JP6993277B2 - Insulation layer forming composition, electrochemical element electrode body, and electrochemical element - Google Patents

Insulation layer forming composition, electrochemical element electrode body, and electrochemical element Download PDF

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Description

本発明は、硫化物系固体電解質を有する電気化学素子用電極体の絶縁層の形成に好適な絶縁層形成用組成物、前記絶縁層形成用組成物によって形成される絶縁層を有する電気化学素子用電極体、および前記電気化学素子用電極体を有する電気化学素子に関するものである。 The present invention is a composition for forming an insulating layer suitable for forming an insulating layer of an electrode body for an electrochemical element having a sulfide-based solid electrolyte, and an electrochemical element having an insulating layer formed by the composition for forming an insulating layer. The present invention relates to an electrode body for use and an electrochemical element having the electrode body for the electrochemical element.

非水二次電池は、スマートフォンやノート型パーソナルコンピュータなどの携帯機器の電源として広く利用されているほかに、車載用途や産業用途などへの適用も進められている。よって、非水二次電池には、このような用途の広がりを受けて、高い安全性を備えていることが求められる。 Non-water secondary batteries are widely used as a power source for mobile devices such as smartphones and notebook personal computers, and are also being applied to in-vehicle applications and industrial applications. Therefore, the non-aqueous secondary battery is required to have high safety in response to such widespread use.

非水二次電池には、通常、ポリエチレンなどのポリオレフィンで構成された微多孔膜(微孔性フィルム)をセパレータとして使用することが一般的である。こうした微多孔膜は、通常、一軸延伸や二軸延伸を行う工程を経て製造されるが、延伸によってひずみが生じているため、高温に曝されると収縮が生じやすい。非水二次電池内が高温状態となって、セパレータに収縮が起こると、正極と負極とが直接接触して短絡が生じてしまう虞がある。 In a non-aqueous secondary battery, it is common to use a microporous film (microporous film) made of polyolefin such as polyethylene as a separator. Such a microporous film is usually produced through a step of uniaxial stretching or biaxial stretching, but since strain is generated by stretching, shrinkage is likely to occur when exposed to high temperature. If the inside of the non-aqueous secondary battery becomes hot and the separator shrinks, the positive electrode and the negative electrode may come into direct contact with each other to cause a short circuit.

こうした問題の対策として、例えば、ポリオレフィン製のセパレータを袋状としてその内部に正極を挿入し、これに負極を積層して構成した電極体を有する非水二次電池が開発されている(特許文献1など)。袋状のセパレータを用いた場合、正極を包む2枚のセパレータ同士が接合しているために高温下においてもセパレータの収縮が生じ難いことから、非水二次電池の安全性を高めることが可能となる。 As a countermeasure against such a problem, for example, a non-aqueous secondary battery having an electrode body formed by inserting a positive electrode into a bag-shaped separator made of polyolefin and laminating a negative electrode therein has been developed (Patent Document). 1 etc.). When a bag-shaped separator is used, the two separators wrapping the positive electrode are bonded to each other, so that the separator does not easily shrink even at high temperatures, and thus it is possible to improve the safety of the non-aqueous secondary battery. It becomes.

また、セパレータおよび液状の非水電解質に代えて、正極と負極との間や正極中および負極中に固体電解質を配することで、非水二次電池の安全性を高める検討もなされている(特許文献2、3など)。 Further, studies have been made to improve the safety of non-aqueous secondary batteries by arranging a solid electrolyte between the positive electrode and the negative electrode and in the positive electrode and the negative electrode instead of the separator and the liquid non-aqueous electrolyte (). Patent Documents 2, 3, etc.).

特開2011-113826号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-113826 特開2017-40531号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-40531 特開2017-168387号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-168387

ところが、正極と負極との間に固体電解質(固体電解質層)を配置した電極体を有する電池においては、セパレータの場合と異なり、固体電解質の面積を正極や負極の面積とほぼ同じとすることが一般的であるため、特に電極体の形成の際の正極や負極の集電に関する作業時などに、正極と負極との接触による短絡が生じやすいといった問題がある。 However, in a battery having an electrode body in which a solid electrolyte (solid electrolyte layer) is arranged between a positive electrode and a negative electrode, the area of the solid electrolyte may be substantially the same as the area of the positive electrode and the negative electrode, unlike the case of a separator. Since it is general, there is a problem that a short circuit is likely to occur due to contact between the positive electrode and the negative electrode, especially when working on collecting electricity of the positive electrode and the negative electrode when forming the electrode body.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫化物系固体電解質を用いた電気化学素子が有する短絡防止用の絶縁層を良好に形成できる組成物、この組成物によって形成された絶縁層を有する電気化学素子用電極体、および前記電極体を有する電気化学素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a composition capable of satisfactorily forming an insulating layer for preventing short circuits of an electrochemical element using a sulfide-based solid electrolyte. It is an object of the present invention to provide an electrode body for an electrochemical element having a formed insulating layer, and an electrochemical element having the electrode body.

本発明の絶縁層形成用組成物は、硫化物系固体電解質を含有する固体電解質層を有する電気化学素子内の絶縁層の形成に使用されるものであって、融点または熱分解温度が150℃以上の樹脂を含むフィラーと、バインダと、溶解度パラメータが8.8~9.5の溶媒とを含有し、前記フィラーの含有量100質量部に対して、前記バインダの含有量が15質量部以上であることを特徴とするものである。 The composition for forming an insulating layer of the present invention is used for forming an insulating layer in an electrochemical element having a solid electrolyte layer containing a sulfide-based solid electrolyte, and has a melting point or a thermal decomposition temperature of 150 ° C. It contains a filler containing the above resin, a binder, and a solvent having a solubility parameter of 8.8 to 9.5, and the content of the binder is 15 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the filler. It is characterized by being.

また、本発明の電気化学素子用電極体(以下、単に「電極体」という)は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有し、前記固体電解質層は硫化物系固体電解質を含有し、前記電極体の側面に、融点または熱分解温度が150℃以上の樹脂を含有するフィラーと、バインダとを含有する絶縁層が形成されていることを特徴とするものである。 Further, the electrode body for an electrochemical element of the present invention (hereinafter, simply referred to as “electrode body”) has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the solid. The electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte, and an insulating layer containing a filler containing a resin having a melting point or a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher and a binder is formed on the side surface of the electrode body. It is a feature.

更に、本発明の電気化学素子は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する電極体を備え、前記電極体として本発明の電気化学素子用電極体を有することを特徴とするものである。 Further, the electrochemical element of the present invention includes an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrode body for the electrochemical element of the present invention is the electrode body. It is characterized by having a body.

本発明によれば、硫化物系固体電解質を用いた電気化学素子が有する短絡防止用の絶縁層を良好に形成できる組成物、この組成物によって形成された絶縁層を有する電気化学素子用電極体、および前記電極体を有する電気化学素子を提供することができる。 According to the present invention, a composition capable of satisfactorily forming an insulating layer for preventing short circuits of an electrochemical element using a sulfide-based solid electrolyte, and an electrode body for an electrochemical element having an insulating layer formed by this composition. , And an electrochemical element having the electrode body can be provided.

