JPWO2019188693A1 - Electrolyte sheet and secondary battery - Google Patents
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Abstract
本発明の一側面は、1種又は2種以上のポリマと、無機酸化物粒子と、電解質塩とを含有する電解質シートであって、電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積が1000〜12000cm−1である、電解質シートである。One aspect of the present invention is an electrolyte sheet containing one or more polymers, inorganic oxide particles, and an electrolyte salt, and the total surface area of the inorganic oxide particles per 1 cm3 of the electrolyte sheet is from 1000 to It is the electrolyte sheet which is 12000 cm-1.
Description
本発明は、電解質シート及び二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte sheet and a secondary battery.
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、高性能な二次電池が必要とされている。中でもリチウム二次電池は、高いエネルギ密度を有するため、電気自動車用電池、電力貯蔵用電池等の電源として注目されている。具体的には、電気自動車用電池としてのリチウム二次電池は、エンジンを搭載しないゼロエミッション電気自動車、エンジン及び二次電池の両方を搭載したハイブリッド電気自動車、電力系統から直接充電させるプラグイン・ハイブリッド電気自動車等の電気自動車に採用されている。また、電力貯蔵用電池としてのリチウム二次電池は、電力系統が遮断された非常時に、予め貯蔵しておいた電力を供給する定置式電力貯蔵システム等に用いられている。 In recent years, with the spread of portable electronic devices, electric vehicles, and the like, high-performance secondary batteries are required. Among them, the lithium secondary battery has a high energy density, and thus has attracted attention as a power source for electric vehicle batteries, power storage batteries, and the like. Specifically, lithium secondary batteries as batteries for electric vehicles include zero-emission electric vehicles that do not have an engine, hybrid electric vehicles that have both an engine and a secondary battery, and plug-in hybrids that are directly charged from a power system. It is used in electric vehicles such as electric vehicles. Further, a lithium secondary battery as a power storage battery is used in a stationary power storage system or the like that supplies electric power stored in advance in an emergency when the power system is cut off.
このような二次電池の中でも、特に、電気自動車用のリチウム二次電池には、高い入出力特性及び高いエネルギ密度に加えて、高い安全性が要求されるため、安全性を確保するためのより高度な技術が求められている。より安全性の高い電池として、例えば特許文献1には、無機酸化物粒子を含むスラリを電極上に塗布し、乾燥させることにより、シート状の電解質(電解質シート)を備えるリチウム二次電池が記載されている。
Among such secondary batteries, in particular, a lithium secondary battery for an electric vehicle is required to have high safety in addition to high input / output characteristics and high energy density. More advanced technology is required. As a battery with higher safety, for example,
電解質シートには、二次電池の特性を向上させるために、高い導電率が求められると共に、引張強度等の機械的な強度も求められる。 The electrolyte sheet is required to have high electrical conductivity and mechanical strength such as tensile strength in order to improve the characteristics of the secondary battery.
そこで、本発明は、導電率及び引張強度に優れる電解質シート及びそれを用いた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 an electrolyte sheet excellent in conductivity and tensile strength and a secondary battery using the same.
本発明の一側面は、1種又は2種以上のポリマと、無機酸化物粒子と、電解質塩とを含有する電解質シートであって、電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積が1000〜12000cm−1である、電解質シートである。One aspect of the present invention is an electrolyte sheet containing one or more polymers, inorganic oxide particles, and an electrolyte salt, wherein the total surface area of the inorganic oxide particles in 1 cm 3 of the electrolyte sheet is 1000. It is an electrolyte sheet which is -12000 cm < -1 >.
1種又は2種以上のポリマを構成する構造単位の中に、四フッ化エチレン及びフッ化ビニリデンからなる群より選ばれる第1の構造単位と、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる第2の構造単位とが含まれていてよい。 A first structural unit selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride and vinylidene fluoride among the structural units constituting one or more polymers, and hexafluoropropylene, acrylic acid, maleic acid, ethyl methacrylate , And a second structural unit selected from the group consisting of methyl methacrylate.
ポリマの含有量は、電解質シート全量を基準として10〜40質量%であってよい。 The content of the polymer may be 10 to 40% by mass based on the total amount of the electrolyte sheet.
無機酸化物粒子は、SiO2、Al2O3、AlOOH、MgO、CaO、ZrO2、TiO2、Li7La3Zr2O12、及びBaTiO3からなる群より選ばれる少なくとも1種の粒子であってよい。The inorganic oxide particles are at least one kind of particles selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , AlOOH, MgO, CaO, ZrO 2 , TiO 2 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and BaTiO 3. You can
本発明の他の一側面は、一対の電極と、一対の電極間に設けられた、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解質シートと、を備える二次電池である。
Another aspect of the present invention is a secondary battery including a pair of electrodes and the electrolyte sheet according to any one of
一対の電極のそれぞれが、集電体と、集電体上に設けられた、電極活物質を含有する電極合剤層とを備え、電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積と、各電極合剤層1cm3に占める各電極活物質の総表面積との和が、8000cm−1以上であってよい。この場合、放電特性に優れる二次電池が得られる。Each of the pair of electrodes includes a current collector and an electrode mixture layer containing an electrode active material, which is provided on the current collector, and has a total surface area of the inorganic oxide particles in 1 cm 3 of the electrolyte sheet, The sum of 1 cm 3 of each electrode mixture layer and the total surface area of each electrode active material may be 8000 cm −1 or more. In this case, a secondary battery having excellent discharge characteristics can be obtained.
電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積が5000cm−1以上であり、かつ各電極合剤層1cm3に占める各電極活物質の総表面積が3000cm−1以上であってよい。The total surface area of the inorganic oxide particles occupying the
電極合剤層は、バインダを更に含有してよい。 The electrode mixture layer may further contain a binder.
本発明によれば、導電率及び引張強度に優れる電解質シート及びそれを用いた二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrolyte sheet having excellent conductivity and tensile strength, and a secondary battery using the same.
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。各図における構成要素の大きさは概念的なものであり、構成要素間の大きさの相対的な関係は各図に示されたものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The sizes of the constituent elements in each figure are conceptual, and the relative size relationships between the constituent elements are not limited to those shown in each figure.
