JP7040364B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。車載電源への適用を指向した非水電解質二次電池は、高容量であり、優れた出力特性を有することが求められる。 In recent years, various electric vehicles are expected to become widespread in order to solve environmental and energy problems. Secondary batteries are being enthusiastically developed as in-vehicle power sources such as motor drive power sources that hold the key to the spread of these electric vehicles. A non-aqueous electrolyte secondary battery intended for application to an in-vehicle power source is required to have a high capacity and excellent output characteristics.

高容量化した電池を得るための技術として、特許文献1には、電極の膜厚を厚くすることにより、集電体やセパレータの相対的な割合を減少させて電池のエネルギー密度を高くするという手段が開示されている。 As a technique for obtaining a battery having a high capacity, Patent Document 1 states that by increasing the thickness of the electrode, the relative ratio of the current collector and the separator is reduced to increase the energy density of the battery. The means are disclosed.

特開平9-204936号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-20436

しかしながら、特許文献1のように、電極の膜厚を厚くすると、電池の内部抵抗が増加することで、出力特性が低下するという問題が生じてしまう。 However, as in Patent Document 1, if the film thickness of the electrode is increased, the internal resistance of the battery increases, which causes a problem that the output characteristics are deteriorated.

したがって、本発明は、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮しうる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics by reducing the internal resistance of the battery.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、ゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層を有する電極と電解液とを用いた非水電解質二次電池において、電極の空孔体積、ゲル形成性ポリマーの体積および電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が所定の関係を満たすように制御することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made diligent studies to solve the above problems. As a result, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using an electrode having an electrode active material layer containing a gel-forming polymer and an electrolytic solution, the pore volume of the electrode, the volume of the gel-forming polymer, and the gel-forming property with respect to the electrolytic solution are obtained. We have found that it is effective to control the liquid absorption rate of the polymer so as to satisfy a predetermined relationship, and have completed the present invention.

すなわち、本発明に係る非水電解質二次電池は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有する。ここで、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、 That is, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the electrode active material layer containing the electrode active material and the gel-forming polymer is arranged on the surface of the current collector, and the separator is arranged between the electrodes. Has an electrolyte layer impregnated with an electrolytic solution. Here, the volume of pores per 1 m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is used. When the liquid absorption rate of is z [%],

Figure 0007040364000001
Figure 0007040364000001

を満たすことを特徴とする。 It is characterized by satisfying.

本発明の一形態に係る非水電解質二次電池によれば、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮することができる。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, excellent output characteristics can be exhibited by reducing the internal resistance of the battery.

本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。It is sectional drawing which represented typically the bipolar type secondary battery which is one Embodiment of this invention. 二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view which showed the appearance of the flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a secondary battery.

本発明の一形態は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有する非水電解質二次電池である。ここで、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、 In one embodiment of the present invention, an electrode in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is arranged on the surface of a current collector and a separator arranged between the electrodes are impregnated with an electrolytic solution. It is a non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte layer. Here, the volume of pores per 1 m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is used. When the liquid absorption rate of is z [%],

Figure 0007040364000002
Figure 0007040364000002

を満たすことを特徴とする。本形態の非水電解質二次電池によれば、電池の内部抵抗を低減することで、優れた出力特性を発揮することができる。 It is characterized by satisfying. According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, excellent output characteristics can be exhibited by reducing the internal resistance of the battery.

上記効果を奏する詳細なメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。なお、本発明の技術的範囲は下記メカニズムに何ら制限されない。 The detailed mechanism that exerts the above effect is unknown, but it is presumed as follows. The technical scope of the present invention is not limited to the following mechanism.

本形態では、電極活物質層が電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含有し、この際電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化している。上記yz/xの値を0.30以上に制御すると、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化して、電極の空孔に浮遊する電極活物質の発生が抑制される。これにより、電子伝導を向上することができる。また、ゲル形成性ポリマーが電解液を吸液してイオン伝導を担うため、有効イオン伝導を向上することができる。よって、直流抵抗値を低減できる。また、上記yz/xの値を1.06以下に制御することで、ゲル形成性ポリマーが電極活物質を過剰に被覆することが抑制される。これにより、電子伝導の低下を抑制できる。また、ゲル形成性ポリマーが電極の空孔を過剰に占有すること、電解液量が減少することおよびイオン量(例えば、Liイオン量)が低下することを抑制することで、有効イオン伝導の低下を抑制できる。よって、直流抵抗値を低減できる。このように、yz/xの値を所定の範囲に制御することにより、本形態の非水電解質二次電池では、直流抵抗値を低減でき、優れた出力特性を発揮することができると考えられる。 In this embodiment, the electrode active material layer contains the electrode active material and the gel-forming polymer, and at this time, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured. When the value of yz / x is controlled to 0.30 or more, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured, and the generation of the electrode active material suspended in the pores of the electrode is suppressed. Thereby, electron conduction can be improved. Further, since the gel-forming polymer absorbs the electrolytic solution and takes charge of ionic conduction, effective ionic conduction can be improved. Therefore, the DC resistance value can be reduced. Further, by controlling the value of yz / x to 1.06 or less, it is possible to prevent the gel-forming polymer from excessively covering the electrode active material. As a result, it is possible to suppress a decrease in electron conduction. In addition, the gel-forming polymer suppresses the excessive occupation of the pores of the electrode, the decrease in the amount of the electrolytic solution, and the decrease in the amount of ions (for example, the amount of Li ions), thereby reducing the effective ion conduction. Can be suppressed. Therefore, the DC resistance value can be reduced. By controlling the value of yz / x within a predetermined range in this way, it is considered that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can reduce the DC resistance value and exhibit excellent output characteristics. ..

以下、図面を参照しながら、上述した本発明に係る実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。以下では、非水電解質二次電池の一形態である、双極型リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。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場合がある。本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20~25℃)、相対湿度40~50%RHの条件で行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. .. Hereinafter, the present invention will be described by taking as an example a bipolar lithium ion secondary battery, which is a form of a non-aqueous electrolyte secondary battery. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios. In the present specification, "XY" indicating a range means "X or more and Y or less". Unless otherwise specified, operations and measurements of physical properties are performed under the conditions of room temperature (20 to 25 ° C.) and relative humidity of 40 to 50% RH.

本明細書では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「双極型二次電池」とも称し、双極型リチウムイオン二次電池用電極を単に「双極型電極」と称することがある。 In the present specification, the bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a “bipolar secondary battery”, and the electrode for a bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a “bipolar electrode”.

<双極型二次電池>
図1は、本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。図1に示す双極型二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。
<Bipolar secondary battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery according to an embodiment of the present invention. The bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminated film 29 which is a battery exterior body.

図1に示すように、本形態の双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層(セパレータ)17を介して積層されて発電要素21を形成する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。 As shown in FIG. 1, in the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment, a positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed, and the current collector 11 has a positive electrode active material layer 13. It has a plurality of bipolar electrodes 23 having an electrically coupled negative electrode active material layer 15 formed on the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via an electrolyte layer (separator) 17 to form a power generation element 21. At this time, the positive electrode active material layer 13 of the one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other via the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately laminated. That is, the electrolyte layer 17 is sandwiched between the positive electrode active material layer 13 of the one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。これにより、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止している。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。 The adjacent positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer 15 constitute one cell cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are laminated. Further, a seal portion (insulation layer) 31 is arranged on the outer peripheral portion of the cell cell layer 19. As a result, liquid leakage due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17 is prevented, the adjacent current collectors 11 in the battery come into contact with each other, and the end portions of the cell cell layer 19 in the power generation element 21 are slightly uneven. It prevents short circuits caused by the above. The positive electrode active material layer 13 is formed on only one side of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. Further, the negative electrode active material layer 15 is formed on only one side of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板(正極タブ)25が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板(負極タブ)27が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム29から導出している。 Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 25 is arranged so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a battery exterior. It is derived from the laminated film 29. On the other hand, the negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 27 is arranged so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and is similarly extended and led out from the laminated film 29.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装体であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。なお、ここでは、双極型二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能な非水電解質電池の種類は特に制限されず、発電要素において単電池層が並列接続されてなる形式のいわゆる並列積層型電池などの従来公知の任意の非水電解質二次電池に適用可能である。 The number of times the cell cell layer 19 is laminated is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar type secondary battery 10, the number of times the single battery layer 19 is laminated may be reduced as long as a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar type secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental deterioration during use, the power generation element 21 is vacuum-enclosed in the laminated film 29 which is the battery exterior, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode collector are collected. It is preferable to have a structure in which the electric plate 27 is taken out from the laminated film 29. Although the embodiment of the present invention has been described here by taking a bipolar secondary battery as an example, the type of non-aqueous electrolyte battery to which the present invention can be applied is not particularly limited, and the single battery layer is used as a power generation element. It can be applied to any conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery such as a so-called parallel laminated battery in the form of being connected in parallel.

