得る。
The
図11に示すように、導電体370は、セパレータ120の面に形成されたパターンコーティングであり、網目形状を有する。網目の寸法や形状、パターンピッチ等は、イオン1が通過可能であれば特に限定されないが、例えばエネルギー密度やIRドロップ等を考慮して設計される。
As shown in FIG. 11, the
また、導電体370の形態も、網目形状のパターンに限定されず、他のパターンであってもよい。他のパターンとして、例えば、セパレータ120の面の長辺に沿った複数の横線、セパレータ120の面の短辺に沿った複数の縦線、セパレータ120の面の対角線に沿った複数の斜線、波形、煉瓦状、格子状、菱形、鱗状、または市松模様等が挙げられるが、特に限定されない。
Further, the form of the
それらのパターンを形成している線と線との間隔は、特に限定されないが、電子の導電性を確保するため、好ましくは2mm程度である。 The distance between the lines forming these patterns is not particularly limited, but is preferably about 2 mm in order to ensure the conductivity of electrons.
図12に示すように、導電体370の形成されたセパレータ120に対し、負極タブ111が配置され、それらの上に負極活物質層110が形成されることによって、本実施形態の一のシート材350が形成される。負極タブ111は、端部で導電体370と接して電気的に接続している。負極活物質層110は、負極活物質粒子等を含む負極スラリー112の塗工およびその乾燥によって形成される。
As shown in FIG. 12, the
一方、図13に示すように、導電体370の形成されたセパレータ120に対し、正極タブ131が配置され、それらの上に正極活物質層130が形成されることによって、本実施形態の他のシート材360が形成される。正極活物質層130は、正極活物質粒子等を含む正極スラリー132の塗工およびその乾燥によって形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 13, the
シート材350とシート材360とを交互に積層し、それらをラミネートフィルム140によって電解液とともに封止することによって、リチウムイオン二次電池300は作製されるが、それらの工程は第1実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明は省略する。
The lithium ion
本実施形態では、導電体370が負極活物質層110および正極活物質層130に配設されているが、導電体370は、それらの面に配設されているとともに、イオン1が通過可能な複数の孔が形成されており、これらの構成によって、厚み方向へのイオン1の移動(図5参照)が特に遮られ難くなっている。
In the present embodiment, the
これは、単に活物質層との密着性向上や界面抵抗低減等を目的とした従来公知の集電箔とは異なる本実施形態の特徴であり、これによって、第1実施形態と同様の特有の効果を得ることできる。 This is a feature of the present embodiment that is different from the conventionally known current collector foil for the purpose of simply improving the adhesion to the active material layer and reducing the interfacial resistance, and thereby having the same peculiarity as the first embodiment. You can get the effect.
また本実施形態では、導電体370が、面方向Pにおける導電通路として機能するため、より集電性能を高められるという効果が得られる。また、導電体370がパターンコーティングであり、印刷や蒸着、あるいは3Dプリンター等の既存のプロセス技術を適用できるため、比較的簡単に形成できる。
Further, in the present embodiment, since the
<実施例1>
図14に示すように、本発明者らは、上記実施形態の構成に基づき、実施例1のリチウムイオン二次電池100Aを作製した。
<Example 1>
As shown in FIG. 14, the present inventors produced the lithium ion
本来であれば、上記実施形態と同様に正負の活物質層が多層に積層された構成の実施例で効果を検証するのが望ましいが、活物質層の厚み方向両側へのイオン拡散の効果を確認できればよいので、実施例では1つの活物質層に焦点を当て、そこで前述のようなイオン拡散が生じるようにした。 Originally, it is desirable to verify the effect in the example of the configuration in which the positive and negative active material layers are laminated in multiple layers as in the above embodiment, but the effect of ion diffusion in both sides in the thickness direction of the active material layer is desired. In the example, we focused on one active material layer so that the ion diffusion as described above occurs there.