本明細書における数値及びその範囲は、本発明を制限するものではない。本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書において段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載される数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例中に示されている値に置き換えてもよい。 Numerical values and ranges thereof in the present specification do not limit the present invention. In the present specification, the numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. In the numerical ranges described stepwise in the present specification, the upper limit or the lower limit described in one numerical range may be replaced with the upper limit or the lower limit described in another step. Further, in the numerical range described in the present specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。図1に示すように、二次電池1は、正極、負極及び電解質シートから構成される電極群2と、電極群2を収容する袋状の電池外装体3とを備えている。正極及び負極には、それぞれ正極集電タブ4及び負極集電タブ5が設けられている。正極集電タブ4及び負極集電タブ5は、それぞれ正極及び負極が二次電池1の外部と電気的に接続可能なように、電池外装体3の内部から外部へ突き出している。[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a secondary battery according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
電池外装体3は、例えばラミネートフィルムで形成されていてよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムであってよい。
The
図2は、図1に示した二次電池1における電極群2の一実施形態を示す分解斜視図である。図3は、図1に示した二次電池1における電極群2の一実施形態を示す模式断面図である。図2及び図3に示すように、本実施形態に係る電極群2Aは、正極6と、電解質シート(電解質層)7と、負極8とをこの順に備えている。正極6は、正極集電体9と、正極集電体9上に設けられた正極合剤層10とを備えている。正極集電体9には、正極集電タブ4が設けられている。負極8は、負極集電体11と、負極集電体11上に設けられた負極合剤層12とを備えている。負極集電体11には、負極集電タブ5が設けられている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of the
正極集電体9は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等で形成されていてよい。正極集電体9は、具体的には、例えば孔径0.1〜10mmの孔を有するアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等であってよい。正極集電体9は、上記以外にも、電池の使用中に溶解、酸化等の変化を生じないものであれば、任意の材料で形成されていてよく、また、その形状、製造方法等も制限されない。
The positive electrode
正極集電体9の厚さは、10μm以上であってよく、100μm以下であってもよく、正極全体の体積を小さくする観点から、好ましくは10〜50μmであり、電池を形成する際に小さな曲率で正極を捲回できる観点から、より好ましくは10〜20μmである。
The thickness of the positive electrode
正極合剤層10は、一実施形態において、正極活物質と、導電材と、バインダとを含有する。
In one embodiment, the positive
正極活物質は、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、Li4Mn5O12、LiMn2−aM1 aO2(ただし、M1=Co、Ni、Fe、Cr、Zn、及びTaからなる群より選ばれる1種であり、a=0.01〜0.2である。)、Li2Mn3M2O8(ただし、M2=Fe、Co、Ni、Cu、及びZnからなる群より選ばれる1種である。)、Li1−bM3 bMn2O4(ただし、M3=Mg、B、Al、Fe、Co、Ni、Cr、Zn、及びCaからなる群より選ばれる1種であり、b=0.01〜0.1である。)、LiFeO2、Fe2(SO4)3、LiCo1−dM5 dO2(ただし、M5=Ni、Fe、及びMnからなる群より選ばれる1種であり、d=0.01〜0.2である。)、LiNi1−eM6 eO2(ただし、M6=Mn、Fe、Co、Al、Ga、Ca、及びMgからなる群より選ばれる1種であり、e=0.01〜0.2である。)、Fe(MoO4)3、FeF3、LiFePO4、LiMnPO4等であってよい。正極活物質は、造粒されていない一次粒子であってもよく、造粒された二次粒子であってもよい。The positive electrode active material, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2
正極活物質の粒径は、正極合剤層10の厚さ以下になるように調整される。正極活物質中に正極合剤層10の厚さ以上の粒径を有する粗粒子がある場合、ふるい分級、風流分級等により粗粒子を予め除去し、正極合剤層10の厚さ以下の粒径を有する正極活物質を選別する。
The particle size of the positive electrode active material is adjusted to be equal to or less than the thickness of the positive
正極活物質の平均粒径Dp50は、正極活物質を好適に製造でき、粒径減少に伴う正極活物質の充填性の悪化を抑制しつつ、かつ、電解質の保持能力を高める観点から、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは1μm以上であり、更に好ましくは2μm以上である。正極活物質の平均粒径は、正極活物質の反応表面積を大きくし、二次電池の入出力特性を向上させる観点から、好ましくは20μm以下であり、より好ましくは10μm以下であり、更に好ましくは8μm以下である。正極活物質の平均粒径Dp50は、正極活物質全体の体積に対する比率(体積分率)が50%のときの粒径である。正極活物質の平均粒径Dp50は、レーザー散乱型粒径測定装置(例えば、マイクロトラック)を用いて、水中に正極活物質を懸濁させた懸濁液をレーザー散乱法により測定することで得られる。The average particle size Dp 50 of the positive electrode active material is preferably from the viewpoint that the positive electrode active material can be preferably produced and the deterioration of the filling property of the positive electrode active material due to the particle size reduction is suppressed, and at the same time, the electrolyte retention capacity is increased. Is 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, still more preferably 2 μm or more. The average particle size of the positive electrode active material is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably from the viewpoint of increasing the reaction surface area of the positive electrode active material and improving the input / output characteristics of the secondary battery. It is 8 μm or less. The average particle size Dp 50 of the positive electrode active material is the particle size when the ratio (volume fraction) to the volume of the entire positive electrode active material is 50%. The average particle size Dp 50 of the positive electrode active material is measured by a laser scattering method using a laser scattering particle size measuring device (for example, Microtrac) to measure a suspension of the positive electrode active material in water. can get.
正極活物質の充填率fpは、二次電池のエネルギ密度の低下を抑制する観点から、正極活物質、導電材及びバインダの合計の体積を基準として、好ましくは30体積%以上、より好ましくは40体積%以上、更に好ましくは50体積%以上である。正極活物質の充填率fpは、二次電池の寿命の低下を抑制する観点から、正極活物質、導電材及びバインダの合計の体積を基準として、好ましくは90体積%以下、より好ましくは85体積%以下、更に好ましくは80体積%以下である。 The filling rate fp of the positive electrode active material is preferably 30% by volume or more, and more preferably 40% by volume, based on the total volume of the positive electrode active material, the conductive material and the binder, from the viewpoint of suppressing the decrease in energy density of the secondary battery. It is at least volume%, more preferably at least 50 volume%. The filling rate fp of the positive electrode active material is preferably 90% by volume or less, more preferably 85 volume% based on the total volume of the positive electrode active material, the conductive material and the binder, from the viewpoint of suppressing the reduction in the life of the secondary battery. % Or less, more preferably 80% by volume or less.
正極活物質の充填率fpは、正極合剤層10の任意の表面又は断面を走査型電子顕微鏡により観察し、当該表面又は断面の単位面積に占める正極活物質の面積(占有面積;面積%)として、画像処理(二値化処理)により測定される。なお、正極合剤層10の任意の表面又は断面における正極活物質の占有面積はほぼ一定と考えられるため、当該占有面積を充填率fpとみなすことができる。
The filling factor fp of the positive electrode active material is the area (occupied area; area%) of the positive electrode active material occupying the unit area of the surface or the cross section of the positive
正極合剤層10の単位体積1cm3に占める(単位体積あたりの)正極活物質の総表面積Sp(以下、単に「正極活物質の総表面積Sp」ともいう)は、例えば1000cm−1以上又は2000cm−1以上であってよく、導電率に優れる観点から、3000cm−1以上であり、好ましくは5000cm−1以上、より好ましくは6000cm−1以上、更に好ましくは7000cm−1以上である。正極活物質の総表面積Spは、例えば、10000cm−1以下、9000cm−1以下、又は8000cm−1以下であってよい。The total surface area Sp (per unit volume) of the positive electrode active material occupying 1 cm 3 of the positive electrode mixture layer 10 (hereinafter, also simply referred to as “total surface area Sp of positive electrode active material”) is, for example, 1000 cm −1 or more or 2000 cm. may be at 1 or more, from the viewpoint of excellent electrical conductivity, and at 3000 cm -1 or more, preferably 5000 cm -1 or more, more preferably 6000 cm -1 or more, more preferably 7000 cm -1 or more. The total surface area Sp of the positive electrode active material may be, for example, 10000 cm -1 or less, 9000 cm -1 or less, or 8000 cm -1 or less.
正極活物質の総表面積Spは、下記式(1)により定義される。
Sp=6×104×fp/Dp50 (1)
式中、fpは上述した正極活物質の充填率(体積%)を示し、Dp50は上述した正極活物質の平均粒径(μm)を示す。The total surface area Sp of the positive electrode active material is defined by the following formula (1).
Sp = 6 × 10 4 × fp / Dp 50 (1)
In the formula, fp represents the filling rate (volume%) of the above-mentioned positive electrode active material, and Dp 50 represents the average particle diameter (μm) of the above-mentioned positive electrode active material.