以下、上述した双極型二次電池の主な構成要素について説明する。 Hereinafter, the main components of the above-mentioned bipolar secondary battery will be described.

[電極]
電極は、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された構成を有する。
[electrode]
The electrode has a structure in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is arranged on the surface of a current collector.

〔集電体〕
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating the movement of electrons from one surface in contact with the positive electrode active material layer to the other surface in contact with the negative electrode active material layer. The material constituting the current collector is not particularly limited, but for example, a metal or a resin having conductivity may be adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔、またはカーボン被覆アルミニウム箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specific examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Further, it may be a foil obtained by coating a metal surface with aluminum, or a carbon-coated aluminum foil. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoint of electron conductivity and battery operating potential.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 In addition, examples of the latter resin having conductivity include a conductive polymer material or a resin in which a conductive filler is added to a non-conductive polymer material as needed. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole and the like. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、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)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polyimide. (PI), Polyethyleneimide (PAI), Polyethylene (PA), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Styrene-butadiene rubber (SBR), Polyacrylonitrile (PAN), Polymethylacrylate (PMA), Polymethylmethacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS) and the like. Such non-conductive polymer materials may have excellent potential or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material, if necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is composed of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably indispensable in order to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金もしくは金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a conductive substance. For example, materials having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking property include metals and conductive carbon. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or a metal thereof. It is preferable to contain an alloy containing or a metal oxide. Further, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, vulcan (registered trademark), black pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one species.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5~80質量%程度である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 80% by mass.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。 The current collector may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include a conductive resin layer made of at least a conductive resin. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the cells of the cell, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

〔電極活物質層〕
電極活物質層は、上記集電体の表面に配置され、電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む。
[Electrode active material layer]
The electrode active material layer is arranged on the surface of the current collector and contains an electrode active material and a gel-forming polymer.

電極活物質層中、電極活物質の含有量(固形分換算)は、出力特性の観点から、好ましくは60~95質量%であり、より好ましくは80~95質量%である。 The content of the electrode active material (in terms of solid content) in the electrode active material layer is preferably 60 to 95% by mass, more preferably 80 to 95% by mass from the viewpoint of output characteristics.

電極活物質層中、ゲル形成性ポリマーの含有量(固形分換算)は、上記yz/xの範囲を満たすように適宜調整することができる。ゲル形成性ポリマーの含有量(固形分換算)は、出力特性の観点から、好ましくは0.5~10.0質量%であり、より好ましくは1.0~6.0質量%である。 The content (in terms of solid content) of the gel-forming polymer in the electrode active material layer can be appropriately adjusted so as to satisfy the above range of yz / x. The content (in terms of solid content) of the gel-forming polymer is preferably 0.5 to 10.0% by mass, more preferably 1.0 to 6.0% by mass from the viewpoint of output characteristics.

電極活物質層の厚さは、正極活物質層については、好ましくは150~1500μmであり、より好ましくは180~950μmであり、さらに好ましくは200~800μmである。また、負極活物質層の厚さは、好ましくは150~1500μmであり、より好ましくは180~1200μmであり、さらに好ましくは200~1000μmである。電極活物質層の厚さが上述した下限値以上の値であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、電極活物質層の厚さが上述した上限値以下の値であれば、電極活物質層の構造を十分に維持することができる。 The thickness of the electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 950 μm, and further preferably 200 to 800 μm for the positive electrode active material layer. The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 1200 μm, and further preferably 200 to 1000 μm. When the thickness of the electrode active material layer is at least the above-mentioned lower limit value, the energy density of the battery can be sufficiently increased. On the other hand, if the thickness of the electrode active material layer is not more than the above-mentioned upper limit value, the structure of the electrode active material layer can be sufficiently maintained.

本形態において、電極活物質層では、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化することで、機械的強度を向上させることができる。そのため、電極の膜厚を厚くしても、優れた出力特性を維持しつつ、電極の機械的強度を向上することができる。 In the present embodiment, in the electrode active material layer, the mechanical strength can be improved by structuring the electrode active material and the gel-forming polymer. Therefore, even if the film thickness of the electrode is increased, the mechanical strength of the electrode can be improved while maintaining excellent output characteristics.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni-Mn-Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)、またはリチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム複合酸化物(以下単に、「NCA複合酸化物」とも称する)などが用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2 , and lithium such as those in which some of these transition metals are replaced by other elements. Examples thereof include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used. More preferably, Li (Ni-Mn-Co) O 2 and a part of these transition metals are substituted with other elements (hereinafter, also simply referred to as "NMC composite oxide"), or lithium-nickel-cobalt. -Aluminum composite oxide (hereinafter, also simply referred to as "NCA composite oxide") or the like is used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni and Co are arranged in an orderly manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. Then, one Li atom is contained in each atom of the transition metal M, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。 As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is replaced with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu. , Ag, Zn and the like, preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, and more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, It is Cr, and more preferably Ti, Zr, Al, Mg, and Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0≦c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable to use the general formula (1): Li a Ni b Mn c Code M x O 2 (however, in the formula, a, b, c, d, x). Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, b + c + d = 1. It has a composition represented by (at least one kind of element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化される。その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 Generally, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of the material and improving the electron conductivity. Ti and the like partially replace the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). The crystal structure is stabilized by solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr. As a result, it is considered that the capacity of the battery can be prevented from decreasing even if charging and discharging are repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位質量あたりの容量が大きい。これにより、エネルギー密度の向上が可能となり、コンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しているため、航続距離の観点からも好ましい。 As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31 and 0.19 ≦ d ≦ 0.26. Is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 includes LiCo O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , etc., which have been proven in general consumer batteries. Compared with, the capacity per unit mass is large. This has the advantage that the energy density can be improved and a compact and high-capacity battery can be manufactured, which is preferable from the viewpoint of cruising range.

また、より好ましい実施形態としては、より容量が大きいという観点から、LiNi0.8Co0.1Al0.1やLiNi0.8Co0.15Al0.05が好ましい。 Further, as a more preferable embodiment, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 are preferable from the viewpoint of a larger capacity.

正極活物質の平均粒子径は、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。本明細書において、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置により計測されたものを採用する。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output. In the present specification, the average particle size is measured by a particle size distribution measuring device of a laser diffraction / scattering method.

(負極活物質)
負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料(スズ、シリコン)、リチウム合金系負極材料(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-シリコン合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-アルミニウム-マンガン合金等)などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials (tin, silicon), and lithium. Examples thereof include alloy-based negative electrode materials (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-aluminum-manganese alloy, etc.). In some cases, two or more kinds of negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material, a lithium-transition metal composite oxide, and a lithium alloy-based negative electrode material are preferably used as the negative electrode active material. Of course, a negative electrode active material other than the above may be used.

負極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。 The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

(ゲル形成性ポリマー)
ゲル形成性ポリマーは、イオン伝導性ポリマーであり、電極活物質と共に構造体を形成して、イオン伝導の役割を担うことができる。ゲル形成性ポリマーとしては、出力特性の観点から、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HEP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリメチルメタクリレート、およびこれらの共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である。
(Gel-forming polymer)
The gel-forming polymer is an ionic conductive polymer and can form a structure together with the electrode active material to play a role of ionic conduction. Examples of the gel-forming polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP), and the like from the viewpoint of output characteristics. At least one selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol diacrylate, polymethylmethacrylate, and polymers thereof.

ゲル形成性ポリマーは、出力特性をより高めるとの観点から、好ましくはポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HEP)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択され、より好ましくはポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HEP)である。 The gel-forming polymer is preferably polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (preferably from the viewpoint of enhancing output characteristics). It is selected from PVdF-HEP) and polymethylmethacrylate (PMMA), more preferably polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP).

電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、特に制限されず、0.30≦yz/x≦1.06の関係式を満たすように適宜調整できる。電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、例えば0.006~0.038mであり、好ましくは0.009~0.035m、より好ましくは0.015~0.028mである。電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積は、仕込み量などにより制御することができる。 The volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrode is not particularly limited, and can be appropriately adjusted so as to satisfy the relational expression of 0.30 ≦ yz / x ≦ 1.06. The volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrode is, for example, 0.006 to 0.038 m 3 , preferably 0.009 to 0.035 m 3 , and more preferably 0.015 to 0.028 m 3 . be. The volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrodes can be controlled by the amount charged or the like.

ゲル形成性ポリマーは、電解液に対する吸液率が好ましくは10%以上であり、より好ましくは50%以上である。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率の上限は、特に制限されないが、例えば200%以下であり、好ましくは120%以下であり、より好ましくは90%以下である。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率が10%以上であると、ゲル形成性ポリマーが十分に電解液を保持することができるため、イオン伝導を担わせることができる。ゲル形成性ポリマーの電解液に対する吸液率が200%以下であると、電極活物質との構造体を維持できる。 The gel-forming polymer has a liquid absorption rate of preferably 10% or more, more preferably 50% or more with respect to the electrolytic solution. The upper limit of the liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is not particularly limited, but is, for example, 200% or less, preferably 120% or less, and more preferably 90% or less. When the liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is 10% or more, the gel-forming polymer can sufficiently retain the electrolytic solution, and thus can be responsible for ion conduction. When the liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is 200% or less, the structure with the electrode active material can be maintained.