本発明の電気化学素子用電極体の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing an example of the electrode body for an electrochemical element of this invention. 図1のI-I線断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 本発明の電気化学素子の一例を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the electrochemical element of this invention schematically.

図1および図2に、本発明の電極体の一例を模式的に表す図を示している。図1は電極体100の平面図であり、図2は図1のI-I線断面図である。 1 and 2 show a diagram schematically showing an example of the electrode body of the present invention. FIG. 1 is a plan view of the electrode body 100, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II of FIG.

図2に示す電極体100は、正極20と負極30とが固体電解質層40を介して積層されて構成された単位ユニットを3個積層した積層電極体である。 The electrode body 100 shown in FIG. 2 is a laminated electrode body in which three unit units configured by laminating a positive electrode 20 and a negative electrode 30 via a solid electrolyte layer 40 are laminated.

正極20は、正極集電体22の片面に正極合剤層21が形成されている本体部20aと、正極集電体22の露出部によって形成された集電タブ部20bとを有している。また、負極30は、負極集電体32の片面に負極合剤層31が形成されている本体部30aと、負極集電体32の露出部によって形成された集電タブ部30bとを有している。更に、固体電解質層40は、硫化物系固体電解質を含有している。 The positive electrode 20 has a main body portion 20a in which a positive electrode mixture layer 21 is formed on one side of a positive electrode current collector 22, and a current collector tab portion 20b formed by an exposed portion of the positive electrode current collector 22. .. Further, the negative electrode 30 has a main body portion 30a in which the negative electrode mixture layer 31 is formed on one side of the negative electrode current collector 32, and a current collector tab portion 30b formed by the exposed portion of the negative electrode current collector 32. ing. Further, the solid electrolyte layer 40 contains a sulfide-based solid electrolyte.

そして、電極体100は、正極20、固体電解質層40および負極30が積層されてなる単位ユニット同士が、その正極20同士が対向するように、および負極30同士が対向するように積層されて構成されている。また、電極体100の側面(すなわち、正極20の端面、負極30の端面および固体電解質層40の端面)には、絶縁層50が形成されている。 The electrode body 100 is configured such that the unit units in which the positive electrode 20, the solid electrolyte layer 40, and the negative electrode 30 are laminated are laminated so that the positive electrodes 20 face each other and the negative electrodes 30 face each other. Has been done. Further, an insulating layer 50 is formed on the side surface of the electrode body 100 (that is, the end face of the positive electrode 20, the end face of the negative electrode 30, and the end face of the solid electrolyte layer 40).

セパレータおよび電解質に代えて固体電解質を用いた電気化学素子に係る電極体においては、固体電解質が硬くて脆いことから、正極および負極と固体電解質層とをほぼ同じ平面形状とし、正極と負極との間に固体電解質層の全体を挟み込むことで、電気化学素子内での固体電解質層の割れなどの欠陥の発生を防止している。そのため、固体電解質を用いた電極体は、例えば電極よりも大きな平面形状のセパレータを使用する場合とは異なり、正極や負極の端面において、他方の電極との接触による短絡が生じやすい。特に、図2に示すように、正極や負極が、活物質を含有する合剤層を有する本体部と共に、電極体内の同一極同士や電気化学素子の端子部(外部端子)との電気的接続に使用する集電タブ部を有している場合には、一方の電極の集電タブ部と他方の電極の端面との接触が生じやすく、このような理由による短絡の発生を抑制することが求められる。 In an electrode body related to an electrochemical element using a solid electrolyte instead of a separator and an electrolyte, since the solid electrolyte is hard and brittle, the positive electrode and the negative electrode and the solid electrolyte layer have substantially the same planar shape, and the positive electrode and the negative electrode are used. By sandwiching the entire solid electrolyte layer between them, the occurrence of defects such as cracks in the solid electrolyte layer in the electrochemical element is prevented. Therefore, unlike the case where an electrode body using a solid electrolyte has a planar shape larger than that of the electrode, for example, a short circuit is likely to occur at the end face of the positive electrode or the negative electrode due to contact with the other electrode. In particular, as shown in FIG. 2, the positive electrode and the negative electrode are electrically connected to each other in the electrode body and to the terminal portion (external terminal) of the electrochemical element together with the main body portion having the mixture layer containing the active material. When the current collecting tab portion used for the above is provided, contact between the current collecting tab portion of one electrode and the end face of the other electrode is likely to occur, and the occurrence of a short circuit due to such a reason can be suppressed. Desired.

そこで、本発明の電極体においては、図1および図2に示すように、その側面に絶縁層を形成し、正極および負極の端面が他方の電極(例えばその集電タブ部)と接触することによる短絡の発生を防止できるようにした。 Therefore, in the electrode body of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, an insulating layer is formed on the side surface thereof, and the end faces of the positive electrode and the negative electrode are in contact with the other electrode (for example, the current collecting tab portion thereof). It is now possible to prevent the occurrence of a short circuit due to.

ところで、電極体における絶縁層の形成には、絶縁層を構成するための材料を溶媒に溶解または分散させて調製した絶縁層形成用組成物(塗料)を使用することが効率的である。ところが、本発明の電極体は硫化物系固体電解質を含有する固体電解質層を有しているため、絶縁層形成用組成物には、硫化物系固体電解質の劣化などを生じさせないことが求められる。 By the way, for forming an insulating layer in an electrode body, it is efficient to use a composition (paint) for forming an insulating layer prepared by dissolving or dispersing a material for forming the insulating layer in a solvent. However, since the electrode body of the present invention has a solid electrolyte layer containing a sulfide-based solid electrolyte, the composition for forming an insulating layer is required not to cause deterioration of the sulfide-based solid electrolyte. ..

そこで、本発明では、絶縁層の構成材料を溶媒に分散または溶解させた組成物(スラリー、ペーストなど)によって絶縁層を形成することとし、この絶縁層形成用組成物の溶媒に、溶解度パラメータ(δ)が、8.8以上9.5以下のものを用いることとした。このような溶媒であれば、極性が低いためか硫化物系固体電解質に及ぼす影響が小さいため、これを含有する絶縁層形成用組成物を用いて電極体の側面に絶縁層を形成しても、この電極体を用いる電気化学素子の特性の低下を抑制できる。 Therefore, in the present invention, the insulating layer is formed by a composition (slurry, paste, etc.) in which the constituent material of the insulating layer is dispersed or dissolved in a solvent, and the solubility parameter (solubility parameter (solubility parameter) is used in the solvent of the composition for forming the insulating layer. It was decided to use a δ) of 8.8 or more and 9.5 or less. Since such a solvent has a low polarity and has a small effect on the sulfide-based solid electrolyte, even if an insulating layer is formed on the side surface of the electrode body by using a composition for forming an insulating layer containing the solvent. , It is possible to suppress deterioration of the characteristics of the electrochemical element using this electrode body.