なお、式(1)の右辺の定数項「6」の物理的意味は、以下のとおりである。まず、充填率fpが1(100体積%)、すなわち正極活物質を剛体球と仮定し、それが最小サイズの立方体の中に充填されている場合を考える。この立方体が上下左右に隙間なく整列し、各立方体の中に1つずつの正極活物質が存在している。ここで、活物質の半径をR(cm)とおく。正極活物質は互いに同一サイズで、各活物質が存在する状態は同じなので、正極活物質の総表面積Spは、一個の立方体に存在する活物質に着目して、その表面積と体積との比に等しくなる。すなわち、Spは以下の式で表される。
Sp=正極活物質の表面積/正極活物質の体積
=4πR2/(4πR3/3)
=3/R (2)
ここで、R(cm)=Db50(μm)×10−4/2の関係より、式(2)は式(3)に変換される。
Sp=3/(Db50×10−4/2)
=6×104/Dp50 (3)
そして、fpが1未満の場合には、式(3)の右辺をfp倍すればよいので、正極活物質の充填率がfpの場合の一般式は、上記の式(1)になる。The physical meaning of the constant term “6” on the right side of the equation (1) is as follows. First, assume that the filling rate fp is 1 (100% by volume), that is, the positive electrode active material is a rigid sphere, and that it is filled in a cube of the minimum size. The cubes are aligned vertically and horizontally without a gap, and one positive electrode active material is present in each cube. Here, the radius of the active material is set to R (cm). Since the positive electrode active materials have the same size and the respective active materials are in the same state, the total surface area Sp of the positive electrode active material is the active material present in one cube, and the total surface area Sp is calculated as the ratio of the surface area to the volume. Will be equal. That is, Sp is represented by the following formula.
Sp = positive electrode active volume area / positive active material of the material = 4πR 2 / (4πR 3/ 3)
= 3 / R (2)
Here, from the relationship of R (cm) = Db 50 (μm) × 10 −4 / 2, Expression (2) is converted into Expression (3).
Sp = 3 / (Db 50 × 10 −4 / 2)
= 6 × 10 4 / Dp 50 (3)
When fp is less than 1, the right side of the formula (3) may be multiplied by fp, so that the general formula when the filling rate of the positive electrode active material is fp is the above formula (1).
式(1)で示されるとおり、正極活物質の総表面積Spは、正極活物質の充填率fp及び平均粒径Dp50の関数で表現され、充填率fpが大きくなるほど、又は平均粒径Dp50が小さくなるほど、増大するという挙動を示す。充填率fpは、正極合剤層10の単位体積中の正極活物質の数に単調に比例する関係にあり、Dp50が小さくなるほど、表面積は増加することから、式(1)の挙動を理解することができる。As shown by the formula (1), the total surface area Sp of the positive electrode active material is expressed by a function of the filling rate fp of the positive electrode active material and the average particle diameter Dp 50 , and the larger the filling rate fp is, or the average particle diameter Dp 50. The smaller the value, the larger the value. The filling rate fp has a relationship that is monotonically proportional to the number of positive electrode active materials in the unit volume of the positive
導電材は、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ等の導電性炭素材料であってよい。 The conductive material may be a conductive carbon material such as carbon black, graphite, carbon fiber or carbon nanotube.
導電材の含有量は、正極6の導電性に優れ、二次電池の入出力特性を向上させる観点から、正極合剤層全量を基準として、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上、特に好ましくは3質量%以上である。導電材の含有量は、正極の体積の増加及びそれに伴う二次電池1のエネルギ密度の低下を抑制する観点から、正極合剤層全量を基準として、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは8質量%以下である。
The content of the conductive material is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0% based on the total amount of the positive electrode mixture layer, from the viewpoint of excellent conductivity of the
バインダは、正極6の表面で分解しないものであれば制限されないが、例えばポリマである。バインダは、カルボキシルメチルセルロース、酢酸セルロース、エチルセルロース等のセルロース化合物、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリアクリル酸、ポリイミド、ポリアミドなどであってもよい。
The binder is not limited as long as it does not decompose on the surface of the
バインダの含有量は、耐久性及び二次電池の寿命の特性に優れる観点から、正極合剤層全量を基準として、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは3質量%以上である。バインダの含有量は、二次電池のエネルギ密度に優れる観点から、正極合剤層全量を基準として、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは7質量%以下である。 The content of the binder is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and further preferably, based on the total amount of the positive electrode mixture layer, from the viewpoint of excellent durability and life characteristics of the secondary battery. It is 3% by mass or more. The content of the binder is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, further preferably 10% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode mixture layer, from the viewpoint of excellent energy density of the secondary battery. It is preferably 7% by mass or less.
正極合剤層10の厚さは、導電率を更に向上させる観点から、正極活物質の平均粒径以上の厚さであり、具体的には、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、更に好ましくは20μm以上である。正極合剤層10の厚さは、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは80μm以下であり、更に好ましくは50μm以下である。正極合剤層の厚さを80μm以下とすることにより、正極合剤層10の表面近傍及び正極集電体9の表面近傍の正極活物質の充電レベルのばらつきに起因する充放電の偏りを抑制できる。
From the viewpoint of further improving the conductivity, the thickness of the positive
正極合剤層10の合剤密度は、導電材と正極活物質とを互いに密着させ、正極合剤層10の電子抵抗を低減する観点から、好ましくは2g/cm3以上であり、例えば3.5g/cm3以下であってよい。The mixture density of the positive
負極集電体11は、銅、ステンレス鋼、チタン、ニッケル等で形成されていてよい。負極集電体11は、具体的には、圧延銅箔、例えば孔径0.1〜10mmの孔を有する銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等であってよい。負極集電体11は、上記以外の任意の材料で形成されていてもよく、また、その形状、製造方法等も制限されない。
The negative electrode
負極集電体11の厚さは、10μm以上であってよく、100μm以下であってもよく、負極全体の体積を小さくする観点から、好ましくは10〜50μmであり、電池を形成する際に小さな曲率で負極を捲回できる観点から、より好ましくは10〜20μmである。
The thickness of the negative electrode
負極合剤層12は、一実施形態において、負極活物質とバインダとを含有する。
In one embodiment, the negative
負極活物質は、エネルギデバイスの分野で常用されるものを使用できる。負極活物質としては、具体的には、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属化合物、炭素材料、金属錯体、及び有機高分子化合物が挙げられる。負極活物質は上記のうち1種を単独で用いられてもよく、2種以上を組み合わせて用いられてもよい。負極活物質は、好ましくは炭素材料である。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛、非晶質炭素、炭素繊維、及びアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックなどが挙げられる。負極活物質は、非晶質炭素で被覆した天然黒鉛(理論容量:372Ah/kg)であってもよく、より大きな理論容量(例えば500〜1500Ah/kg)を得る観点から、シリコン、スズ又はこれらの元素を含む化合物(酸化物、窒化物、他の金属との合金)であってもよい。容量が大きい材料を用いると、負極合剤層12の厚さを薄くすることができ、二次電池1の中に収納可能な電極面積を増大させることができる。その結果、二次電池1の抵抗を低下させて高出力が可能になると同時に、黒鉛負極を用いたときよりも二次電池1の容量を高めることができる。
As the negative electrode active material, those commonly used in the field of energy devices can be used. Specific examples of the negative electrode active material include metallic lithium, lithium alloys, metallic compounds, carbon materials, metallic complexes, and organic polymer compounds. As the negative electrode active material, one of the above materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. The negative electrode active material is preferably a carbon material. Examples of the carbon material include natural graphite (scaly graphite, etc.), graphite such as artificial graphite, amorphous carbon, carbon fiber, and carbon such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. Examples include black. The negative electrode active material may be natural graphite coated with amorphous carbon (theoretical capacity: 372 Ah / kg). From the viewpoint of obtaining a larger theoretical capacity (for example, 500 to 1500 Ah / kg), silicon, tin, or these It may be a compound (oxide, nitride, alloy with another metal) containing the element. If a material having a large capacity is used, the thickness of the negative
負極活物質の平均粒径Dn50は、負極活物質を好適に製造でき、粒径減少に伴う不可逆容量の増加を抑制しつつ、かつ、電解質の保持能力を高めたバランスの良い負極8を得る観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上であり、更に好ましくは5μm以上であり、特に好ましくは10μm以上である。負極活物質の平均粒径(Dn50)は、負極活物質の反応表面積を大きくし、二次電池の入出力特性を向上させる観点から、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは30μm以下であり、更に好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは15μm以下である。負極活物質の平均粒径Dn50は、負極活物質全体の体積に対する比率(体積分率)が50%のときの粒径であり、正極活物質の平均粒径Dp50と同様に測定できる。The average particle size Dn 50 of the negative electrode active material is such that the negative electrode active material can be suitably manufactured, and the well-balanced
負極活物質の充填率fnは、二次電池のエネルギ密度の低下を抑制する観点から、負極活物質、導電材及びバインダの合計の体積を基準として、好ましくは30体積%以上、より好ましくは40体積%以上、更に好ましくは50体積%以上である。負極活物質の充填率fnは、二次電池の寿命の低下を抑制する観点から、負極活物質、導電材及びバインダの合計の体積を基準として、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは70体積%以下である。負極活物質の充填率fnは、正極活物質の充填率fpと同様に測定できる。 The filling rate fn of the negative electrode active material is preferably 30% by volume or more, more preferably 40% or more, based on the total volume of the negative electrode active material, the conductive material and the binder, from the viewpoint of suppressing the decrease in energy density of the secondary battery. It is at least volume%, more preferably at least 50 volume%. The filling rate fn of the negative electrode active material is preferably 90% by volume or less, more preferably 80 volume% based on the total volume of the negative electrode active material, the conductive material and the binder, from the viewpoint of suppressing the decrease in the life of the secondary battery. % Or less, more preferably 70% by volume or less. The filling rate fn of the negative electrode active material can be measured in the same manner as the filling rate fp of the positive electrode active material.