本明細書において、「電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率」は、電解液への浸漬前および浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量を測定して、以下の式により算出する。 In the present specification, the "liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution" is calculated by the following formula by measuring the mass of the gel-forming polymer before and after immersion in the electrolytic solution.

吸液率(%)=[(電解液浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量-電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量)/電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量]×100。 Liquid absorption rate (%) = [(mass of gel-forming polymer after immersion in electrolytic solution-mass of gel-forming polymer before immersion in electrolytic solution) / mass of gel-forming polymer before immersion in electrolytic solution] × 100.

試料としては、上記ゲル形成性ポリマーをN-メチル-2-ピロリドンに溶解して、キャスト膜を作製する。キャスト膜の電解液への浸漬は、25℃~50℃にて24時間行う。 As a sample, the gel-forming polymer is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cast film. The cast membrane is immersed in the electrolytic solution at 25 ° C to 50 ° C for 24 hours.

吸液率を求めるための電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた電解液を用いる。 The electrolytic solution for determining the liquid absorption rate was obtained by dissolving 22 mol / L of LiN ( FSO 2 ) in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Use an electrolytic solution.

(導電助剤)
電極活物質層は、導電助剤をさらに含むことができる。
(Conductive aid)
The electrode active material layer can further contain a conductive auxiliary agent.

導電助剤は、電極活物質層中で電子伝導パス(導電通路)を形成する機能を有する。このような電子伝導パスが電極活物質層中に形成されると、電池の内部抵抗が低減し、高レートでの出力特性向上に寄与しうる。特に、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)ことが好ましい。このような形態を有することで、電極活物質層中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減されるため、電池の高レートでの出力特性をより一層向上しうる。なお、導電助剤の少なくとも一部が、電極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、電極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)か否かは、SEMや光学顕微鏡を用いて電極活物質層の断面を観察することにより確認することができる。 The conductive auxiliary agent has a function of forming an electron conduction path (conductive path) in the electrode active material layer. When such an electron conduction path is formed in the electrode active material layer, the internal resistance of the battery is reduced, which can contribute to the improvement of output characteristics at a high rate. In particular, at least a part of the conductive auxiliary agent forms a conductive passage that electrically connects the two main surfaces of the electrode active material layer (in the present embodiment, it contacts the electrolyte layer side of the electrode active material layer). It is preferable to form a conductive passage that electrically connects from the first main surface to the second main surface in contact with the current collector side). By having such a form, the electron transfer resistance in the thickness direction in the electrode active material layer is further reduced, so that the output characteristics at a high rate of the battery can be further improved. At least a part of the conductive auxiliary agent forms a conductive passage that electrically connects the two main surfaces of the electrode active material layer (in the present embodiment, it is in contact with the electrolyte layer side of the electrode active material layer). Whether or not a conductive passage is formed that electrically connects from the first main surface to the second main surface in contact with the current collector side) is determined by using an SEM or an optical microscope to determine the cross section of the electrode active material layer. It can be confirmed by observing.

このような導電通路を確実に形成するという観点から、導電助剤は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。具体的には、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。 From the viewpoint of reliably forming such a conductive passage, the conductive auxiliary agent is preferably a conductive fiber having a fibrous form. Specifically, carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers in which a metal having good conductivity or graphite is uniformly dispersed in synthetic fibers, and a metal such as stainless steel are used as fibers. Examples thereof include carbonized metal fibers, conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with metal, and conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with a resin containing a conductive substance. Of these, carbon fiber is preferable because it has excellent conductivity and is lightweight.

ただし、繊維状の形態を有しない導電助剤が用いられてももちろんよい。例えば、粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤が用いられうる。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 However, of course, a conductive auxiliary agent that does not have a fibrous form may be used. For example, a conductive auxiliary agent having a particulate (for example, spherical) morphology can be used. When the conductive auxiliary agent is in the form of particles, the shape of the particles is not particularly limited, and may be any shape such as powder, sphere, plate, columnar, amorphous, fluffy, and spindle-shaped. The average particle size (primary particle size) when the conductive auxiliary agent is in the form of particles is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. In the present specification, the “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of the conductive auxiliary agent. As the value of the "average particle size", an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used, and the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields is used. The calculated value shall be adopted.

粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。 Conductive aids having a particulate (eg, spherical) morphology include, for example, metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, titanium, alloys or metal oxides containing these metals; carbon nanotubes. (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.) and the like, but are not limited thereto. Further, a particulate ceramic material or a resin material coated with the above metal material by plating or the like can also be used as a conductive auxiliary agent. Among these conductive auxiliaries, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to contain at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon, and aluminum, stainless steel. It is more preferable to contain at least one selected from the group consisting of silver, gold, and carbon, and even more preferably to contain at least one carbon. Only one kind of these conductive auxiliary agents may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination.

電極活物質層中における導電助剤の含有量は、電極活物質層の全固形分量(全ての部材の固形分量の合計)100質量%に対して、4~8質量%であることが好ましい。導電助剤の含有量が上記範囲であると、電極活物質層中で電子伝導パスを良好に形成できるとともに、電池のエネルギー密度が低下するのを抑えることができるという利点がある。 The content of the conductive auxiliary agent in the electrode active material layer is preferably 4 to 8% by mass with respect to 100% by mass of the total solid content of the electrode active material layer (total of the solid content of all the members). When the content of the conductive auxiliary agent is in the above range, there is an advantage that the electron conduction path can be satisfactorily formed in the electrode active material layer and the decrease in the energy density of the battery can be suppressed.

(電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体)
本発明の好ましい実施形態において、電極活物質層は、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を含む。これにより、電極活物質は、導電助剤と良好に接触でき、電極活物質が活性状態となるため、電子伝導をより向上することできる。また、電極活物質周辺に導電助剤が構造化されることにより、優れた導電性を担保することができるため、出力および容量を向上させることができる。さらに、電極活物質周辺に導電助剤が構造化されることで、空孔内のパーコレーションが形成される。よって、有効イオン伝導度をより向上することができる。加えて、このような構造体とすることで、電極活物質層を自立膜とすることができ、電極の強度をさらに増加することもできる。
(Structure consisting of electrode active material, gel-forming polymer and conductive additive)
In a preferred embodiment of the invention, the electrode active material layer comprises a structure consisting of an electrode active material, a gel-forming polymer and a conductive additive. As a result, the electrode active material can be in good contact with the conductive auxiliary agent, and the electrode active material is in an active state, so that electron conduction can be further improved. Further, by structuring the conductive auxiliary agent around the electrode active material, excellent conductivity can be ensured, so that the output and the capacity can be improved. Further, by structuring the conductive auxiliary agent around the electrode active material, percolation in the pores is formed. Therefore, the effective ion conductivity can be further improved. In addition, by forming such a structure, the electrode active material layer can be made into a self-standing film, and the strength of the electrode can be further increased.

〔電極の空孔体積の算出方法〕
電極の空孔体積は、以下のようにして算出する。
(1)電極の単位面積当たりの質量を測定し、使用した材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求める。
(2)電極の厚さ[A]を測定する。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]を算出する。
(4)測定した電極の厚さ[A]と算出した電極の厚さ[B]との差(A-B)から電極の空孔体積を算出する。
[Calculation method of electrode pore volume]
The pore volume of the electrode is calculated as follows.
(1) The mass per unit area of the electrode is measured, and the mass of each material per unit area is obtained from the compounding ratio of the materials used.
(2) Measure the thickness [A] of the electrode.
(3) Using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material, the electrode thickness [B] when the porosity is 0% is calculated.
(4) The pore volume of the electrode is calculated from the difference (AB) between the measured electrode thickness [A] and the calculated electrode thickness [B].

電極1mあたりの空孔体積は、特に制限されず、0.30≦yz/x≦1.06の関係式を満たすように適宜調整できる。電極1mあたりの空孔体積は、例えば0.180m~0.445mであり、好ましくは0.190m~0.435mである。電極1mあたりの空孔体積は、電極活物質の粒子径、ゲル形成性ポリマーの仕込み量、電極活物質層の膜厚などにより調整することができる。また、後述するように、電極作製時にプレスすることなどにより調整することができる。 The pore volume per 1 m 3 of the electrode is not particularly limited, and can be appropriately adjusted so as to satisfy the relational expression of 0.30 ≦ yz / x ≦ 1.06. The pore volume per 1 m 3 of the electrode is, for example, 0.180 m 3 to 0.445 m 3 , preferably 0.190 m 3 to 0.435 m 3 . The pore volume per 1 m 3 of the electrode can be adjusted by adjusting the particle size of the electrode active material, the amount of the gel-forming polymer charged, the film thickness of the electrode active material layer, and the like. Further, as described later, it can be adjusted by pressing at the time of manufacturing the electrode.