絶縁層形成用組成物の溶媒の具体例としては、キシレン(δ=8.8)、メチシレン(δ=8.8)、トルエン(δ=8.9)、テトラリン(δ=9.5)などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよいが、トルエンを用いることがより好ましい。 Specific examples of the solvent of the composition for forming an insulating layer include xylene (δ = 8.8), methicylene (δ = 8.8), toluene (δ = 8.9), tetralin (δ = 9.5) and the like. However, it is possible to use only one of these, or two or more of them, but it is more preferable to use toluene.

なお、硫化物系固体電解質は耐水性に劣るため、絶縁層形成用組成物の溶媒は含有水分量が低いことが好ましく、これにより、絶縁層形成用組成物を塗布した際の硫化物系固体電解質の劣化をより良好に抑制することが可能となる。具体的には、溶媒の含有水分量は、質量基準で、10ppm以下であることが好ましく、5ppm以下であることがより好ましく、0ppm、すなわち水分を含有していないことが特に好ましい。前記の低含水量の溶媒は、市販のものを用いることができる。 Since the sulfide-based solid electrolyte is inferior in water resistance, it is preferable that the solvent of the insulating layer forming composition has a low water content, whereby the sulfide-based solid when the insulating layer forming composition is applied is applied. It is possible to better suppress the deterioration of the electrolyte. Specifically, the water content of the solvent is preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, and particularly preferably 0 ppm, that is, no water content, on a mass basis. As the solvent having a low water content, a commercially available solvent can be used.

絶縁層形成用組成物は、融点または熱分解温度が150℃以上の樹脂を含むフィラーを含有しており、この組成物によって形成される絶縁層は、耐熱性が良好となる。セパレータおよび電解質に代えて固体電解質を有する電気化学素子は一般に耐熱性が良好であるが、本発明の絶縁層形成用組成物によって電極体の側面に絶縁層を形成しても、この絶縁層による電気化学素子の耐熱性の低下が抑制できるため、本発明の電極体を用いた電気化学素子(本発明の電気化学素子)においては、その耐熱性を良好に維持できる。 The composition for forming an insulating layer contains a filler containing a resin having a melting point or a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher, and the insulating layer formed by this composition has good heat resistance. An electrochemical element having a solid electrolyte instead of a separator and an electrolyte generally has good heat resistance, but even if an insulating layer is formed on the side surface of the electrode body by the insulating layer forming composition of the present invention, the insulating layer is used. Since the decrease in heat resistance of the electrochemical element can be suppressed, the heat resistance of the electrochemical element using the electrode body of the present invention (electrochemical element of the present invention) can be maintained satisfactorily.

前記フィラーを構成する樹脂は、融点(JIS K 7121の規定に準じて測定される融解温度)または熱分解温度(JIS K 7120の規定に準じて測定される熱重量測定により求められる10%重量減少時の温度)が150℃以上であれば特に制限はないが、具体的には、ポリオレフィン(ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなど)、ポリエステル(全芳香族ポリエステルに代表される芳香族ポリエステル、ポリブチレンテレフタレートなど)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアセタール、ポリアミド〔全芳香族ポリアミド(アラミド)に代表される芳香族ポリアミド、ナイロンなど〕、ポリエーテル(全芳香族ポリエーテルに代表される芳香族ポリエーテルなど)、ポリケトン(全芳香族ポリケトンに代表される芳香族ポリケトンなど)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリ(パラ-フェニレンベンゾビスチアゾール)、ポリ(パラ-フェニレン-2,6-ベンゾビスオキサゾール)、ポリウレタン、セルロース、ポリビニルアルコールなどを用いることができる。フィラーを構成する樹脂は架橋体であってもよい。 The resin constituting the filler has a melting point (melting temperature measured according to JIS K 7121) or thermal decomposition temperature (10% weight reduction determined by thermal weight measurement measured according to JIS K 7120). There is no particular limitation as long as the temperature at the time is 150 ° C or higher, but specifically, polyolefin (polyetherketone, polymethylpentene, etc.), polyester (aromatic polyester typified by all-aromatic polyester, polybutylene terephthalate, etc.), etc. ), Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyacetal, Polyamide [Aromatic polyamide represented by total aromatic polyamide (aramid), nylon, etc.], Polyether (Aromatic polyether represented by total aromatic polyether, etc.) ), Polyetherketone (aromatic polyketone represented by all aromatic polyketone, etc.), polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polybenzoimidazole, polyetheretherketone, polyethersulfone, poly (para-phenylenebenzobisthiazole), poly (Para-phenylene-2,6-benzobisoxazole), polyurethane, cellulose, polyvinyl alcohol and the like can be used. The resin constituting the filler may be a crosslinked product.

前記フィラーには、前記の樹脂で構成された粒子のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお、吸湿性が高い材料(例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、セルロース、ポリビニルアルコールなど)などを用いる場合は、電気化学素子内に持ち込まれる水分量が多くなる可能性があるため、ポリオレフィン、ポリエステル、PMMAなどの吸湿性が低い材料を用いることが好ましく、PMMA(またはその架橋体)を用いることがより好ましい。 For the filler, only one kind of particles composed of the above resin may be used, or two or more kinds may be used in combination. When a material having high hygroscopicity (for example, polyamide, polyimide, polyamideimide, cellulose, polyvinyl alcohol, etc.) is used, the amount of water brought into the electrochemical element may increase, so that polyolefin or polyester may be used. , PMMA and other materials with low hygroscopicity are preferably used, and PMMA (or a crosslinked product thereof) is more preferably used.

前記フィラーの平均粒子径は、絶縁層の透湿性を維持させるため、0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、また、絶縁層の耐熱性と粘着性とを両立させるため、1μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましい。 The average particle size of the filler is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more in order to maintain the moisture permeability of the insulating layer, and the heat resistance and adhesiveness of the insulating layer. It is preferably 1 μm or less, and more preferably 0.7 μm or less in order to achieve both.

前記フィラーの平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA-920」)を用い、フィラーを溶解したり、フィラーが膨潤したりしない媒体に、フィラーを分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる(後記の実施例に示す平均粒子径は、この方法によって求めた値である)。
For the average particle size of the filler, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA) is used to disperse the filler in a medium in which the filler is not dissolved or swelled. It can be specified as the measured number average particle size (the average particle size shown in the examples described later is a value obtained by this method).