負極合剤層12の単位体積1cm3に占める(単位体積あたりの)負極活物質の総表面積Sn(以下、単に「負極活物質の総表面積Sn」ともいう)は、例えば1000cm−1以上又は2000cm−1以上であってよく、導電率に優れる観点から、3000cm−1以上であり、好ましくは4000cm−1以上、より好ましくは5000cm−1以上、更に好ましくは7000cm−1以上である。負極活物質の総表面積Snは、例えば、10000cm−1以下、9000cm−1以下、又は8000cm−1以下であってよい。The total surface area Sn of the negative electrode active material (per unit volume) occupying a unit volume of 1 cm 3 of the negative electrode mixture layer 12 (hereinafter, also simply referred to as “total surface area Sn of the negative electrode active material”) is, for example, 1000 cm −1 or more or 2000 cm. may be at 1 or more, from the viewpoint of excellent electrical conductivity, and at 3000 cm -1 or more, preferably 4000 cm -1 or more, more preferably 5000 cm -1 or more, more preferably 7000 cm -1 or more. The total surface area Sn of the negative electrode active material may be, for example, 10000 cm -1 or less, 9000 cm -1 or less, or 8000 cm -1 or less.
負極活物質の総表面積Snは、下記式(4)により定義される。
Sn=6×104×fn/Dn50 (4)
式中、fnは上述した負極活物質の充填率(体積%)を示し、Dn50は上述した負極活物質の平均粒径(μm)を示す。なお、式(4)の右辺の定数項「6」の物理的意味は、式(1)と同様である。また、式(1)と同様に、負極活物質の総表面積Snは、負極活物質の充填率fn及び平均粒径Dn50の関数で表現され、充填率fnが大きくなるほど、又は平均粒径Dn50が小さくなるほど、増大するという挙動を示す。充填率fnは、負極合剤層12の単位体積中の負極活物質の数に単調に比例する関係にあり、Dn50が小さくなるほど、表面積は増加することから、式(4)の挙動を理解することができる。The total surface area Sn of the negative electrode active material is defined by the following formula (4).
Sn = 6 × 10 4 × fn / Dn 50 (4)
In the formula, fn represents the filling rate (volume%) of the negative electrode active material described above, and Dn 50 represents the average particle size (μm) of the negative electrode active material described above. The physical term of the constant term “6” on the right side of the equation (4) is the same as that of the equation (1). Further, like the formula (1), the total surface area Sn of the negative electrode active material is expressed by a function of the filling rate fn of the negative electrode active material and the average particle size Dn 50. As the filling rate fn becomes larger, or the average particle size Dn becomes larger. The smaller 50 is, the larger the behavior is. The filling rate fn is in a relationship that is monotonically proportional to the number of negative electrode active materials in the unit volume of the negative
バインダ及びその含有量は、上述した正極合剤層10におけるバインダ及びその含有量と同様であってよい。
The binder and the content thereof may be the same as the binder and the content thereof in the positive
負極合剤層12は、負極8の抵抗を更に低くする観点から、導電材を更に含有してもよい。導電材及びその含有量は、上述した正極合剤層10における導電材及びその含有量と同様であってよい。
The negative
負極合剤層12の厚さは、導電率を更に向上させる観点から、負極活物質の平均粒径以上であり、具体的には、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは15μm以上であり、更に好ましくは20μm以上である。負極合剤層12の厚さは、好ましくは70μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは40μm以下であり、特に好ましくは30μm以下である。負極合剤層12の厚さを70μm以下とすることにより、負極合剤層12の表面近傍及び負極集電体11の表面近傍の正極活物質の充電レベルのばらつきに起因する充放電の偏りを抑制できる。
From the viewpoint of further improving the conductivity, the thickness of the negative
負極合剤層12の合剤密度は、導電材と負極活物質とを互いにを密着させ、負極合剤層12の電子抵抗を低減する観点から、好ましくは1g/cm3以上である。The mixture density of the negative
電解質シート7は、1種又は2種以上のポリマと、無機酸化物粒子と、電解質塩とを含有する。
The
1種又は2種以上のポリマを構成する構造単位(モノマ単位)の中には、四フッ化エチレン及びフッ化ビニリデンからなる群より選ばれる第1の構造単位(モノマ単位)と、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる第2の構造単位(モノマ単位)とが含まれていてよい。 Among structural units (monomer units) constituting one or more polymers, a first structural unit (monomer unit) selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride and vinylidene fluoride, and hexafluoropropylene And a second structural unit (monomer unit) selected from the group consisting of acrylic acid, maleic acid, ethyl methacrylate, and methyl methacrylate.
第1の構造単位及び第2の構造単位は、1種のポリマに含まれてコポリマを構成してもよい。すなわち、電解質シート7は、一実施形態において、第1の構造単位と第2の構造単位との両方を含む少なくとも1種のコポリマを含有する。コポリマは、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ、フッ化ビニリデンとマレイン酸とのコポリマ、フッ化ビニリデンとメチルメタクリレートとのコポリマ等であってよい。電解質シート7がコポリマを含有する場合、その他のポリマを更に含有していてもよい。
The first structural unit and the second structural unit may be included in one type of polymer to form a copolymer. That is, in one embodiment, the
第1の構造単位及び第2の構造単位は、それぞれ別のポリマに含まれて、第1の構造単位を有する第1のポリマと、第2の構造単位を有する第2のポリマとの少なくとも2種のポリマを構成していてもよい。すなわち、電解質シート7は、一実施形態において、第1の構造単位を含む第1のポリマと、第2の構造単位を含む第2のポリマとの少なくとも2種以上のポリマをポリマとして含有する。電解質シート7が第1のポリマ及び第2のポリマを含有する場合、その他のポリマを更に含有していてもよい。
The first structural unit and the second structural unit are contained in different polymers, respectively, and at least two of the first polymer having the first structural unit and the second polymer having the second structural unit are included. It may also constitute the polymer of the seed. That is, in one embodiment, the
第1のポリマは、第1の構造単位のみからなるポリマであってもよく、第1の構造単位に加えてその他の構造単位を更に有するポリマであってもよい。その他の構造単位は、エチレンオキシド(−CH2CH2O−)、カルボン酸エステル(−CH2COO−)等の含酸素炭化水素構造であってよい。第1のポリマは、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、及び、これらの分子構造の内部に前記含酸素炭化水素構造が導入されたポリマであってよい。The first polymer may be a polymer composed of only the first structural unit, or may be a polymer further having another structural unit in addition to the first structural unit. Other structural units are ethylene oxide (-CH 2 CH 2 O-), may be oxygenated hydrocarbon structure, such as a
第2のポリマは、第2の構造単位のみからなるポリマであってもよく、第2の構造単位に加えてその他の構造単位を更に有するポリマであってもよい。その他の構造単位は、エチレンオキシド(−CH2CH2O−)、カルボン酸エステル(−CH2COO−)等の含酸素炭化水素構造であってよい。The second polymer may be a polymer composed of only the second structural unit, or may be a polymer further having another structural unit in addition to the second structural unit. Other structural units are ethylene oxide (-CH 2 CH 2 O-), may be oxygenated hydrocarbon structure, such as a
第1のポリマと第2のポリマとの組合せとしては、ポリフッ化ビニリデンとポリアクリル酸、ポリ四フッ化エチレンとポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデンとポリメチルメタクリレート等が挙げられる。 Examples of the combination of the first polymer and the second polymer include polyvinylidene fluoride and polyacrylic acid, polytetrafluoroethylene and polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride and polymethyl methacrylate, and the like.