[電解質層]
電解質層は、電極の間に配置され、セパレータに電解液が含浸されてなる構成を有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is arranged between the electrodes and has a structure in which the separator is impregnated with the electrolytic solution.

電解液は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する電解液は、非水溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。 The electrolytic solution has a function as a carrier of lithium ions. The electrolytic solution constituting the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.

非水溶媒は、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4-メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2-メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびγ-ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。中でも、非水溶媒は、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびブチレンカーボネート(BC)が好ましく、エチレンカーボネートを含むことが好ましい。添加される非水溶媒は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 Non-aqueous solvents include, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), methyl formate (MF). ), 4-Methyldioxolane (4MeDOL), Dioxolane (DOL), 2-Methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC). ), And γ-butyrolactone (GBL) and the like. Among them, the non-aqueous solvents are dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethylmethyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC). ), And preferably contains ethylene carbonate. As the non-aqueous solvent to be added, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

リチウム塩としては、LiN(FSO、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。なかでも、電池出力および充放電サイクル特性の観点から、LiN(FSOより好ましい。 Examples of the lithium salt include LiN (FSO 2 ) 2 , Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like. Of these, LiN (FSO 2 ) 2 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.

電解液中におけるリチウム塩の濃度は、0.1~3.0mol/Lであることが好ましく、0.8~2.2mol/Lであることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 3.0 mol / L, more preferably 0.8 to 2.2 mol / L.

電解液は、上述した成分以外の添加剤をさらに混合してもよい。また、添加剤は電解液に含有させてもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2-ジビニルエチレンカーボネート、1-メチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-メチル-2-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-2-ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。これらの添加剤は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液100質量%に対して、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは0.5~5質量%である。 The electrolytic solution may be further mixed with additives other than the above-mentioned components. Further, the additive may be contained in the electrolytic solution. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate. , 1-Methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylenecarbonate, 1-ethyl-1-vinylethylenecarbonate, 1-ethyl-2-vinylethylenecarbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylenecarbonate, vinyl Oxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acrylicoxymethylethylene carbonate, methacryloxymethylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, propargylethylene carbonate, ethynyloxymethylethylene carbonate, propargyloxyethylene carbonate, methyleneethylene carbonate, 1,1- Examples thereof include dimethyl-2-methyleneethylene carbonate. Only one of these additives may be used alone, or two or more of these additives may be used in combination. When the additive is used in the electrolytic solution, the amount used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5 with respect to 100% by mass of the electrolytic solution before the additive is added. It is mass%.

本形態では、電解質層にセパレータが用いられる。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。 In this embodiment, a separator is used for the electrolyte layer. The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。 Examples of the form of the separator include a separator of a porous sheet made of a polymer or fiber that absorbs and retains the electrolytic solution, a non-woven fabric separator, and the like.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。 As the separator of the porous sheet made of a polymer or a fiber, for example, a microporous (microporous membrane) can be used. Specific forms of the porous sheet made of the polymer or fiber include, for example, a polyolefin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP). Examples thereof include a microporous (microporous film) separator made of a (structured laminate, etc.), a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and glass fiber.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4~60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。 The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely specified because it varies depending on the intended use. To give an example, in applications such as a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the length is 4 to 60 μm in a single layer or a multilayer. Is desirable. It is desirable that the fine pore size of the microporous (microporous membrane) separator is 1 μm or less at the maximum (usually, the pore size is about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5~200μmであり、特に好ましくは10~100μmである。 As the non-woven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. Further, the bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Further, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。 Further, the separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate (separator with a heat-resistant insulating layer). The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a separator having a melting point or a thermal softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, having high heat resistance is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is relaxed, so that the effect of suppressing heat shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise. Further, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer is improved, and the film breakage of the separator is less likely to occur. Further, due to the effect of suppressing heat shrinkage and high mechanical strength, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが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。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 Inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing heat shrinkage. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. For example, silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2O 3 , ZrO 2 , TIO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or may be artificially produced. Further, only one kind of these inorganic particles may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination. Of these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3 ).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5~15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . Within this range, sufficient ionic conductivity can be obtained and heat resistance is preferably maintained.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。 The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of adhering the inorganic particles to each other and the inorganic particles and the resin porous substrate layer. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer and prevents peeling between the porous substrate layer and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが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。 The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited, and is, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber. , Butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate and the like can be used as the binder. Of these, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. Only one of these compounds may be used alone, or two or more of these compounds may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2~20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。 The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the binder content is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour under the conditions of 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the separator from shrinking even when the heat generation amount becomes high and the battery internal temperature reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive current collector plate and negative electrode current collector plate]
The material constituting the current collector plates (25, 27) is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a lithium ion secondary battery can be used. As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. The same material may be used for the positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25, or different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative electrode lead]
Although not shown, the current collector 11 and the current collector plates (25, 27) may be electrically connected to each other via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As the constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, a material used in a known lithium ion secondary battery can be similarly adopted. The part taken out from the exterior is heat-shrinkable with heat-resistant insulation so that it does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices) by contacting peripheral devices and wiring and causing electric leakage. It is preferable to cover with a tube or the like.

[シール部]
シール部(絶縁層)31は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム(エチレン-プロピレン-ジエンゴム:EPDM)、等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いても良く、ホットメルト接着剤(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂)などを用いても良い。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが、好ましい。
[Seal part]
The seal portion (insulating layer) 31 has a function of preventing contact between current collectors and a short circuit at the end of the cell cell layer. As the material constituting the sealing portion, if it has insulating property, sealing property against falling off of solid electrolyte, sealing property against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, etc. good. For example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber (ethylene-propylene-diene rubber: EPDM), and the like can be used. Further, an isocyanate-based adhesive, an acrylic resin-based adhesive, a cyanoacrylate-based adhesive, or the like may be used, or a hot-melt adhesive (urethane resin, polyamide resin, polyolefin resin) or the like may be used. Among them, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as constituent materials of the insulating layer from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film formation), economy, etc., and mainly non-crystalline polypropylene resin. It is preferable to use a resin obtained by copolymerizing ethylene, propylene, and butene as components.

[電池外装体]
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[Battery exterior]
As the battery exterior, a known metal can case can be used, or a bag-shaped case using a laminated film 29 containing aluminum, which can cover the power generation element as shown in FIG. 1, can be used. As the laminated film, for example, a laminated film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but the laminated film is not limited thereto. A laminated film is desirable from the viewpoint of high output, excellent cooling performance, and suitable use for batteries for large equipment for EVs and HEVs. Further, since the group pressure applied to the power generation element from the outside can be easily adjusted and the thickness of the electrolytic solution layer can be easily adjusted, an aluminumate laminate is more preferable for the exterior body.

本形態の双極型二次電池は、優れた出力特性を発揮することができる。したがって、本形態の双極型二次電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The bipolar secondary battery of this embodiment can exhibit excellent output characteristics. Therefore, the bipolar secondary battery of this embodiment is suitably used as a driving power source for EVs and HEVs.

[電極の空孔体積、ゲル形成性ポリマーの体積およびゲル形成性ポリマーの吸液率]
本実施形態の非水電解質二次電池は、前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、
[Volume of pores in the electrode, volume of gel-forming polymer and liquid absorption rate of gel-forming polymer]
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the pore volume per 1 m 3 of the electrode is x [m 3 ], and the volume of the gel-forming polymer contained in the electrode 1 m 3 is y [m 3 ]. When the liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is z [%],

Figure 0007040364000003
Figure 0007040364000003

を満たすことを特徴とする。本発明者らは、電極の空孔に占めるゲル形成性ポリマーの割合とゲル形成性ポリマーの吸液率との間に適正範囲が存在することを見出し、その知見を上記関係式で数値化した。 It is characterized by satisfying. The present inventors have found that there is an appropriate range between the ratio of the gel-forming polymer in the pores of the electrode and the liquid absorption rate of the gel-forming polymer, and quantified the findings by the above relational expression. ..