絶縁層形成用組成物には、絶縁層と電極や硫化物系固体電解質とを接着したり、前記フィラー同士を結着したりするためのバインダを含有させる。バインダの具体例としては、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20~35モル%のもの)、アクリル樹脂(エチレン-エチルアクリレート共重合体などのエチレン-アクリル酸共重合体、架橋アクリル樹脂など)、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、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(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。バインダには、前記例示のもののうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよいが、アクリル樹脂を用いることがより好ましい。 The composition for forming an insulating layer contains a binder for adhering the insulating layer to an electrode or a sulfide-based solid electrolyte, or for binding the fillers to each other. Specific examples of the binder include ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, which has a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%) and acrylic resin (ethylene-acrylic acid such as ethylene-ethyl acrylate copolymer). Polymers, crosslinked acrylic resins, etc.), Fluorine rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyrrolidone (PVP), Examples thereof include polyurethane and epoxy resin, and in particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the binder, only one of the above-exemplified ones may be used, or two or more of them may be used in combination, but it is more preferable to use an acrylic resin.

絶縁層形成用組成物においては、絶縁層を良好に形成できるようにする観点から、前記フィラーの含有量100質量部に対するバインダの含有量が、15質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましい。ただし、絶縁層形成用組成物中のバインダの量が多すぎると、形成させる絶縁層中の前記フィラーの量が少なくなりすぎて、絶縁層の耐熱性が低下する虞がある。ことから、前記フィラーの含有量100質量部に対するバインダの含有量は、60質量部以下であることが好ましく、55質量部以下であることがより好ましい。 In the composition for forming an insulating layer, the content of the binder is preferably 15 parts by mass or more, preferably 20 parts by mass, based on 100 parts by mass of the filler content, from the viewpoint of enabling the insulating layer to be formed satisfactorily. The above is more preferable. However, if the amount of the binder in the composition for forming the insulating layer is too large, the amount of the filler in the insulating layer to be formed may be too small, and the heat resistance of the insulating layer may be lowered. Therefore, the content of the binder is preferably 60 parts by mass or less, and more preferably 55 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the filler.

絶縁層形成用組成物の調製方法については特に制限はなく、公知の各種混合方法の中から、前記フィラーを溶媒中に均一に分散でき、バインダを溶媒中に均一に溶解または分散させ得る方法を採用すればよい。 The method for preparing the composition for forming an insulating layer is not particularly limited, and among various known mixing methods, a method capable of uniformly dispersing the filler in a solvent and uniformly dissolving or dispersing the binder in the solvent can be used. You can adopt it.

絶縁層形成用組成物の固形分濃度(溶媒を除く成分の合計含有量)は、5~15質量%であることが好ましい。 The solid content concentration (total content of the components excluding the solvent) of the composition for forming the insulating layer is preferably 5 to 15% by mass.

電極体の正極には、例えば、正極活物質および固体電解質、更には必要に応じてバインダや導電助剤などを含有する正極合剤層を、集電体上に有する構造のものが使用できる。 As the positive electrode of the electrode body, for example, a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and, if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like on the current collector can be used.

正極の固体電解質は、固体電解質層に用いられる固体電解質と同じ硫化物系固体電解質を用いてもよく、酸化物系固体電解質や水素化物系固体電解質など、異なるものを用いてもよい。 As the solid electrolyte of the positive electrode, the same sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte used for the solid electrolyte layer may be used, or different ones such as an oxide-based solid electrolyte and a hydride-based solid electrolyte may be used.

正極活物質、バインダおよび導電助剤は、非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の正極に用いられるものと同様のものを用いることができるが、固体電解質として硫化物系固体電解質を用いる場合、バインダについては、固体電解質との反応を防ぐために、ポリフッ化ビニリデンなどフッ素系の樹脂を用いることが好ましい。 As the positive electrode active material, binder and conductive auxiliary agent, the same ones used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution can be used, but a sulfide-based solid electrolyte is used as the solid electrolyte. In this case, it is preferable to use a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride for the binder in order to prevent the reaction with the solid electrolyte.

正極合剤層における正極活物質の割合は、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。また、正極合剤層の厚みは、0.02~2mmであることが好ましい。 The ratio of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 0.02 to 2 mm.

正極集電体には、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用いることができる。正極集電体の厚みは、10~30μmであることが好ましい。なお、前記の通り、正極の集電タブ部は、例えば正極集電体に、正極合剤層を形成しない露出部を残すことで設けることができる。 As the positive electrode current collector, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 to 30 μm. As described above, the current collector tab portion of the positive electrode can be provided, for example, by leaving an exposed portion that does not form the positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector.

電極体の負極には、例えば、負極活物質および固体電解質、更には必要に応じてバインダや導電助剤などを含有する負極合剤層を、集電体上に有する構造のものが使用できる。 As the negative electrode of the electrode body, for example, a structure having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a solid electrolyte, and, if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like on the current collector can be used.

負極の固体電解質は、固体電解質層に用いられる固体電解質と同じ硫化物系固体電解質を用いてもよく、酸化物系固体電解質や水素化物系固体電解質など、異なるものを用いてもよい。 As the solid electrolyte of the negative electrode, the same sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte used for the solid electrolyte layer may be used, or different ones such as an oxide-based solid electrolyte and a hydride-based solid electrolyte may be used.

負極活物質、バインダおよび導電助剤は、非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の負極に用いられるものと同様のものを用いることができるが、固体電解質として硫化物系固体電解質を用いる場合、バインダについては、固体電解質との反応を防ぐために、ポリフッ化ビニリデンなどフッ素系の樹脂を用いることが好ましい。 As the negative electrode active material, the binder and the conductive auxiliary agent, the same ones used for the negative electrode of the lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution can be used, but a sulfide-based solid electrolyte is used as the solid electrolyte. In this case, it is preferable to use a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride for the binder in order to prevent the reaction with the solid electrolyte.

負極合剤層における負極活物質の割合は、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。また、負極合剤層の厚みは、0.02~2mmであることが好ましい。 The ratio of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 0.02 to 2 mm.

負極集電体には、銅製やニッケル製、ステンレス製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用いることができる。負極集電体の厚みは、5~30μmであることが好ましい。なお、前記の通り、負極の集電タブ部は、例えば負極集電体に、負極合剤層を形成しない露出部を残すことで設けることができる。 As the negative electrode current collector, copper, nickel, stainless steel foil, punching metal, net, expanded metal, or the like can be used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 30 μm. As described above, the current collector tab portion of the negative electrode can be provided, for example, by leaving an exposed portion that does not form the negative electrode mixture layer in the negative electrode current collector.

電極体の固体電解質層は、硫化物系固体電解質を含有している。 The solid electrolyte layer of the electrode body contains a sulfide-based solid electrolyte.