第1の構造単位の含有量は、電解質シート7の強度を更に向上させる観点から、ポリマを構成する構造単位全量を基準として、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上であり、更に好ましくは20質量%以上である。第1の構造単位の含有量は、ポリマを構成する構造単位全量を基準として、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、更に好ましくは30質量%以下である。
From the viewpoint of further improving the strength of the
第2の構造単位の含有量は、ポリマを構成する構造単位全量を基準として、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは3質量%以上であり、更に好ましくは5質量%以上である。第2の構造単位の含有量は、電解質シート7の強度を更に向上させる観点から、ポリマを構成する構造単位全量を基準として、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以下である。
The content of the second structural unit is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and further preferably 5% by mass or more, based on the total amount of structural units constituting the polymer. From the viewpoint of further improving the strength of the
ポリマの含有量は、電解質シート7の強度を更に向上させる観点から、電解質シート全量を基準として、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは15質量%以上であり、更に好ましくは20質量%以上であり、特に好ましくは25質量%以上である。ポリマの含有量は、導電率を更に向上させる観点から、電解質シート全量を基準として、好ましくは40質量%以下であり、より好ましくは35質量%以下であり、更に好ましくは30質量%以下であり、特に好ましくは28質量%以下である。ポリマの含有量は、10〜40質量%、10〜35質量%、10〜30質量%、10〜38質量%、15〜40質量%、15〜35質量%、15〜30質量%、15〜38質量%、20〜40質量%、20〜35質量%、20〜30質量%、20〜38質量%、25〜40質量%、25〜35質量%、25〜30質量%、又は25〜38質量%であってもよい。
From the viewpoint of further improving the strength of the
無機酸化物粒子は、例えば、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Zr、La、Na、K、Ba、Sr、V、Nb、B、Ge等を構成元素として含んでいてよい。無機酸化物粒子は、好ましくは、SiO2、Al2O3、AlOOH、MgO、CaO、ZrO2、TiO2、Li7La3Zr2O12、及びBaTiO3からなる群より選ばれる少なくとも1種の粒子である。無機酸化物粒子は極性を有するため、電解質シート7中の電解質の解離を促進するとともに、ポリマの非晶質化を助長して電解質のカチオン成分の拡散速度を高める。The inorganic oxide particles may include, for example, Li, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Zr, La, Na, K, Ba, Sr, V, Nb, B, Ge as constituent elements. The inorganic oxide particles are preferably at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , AlOOH, MgO, CaO, ZrO 2 , TiO 2 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and BaTiO 3. Particles. Since the inorganic oxide particles have polarity, they accelerate the dissociation of the electrolyte in the
無機酸化物粒子の平均粒径(Di50)は、電解質のカチオン成分が拡散する断面積を大きくし、導電率を更に向上させる観点から、好ましくは0.005μm以上であり、より好ましくは0.01μm以上であり、更に好ましくは0.03μm以上である。無機酸化物粒子の平均粒径(Di50)は、電解質シート7を更に好適に薄くすることができる観点から、好ましくは5μm以下であり、より好ましくは3μm以下であり、更に好ましくは1μm以下である。無機酸化物粒子の平均粒径(Di50)は、無機酸化物粒子全体の体積に対する比率(体積分率)が50%のときの粒径である。無機酸化物粒子の平均粒径(Di50)は、レーザー散乱型粒径測定装置(例えば、マイクロトラック)を用いて、水中に無機酸化物粒子を懸濁させた懸濁液をレーザー散乱法により測定することで得られる。The average particle diameter (Di 50 ) of the inorganic oxide particles is preferably 0.005 μm or more, and more preferably 0.005 μm or more, from the viewpoint of increasing the cross-sectional area in which the cation component of the electrolyte diffuses and further improving the conductivity. It is at least 01 μm, more preferably at least 0.03 μm. The average particle diameter (Di 50 ) of the inorganic oxide particles is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and further preferably 1 μm or less, from the viewpoint that the
無機酸化物粒子の形状は、例えば塊状又は略球状であってよい。無機酸化物粒子のアスペクト比は、電解質シート7の薄層化を容易にする観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは2以下である。アスペクト比は、無機酸化物粒子の走査型電子顕微鏡写真にて、粒子の長軸方向の長さ(粒子の最大長さ)と、粒子の短軸方向の長さ(粒子の最小長さ)との比として定義される。粒子の長さは、前記写真を、市販の画像処理ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、A像くん(登録商標))を用いて、統計的に計算して求めることが可能である。
The shape of the inorganic oxide particles may be, for example, lumpy or substantially spherical. The aspect ratio of the inorganic oxide particles is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 2 or less, from the viewpoint of facilitating thinning of the
無機酸化物粒子の充填率fiは、電解質シート全体積を基準として、5体積%以上、7体積%以上、又は10体積%以上であってよく、50体積%以下、40体積%以下、又は20体積%以下であってよい。無機酸化物粒子の充填率fiは、電解質シート7の任意の表面又は断面を走査型電子顕微鏡により観察し、当該表面又は断面の単位面積に占める無機酸化物粒子の面積(占有面積;面積%)として、画像処理(二値化処理)により測定される。なお、電解質シート7の任意の表面又は断面における無機酸化物粒子の占有面積はほぼ一定と考えられるため、当該占有面積を充填率fiとみなすことができる。
The filling factor fi of the inorganic oxide particles may be 5% by volume or more, 7% by volume or more, or 10% by volume or more, and 50% by volume or less, 40% by volume or less, or 20 based on the total volume of the electrolyte sheet. It may be less than or equal to volume%. The filling rate fi of the inorganic oxide particles is the area (occupied area; area%) of the inorganic oxide particles occupying the unit area of the surface or the cross section by observing an arbitrary surface or the cross section of the
電解質シート7の単位体積1cm3に占める(単位体積あたりの)無機酸化物粒子の総表面積Si(以下、単に「無機酸化物粒子の総表面積Si」ともいう)は、導電率に優れる観点から、1000cm−1以上であり、好ましくは2000cm−1以上、より好ましくは3000cm−1以上、更に好ましくは5000cm−1以上である。無機酸化物粒子の総表面積Siは、引張強度に優れる観点から、12000cm−1以下であり、好ましくは10000cm−1以下、より好ましくは9000cm−1以下、更に好ましくは8000cm−1以下である。無機酸化物粒子の総表面積Siは、導電率及び引張強度に優れる観点から、好ましくは、1000〜12000cm−1、1000〜10000cm−1、1000〜9000cm−1、1000〜8000cm−1、2000〜12000cm−1、2000〜10000cm−1、2000〜9000cm−1、2000〜8000cm−1、3000〜12000cm−1、3000〜10000cm−1、3000〜9000cm−1、3000〜8000cm−1、5000〜12000cm−1、5000〜10000cm−1、5000〜9000cm−1、又は5000〜8000cm−1である。The total surface area Si (per unit volume) of the inorganic oxide particles occupying a unit volume of 1 cm 3 of the electrolyte sheet 7 (hereinafter, also simply referred to as “total surface area Si of the inorganic oxide particles”) is excellent in conductivity. and at 1000 cm -1 or more, preferably 2000 cm -1 or more, more preferably 3000 cm -1 or more, more preferably 5000 cm -1 or more. The total surface area Si of the inorganic oxide particles, from the viewpoint of excellent tensile strength is at 12000 -1 or less, preferably 10000 cm -1 or less, more preferably 9000 cm -1 or less, more preferably 8000 cm -1 or less. The total surface area Si of the inorganic oxide particles, from the viewpoint of excellent conductivity and tensile strength, preferably, 1000~12000cm -1, 1000~10000cm -1, 1000~9000cm -1, 1000~8000cm -1, 2000~12000cm -1, 2000~10000cm -1, 2000~9000cm -1, 2000~8000cm -1, 3000~12000cm -1, 3000~10000cm -1, 3000~9000cm -1, 3000~8000cm -1, 5000~12000cm -1 , 5000~10000cm -1, a 5000~9000cm -1, or 5000~8000cm -1.