実施例1のリチウムイオン二次電池100Aは、負極活物質層110Aと、セパレータ120Aと、正極活物質層130Aと、セパレータ120Aと、負極活物質層110Aとを積層方向に交互に有する。また、リチウムイオン二次電池100Aは、負極タブ111A、正極タブ131A、ラミネートフィルム140A、および導電体170Aを有する。
The lithium ion
負極活物質層110Aは、グラファイトを含む。セパレータ120Aは、Celgard(登録商標)#2400である。正極活物質層130Aは、LiCoO2(LCO)を含む。負極タブ111Aは、銅箔である。導電体170Aは、正極タブ131Aと一体になっており、アルミエキスパンドメタルによって構成されている。電解液は、1MのLiPF6を含むEC:DEC(ジエチルカーボネート)(1:1体積比)である。
The negative electrode
次にリチウムイオン二次電池100Aの作製について述べる。
Next, the production of the lithium ion
まず、正極活物質層130Aの作製について述べる。
First, the production of the positive electrode
本発明者らは、正極活物質(LCO:90%、導電助剤:5%、クレハ製KFポリマー#7200:5%)を秤量しよく撹拌した後、それが程よい粘性を示すまでN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加しながら撹拌し固形分比を調製した。 The present inventors weighed the positive electrode active material (LCO: 90%, conductive additive: 5%, KF polymer # 7200: 5% manufactured by Kureha), stirred well, and then N-methyl until it showed moderate viscosity. The solid content ratio was adjusted by stirring while adding -2-pyrrolidone (NMP).
図15に示すように、本発明者らは、調整した正極スラリー132Aを所定の厚みとなるようセパレータ120Aに塗工し、真空加熱乾燥によってNMPを除去した。乾燥後の正極活物質層130Aの膜厚は、25μmであった。
As shown in FIG. 15, the present inventors applied the adjusted
図16に示すように、本発明者らは、正極タブ131Aと一体となった導電体170Aを、正極活物質層130Aの上にセットした。導電体170Aを構成するアルミエキスパンドメタルの網目の短径SWは1.0mm、長径LWは2.0mm、刻幅は100μm、板厚は30μmである。
As shown in FIG. 16, the present inventors set the
図17に示すように、本発明者らは、さらに正極スラリー132Aを所定の厚みになるように塗工し、真空加熱乾燥によってNMPを除去した。乾燥後の作製されたシート材160Aにおいて、正極活物質層130Aの厚みは、72μmであった。
As shown in FIG. 17, the present inventors further applied the
負極活物質層110Aの作製について述べる。
The production of the negative electrode
本発明者らは、負極活物質(グラファイト:90%、導電助剤:5%、クレハ製KFポリマー#7200:5%)を秤量しよく撹拌した後、それが程よい粘性を示すまでNMPを添加しながら撹拌し固形分比を調製した。 The present inventors weighed the negative electrode active material (graphite: 90%, conductive additive: 5%, KF polymer # 7200: 5% manufactured by Kureha), stirred well, and then added NMP until it showed moderate viscosity. The solid content ratio was adjusted by stirring while stirring.
本発明者らは、調整した負極スラリーを、負極タブ111Aと一体になった銅箔に対し、負極容量/正極容量のバランスが1.2〜1.3の範囲に入るように塗工し、真空加熱乾燥によってNMPを除去した。乾燥後の作製された負極活物質層110Aの厚みは、28μmであった。
The present inventors applied the adjusted negative electrode slurry to the copper foil integrated with the
その後の工程について述べる。 The subsequent process will be described.
図18に示すように、本発明者らは、負極タブ111Aと一体となった銅箔を下側にして負極活物質層110Aを配置し、その上に、シート材160A、およびセパレータ120Aを配置し、さらにその上に、負極タブ111Aと一体となった銅箔を上側にして負極活物質層110Aを配置した。
As shown in FIG. 18, the present inventors arrange the negative electrode
その後、本発明者らは、それら積層した部材をロールプレスによって密着させた。得られた積層体を、三方封止されたラミネートフィルム140Aに挿入した後、本発明者らは、電解液を注入した。注液後、本発明者らは、開口部から負極タブ111Aおよび正極タブ131Aを出した状態で封止し、図14に示すリチウムイオン二次電池100Aを得た。
After that, the present inventors brought the laminated members into close contact with each other by a roll press. After inserting the obtained laminate into the three-way sealed
<実施例2>
図19に示すように、実施例2のリチウムイオン二次電池100Bは、実施例1よりも膜厚の薄い負極活物質層110Bおよび正極活物質層130Bを有する点で、実施例1と異なる。他の構成については、実施例2は、実施例1と同様である。
<Example 2>
As shown in FIG. 19, the lithium ion
負極活物質層110Bの膜厚は17μmであり、正極活物質層130Bの膜厚は50μmである。
The film thickness of the negative electrode
本発明者らは、実施例1と同様の製法によって、負極容量/正極容量のバランスが1.2〜1.3の範囲に入るよう考慮しながら、上記膜厚となるようリチウムイオン二次電池100Bを作製した。 The present inventors use the same manufacturing method as in Example 1 to obtain the above-mentioned film thickness while considering that the balance between the negative electrode capacity and the positive electrode capacity is in the range of 1.2 to 1.3. 100B was prepared.