硫化物系固体電解質は、構成成分として、リチウムおよび硫黄と、更にリン、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素、ケイ素などより選択される元素とを含有し、リチウムイオン伝導性を有するものであり、また、ハロゲンなどの元素を含んでいてもよい。このような硫化物系固体電解質の具体例としては、LiS-P系の材料、LiS-SiS系の材料、LiS-GeS系の材料、LiS-Al系の材料、LiS-SiS-LiPO系の材料、LiS-P-GeS系の材料、LiS-LiO-P-SiS系の材料、LiS-GeS-P-SiS系の材料、LiS-SnS-P-SiS系の材料などが例示され、リチウムイオン伝導性の点から、構成元素としてLi、P、およびSを含んでいるものが好ましい。 The sulfide-based solid electrolyte contains lithium and sulfur as constituents, and further contains an element selected from phosphorus, germanium, aluminum, boron, silicon, and the like, and has lithium ion conductivity, and is a halogen. It may contain elements such as. Specific examples of such a sulfide-based solid electrolyte include a Li 2 SP 2 S 5 system material, a Li 2 S—Si S 2 system material, a Li 2 S—Ge S 2 system material, and a Li 2 S-. Al 2 S 3 system material, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 system material, Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 system material, Li 2 S-Li 2 O-P 2 S 5 -SiS 2 -based materials, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 -based materials, Li 2 S-SnS 2 -P 2 S 5 -SiS 2 -based materials, etc. are exemplified, and lithium ion conduction. From the viewpoint of properties, those containing Li, P, and S as constituent elements are preferable.

固体電解質層は、硫化物系固体電解質を単独で用いて構成することもできるが、形状維持のためにバインダを用いることが好ましい。バインダとしては、固体電解質との反応を防ぐために、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどフッ素樹脂を用いることが好ましい。固体電解質層の厚みは、0.1~300μmであることが好ましい。 The solid electrolyte layer may be formed by using a sulfide-based solid electrolyte alone, but it is preferable to use a binder to maintain the shape. As the binder, it is preferable to use a fluororesin such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride in order to prevent the reaction with the solid electrolyte. The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 0.1 to 300 μm.

電極体は、正極と負極とを固体電解質層を介して積層することで形成できるが、図2に示すように、正極と固体電解質層と負極とを積層した単位ユニットを複数個積層して構成してもよい。なお、電極体を構成する単位ユニット数の上限値は特に制限はないが、通常は、3個程度である。 The electrode body can be formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a solid electrolyte layer, and as shown in FIG. 2, it is configured by laminating a plurality of unit units in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated. You may. The upper limit of the number of unit units constituting the electrode body is not particularly limited, but is usually about three.

単位ユニットを複数個積層した電極体の場合、全正極の集電タブ部同士、全負極の集電タブ部同士を、それぞれ溶接などによって一体化してもよい。 In the case of an electrode body in which a plurality of unit units are stacked, the current collecting tabs of all positive electrodes and the current collecting tabs of all negative electrodes may be integrated by welding or the like.

そして、電極体の側面、すなわち、正極の端面、負極の端面および固体電解質層の端面に絶縁層を形成する。電極体の側面における絶縁層の形成は、例えば、本発明の絶縁層形成用組成物を塗布し、乾燥して溶媒を除去する方法で行うことができる。 Then, an insulating layer is formed on the side surface of the electrode body, that is, the end face of the positive electrode, the end face of the negative electrode, and the end face of the solid electrolyte layer. The insulating layer on the side surface of the electrode body can be formed, for example, by applying the insulating layer forming composition of the present invention and drying to remove the solvent.

絶縁層形成用組成物の塗布方法については特に制限はなく、公知の各種方法の中から、電極体における絶縁層の形成が必要な箇所に良好に塗布できる方法を適宜選択すればよい。また、溶媒の乾燥方法・条件についても特に制限はなく、公知の方法・条件の中から、電極体の各種構成要素に悪影響を及ぼさない範囲で溶媒が良好に乾燥できる方法・条件を適宜選択すればよい。 The method for applying the composition for forming an insulating layer is not particularly limited, and a method that can be satisfactorily applied to a portion of the electrode body where the insulating layer needs to be formed may be appropriately selected from various known methods. Further, the method and conditions for drying the solvent are not particularly limited, and a method and conditions for drying the solvent satisfactorily can be appropriately selected from known methods and conditions within a range that does not adversely affect various components of the electrode body. Just do it.

絶縁層の厚みは、10~50μmであることが好ましい。 The thickness of the insulating layer is preferably 10 to 50 μm.

本発明の電気化学素子は、本発明の電極体を有するものであり、二次電池やスーパーキャパシタなどを含む。 The electrochemical element of the present invention has the electrode body of the present invention, and includes a secondary battery, a supercapacitor, and the like.

電気化学素子は、例えば、電極体を収容する外装体、並びに電気化学素子と適用機器とを電気的に接続するための正極端子部および負極端子部を備えている。 The electrochemical element includes, for example, an exterior body for accommodating the electrode body, and a positive electrode terminal portion and a negative electrode terminal portion for electrically connecting the electrochemical element and the applicable device.

図3に、本発明の電気化学素子の一例を模式的に表す断面図を示している。図3に示す電気化学素子1は、金属ラミネートフィルム外装体400内に電極体100が収容されて構成されている。なお、図3では、金属ラミネートフィルム外装体の各層や電極体の各層は省略して示している。 FIG. 3 shows a cross-sectional view schematically showing an example of the electrochemical device of the present invention. The electrochemical element 1 shown in FIG. 3 is configured such that the electrode body 100 is housed in the metal laminating film exterior body 400. In FIG. 3, each layer of the metal laminated film exterior body and each layer of the electrode body are omitted.

電気化学素子1の正極端子部200は、金属ラミネートフィルム外装体400内において正極の集電タブ部と溶接などにより接続され、負極端子部300も、金属ラミネートフィルム外装体400内において負極の集電タブ部と溶接などにより接続されている。 The positive electrode terminal portion 200 of the electrochemical element 1 is connected to the current collecting tab portion of the positive electrode in the metal laminated film exterior body 400 by welding or the like, and the negative electrode terminal portion 300 also collects the negative electrode in the metal laminated film exterior body 400. It is connected to the tab part by welding or the like.

電気化学素子の形態については特に制限はなく、積層電極体を有する電気化学素子において採用されている形態、例えば、外装缶と封口板とをガスケットを介してカシメ封口したり、外装缶と封口板とを溶接して封口したりする外装体を有する扁平形(コイン形、ボタン形を含む);図3に示すような、金属ラミネートフィルムからなる外装体を有するラミネート形;などとすることができる。 The form of the electrochemical element is not particularly limited, and the form adopted in the electrochemical element having a laminated electrode body, for example, the outer can and the sealing plate are caulked and sealed via a gasket, or the outer can and the sealing plate are sealed. A flat shape (including a coin shape and a button shape) having an exterior body that can be welded and sealed; a laminated shape having an exterior body made of a metal laminate film as shown in FIG. 3; ..

なお、カシメ封口を行う形態の外装体を使用する場合、外装缶と封口板との間に介在させるガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 When using an exterior body that has a caulking seal, polypropylene, nylon, etc. can be used as the material of the gasket that is interposed between the exterior can and the sealing plate, and it is heat resistant due to the use of the battery. Is required, fluororesins such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), polyphenylene ether (PEE), polysulphon (PSF), polyallylate (PAR), polyethersulphon (PES). ), Polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK) and other heat-resistant resins having a melting point of more than 240 ° C. can also be used. Further, when the battery is applied to an application requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.