無機酸化物粒子の総表面積Siは、下記式(5)により定義される。
Si=6×104×fi/Di50 (5)
式中、fiは上述した無機酸化物粒子の充填率(体積%)を示し、Di50は上述した無機酸化物粒子の平均粒径(μm)を示す。なお、式(5)の右辺の定数項「6」の物理的意味は、式(1)と同様である。The total surface area Si of the inorganic oxide particles is defined by the following formula (5).
Si = 6 × 10 4 × fi / Di 50 (5)
In the formula, fi represents the filling rate (volume%) of the above-mentioned inorganic oxide particles, and Di 50 represents the average particle diameter (μm) of the above-mentioned inorganic oxide particles. The physical term of the constant term “6” on the right side of the equation (5) is the same as that of the equation (1).
電解質シート7において、導電率を更に向上させる観点から、無機酸化物粒子の総表面積Siが上記の範囲であると共に、ポリマの含有量に対する無機酸化物粒子の含有量の質量比(無機酸化物粒子の含有量/ポリマの含有量)は、好ましくは0.5/2以上、より好ましくは0.7/2以上、更に好ましくは0.8/2以上であり、好ましくは1.8/2以下、より好ましくは1.4/2以下、更に好ましくは1.2/2以下である。
In the
電解質塩は、リチウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩及びマグネシウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である。電解質塩は、正極6と負極8との間でカチオンを授受させるために用いられる化合物である。上記の電解質塩は、低温では解離度が低く、溶媒中で拡散しやすいことに加え、高温により熱分解しないため、二次電池が使用可能な環境温度が広範となる点で好ましい。電解質塩は、フッ素イオン電池において用いられる電解質塩であってもよい。
The electrolyte salt is at least one selected from the group consisting of lithium salt, sodium salt, calcium salt and magnesium salt. The electrolyte salt is a compound used for exchanging cations between the
電解質塩のアニオンは、ハロゲン化物イオン(I−、Cl−、Br−等)、SCN−、BF4 −、BF3(CF3)−、BF3(C2F5)−、PF6 −、ClO4 −、SbF6 −、N(SO2F)2 −、N(SO2CF3)2 −、N(SO2C2F5)2 −、B(C6H5)4 −、B(O2C2H4)2 −、C(SO2F)3 −、C(SO2CF3)3 −、CF3COO−、CF3SO2O−、C6F5SO2O−、B(O2C2O2)2 −等であってよい。アニオンは、好ましくは、PF6 −、BF4 −、N(SO2F)2 −、N(SO2CF3)2 −、B(O2C2O2)2 −、又はClO4 −である。Anions of the electrolyte salt include halide ions (I − , Cl − , Br −, etc.), SCN − , BF 4 − , BF 3 (CF 3 ) − , BF 3 (C 2 F 5 ) − , PF 6 − , ClO 4 − , SbF 6 − , N (SO 2 F) 2 − , N (SO 2 CF 3 ) 2 − , N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 − , B (C 6 H 5 ) 4 − , B (O 2 C 2 H 4) 2 -, C (SO 2 F) 3 -, C (SO 2 CF 3) 3 -,
なお、以下では下記の略称を用いる場合がある。
[FSI]−:N(SO2F)2 −、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン
[TFSI]−:N(SO2CF3)2 −、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン
[BOB]−:B(O2C2O2)2 −、ビスオキサレートボラートアニオン
[f3C]−:C(SO2F)3 −、トリス(フルオロスルホニル)カルボアニオンThe following abbreviations may be used below.
[FSI] − : N (SO 2 F) 2 − , bis (fluorosulfonyl) imide anion [TFSI] − : N (SO 2 CF 3 ) 2 − , bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion [BOB] − : B (O 2 C 2 O 2) 2 -, bis oxalate borate anion [f3C] -: C (SO 2 F) 3 -, tris (fluorosulfonyl) carbanions
リチウム塩は、LiPF6、LiBF4、Li[FSI]、Li[TFSI]、Li[f3C]、Li[BOB]、LiClO4、LiBF3(CF3)、LiBF3(C2F5)、LiBF3(C3F7)、LiBF3(C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiCF3SO2O、LiCF3COO、及びLiRCOO(Rは、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , Li [FSI], Li [TFSI], Li [f3C], Li [BOB], LiClO 4 , LiBF 3 (CF 3 ), LiBF 3 (C 2 F 5 ), LiBF. 3 (C 3 F 7 ), LiBF 3 (C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiCF 3 SO 2 O, LiCF 3 COO, and LiRCOO (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). , A phenyl group, or a naphthyl group.).
ナトリウム塩は、NaPF6、NaBF4、Na[FSI]、Na[TFSI]、Na[f3C]、Na[BOB]、NaClO4、NaBF3(CF3)、NaBF3(C2F5)、NaBF3(C3F7)、NaBF3(C4F9)、NaC(SO2CF3)3、NaCF3SO2O、NaCF3COO、及びNaRCOO(Rは、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。The sodium salt includes NaPF 6 , NaBF 4 , Na [FSI], Na [TFSI], Na [f3C], Na [BOB], NaClO 4 , NaBF 3 (CF 3 ), NaBF 3 (C 2 F 5 ), NaBF. 3 (C 3 F 7 ), NaBF 3 (C 4 F 9 ), NaC (SO 2 CF 3 ) 3 , NaCF 3 SO 2 O, NaCF 3 COO, and NaRCOO (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). , A phenyl group, or a naphthyl group.).
カルシウム塩は、Ca(PF6)2、Ca(BF4)2、Ca[FSI]2、Ca[TFSI]2、Ca[f3C]2、Ca[BOB]2、Ca(ClO4)2、Ca[BF3(CF3)]2、Ca[BF3(C2F5)]2、Ca[BF3(C3F7)]2、Ca[BF3(C4F9)]2、Ca[C(SO2CF3)3]2、Ca(CF3SO2O)2、Ca(CF3COO)2、及びCa(RCOO)2(Rは、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。The calcium salt is Ca (PF 6 ) 2 , Ca (BF 4 ) 2 , Ca [FSI] 2 , Ca [TFSI] 2 , Ca [f3C] 2 , Ca [BOB] 2 , Ca (ClO 4 ) 2 , Ca. [BF 3 (CF 3 )] 2 , Ca [BF 3 (C 2 F 5 )] 2 , Ca [BF 3 (C 3 F 7 )] 2 , Ca [BF 3 (C 4 F 9 )] 2 , Ca [C (SO 2 CF 3 ) 3 ] 2 , Ca (CF 3 SO 2 O) 2 , Ca (CF 3 COO) 2 , and Ca (RCOO) 2 (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, phenyl Group or a naphthyl group).