このような構成を有する非水電解質二次電池によれば、電極活物質層が電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含有し、この際電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化している。上記yz/xの値を0.30以上に制御すると、電極活物質とゲル形成性ポリマーとが構造化して、電極の空孔に浮遊する電極活物質の発生が抑制される。これにより、電子伝導を向上することができる。また、ゲル形成性ポリマーが電解液を吸液してイオン伝導を担うため、有効イオン伝導を向上することができる。よって、直流抵抗値を低減できる。また、上記yz/xの値を1.06以下に制御することで、ゲル形成性ポリマーが電極活物質を過剰に被覆することが抑制される。これにより、電子伝導の低下を抑制できる。また、ゲル形成性ポリマーが電極の空孔を過剰に占有すること、電解液量が減少することおよびLiイオン量が低下することを抑制することで、有効イオン伝導の低下を抑制できる。よって、直流抵抗値を低減できる。このように、yz/xの値を所定の範囲に制御することにより、本形態の非水電解質二次電池では、直流抵抗値を低減することで、優れた出力特性を発揮することができると考えられる。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery having such a structure, the electrode active material layer contains the electrode active material and the gel-forming polymer, and at this time, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured. When the value of yz / x is controlled to 0.30 or more, the electrode active material and the gel-forming polymer are structured, and the generation of the electrode active material suspended in the pores of the electrode is suppressed. Thereby, electron conduction can be improved. Further, since the gel-forming polymer absorbs the electrolytic solution and takes charge of ionic conduction, effective ionic conduction can be improved. Therefore, the DC resistance value can be reduced. Further, by controlling the value of yz / x to 1.06 or less, it is possible to prevent the gel-forming polymer from excessively covering the electrode active material. As a result, it is possible to suppress a decrease in electron conduction. Further, by suppressing the gel-forming polymer from occupying the pores of the electrode excessively, reducing the amount of the electrolytic solution, and suppressing the decrease in the amount of Li ions, it is possible to suppress the decrease in effective ion conduction. Therefore, the DC resistance value can be reduced. In this way, by controlling the value of yz / x within a predetermined range, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can exhibit excellent output characteristics by reducing the DC resistance value. Conceivable.

上記x、yおよびzは、出力特性をより向上させるとの観点から、0.45≦yz/x≦0.86を満たすことが好ましく、0.50≦yz/x≦0.86を満たすことがより好ましい。 From the viewpoint of further improving the output characteristics, the above x, y and z preferably satisfy 0.45 ≦ yz / x ≦ 0.86, and preferably satisfy 0.50 ≦ yz / x ≦ 0.86. Is more preferable.

[非水電解質二次電池の製造方法]
本発明の一形態は、電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して電極を得る工程と、前記電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程と、前記発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程と、有する非水電解質二次電池の製造方法である。この際、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である。本形態の非水電解質二次電池の製造方法によれば、ゲル形成性ポリマーを電極活物質および導電助剤と構造化すること、ならびにゲル形成性ポリマーに電解液を保持させることにより、電子伝導およびイオン電導とが最適化され、また直流抵抗値を低減することで、優れた出力特性を発揮する非水電解質二次電池を得ることができる。
[Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery]
In one embodiment of the present invention, an electrode active material slurry containing an electrode active material, a gel-forming polymer, a conductive auxiliary agent and a solvent is applied to the surface of a current collector to form an electrode active material layer to obtain an electrode. It is a step of laminating the electrode and the separator to obtain a power generation element, a step of covering the power generation element with an exterior body and injecting an electrolytic solution, and a method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery having the step. At this time, the liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution is 10% or more. According to the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, electron conduction is performed by structuring the gel-forming polymer with an electrode active material and a conductive auxiliary agent, and by causing the gel-forming polymer to hold an electrolytic solution. And by optimizing the ion conduction and reducing the DC resistance value, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery exhibiting excellent output characteristics.

(電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して電極を得る工程)
まず、上述した電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤を溶媒とともに混合して、電極活物質スラリーを調製する。
(A step of forming an electrode active material layer by applying an electrode active material slurry containing an electrode active material, a gel-forming polymer, a conductive auxiliary agent and a solvent to the surface of a current collector to obtain an electrode)
First, the above-mentioned electrode active material, gel-forming polymer and conductive auxiliary agent are mixed with a solvent to prepare an electrode active material slurry.

溶媒としては、特に制限されず、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサン、水などが用いられうる。 The solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane, water and the like can be used.

電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を混合し、電極活物質スラリーを調製する方法は特に制限されず、部材の添加順、混合方法等、従来公知の知見が適宜参照される。 The method for preparing the electrode active material slurry by mixing the electrode active material, the gel-forming polymer, the conductive auxiliary agent and the solvent is not particularly limited, and conventionally known findings such as the order of addition of members and the mixing method are appropriately referred to. ..

電極活物質スラリーの濃度は、特に制限されない。ただし、後述するスラリーの塗布を容易にする観点から、電極活物質スラリー100質量%に対する全固形分の濃度は、好ましくは35~75質量%であり、より好ましくは40~70質量%である。濃度が上記範囲内であると、塗布で十分な厚さを有する電極活物質層を容易に形成することができる。 The concentration of the electrode active material slurry is not particularly limited. However, from the viewpoint of facilitating the application of the slurry described later, the concentration of the total solid content with respect to 100% by mass of the electrode active material slurry is preferably 35 to 75% by mass, more preferably 40 to 70% by mass. When the concentration is within the above range, an electrode active material layer having a sufficient thickness can be easily formed by coating.

次いで、電極活物質スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させる。塗布後、必要に応じて、プレスを行ってもよい。このように、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤を電極活物質スラリー調製の際に混合することにより、電極活物質、ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を有する電極活物質層を形成することができる。 Next, the electrode active material slurry is applied onto the current collector and dried. After coating, pressing may be performed if necessary. As described above, by mixing the electrode active material, the gel-forming polymer, and the conductive auxiliary agent at the time of preparing the electrode active material slurry, the electrode active material has a structure composed of the electrode active material, the gel-forming polymer, and the conductive auxiliary agent. A material layer can be formed.

電極活物質スラリーの集電体への塗布方法としては、特に制限されず、スクリーン印刷法、スプレーコート法、静電スプレーコート法、インクジェット法、ドクターブレード法等が挙げられる。 The method for applying the electrode active material slurry to the current collector is not particularly limited, and examples thereof include a screen printing method, a spray coating method, an electrostatic spray coating method, an inkjet method, and a doctor blade method.

電極活物質スラリーの塗工厚は、形成される電極活物質層の厚さを考慮して適宜設定さ
れる。電極活物質スラリーの塗工厚は、好ましくは200~2000μmであり、より好
ましくは400~1000μmである。
The coating thickness of the electrode active material slurry is appropriately set in consideration of the thickness of the electrode active material layer to be formed. The coating thickness of the electrode active material slurry is preferably 200 to 2000 μm, more preferably 400 to 1000 μm.

電極活物質スラリーを集電体上に塗布した後の乾燥方法としては、特に制限されず、溶媒の少なくとも一部が除去されればよい。当該乾燥方法としては、加熱が挙げられる。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、適用する電極活物質スラリーに含有される溶媒の揮発速度、電極活物質スラリーの塗布量等に応じて適宜設定されうる。 The drying method after applying the electrode active material slurry on the current collector is not particularly limited, and at least a part of the solvent may be removed. Examples of the drying method include heating. The drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the volatilization rate of the solvent contained in the electrode active material slurry to be applied, the coating amount of the electrode active material slurry, and the like.

プレスを行う場合、プレス手段としては、特に限定されず、例えば、カレンダーロール、平板プレス等が用いられうる。 When pressing is performed, the pressing means is not particularly limited, and for example, a calendar roll, a flat plate press, or the like can be used.

このようにして、電極(正極または負極)を得ることができる。 In this way, an electrode (positive electrode or negative electrode) can be obtained.

(電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程)
上記のように電極を作製した後、電極とセパレータとを積層して発電要素を作製する。発電要素の作製方法は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照される。一例としては、正極と負極とがセパレータを介して対向するように積層させて、単電池層を作製する。前記単電池層を所望の数となるまで積層することで、発電要素を得ることができる。
(Process of laminating electrodes and separators to obtain power generation elements)
After manufacturing the electrodes as described above, the electrodes and the separator are laminated to manufacture a power generation element. The method for producing the power generation element is not particularly limited, and conventionally known findings are appropriately referred to. As an example, a positive electrode and a negative electrode are laminated so as to face each other via a separator to prepare a single battery layer. A power generation element can be obtained by laminating the cell cells to a desired number.

得られた発電要素に正極タブ、負極タブを溶接により接合する。必要に応じて、溶接後に余分なタブ等をトリミングにより除去するのが望ましい。接合方法としては特に制限されるものではないが、超音波溶接機にて行うのが、接合時に発熱(加熱)せず、極めて短時間で接合できる為、熱による電極活物質層(負極活物質層および正極活物質層)の劣化を防止できる点で優れている。この際、正極タブと、負極タブとは、同じ辺(同じ取出し側)で対向(対峙)するように配置することができる。これにより、各正極の正極タブを1つに束ねて1つの正極集電板として外装体から取り出すことができる。同様に各負極の負極タブを1つに束ねて1つの負極集電板として外装体から取り出すことができる。また、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)とが、反対の辺(異なる取出し辺)となるように配置してもよい。 A positive electrode tab and a negative electrode tab are joined to the obtained power generation element by welding. If necessary, it is desirable to remove excess tabs and the like by trimming after welding. The joining method is not particularly limited, but the ultrasonic welding machine does not generate heat (heating) at the time of joining and can be joined in an extremely short time. Therefore, the electrode active material layer (negative electrode active material) by heat is used. It is excellent in that it can prevent deterioration of the layer and the positive electrode active material layer). At this time, the positive electrode tab and the negative electrode tab can be arranged so as to face each other on the same side (same extraction side). As a result, the positive electrode tabs of each positive electrode can be bundled into one and taken out from the exterior body as one positive electrode current collector plate. Similarly, the negative electrode tabs of each negative electrode can be bundled into one and taken out from the exterior body as one negative electrode current collector plate. Further, the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) may be arranged so as to be opposite sides (different extraction sides).