本発明の電気化学素子を製造するにあたっては、本発明の電極体を、正負極の集電タブ部と外装体の端子部とを接続するなどしつつ外装体内に収容してから封止すればよい。なお、電気化学素子の形態によっては、正負極の集電タブ部(電極体が正極や負極を複数枚有する場合は、同一極の集電タブ部同士を溶接などにより一体化した一体化物)を、そのまま外装体内から引き出して電気化学素子の端子部とすることもできる。 In manufacturing the electrochemical element of the present invention, if the electrode body of the present invention is housed in the exterior body while connecting the current collecting tab portion of the positive and negative electrodes and the terminal portion of the exterior body, and then sealed. good. Depending on the form of the electrochemical element, a positive and negative electrode current collecting tab portion (in the case where the electrode body has a plurality of positive and negative electrodes, the current collecting tab portions of the same electrode are integrated by welding or the like). , It can be pulled out from the exterior as it is and used as a terminal part of an electrochemical element.

本発明の電気化学素子は、良好な耐熱性を有しているため、こうした特性を生かして、車載用や産業用の各種電源用途のような、高温環境下に置かれ得る用途に好適に用い得るほか、通常のリチウムイオン二次電池や固体二次電池などと同じ用途に適用することもできる。 Since the electrochemical element of the present invention has good heat resistance, it is suitably used for applications that can be placed in a high temperature environment, such as various power supply applications for automobiles and industrial use, by taking advantage of these characteristics. In addition to being obtained, it can also be applied to the same applications as ordinary lithium ion secondary batteries and solid-state secondary batteries.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
(正極の作製)
正極活物質であるコバルト酸リチウム:64質量部と、LiS-P系の硫化物固体電解質:32質量部とを、分散媒であるトルエン中で混合して分散させ、更に、導電助剤として気相成長炭素繊維:2質量部と、バインダとしてPVDF:2質量部とを添加し混合して、スラリー状の正極合剤層形成用組成物を調製した。
Example 1
(Preparation of positive electrode)
Lithium cobaltate, which is a positive electrode active material: 64 parts by mass, and Li 2 SP 2 S 5 system sulfide solid electrolyte: 32 parts by mass are mixed and dispersed in toluene as a dispersion medium, and further. A gas phase growth carbon fiber: 2 parts by mass as a conductive auxiliary agent and PVDF: 2 parts by mass as a binder were added and mixed to prepare a slurry-like composition for forming a positive electrode mixture layer.

得られた正極合剤層形成用組成物を、正極集電体となるアルミニウム箔に塗布して乾燥させ、プレスすることにより、厚みが80μmの正極合剤層を集電体の片面に有する正極を得た。なお、正極合剤層の形成に際しては、集電タブ部とするために、集電体の一部を露出部として残した。 The obtained positive electrode mixture layer forming composition is applied to an aluminum foil to be a positive electrode current collector, dried, and pressed to have a positive electrode mixture layer having a thickness of 80 μm on one side of the current collector. Got When forming the positive electrode mixture layer, a part of the current collector was left as an exposed portion in order to form a current collector tab portion.

(負極の作製)
負極活物質である黒鉛:80質量部と、LiS-P系の硫化物固体電解質:20質量部とを、分散媒であるトルエン中で混合して分散させ、更にバインダとしてPVDF:2質量部を添加し混合して、スラリー状の負極合剤層形成用組成物を調製した。
(Manufacturing of negative electrode)
80 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 20 parts by mass of a Li 2 SP 2 S 5 system sulfide solid electrolyte are mixed and dispersed in toluene as a dispersion medium, and PVDF is further used as a binder. : 2 parts by mass was added and mixed to prepare a slurry-like composition for forming a negative electrode mixture layer.

得られた負極合剤層形成用組成物を、負極集電体となる銅箔に塗布して乾燥させ、プレスすることにより、厚みが60μmの負極合剤層を集電体の片面に有する負極を得た。なお、負極合剤層の形成に際しては、集電タブ部とするために、集電体の一部を露出部として残した。 The obtained composition for forming a negative electrode mixture layer is applied to a copper foil as a negative electrode current collector, dried, and pressed to have a negative electrode mixture layer having a thickness of 60 μm on one side of the current collector. Got When forming the negative electrode mixture layer, a part of the current collector was left as an exposed portion in order to form a current collector tab portion.

(絶縁層形成用組成物の調製)
アクリル樹脂(ガラス転移温度:50℃):0.5gをトルエン:16.2g中に加え、超音波処理を5分間実施してバインダ溶液を調製した。
(Preparation of composition for forming an insulating layer)
Acrylic resin (glass transition temperature: 50 ° C.): 0.5 g was added to toluene: 16.2 g, and ultrasonic treatment was carried out for 5 minutes to prepare a binder solution.

このバインダ溶液中に、PMMA粒子(熱分解温度:200℃、平均粒子径:0.5μm):1.6gを添加し、再度超音波処理を施して、絶縁層形成用スラリーを調製した。得られた絶縁層形成用スラリーにおいては、PMMA粒子、アクリル樹脂およびトルエンの比率(質量比)が、PMMA粒子:アクリル樹脂:トルエン=9:3:88であり、PMMA粒子:100質量部に対するアクリル樹脂の割合が33.3質量部であった。 PMMA particles (pyrolysis temperature: 200 ° C., average particle diameter: 0.5 μm): 1.6 g were added to this binder solution and subjected to ultrasonic treatment again to prepare a slurry for forming an insulating layer. In the obtained slurry for forming an insulating layer, the ratio (mass ratio) of PMMA particles, acrylic resin and toluene is PMMA particles: acrylic resin: toluene = 9: 3: 88, and acrylic to 100 parts by mass of PMMA particles. The ratio of the resin was 33.3 parts by mass.

(積層電極体の作製)
正極および負極の作製で使用したものと同じ硫化物系固体電解質:98質量部と、バインダとしてPVDF:2質量部とをトルエン中で混合して分散させ、スラリー状の固体電解質層形成用組成物を調製した。
(Manufacturing of laminated electrode body)
A composition for forming a slurry-like solid electrolyte layer by mixing and dispersing 98 parts by mass of the same sulfide-based solid electrolyte used in the production of the positive electrode and the negative electrode and 2 parts by mass of PVDF as a binder in toluene. Was prepared.