マグネシウム塩は、Mg(PF6)2、Mg(BF4)2、Mg[FSI]2、Mg[TFSI]2、Mg[f3C]2、Mg[BOB]2、Na(ClO4)2、Mg[BF3(CF3)]2、Mg[BF3(C2F5)]2、Mg[BF3(C3F7)]2、Mg[BF3(C4F9)]2、Mg[C(SO2CF3)3]2、Mg(CF3SO3)2、Mg(CF3COO)2、及びMg(RCOO)2(Rは、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。The magnesium salt includes Mg (PF 6 ) 2 , Mg (BF 4 ) 2 , Mg [FSI] 2 , Mg [TFSI] 2 , Mg [f3C] 2 , Mg [BOB] 2 , Na (ClO 4 ) 2 , Mg. [BF 3 (CF 3 )] 2 , Mg [BF 3 (C 2 F 5 )] 2 , Mg [BF 3 (C 3 F 7 )] 2 , Mg [BF 3 (C 4 F 9 )] 2 , Mg [C (SO 2 CF 3) 3] 2, Mg (
これらのうち、解離性及び電気化学的安定性の観点から、電解質塩は、好ましくはLiPF6、LiBF4、Li[FSI]、Li[TFSI]、Li[f3C]、Li[BOB]、LiClO4、LiBF3(CF3)、LiBF3(C2F5)、LiBF3(C3F7)、LiBF3(C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiCF3SO2O、LiCF3COO、及びLiRCOO(Rは、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、又はナフチル基である。)からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはLi[TFSI]、Li[FSI]、LiPF6、LiBF4、Li[BOB]、及びLiClO4からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはLi[TFSI]、及びLi[FSI]からなる群より選ばれる1種である。Of these, from the viewpoint of dissociation and electrochemical stability, the electrolyte salt is preferably LiPF 6 , LiBF 4 , Li [FSI], Li [TFSI], Li [f3C], Li [BOB], LiClO 4 , LiBF 3 (CF 3), LiBF 3 (C 2 F 5), LiBF 3 (C 3 F 7), LiBF 3 (C 4 F 9), LiC (SO 2 CF 3) 3,
電解質塩の含有量は、電解質シート7を好適に作製するために、電解質シート全量を基準として、10質量%以上であってよく、60質量%以下であってよい。電解質塩の含有量は、電解質シート全量を基準として、電解質シート7の導電率を更に高める観点から、好ましくは20質量%以上であり、リチウム二次電池を高い負荷率で充放電することを可能にする観点から、より好ましくは30質量%以上である。
The content of the electrolyte salt may be 10% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the electrolyte sheet in order to suitably manufacture the
電解質シート7は、電解質塩を溶解可能な溶媒を更に含有することができる。溶媒は、好ましくは、蒸気圧が低く、かつ、燃焼しにくいものである。
The
溶媒は、下記式(6)で表されるグライムであってよい。
R1O−(CH2CH2O)n−R2 (6)
式(6)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、炭素数4以下のアルキル基又は炭素数4以下のフルオロアルキル基を表し、nは1〜6の整数を表す。R1及びR2は、それぞれ独立に、好ましくはメチル基又はエチル基である。The solvent may be glyme represented by the following formula (6).
R 1 O- (CH 2 CH 2 O) n -R 2 (6)
In formula (6), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 4 or less carbon atoms or a fluoroalkyl group having 4 or less carbon atoms, and n represents an integer of 1 to 6. R 1 and R 2 are each independently preferably a methyl group or an ethyl group.
グライムは、具体的には、モノグライム(n=1)、ジグライム(n=2)、トリグライム(n=3)、テトラグライム(n=4)、ペンタグライム(n=5)、ヘキサグライム(n=6)であってよい。 Specifically, the grime includes monoglyme (n = 1), diglyme (n = 2), triglyme (n = 3), tetraglyme (n = 4), pentaglyme (n = 5), and hexaglyme (n =). 6).
電解質シート7が溶媒としてグライムを含有する場合、グライムの一部又は全部は、電解質塩と錯体を形成していてよい。
When the
電解質シート7は、溶媒として、導電率を更に向上させることを目的として、例えば、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、1,2−ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネート、クロルプロピレンカーボネート等の非水溶媒を更に含有していてもよい。電解質シート7は、安全性を向上させる観点から、好ましくは、溶媒として、上述のグライムから選ばれる少なくとも1種のみを含有する。
As a solvent, the
溶媒の含有量は、電解質シート7を好適に作製する観点から、電解質シート全量を基準として、10質量%以上であってよく、60質量%以下であってよい。溶媒の含有量は、電解質塩の含有量を増加させることにより、電解質シート7の導電率を更に増大させて、リチウム二次電池を高い負荷率で充放電することを可能にする観点から、電解質シート全量を基準として、好ましくは40質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下である。
The content of the solvent may be 10% by mass or more and may be 60% by mass or less based on the total amount of the electrolyte sheet from the viewpoint of suitably producing the
電解質塩と溶媒との合計の含有量は、導電率を更に向上させ、二次電池の容量低下を抑制する観点から、電解質シート全量を基準として、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは25質量%以上であり、更に好ましくは40質量%以上である。電解質塩と溶媒との合計の含有量は、電解質シートの強度低下を抑制する観点から、電解質シート全量を基準として、好ましくは80質量%以下であり、より好ましくは70質量%以下である。 The total content of the electrolyte salt and the solvent is preferably 10% by mass or more, and more preferably, based on the total amount of the electrolyte sheet, from the viewpoint of further improving the conductivity and suppressing the capacity decrease of the secondary battery. It is 25 mass% or more, more preferably 40 mass% or more. The total content of the electrolyte salt and the solvent is preferably 80% by mass or less, and more preferably 70% by mass or less, based on the total amount of the electrolyte sheet, from the viewpoint of suppressing the strength reduction of the electrolyte sheet.
電解質シート7の厚さは、導電率を更に高め、強度を更に向上させる観点から、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。電解質シート7の厚さは、電解質シート7の抵抗を抑制する観点から、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは30μm以下である。
The thickness of the
以上説明した二次電池1においては、放電特性を向上させる観点から、無機酸化物粒子の総表面積Siと、各電極活物質の総表面積Sp,Siとの和は、好ましくは8000cm−1以上である。すなわち、無機酸化物粒子の総表面積Siと正極活物質の総表面積Spとの和(Si+Sp)、及び、無機酸化物粒子の総表面積Siと負極活物質の総表面積Snとの和(Si+Sn)は、それぞれ、好ましくは8000cm−1以上である。In the
無機酸化物粒子の総表面積Siと、各電極活物質の総表面積Sp,Siとの和(Si+Sp及びSi+Snのそれぞれ)は、放電特性を更に向上させる観点から、より好ましくは9000cm−1以上、更に好ましくは10000cm−1以上、特に好ましくは14000cm−1以上である。当該和(Si+Sp及びSi+Snのそれぞれ)は、例えば、20000cm−1以下、18000cm−1以下、又は16000cm−1以下であってよい。The sum of the total surface area Si of the inorganic oxide particles and the total surface area Sp, Si of each electrode active material (each of Si + Sp and Si + Sn) is more preferably 9000 cm −1 or more, further from the viewpoint of further improving discharge characteristics. It is preferably 10000 cm -1 or more, particularly preferably 14000 cm -1 or more. The sum (each of Si + Sp and Si + Sn) may be, for example, 20000 cm -1 or less, 18000 cm -1 or less, or 16000 cm -1 or less.