(発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程)
得られた発電要素を外装体で覆う。発電要素を外装体で覆う方法は制限されず、従来公知の知見が適宜参照される。一例としては、発電要素を電池外装体に用いるラミネートフィルムで、上下から、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)を電池外装体の外部に取り出せるようにして、挟み込む。
(The process of covering the power generation element with an exterior body and injecting the electrolytic solution)
Cover the obtained power generation element with an exterior body. The method of covering the power generation element with the exterior body is not limited, and conventionally known findings are appropriately referred to. As an example, it is a laminated film that uses a power generation element for the battery exterior, so that the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) can be taken out from the top and bottom of the battery exterior body. And sandwich it.

次に、上下のラミネートフィルムの外周部(封止部)のうち3辺を熱圧着して封止する。外周部のうち3辺を熱圧着して封止することで、3辺封止体を得る。この際、正極集電板(正極集電タブ)、負極集電板(負極集電タブ)を取り出す辺の熱封止部は、封止しておくのが好ましい。これは、その後の注液時に、これらの正極集電板、負極集電板が開口部にあると、注液時に電解液が飛び散るなどする恐れがあるためである。 Next, three sides of the outer peripheral portions (sealing portions) of the upper and lower laminated films are thermocompression bonded to be sealed. A three-sided sealed body is obtained by thermocompression-bonding three sides of the outer peripheral portion to seal the outer peripheral portion. At this time, it is preferable to seal the heat-sealed portion on the side where the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) are taken out. This is because if these positive electrode current collector plates and negative electrode current collector plates are located at the openings during subsequent liquid injection, the electrolytic solution may scatter during liquid injection.

なお、上記においては、積層構造の電池の説明を行ったが、積層型に限定されず、電池の構成としては、角形、ペーパー型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。 Although the battery having a laminated structure has been described above, the battery is not limited to the laminated type, and various shapes such as a square type, a paper type, a cylindrical type, and a coin type can be adopted as the battery configuration. can.

次に、注液装置にて3辺封止体の残る1辺の開口部より、3辺封止体内部に、電解液を注入する。これによりセパレータに電解質を含浸した電解質層が形成される。この際、電解質が3辺封止体内部の積層体、特にセパレータおよび電極活物質層にできるだけ早く含浸できるように、3辺封止体は、真空ポンプに連結された真空ボックスに収納することが好ましい。さらに、減圧して内部を高真空状態にした状態で注入を行うのが望ましい。注入後、3辺封止体を真空ボックスから取出し、3辺封止体の残る1辺を仮封止して、ラミネートタイプ(積層構造)の非水電解質二次電池を得ることができる。 Next, the electrolytic solution is injected into the inside of the three-sided encapsulant from the opening on the remaining one side of the three-sided encapsulant by the liquid injection device. As a result, an electrolyte layer in which the separator is impregnated with an electrolyte is formed. At this time, the three-sided sealant may be housed in a vacuum box connected to a vacuum pump so that the electrolyte can be impregnated into the laminate inside the three-sided sealant, particularly the separator and the electrode active material layer as soon as possible. preferable. Further, it is desirable to perform the injection in a state where the pressure is reduced and the inside is in a high vacuum state. After the injection, the three-sided encapsulant is taken out from the vacuum box, and the remaining one side of the three-sided encapsulant is temporarily sealed to obtain a laminated type (laminated structure) non-aqueous electrolyte secondary battery.

[セルサイズ]
図2は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Cell size]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of the secondary battery.

図2に示すように、扁平な双極型二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、双極型二次電池50の電池外装体(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図1に示す双極型二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、双極型電極23が、電解質層17を介して複数積層されたものである。 As shown in FIG. 2, the flat bipolar secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and positive electrode tabs 58 and negative electrode tabs 59 for extracting electric power are pulled out from both sides thereof. There is. The power generation element 57 is wrapped by a battery exterior (laminated film 52) of the bipolar secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 pulls out the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 to the outside. It is sealed in a closed state. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above. The power generation element 57 is formed by stacking a plurality of bipolar electrodes 23 via the electrolyte layer 17.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装体に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 The lithium ion secondary battery is not limited to a laminated flat battery. The wound lithium-ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may be formed by deforming such a cylindrical shape into a rectangular flat shape. There are no particular restrictions. The cylindrical shape is not particularly limited, for example, a laminated film may be used for the exterior body, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used. Preferably, the power generation element is exteriorized with an aluminum laminated film. By this form, weight reduction can be achieved.

また、図2に示すタブ(58、59)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, the removal of the tabs (58, 59) shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of each and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in the winding type lithium ion battery, the terminal may be formed by using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the tab.

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。 In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170 L. Since the cell and auxiliary equipment such as charge / discharge control equipment are stored in this space, the storage space efficiency of the normal cell is about 50%. The loading efficiency of the cell in this space is a factor that controls the cruising range of the electric vehicle. If the size of the single cell becomes small, the above loading efficiency is impaired, so that the cruising range cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。 Therefore, in the present invention, it is preferable that the battery structure in which the power generation element is covered with the exterior body is large. Specifically, the length of the short side of the laminated cell battery is preferably 100 mm or more. Such large batteries can be used in vehicle applications. Here, the length of the short side of the laminated cell battery refers to the side having the shortest side. The upper limit of the length of the short side is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

[体積エネルギー密度および定格放電容量]
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)をいかに長くするかが重要な開発目標である。かような点を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
[Volume energy density and rated discharge capacity]
In a general electric vehicle, how to lengthen the mileage (cruising range) by one charge is an important development goal. Considering these points, the volume energy density of the battery is preferably 157 Wh / L or more, and the rated capacity is preferably 20 Wh or more.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池に対して本発明が適用されることが好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1~3であることが好ましく、1~2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 Further, from the viewpoint of a large-sized battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, it is possible to specify the size of the battery from the viewpoint of the battery area and the battery capacity. For example, in the case of a flat laminated laminated battery, the value of the ratio of the battery area (projected area of the battery including the battery exterior) to the rated capacity is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more. It is preferable that the present invention is applied to a certain battery. Further, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. The aspect ratio of the electrodes is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio within such a range, there is an advantage that both vehicle required performance and mounting space can be achieved.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery set]
An assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. More specifically, it is composed of serialization, parallelization, or both by using at least two or more. By serializing and parallelizing, it becomes possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 It is also possible to connect a plurality of batteries in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached / detached. Then, by connecting a plurality of small detachable batteries in series or in parallel, a large capacity and a large capacity suitable for a vehicle drive power source or an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density. It is also possible to form an assembled battery with an output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be decided according to the output.

[車両]
本形態の非水電解質二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment maintains the discharge capacity even after long-term use and has good cycle characteristics. In addition, the volumetric energy density is high. In vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles, higher capacity and larger size are required and longer life is required compared to electric and portable electronic device applications. .. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a power source for a vehicle, for example, a vehicle drive power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。 Specifically, a battery or a combined battery formed by combining a plurality of batteries can be mounted on the vehicle. In the present invention, a long-life battery having excellent long-term reliability and output characteristics can be configured. Therefore, when such a battery is installed, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long one-charge mileage can be configured. .. For example, in the case of automobiles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (passenger cars, trucks, commercial vehicles such as buses, light vehicles, etc.)) can be used as batteries or a combination of multiple batteries. This is because it becomes a highly reliable automobile with a long life by using it for two-wheeled vehicles (including motorcycles) and three-wheeled vehicles. However, the application is not limited to automobiles, and can be applied to various power sources of other vehicles, for example, moving objects such as trains, and power supplies for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use it as.