この固体電解質層形成用組成物を、前記正極の正極合剤層上に塗布して乾燥させ、正極合剤層と固体電解質層との積層体を形成した後、前記固体電解質層の上に前記負極の負極合剤層を重ね合わせ、更に全体をプレスすることにより全体を一体化させて電極体シートを形成した。この電極体シートを図1に示す平面形状に打ち抜くことにより、電極体(単位ユニット)を形成した。得られた3組の単位ユニットを、図2に示すように、正極同士および負極同士が接するように厚み方向に重ね合わせて積層電極体とし、絶縁テープで全体を固定した。 This composition for forming a solid electrolyte layer is applied onto the positive electrode mixture layer of the positive electrode and dried to form a laminate of the positive electrode mixture layer and the solid electrolyte layer, and then the above-mentioned solid electrolyte layer is placed on the solid electrolyte layer. The negative electrode mixture layer of the negative electrode was overlapped, and the whole was further pressed to integrate the whole to form an electrode body sheet. An electrode body (unit unit) was formed by punching this electrode body sheet into the planar shape shown in FIG. As shown in FIG. 2, the obtained three sets of unit units were laminated in the thickness direction so that the positive electrodes and the negative electrodes were in contact with each other to form a laminated electrode body, and the whole was fixed with insulating tape.

その後、アルゴンボックス中で積層電極体の側面に絶縁層形成用スラリーを塗布し、60分間乾燥させて、厚みが50μmの絶縁層を形成した。 Then, the slurry for forming an insulating layer was applied to the side surface of the laminated electrode body in an argon box and dried for 60 minutes to form an insulating layer having a thickness of 50 μm.

(電池の組み立て)
絶縁層を形成した積層電極体について、正極の全ての集電タブ部を纏めてアルミニウム製の正極端子部(外部端子)と溶接し、負極の全ての集電タブ部も纏めて銅製の負極端子部(外部端子)と溶接した。そして、溶接後の積層電極体を四角形の金属ラミネートフィルム上に、正極端子部および負極端子部が、それぞれ金属ラミネートフィルムの対向する辺から外部に突出するように置いた。そして、その上から四角形の金属ラミネートフィルム上に置き、上下の金属ラミネートフィルムの端部同士を熱溶着させて封止して、図3に示すものと同様の断面構造の全固体二次電池(電気化学素子)を得た。
(Battery assembly)
For the laminated electrode body on which the insulating layer is formed, all the current collecting tabs of the positive electrode are collectively welded to the aluminum positive electrode terminal (external terminal), and all the current collecting tabs of the negative electrode are also collectively the copper negative electrode terminal. Welded to the part (external terminal). Then, the laminated electrode body after welding was placed on a rectangular metal laminated film so that the positive electrode terminal portion and the negative electrode terminal portion each protruded outward from the opposite sides of the metal laminated film. Then, it is placed on a square metal laminate film from above, and the ends of the upper and lower metal laminate films are heat-welded and sealed to seal the all-solid-state secondary battery having the same cross-sectional structure as that shown in FIG. Electrochemical element) was obtained.

実施例2
絶縁層形成用スラリーの調製に使用するPMMA粒子、バインダおよびトルエンの量を、それぞれ1.5g、0.8g、15.2gに変更した以外は、実施例1と同様にして全固体二次電池を作製した。
Example 2
All-solid-state secondary battery in the same manner as in Example 1 except that the amounts of PMMA particles, binder and toluene used for preparing the slurry for forming the insulating layer were changed to 1.5 g, 0.8 g and 15.2 g, respectively. Was produced.

実施例2で使用した絶縁層形成用スラリーにおいては、PMMA粒子、アクリル樹脂およびトルエンの比率(質量比)が、PMMA粒子:アクリル樹脂:トルエン=9:5:87であり、PMMA粒子:100質量部に対するアクリル樹脂の割合が55.6質量部であった。 In the insulating layer forming slurry used in Example 2, the ratio (mass ratio) of PMMA particles, acrylic resin and toluene is PMMA particles: acrylic resin: toluene = 9: 5: 87, and PMMA particles: 100 mass. The ratio of the acrylic resin to the portion was 55.6 parts by mass.

比較例1
積層電極体の側面に絶縁層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして全固体二次電池を作製した。
Comparative Example 1
An all-solid-state secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer was not formed on the side surface of the laminated electrode body.

比較例2
絶縁層形成用スラリーの調製に使用するPMMA粒子、バインダおよびトルエンの量を、それぞれ1.5g、0.2g、14.9gに変更した以外は、実施例1と同様にして全固体二次電池を作製した。
Comparative Example 2
An all-solid-state secondary battery in the same manner as in Example 1 except that the amounts of PMMA particles, binders and toluene used for preparing the insulating layer forming slurry were changed to 1.5 g, 0.2 g and 14.9 g, respectively. Was produced.

比較例2で使用した絶縁層形成用スラリーにおいては、PMMA粒子、アクリル樹脂およびトルエンの比率(質量比)が、PMMA粒子:アクリル樹脂:トルエン=9:1:90であり、PMMA粒子:100質量部に対するアクリル樹脂の割合が11.1質量部であった。 In the insulating layer forming slurry used in Comparative Example 2, the ratio (mass ratio) of PMMA particles, acrylic resin and toluene is PMMA particles: acrylic resin: toluene = 9: 1: 90, and PMMA particles: 100 mass. The ratio of the acrylic resin to the portion was 11.1 parts by mass.

比較例3
バインダ溶液を調製する際の溶媒としてアセトン(δ=10)を用いた以外は、実施例1と同様にして全固体二次電池を作製した。
Comparative Example 3
An all-solid-state secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that acetone (δ = 10) was used as a solvent for preparing the binder solution.

比較例4
バインダ溶液を調製する際の溶媒として、ヘキサン(δ=7.3)を用いたところ、均質なバインダ溶液を調製できなかったため、全固体二次電池の作製には至らなかった。
Comparative Example 4
When hexane (δ = 7.3) was used as the solvent for preparing the binder solution, a homogeneous binder solution could not be prepared, so that an all-solid-state secondary battery could not be prepared.

(短絡の有無の評価)
実施例1、2および比較例1~3の二次電池各3個について、その側面を4N・mの荷重で押し付けて固定し、その際の電池の電圧変化を測定した。電圧に変化がみられなかったものを短絡なし:○、電圧が低下したものを短絡有り:×として表1に示す。
(Evaluation of the presence or absence of a short circuit)
The side surfaces of each of the three secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were pressed and fixed with a load of 4 Nm, and the voltage change of the batteries at that time was measured. Table 1 shows those in which no change in voltage was observed as no short circuit: ○, and those in which the voltage decreased as short circuit: ×.

(電気化学特性の評価)
実施例1、2および比較例1~3の二次電池について、室温環境下で、0.3mAの電流値で電池電圧が4.0Vになるまで定電圧充電し、引き続いて4.0Vの電圧で電流値が0.15mAになるまで定電圧充電を行った後、0.3mAの電流値で電池電圧が2.0Vになるまで定電流放電することにより、室温での放電容量を測定した。
(Evaluation of electrochemical characteristics)
The secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are charged at a constant voltage with a current value of 0.3 mA until the battery voltage reaches 4.0 V under a room temperature environment, and subsequently, a voltage of 4.0 V is charged. After constant voltage charging was performed until the current value reached 0.15 mA, the discharge capacity at room temperature was measured by constant current discharge until the battery voltage reached 2.0 V at a current value of 0.3 mA.