<実施例3>
図20に示すように、実施例3では、実施例1と正負の活物質層を入れ替えた構造とした。
<Example 3>
As shown in FIG. 20, in Example 3, the positive and negative active material layers were exchanged with those of Example 1.
実施例3のリチウムイオン二次電池100Cは、正極活物質層130Cと、セパレータ120Aと、負極活物質層110Cと、セパレータ120Aと、正極活物質層130Cとを積層方向に交互に有する。また、リチウムイオン二次電池100Cは、負極タブ111C、正極タブ131C、ラミネートフィルム140A、および導電体170Cを有する。
The lithium ion
それらの構成材料自体は、実施例1、2と略同様とし、次の通りである。正極活物質層130Cは、LiCoO2(LCO)を含む。負極活物質層110Cは、グラファイトを含む。セパレータ120Aは、Celgard(登録商標)#2400である。正極タブ131Cは、アルミ箔である。導電体170Cは、負極タブ111Cと一体になっており、銅エキスパンドメタル(短径SWは1.0mm、長径LWは2.0mm、刻幅は100μm、板厚は30μm)によって構成されている。電解液は、1MのLiPF6を含むEC:DEC(1:1体積比)である。
The constituent materials themselves are substantially the same as those of Examples 1 and 2, and are as follows. The positive electrode
実施例3では、負極活物質層110Cの厚みを60μmとし、正極活物質層130Cの厚みを33μmとした。製法については、実施例3は、実施例1の方法に準じた。
In Example 3, the thickness of the negative electrode
<比較例1>
図21に示すように、本発明者らは、比較例1のリチウムイオン二次電池1000Aを、実施例1との比較のために作製した。
<Comparative example 1>
As shown in FIG. 21, the present inventors made a lithium ion
リチウムイオン二次電池1000Aは、負極活物質層1010A、セパレータ120A、および正極活物質層1030A、ならびに、負極タブ1011A、正極タブ1031A、およびラミネートフィルム140Aを有する。
The lithium ion
負極活物質層1010Aは、実施例1の負極活物質層110Aと同じ材料によって構成されているが、それとは異なる厚みを有する。負極活物質層1010Aの厚みは、55μmである。
The negative electrode
負極活物質層1010Aは、負極タブ1011Aと一体の銅箔(10μm)上に、実施例1で調整した負極スラリーを所定の厚さで塗工し、その後、真空加熱乾燥によってNMPを除去して作製される。
The negative electrode
正極活物質層1030Aは、実施例1の正極活物質層130Aと同じ材料によって構成されているが、それとは異なる厚みを有する。正極活物質層1030Aの厚みは、66μmである。
The positive electrode
正極活物質層1030Aは、正極タブ1031Aと一体のアルミ箔(22μm)上に、実施例1で調整した正極スラリーを所定の厚さで塗工し、その後、真空加熱乾燥によってNMPを除去して作製される。
The positive electrode
セパレータ120Aは、実施例1と同じである。これを、上述のようにして作製した負極活物質層1010Aおよび正極活物質層1030Aによって挟み、ロールプレスによってそれらを密着させる。
The
その後、それらを電解液とともにラミネートフィルム140Aによって封止してリチウムイオン二次電池1000Aを作製した。電解液は、実施例1と同じである。
Then, they were sealed together with the electrolytic solution with a
<比較例2>
図22に示すように、本発明者らは、比較例2のリチウムイオン二次電池1000Bを、実施例1よりも活物質層の薄い実施例2との比較のために作製した。
<Comparative example 2>
As shown in FIG. 22, the present inventors made the lithium ion
比較例2のリチウムイオン二次電池1000Bは、比較例1よりも膜厚の薄い負極活物質層1010Bおよび正極活物質層1030Bを有する点で、比較例1と異なる。他の構成については、比較例2は、比較例1と同様である。
The lithium ion
負極活物質層1010Bの膜厚は34μmであり、正極活物質層1030Bの膜厚は44μmである。
The film thickness of the negative electrode
本発明者らは、比較例1と同様の製法によって、負極容量/正極容量のバランスが1.2〜1.3の範囲に入るよう考慮しながら、上記膜厚となるようリチウムイオン二次電池1000Bを作製した。 The present inventors use the same manufacturing method as in Comparative Example 1 to obtain the above-mentioned film thickness while considering that the balance between the negative electrode capacity and the positive electrode capacity is in the range of 1.2 to 1.3. 1000B was prepared.