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
<正極の作製>
正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05(Li含有層状遷移金属酸化物、平均粒子径:9μm)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(デンカ株式会社製、デンカブラック(登録商標);平均粒子径(一次粒子径):0.023μm)および炭素繊維(大阪ガスケミカル株式会社製)と、ゲル形成性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)(Kyner Flex 2501-10、Arkema製)と、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンとをそれぞれ8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)となるように配合し、遊星撹拌型混合混練装置「あわとり練太郎」(ARE-310、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで6分間混合し、正極スラリーを作製した。正極スラリーを平滑盤上に設置したAl箔の上に、正極活物質層の厚みが400μmとなるように、ドクターブレードを用いて均一に塗布した。その後、80℃に加温したホットプレート上で2時間乾燥することで、正極活物質質量(正極活物質の目付量)で94mg/cmの多孔質構造体である正極を得た。
[Example 1]
<Manufacturing of positive electrode>
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (Li-containing layered transition metal oxide, average particle size: 9 μm) as a positive electrode active material and acetylene black as a conductive auxiliary agent (Denka Co., Ltd., Denka) Black (registered trademark); average particle size (primary particle size): 0.023 μm) and carbon fiber (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) as a gel-forming polymer (PVdF-HFP) ( Kyner Flex 2501-10 (manufactured by Archema) and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent so as to have a ratio of 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio), respectively. The mixture was mixed and mixed at 2000 rpm for 6 minutes using a planetary stirring type mixing and kneading device "Awatori Rentaro" (ARE-310, manufactured by Shinky Co., Ltd.) to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was uniformly applied onto the Al foil placed on the smoothing board using a doctor blade so that the thickness of the positive electrode active material layer was 400 μm. Then, it was dried on a hot plate heated to 80 ° C. for 2 hours to obtain a positive electrode having a porous structure of 94 mg / cm 2 in mass of the positive electrode active material (the amount of the positive electrode active material).

<負極の作製>
負極活物質としてのハードカーボン(株式会社クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製、カーボトロン(登録商標)PS(F)、平均粒子径:20μm)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(デンカ株式会社製、デンカブラック(登録商標);平均粒子径(一次粒子径):0.023μm)および炭素繊維(大阪ガスケミカル株式会社製)と、ゲル形成性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)(Kyner Flex 2501-10、Arkema製)と、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンとをそれぞれ8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)となるように配合し、遊星撹拌型混合混練装置「あわとり練太郎」(ARE-310、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで6分間混合し、負極スラリーを作製した。負極スラリーを平滑盤上に設置したCu箔の上に、負極活物質層の厚みが420μmとなるように、ドクターブレードを用いて均一に塗布した。その後、80℃に加温したホットプレート上で2時間乾燥することで、負極活物質質量(負極活物質の目付量)で39mg/cmの多孔質構造体である負極を得た。
<Manufacturing of negative electrode>
Hard carbon as a negative electrode active material (manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd., Carbotron (registered trademark) PS (F), average particle size: 20 μm) and acetylene black as a conductive auxiliary agent (manufactured by Denka Co., Ltd.) , Denka Black (registered trademark); average particle size (primary particle size): 0.023 μm) and carbon fiber (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) as a gel-forming polymer. ) (Kyner Flex 2501-10, manufactured by Arkema) and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent are each at 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9.00 (mass ratio). The mixture was mixed in the above manner at 2000 rpm for 6 minutes using a planetary stirring type mixing and kneading device "Awatori Rentaro" (ARE-310, manufactured by Shinky Co., Ltd.) to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was uniformly applied onto the Cu foil placed on the smoothing board using a doctor blade so that the thickness of the negative electrode active material layer was 420 μm. Then, it was dried on a hot plate heated to 80 ° C. for 2 hours to obtain a negative electrode having a porous structure of 39 mg / cm 2 in terms of the mass of the negative electrode active material (the amount of the negative electrode active material).

<リチウムイオン電池の作製>
得られた正極を12cm、負極を12.4cmとなるように裁断した。正極では、Al端子付きアルミ箔を裁断した正極の集電箔側に積層した。負極では、Ni端子付き銅箔を裁断した負極の集電箔側に積層した。セパレータ(セルガード社製、セルガード(登録商標)3501 PP製)を正極、負極の電極側に挿入し、積層体とした。この積層体を熱融着型アルミラミネートフィルムに挟み、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた非水電解液を注入後、真空封止することで、パウチ型リチウムイオン電池を作製した。
<Manufacturing of lithium-ion batteries>
The obtained positive electrode was cut to 12 cm 2 and the negative electrode was cut to 12.4 cm 2 . For the positive electrode, an aluminum foil with an Al terminal was cut and laminated on the current collecting foil side of the positive electrode. For the negative electrode, a copper foil with a Ni terminal was cut and laminated on the collector foil side of the negative electrode. A separator (manufactured by Cellguard, manufactured by Cellguard (registered trademark) 3501 PP) was inserted into the electrode side of the positive electrode and the negative electrode to form a laminated body. This laminate is sandwiched between heat-sealing aluminum laminate films, and LiN (FSO 2 ) 2 2 mol / L is dissolved in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). A pouch-type lithium-ion battery was produced by injecting the obtained non-aqueous electrolytic solution and then vacuum-sealing.

[実施例2]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.10:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.34:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 2]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.10: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.34: 9.00 (mass ratio). ..

[実施例3]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.13:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.45:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 3]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.13: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.45: 9.00 (mass ratio). ..

[実施例4]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.16:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.57:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 4]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.16: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.57: 9.00 (mass ratio). ..

[実施例5]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.20:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.68:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 5]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.20: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.68: 9.00 (mass ratio). ..

[比較例1]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.00:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.00:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 1]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.00: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.00: 9.00 (mass ratio). ..

[比較例2]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.23:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.80:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.23: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.80: 9.00 (mass ratio). ..

[比較例3]
正極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.06:6.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.26:6.00(質量比)へと変更し、負極用多孔質構造体の作製において、部材の配合比を8.28:0.54:0.18:0.21:9.00(質量比)から8.28:0.54:0.18:0.91:9.00(質量比)へと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 3]
In the production of the porous structure for the positive electrode, the compounding ratio of the members is changed from 8.28: 0.54: 0.18: 0.06: 6.00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18. : 0.26: 6.00 (mass ratio) was changed, and in the production of the porous structure for the negative electrode, the compounding ratio of the members was changed to 8.28: 0.54: 0.18: 0.21: 9. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed from 00 (mass ratio) to 8.28: 0.54: 0.18: 0.91: 9.00 (mass ratio). ..

[電極の空孔体積の算出]
実施例1~5および比較例1~3において作製した電極について、以下のようにして空孔体積を算出した。
(1)単位面積当たりの質量を測定した。材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求めた。
(2)マイクロメーターを用いて、電極の厚さ[A]を測定した。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]を算出した。
(4)測定した電極の厚さと算出した電極の厚さとの差(A-B)から電極の空孔体積を算出し、電極1mあたりの空孔体積を求めた。
[Calculation of electrode pore volume]
For the electrodes produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the pore volume was calculated as follows.
(1) The mass per unit area was measured. The mass of each material per unit area was calculated from the compounding ratio of the materials.
(2) The thickness [A] of the electrode was measured using a micrometer.
(3) Using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material, the electrode thickness [B] when the porosity was 0% was calculated.
(4) The pore volume of the electrode was calculated from the difference (AB) between the measured electrode thickness and the calculated electrode thickness, and the pore volume per 1 m 3 of the electrode was obtained.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

[ゲル形成性ポリマー空孔占有率の算出]
実施例1~5および比較例2~3において作製した電極におけるゲル形成性ポリマー空孔占有率を算出した。
[Calculation of gel-forming polymer pore occupancy]
The gel-forming polymer pore occupancy in the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 2 to 3 was calculated.

ゲル形成性ポリマー空孔占有率とは、ゲル形成性ポリマー以外の材料を用いて作製した電極の空孔体積に対する、ゲル形成性ポリマーを用いて作製した電極に含まれるゲル形成性ポリマーの体積の割合を意味する。すなわち、ゲル形成性ポリマー空孔占有率は、以下の式により算出した;
ゲル形成性ポリマー空孔占有率=ゲル形成性ポリマー体積/(ゲル形成性ポリマー体積+電極の空孔体積)。
The gel-forming polymer pore occupancy is the volume of the gel-forming polymer contained in the electrode made of the gel-forming polymer with respect to the pore volume of the electrode made of a material other than the gel-forming polymer. Means proportion. That is, the gel-forming polymer pore occupancy was calculated by the following formula;
Gel-forming polymer pore occupancy = gel-forming polymer volume / (gel-forming polymer volume + electrode pore volume).