実施例1の放電容量を100として表したときの、それぞれの電池の測定結果を表1に示す。 Table 1 shows the measurement results of each battery when the discharge capacity of Example 1 is represented as 100.

Figure 0006993277000001
Figure 0006993277000001

表1に示す通り、耐熱性の樹脂フィラーとバインダとで構成された絶縁層を側面に有する電極体を使用した実施例1、2の電池は、短絡の有無の評価試験において、短絡の発生を良好に抑制できていた。また、電気化学特性の評価試験において、問題なく充放電を行うことができていた。 As shown in Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 using an electrode body having an insulating layer composed of a heat-resistant resin filler and a binder on the side surface cause a short circuit in the evaluation test for the presence or absence of a short circuit. It was able to be suppressed well. In addition, in the electrochemical property evaluation test, charging and discharging could be performed without any problem.

これに対し、絶縁層を側面に持たない電極体を使用した比較例1の電池、およびバインダ量が少なすぎる絶縁層を側面に形成した電極体を使用した比較例2の電池では、短絡の有無の評価試験時に短絡が生じていた。比較例2の電池に係る電極体においては、バインダ量が少なすぎるために良好な性状の絶縁層が形成できなかったと考えられる。 On the other hand, the battery of Comparative Example 1 using an electrode body having no insulating layer on the side surface and the battery of Comparative Example 2 using an electrode body having an insulating layer formed on the side surface having an excessively small amount of binder have a short circuit. There was a short circuit during the evaluation test. In the electrode body related to the battery of Comparative Example 2, it is considered that the insulating layer having good properties could not be formed because the amount of binder was too small.

また、絶縁層形成用組成物を調整するための溶媒として、溶解度パラメータが9.5よりも大きな溶媒(アセトン)を用いた比較例3の電池では、電気化学特性の評価試験において、実施例の電池に比べて放電容量が低下した。比較例3の電池に係る電極体においては、絶縁層形成用組成物を電極体の側面に塗布した際に、前記溶媒により、電極体の側面付近にある固体電解質が劣化したためと考えられる。 Further, in the battery of Comparative Example 3 in which a solvent (acetone) having a solubility parameter larger than 9.5 was used as the solvent for preparing the composition for forming the insulating layer, the battery of Comparative Example 3 was used in the electrochemical property evaluation test. The discharge capacity was lower than that of the battery. In the electrode body related to the battery of Comparative Example 3, it is considered that when the insulating layer forming composition was applied to the side surface of the electrode body, the solid electrolyte in the vicinity of the side surface of the electrode body was deteriorated by the solvent.

1 電気化学素子
20 正極
20a 正極の本体部
20b 正極の集電タブ部
21 正極合剤層
22 正極集電体
30 負極
30a 負極の本体部
30b 負極の集電タブ部
31 負極合剤層
32 負極集電体
40 固体電解質層
50 絶縁層
100 電極体(積層電極体)
200 正極端子部
300 負極端子部
400 外装体
1 Electrochemical element 20 Positive electrode 20a Positive electrode main body 20b Positive electrode current collection tab 21 Positive electrode mixture layer 22 Positive electrode current collector 30 Negative electrode 30a Negative electrode main body 30b Negative current collection tab 31 Negative electrode mixture layer 32 Negative electrode collection Electrical body 40 Solid electrolyte layer 50 Insulation layer 100 Electrode body (laminated electrode body)
200 Positive terminal part 300 Negative terminal part 400 Exterior

Claims (10)

硫化物系固体電解質を含有する固体電解質層を有する電気化学素子内の絶縁層の形成に使用される絶縁層形成用組成物であって、
融点または熱分解温度が150℃以上の樹脂を含むフィラーと、バインダと、溶解度パラメータが8.8~9.5の溶媒とを含有し、
前記フィラーの含有量100質量部に対して、前記バインダの含有量が15質量部以上であることを特徴とする絶縁層形成用組成物。
A composition for forming an insulating layer used for forming an insulating layer in an electrochemical element having a solid electrolyte layer containing a sulfide-based solid electrolyte.
It contains a filler containing a resin having a melting point or a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher, a binder, and a solvent having a solubility parameter of 8.8 to 9.5.
A composition for forming an insulating layer, wherein the content of the binder is 15 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the filler.
前記溶媒の含有水分量が10ppm以下である請求項1に記載の絶縁層形成用組成物。 The composition for forming an insulating layer according to claim 1, wherein the water content of the solvent is 10 ppm or less. 前記溶媒としてトルエンを含有する請求項1または2に記載の絶縁層形成用組成物。 The composition for forming an insulating layer according to claim 1 or 2, which contains toluene as the solvent. 前記フィラーとしてポリメタクリル酸メチルの粒子を含有する請求項1~3のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。 The composition for forming an insulating layer according to any one of claims 1 to 3, which contains particles of polymethyl methacrylate as the filler. 前記フィラーの平均粒子径が0.1~1μmである請求項1~4のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。 The composition for forming an insulating layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the filler has an average particle size of 0.1 to 1 μm. 前記バインダとしてアクリル樹脂を含有する請求項1~5のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。 The composition for forming an insulating layer according to any one of claims 1 to 5, which contains an acrylic resin as the binder. 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する電気化学素子用電極体であって、
前記固体電解質層は、硫化物系固体電解質を含有し、
前記電極体の側面に、融点または熱分解温度が150℃以上の樹脂を含有するフィラーと、バインダとを含有する絶縁層が形成されていることを特徴とする電気化学素子用電極体。
An electrode body for an electrochemical element having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte, and the solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte.
An electrode body for an electrochemical element, characterized in that an insulating layer containing a filler containing a resin having a melting point or a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher and a binder is formed on a side surface of the electrode body.
前記正極は、正極活物質および固体電解質を含有する正極合剤層を有する本体部と、本体部から突出した集電タブ部とを備え、
前記負極は、負極活物質および固体電解質を含有する負極合剤層を有する本体部と、前記本体部から突出した集電タブ部とを備えている請求項7に記載の電気化学素子用電極体。
The positive electrode includes a main body portion having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a solid electrolyte, and a current collecting tab portion protruding from the main body portion.
The electrode body for an electrochemical element according to claim 7, wherein the negative electrode includes a main body portion having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a solid electrolyte, and a current collecting tab portion protruding from the main body portion. ..
前記絶縁層が、請求項1~6のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物を用いて形成されたものである請求項7または8に記載の電気化学素子用電極体。 The electrode body for an electrochemical device according to claim 7 or 8, wherein the insulating layer is formed by using the insulating layer forming composition according to any one of claims 1 to 6. 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する電極体を備えた電気化学素子であって、
前記電極体として、請求項7~9のいずれかに記載の電気化学素子用電極体を有することを特徴とする電気化学素子。
An electrochemical element comprising an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The electrochemical element having the electrode body for an electrochemical element according to any one of claims 7 to 9 as the electrode body.
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