<充放電試験>
本発明者らは、実施例1〜3、および比較例1、2のそれぞれについて、充放電試験を行った。充放電試験は、初期充電および初期放電の後に行った。
<Charge / discharge test>
The present inventors conducted charge / discharge tests for each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. The charge / discharge test was performed after the initial charge and the initial discharge.
初期充電は、定電流−定電圧モード(CC−CV)で行い、印加電流:0.1C、CV電圧:4.2V、CV終了条件:0.05C、温度:30℃とした。 The initial charge was performed in a constant current-constant voltage mode (CC-CV), and the applied current was 0.1 C, the CV voltage was 4.2 V, the CV end condition was 0.05 C, and the temperature was 30 ° C.
初期放電は、定電流モード(CC)で行い、放電電流:0.1C、Cut−off電圧:2.7V、休止時間:10分、温度:30℃とした。 The initial discharge was performed in a constant current mode (CC), and the discharge current was 0.1 C, the Cut-off voltage was 2.7 V, the rest time was 10 minutes, and the temperature was 30 ° C.
充放電試験における充電は、定電流−定電圧モード(CC−CV)で行い、印加電流:0.1C、CV電圧:4.2V、CV終了条件:0.05C、温度:30℃とした。 Charging in the charge / discharge test was performed in a constant current-constant voltage mode (CC-CV), and the applied current was 0.1 C, the CV voltage was 4.2 V, the CV end condition was 0.05 C, and the temperature was 30 ° C.
充放電試験における放電は、定電流モード(CC)で行い、Cut−off電圧:3.2V、温度:30℃とした。また、充放電試験での放電は、1C、5C、10Cのそれぞれの放電電流で行った。 The discharge in the charge / discharge test was performed in the constant current mode (CC), and the Cut-off voltage was 3.2 V and the temperature was 30 ° C. Further, the discharge in the charge / discharge test was performed with each discharge current of 1C, 5C, and 10C.
図23〜25に、実施例1および比較例1の充放電試験で得られた放電容量比の比較を示す。放電容量比は、0.1Cで放電したときの3.2Vにおける容量を1.0に規格化した値である。 FIGS. 23 to 25 show a comparison of the discharge capacity ratios obtained in the charge / discharge tests of Example 1 and Comparative Example 1. The discharge capacity ratio is a value obtained by normalizing the capacity at 3.2 V when discharged at 0.1 C to 1.0.
各Cレートにおいて、実施例1の放電容量比が、比較例1の放電容量比よりも大きくなっていることが分かる。Cレートが大きくなるほど、実施例1と比較例1との差は大きくなっており、実施例は良好な放電特性を示すことが明らかとなった。 It can be seen that at each C rate, the discharge capacity ratio of Example 1 is larger than the discharge capacity ratio of Comparative Example 1. The larger the C rate, the larger the difference between Example 1 and Comparative Example 1, and it was clarified that the examples showed good discharge characteristics.
下の表1に、実施例1〜3および比較例1、2について、それらの特徴的構成、および放電容量比の結果をまとめて示す。 Table 1 below summarizes the characteristic configurations of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 and the results of the discharge capacity ratio.
実施例2および比較例2では、実施例1および比較例1に比べて薄膜化したため、低レートの1Cでは放電性能改善効果は低減したが、5C、10Cでは依然として放電容量比に大きな差があり、改善効果が大きいことが確認できた。 In Example 2 and Comparative Example 2, since the film was thinner than in Example 1 and Comparative Example 1, the effect of improving the discharge performance was reduced at a low rate of 1C, but there was still a large difference in the discharge capacity ratio between 5C and 10C. It was confirmed that the improvement effect was great.