具体的には、ゲル形成性ポリマー空孔占有率を以下のようにして算出した;
(1)単位面積当たりの質量を測定した。材料の配合比から、単位面積当たりの各材料の質量を求めた。
(2)マイクロメーターを用いて、電極の厚さ[A]を測定した。
(3)(1)で求めた各材料の質量と、各材料の密度とを用いて、空孔率0%である場合の電極の厚さ[B]と、各材料の体積とを算出した。
(4)測定した電極の厚さと算出した電極の厚さとの差(A-B)から電極の空孔体積を算出した。
(5)電極の空孔体積とゲル形成性ポリマーの体積とを用いて、ゲル形成性ポリマー空孔占有率を算出した。
Specifically, the gel-forming polymer pore occupancy was calculated as follows;
(1) The mass per unit area was measured. The mass of each material per unit area was calculated from the compounding ratio of the materials.
(2) The thickness [A] of the electrode was measured using a micrometer.
(3) Using the mass of each material obtained in (1) and the density of each material, the thickness [B] of the electrode when the porosity is 0% and the volume of each material were calculated. ..
(4) The pore volume of the electrode was calculated from the difference (AB) between the measured electrode thickness and the calculated electrode thickness.
(5) The gel-forming polymer pore occupancy was calculated using the volume of the pores of the electrode and the volume of the gel-forming polymer.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

[電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率の測定]
電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率は、電解液への浸漬前および浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量を測定して、以下の式により算出した;
吸液率(%)=[(電解液浸漬後のゲル形成性ポリマーの質量-電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量)/電解液浸漬前のゲル形成性ポリマーの質量]×100。
[Measurement of liquid absorption rate of gel-forming polymer with respect to electrolytic solution]
The liquid absorption rate of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution was calculated by the following formula by measuring the mass of the gel-forming polymer before and after immersion in the electrolytic solution;
Liquid absorption rate (%) = [(mass of gel-forming polymer after immersion in electrolytic solution-mass of gel-forming polymer before immersion in electrolytic solution) / mass of gel-forming polymer before immersion in electrolytic solution] × 100.

試料としては、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)(Kyner Flex 2501-10、Arkema製)をN-メチル-2-ピロリドンに溶解して、キャスト膜を作製した。キャスト膜の電解液への浸漬は、25℃~50℃にて24時間行った。 As a sample, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) (Kyner Flex 2501-10, manufactured by Arkema) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cast film. The cast membrane was immersed in the electrolytic solution at 25 ° C to 50 ° C for 24 hours.

吸液率を求めるための電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比1:1)にLiN(FSO 2mol/Lを溶解させて得られた電解液を用いた。 The electrolytic solution for determining the liquid absorption rate was obtained by dissolving 22 mol / L of LiN ( FSO 2 ) in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). An electrolytic solution was used.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

[出力特性評価]
出力評価は、25℃に設定した恒温槽内(ARSF-0250-10、エスペック株式会社製)に上記で作製したリチウムイオン電池を設置して実施した。出力評価は、リチウムイオン電池を厚み5mmウレタンラバーとシリコーンスポンジシートとで挟み込み、厚み10mmの金属板とM6ネジとを用いて6点拘束した状態で行った。初めに、低レート時の容量確認としてセル電圧範囲4.2~2.5V、電流値0.05Cレートにて充放電評価を2回行い、得られた容量を基準容量とした。Cレートは、2.5Vカットオフにて得られるセル放電容量を基に算出した。次に、0.05Cにて4.2Vまで充電した後、0.05C、0.1C、0.2C、0.33C、0.5Cレートにて、セル電圧2.5Vになるまで放電を行った。得られた0.33Cにおける[実効容量/基準容量×100]を[0.33C実効容量比(%)]とした。結果を表1に示す。
[Evaluation of output characteristics]
The output evaluation was carried out by installing the lithium ion battery prepared above in a constant temperature bath (ARSF-0250-10, manufactured by Espec Co., Ltd.) set at 25 ° C. The output evaluation was performed with a lithium ion battery sandwiched between a urethane rubber having a thickness of 5 mm and a silicone sponge sheet, and restrained at 6 points using a metal plate having a thickness of 10 mm and an M6 screw. First, as a capacity confirmation at a low rate, charge / discharge evaluation was performed twice with a cell voltage range of 4.2 to 2.5 V and a current value of 0.05 C rate, and the obtained capacity was used as a reference capacity. The C rate was calculated based on the cell discharge capacity obtained at the 2.5 V cutoff. Next, after charging to 4.2V at 0.05C, discharging is performed at 0.05C, 0.1C, 0.2C, 0.33C, and 0.5C rates until the cell voltage reaches 2.5V. rice field. The [effective capacity / reference capacity × 100] at the obtained 0.33C was defined as [0.33C effective capacity ratio (%)]. The results are shown in Table 1.

[DCR抵抗測定]
出力特性評価と同様に、0.05Cレートにて2サイクル充放電を行った後、SOCを50%に調整した。調整後のセルに対し、30秒間直流電流を流すことで得られる電圧から抵抗値を算出した。オーム抵抗は、電流印加直後(0.1秒)の電圧差から算出した。反応抵抗は、電流印加後1秒後の電圧差から算出した。拡散抵抗は、電流印加後30秒後の電圧差から算出した。電流印加に伴うセルOCVの変化量は、30秒印加後、十分に緩和させた後の電圧変動分から、電流印加時間に割り当てた平均電圧変動量を補正して求めた。
[DCR resistance measurement]
Similar to the output characteristic evaluation, the SOC was adjusted to 50% after charging and discharging for 2 cycles at a 0.05 C rate. The resistance value was calculated from the voltage obtained by passing a direct current through the adjusted cell for 30 seconds. The ohm resistance was calculated from the voltage difference immediately after the current was applied (0.1 seconds). The reaction resistance was calculated from the voltage difference 1 second after the current was applied. The diffusion resistance was calculated from the voltage difference 30 seconds after the current was applied. The amount of change in the cell OCV due to the application of the current was obtained by correcting the amount of the average voltage fluctuation assigned to the current application time from the voltage fluctuation after the application for 30 seconds and then sufficiently relaxing.

Figure 0007040364000004
Figure 0007040364000004

上記結果から、本発明に係る実施例の非水電解質二次電池は、比較例の電池と比べて、DC抵抗率が顕著に低下し、出力特性に優れることが分かる。 From the above results, it can be seen that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the example according to the present invention has a significantly lower DC resistivity and is excellent in output characteristics as compared with the battery of the comparative example.

10、50 双極型二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板(正極タブ)、
27 負極集電板(負極タブ)、
29、52 ラミネートフィルム、
31 シール部、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10,50 bipolar secondary battery,
11 current collector,
11a Outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b Outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 Positive electrode active material layer,
15 Negative electrode active material layer,
17 Electrolyte layer,
19 Single battery layer,
21,57 Power generation element,
23 Bipolar electrode,
25 Positive electrode current collector plate (positive electrode tab),
27 Negative electrode current collector plate (negative electrode tab),
29, 52 Laminating film,
31 Seal part,
58 Positive tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (6)

電極活物質およびゲル形成性ポリマーを含む電極活物質層が集電体の表面に配置された電極と、
前記電極の間に配置されたセパレータに電解液が含浸されてなる電解質層とを有し、
前記電極1mあたりの空孔体積をx[m]とし、前記電極1mあたりに含まれるゲル形成性ポリマーの体積をy[m]とし、前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率をz[%]としたとき、
Figure 0007040364000005
を満たす、非水電解質二次電池。
An electrode in which an electrode active material layer containing an electrode active material and a gel-forming polymer is arranged on the surface of a current collector, and an electrode.
The separator arranged between the electrodes has an electrolyte layer impregnated with an electrolytic solution, and has an electrolyte layer.
The volume of pores per 1 m 3 of the electrode is x [m 3 ], the volume of the gel-forming polymer contained in 1 m 3 of the electrode is y [m 3 ], and the absorption of the gel-forming polymer with respect to the electrolytic solution. When the rate is z [%]
Figure 0007040364000005
Meet, non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記x、yおよびzが、
Figure 0007040364000006
を満たす、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
The x, y and z are
Figure 0007040364000006
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
前記電極活物質層が前記電極活物質、前記ゲル形成性ポリマーおよび導電助剤からなる構造体を含む、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the electrode active material layer comprises a structure composed of the electrode active material, the gel-forming polymer, and a conductive auxiliary agent. 前記ゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the gel-forming polymer has a liquid absorption rate of 10% or more. 前記ゲル形成性ポリマーがポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HEP)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレートおよびポリプロピレングリコールジアクリレート、ならびにこれらの共重合体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 The gel-forming polymer is polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HEP), polymethylmethacrylate (PMMA), and the like. The item according to any one of claims 1 to 4, which is at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate and polypropylene glycol diacrylate, and copolymers thereof. The non-aqueous electrolyte secondary battery described. 電極活物質、ゲル形成性ポリマー、導電助剤および溶媒を含む電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工することにより電極活物質層を形成して、電極を得る工程と、
前記電極とセパレータとを積層して発電要素を得る工程と、
前記発電要素を外装体で覆い、電解液を注入する工程と、
を有し、
前記電解液に対するゲル形成性ポリマーの吸液率が10%以上である、非水電解質二次電池の製造方法。
A step of forming an electrode active material layer by applying an electrode active material slurry containing an electrode active material, a gel-forming polymer, a conductive auxiliary agent and a solvent to the surface of a current collector to obtain an electrode.
The process of laminating the electrode and the separator to obtain a power generation element, and
The process of covering the power generation element with an exterior body and injecting an electrolytic solution,
Have,
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the gel-forming polymer has a liquid absorption rate of 10% or more with respect to the electrolytic solution.
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