また、実施例3では、実施例1と正負の活物質層が入れ替えられた構成を有するが、実施例1と同等か、実施例1を若干上回る放電容量比が得られており、正負の活物質層を入れ替えても同様の効果が得られることが確認できた。また、実施例では、1つの活物質層に焦点を当てて効果を検証したが、実施形態のように多層の積層構造であっても同様の効果を期待できる。 Further, in Example 3, the positive and negative active material layers are exchanged with those in Example 1, but the discharge capacity ratio equal to or slightly higher than that of Example 1 is obtained, and the positive and negative active materials are obtained. It was confirmed that the same effect can be obtained even if the material layer is replaced. Further, in the examples, the effect was verified by focusing on one active material layer, but the same effect can be expected even with a multi-layered laminated structure as in the embodiment.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims.
例えば、本発明の二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、他の二次電池であってもよい。 For example, the secondary battery of the present invention is not limited to the lithium ion secondary battery, and may be another secondary battery.
また、実施例ではアルミラミネートフィルム型電池で実施したが、本発明の考え方は、コイン型セル、角型セル、円筒型セル等においても適用することが可能である。 Further, although the example was carried out with an aluminum laminated film type battery, the idea of the present invention can also be applied to a coin type cell, a square type cell, a cylindrical type cell and the like.
また、第2実施形態の導電体270の枠の内側に、第3実施形態の導電体370のような網目構造を設けてもよい。
Further, a mesh structure like the
また、本発明は、上記第3実施形態の導電体370以外にも、イオンが通過可能な複数の孔が形成された金属不織布等からなる導電体を含んでいる。
Further, the present invention includes, in addition to the
100、200、300 リチウムイオン二次電池(二次電池)、
110 負極活物質層(一の活物質層)、
111 負極タブ(端子)、
120 セパレータ、
130 正極活物質層(他の活物質層)、
131 正極タブ(端子)、
140 ラミネートフィルム、
150 一のシート材、
160 他のシート材、
270 導電体、
271 線材、
370 導電体、
S 積層方向、
P 面方向。
100, 200, 300 Lithium-ion secondary battery (secondary battery),
110 Negative electrode active material layer (one active material layer),
111 Negative electrode tab (terminal),
120 separator,
130 Positive electrode active material layer (other active material layer),
131 Positive electrode tab (terminal),
140 laminated film,
150 one sheet material,
160 Other sheet materials,
270 conductor,
271 wire rod,
370 conductor,
S stacking direction,
P plane direction.
Claims (5)
セパレータと、
前記一の活物質層と異なる電気的極性を有し、導電性の端子が面方向の一部に接続した状態で突設された他の活物質層と、
セパレータと、を積層方向に交互に有し、
前記一の活物質層および前記他の活物質層のうちの少なくとも一方における面方向の一部には、前記端子と一体の導電体が配設されており、
前記導電体は、前記一の活物質層および前記他の活物質層のうちの少なくとも一方における外面に配設され、イオンが通過可能な複数の孔が形成されている、二次電池。 One active material layer with conductive terminals protruding from it,
Separator and
With another active material layer having an electrical polarity different from that of the one active material layer and projecting in a state where the conductive terminals are connected to a part in the plane direction.
Possess alternating with separators, a in the stacking direction,
A conductor integrated with the terminal is disposed in a part of the one active material layer and at least one of the other active material layers in the plane direction.
A secondary battery in which the conductor is arranged on the outer surface of at least one of the one active material layer and the other active material layer, and a plurality of holes through which ions can pass are formed.
セパレータの面に他の活物質層を有し、当該他の活物質層に対し、導電性の端子が面方向の一部に接続した状態で突設されているとともに、前記他の活物質層における面方向の一部に、前記端子と一体の導電体が配設されており、当該導電体は、前記他の活物質層における外面に配設され、イオンが通過可能な複数の孔が形成されている他のシート材と、を、
前記セパレータが間に介されるようにして交互に積層する、二次電池の製造方法。 A single active material layer is provided on the surface of the separator, and a conductive terminal is provided so as to project from the one active material layer, and the terminal is formed on a part of the one active material layer in the surface direction. A conductor integrated with the above is arranged, and the conductor is arranged on the outer surface of the one active material layer, and is formed with a plurality of holes through which ions can pass.
The other active material layer is provided on the surface of the separator, and the conductive terminals are projected from the other active material layer in a state of being connected to a part in the surface direction, and the other active material layer is formed. A conductor integrated with the terminal is disposed on a part of the surface direction of the above, and the conductor is arranged on the outer surface of the other active material layer to form a plurality of holes through which ions can pass. With other sheet materials,
A method for manufacturing a secondary battery, in which the separators are alternately laminated so as to be interposed .
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