続いて、上述した二次電池1の製造方法について説明する。本実施形態に係る二次電池1の製造方法は、正極集電体9上に正極合剤層10を形成して正極6を得る第1の工程と、負極集電体11上に負極合剤層12を形成して負極8を得る第2の工程と、正極6と負極8との間に電解質シート7を設ける第3の工程と、を備える。
Subsequently, a method for manufacturing the above-described
第1の工程では、正極6は、例えば、正極合剤層に用いる材料を混練機、分散機等を用いて分散媒に分散させてスラリ状の正極合剤を得た後、この正極合剤をドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等により正極集電体9上に塗布し、その後分散媒を揮発させることにより得られる。分散媒を揮発させた後、必要に応じて、ロールプレスによる圧縮成型工程が設けられてもよい。正極合剤層10は、上述した正極合剤の塗布から分散媒の揮発までの工程を複数回行うことにより、多層構造の正極合剤層として形成されてもよい。
In the first step, for the
第1の工程において用いられる分散媒は、水、1−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPともいう。)等であってよい。 The dispersion medium used in the first step may be water, 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, also referred to as NMP), or the like.
第2の工程において、負極集電体11に負極合剤層12を形成する方法は、上述した第1の工程と同様の方法であってよい。
In the second step, the method of forming the negative
第3の工程では、一実施形態において、電解質シート7は、正極6の正極合剤層10側及び負極8の負極合剤層12側の少なくともいずれか一方に塗布により形成され、好ましくは正極6の正極合剤層10側及び負極8の負極合剤層12側の両方に塗布により形成される。この場合、例えば、電解質シート7が設けられた正極6と、電解質シート7が設けられた負極8とを、電解質シート7同士が接するように例えばラミネートにより積層することで、二次電池1が得られる。
In the third step, in one embodiment, the
正極合剤層10上に電解質シート7を塗布により形成する方法は、例えば、電解質シート7に用いる材料を分散媒に分散させてスラリを得た後、この電解質組成物を正極合剤層10上にアプリケータを用いて塗布する方法である。分散媒は、好ましくは水、NMP等である。電解質シート7に溶媒が含まれる場合、電解質を溶媒に溶解させてから、他の材料とともに分散媒に分散させることができる。
The method of forming the
負極合剤層12上に電解質シート7を塗布により形成する方法は、正極合剤層10上に電解質シート7を塗布により形成する方法と同様の方法であってよい。
The method of forming the
第3の工程では、他の実施形態において、電解質シート7は、例えば、基材上に電解質シートを備えた積層シートを作製することにより形成される。図4(a)は、一実施形態に係る積層シートを示す模式断面図である。図4(a)に示すように、積層シート13Aは、基材14と、基材14上に設けられた電解質シート7とを有する。
In the third step, in another embodiment, the
積層シート13Aは、例えば、電解質シート7に用いる材料を分散媒に分散させてスラリを得た後、これを基材14上に塗布してから分散媒を揮発させることにより作製される。分散媒は、好ましくは水、NMP、トルエン等である。
The
基材14は、分散媒を揮発させる際の加熱に耐え得る耐熱性を有するものであって、電解質組成物と反応せず、電解質組成物により膨潤しないものであれば制限されないが、例えばフィルム状の樹脂(ポリマ)で構成されている。基材14は、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン等の樹脂(汎用のエンジニアプラスチック)からなるフィルムであってよい。
The
基材14は、電解質シート7を製造する過程で分散媒を揮発させる処理温度に耐え得るような基材である。基材14の軟化点(塑性変形し始める温度)又は融点のうち、より低い温度を耐熱温度とすると、耐熱温度は、電解質シート7に用いられる溶媒との適応性の観点から、好ましくは50℃以上であり、より好ましくは100℃以上であり、更に好ましくは150℃以上であり、また、例えば400℃以下であってよい。上記の耐熱温度を有する基材を使用すれば、上述したような分散媒(NMP、トルエン等)を好適に使用できる。
The
基材14の厚さは、塗布装置での引張り力に耐え得る強度を維持しつつ、可能な限り薄いことが好ましい。基材14の厚さは、積層シート13A全体の体積を小さくしつつ、電解質組成物を基材14に塗布する際に強度を確保する観点から、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、更に好ましくは25μm以上であり、また、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは40μm以下である。
The thickness of the
積層シートは、ロール状に巻き取りながら連続的に製造することもできる。その場合には、電解質シート7の表面が基材14の背面に接触して電解質シート7の一部が基材14に貼りつくことにより、電解質シート7が破損することがある。このような事態を防ぐために、電解質シートは、他の実施形態として、電解質シート7の基材14と反対側に保護材を設けたものであってもよい。図4(b)は、他の実施形態に係る電解質シートを示す模式断面図である。図4(b)に示すように、積層シート13Bは、電解質シート7の基材14と反対側に保護材15を更に備えている。
The laminated sheet can be continuously manufactured while being wound into a roll. In that case, the surface of the
保護材15は、電解質シート7から容易に剥離可能なものであればよく、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン等の無極性の樹脂(ポリマ)フィルムである。無極性の樹脂フィルムを用いると、電解質シート7と保護材15とが互いに貼りつかず、保護材15を容易に剥離することができる。
The
保護材15の厚さは、積層シート13B全体の体積を小さくしつつ、強度を確保する観点から、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μmであり、また、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは30μm以下である。
The thickness of the
保護材15の耐熱温度は、低温環境での劣化を抑制するとともに、高温環境下での軟化を抑制する観点から、好ましくは−30℃以上であり、より好ましくは0℃以上であり、また、好ましくは100℃以下であり、より好ましくは50℃以下である。保護材15を設ける場合、上述した分散媒の揮発させる工程を必須としないため、耐熱温度を高くする必要がない。
From the viewpoint of suppressing deterioration in a low temperature environment and suppressing softening in a high temperature environment, the heat resistant temperature of the
積層シート13Aを用いて正極6と負極8との間に電解質シート7を設ける方法は、例えば、積層シート13Aから基材14を剥離し、正極6、電解質シート7及び負極8を、例えばラミネートにより積層することで二次電池1が得られる。このとき、電解質シート7が、正極6の正極合剤層10側かつ負極8の負極合剤層12側に位置するように、すなわち、正極集電体9、正極合剤層10、電解質シート7、負極合剤層12及び負極集電体11がこの順で配置されるように積層する。積層シートをロール状に巻き取りながら連続製造した場合、ロール状の積層シートを巻き出し、正極6と負極8との間に電解質シート7を設けてから裁断してもよいし、ロール状の積層シートを裁断してから正極6及び負極8との間に電解質シート7を設けてもよい。
The method of providing the
第3の工程では、電解質シート7と正極6又は負極8とを好適に積層させることを目的として、電解質シート7上に粘着剤層(図示せず)を更に設けてもよい。粘着剤層は、フィルム状の粘着剤を圧着したり、離型フィルムの上に作製した粘着剤層を電解質シート7に圧着し離型フィルムを剥離させて粘着剤層を転写したり、液状の粘着剤を電解質シート7に塗布したりすることにより設けることができる。積層シート13Aを用いる場合は、積層シート13Aの製造の際に予め粘着剤層を形成させた電解質シートとしてもよい。
In the third step, a pressure-sensitive adhesive layer (not shown) may be further provided on the
粘着剤層は、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルエーテル、及びスチレン・ブタジエンゴムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでよい。 The pressure-sensitive adhesive layer may contain at least one selected from the group consisting of acrylic resin, methacrylic resin, silicone resin, urethane resin, polyvinyl ether, and styrene-butadiene rubber.
電解質シート7に粘着剤層を設ける場合、粘着剤層は電解質シート7の主面上の少なくとも一部に設けられていればよく、電解質シート7の一端部に設けられていてもよい。これにより、電解質シート7と正極6又は負極8を積層する際、あるいは、正極合剤層10及び負極合剤層12に形成された電解質シート7同士を積層する際に、粘着剤層を介して積層されるため、積層の際にしわ又は波うちが発生しにくくなり、電極(正極6及び負極8)と電解質シート7とが好適に積層された二次電池を製造することができる。
When the pressure-sensitive adhesive layer is provided on the
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る二次電池について説明する。図5は、第2実施形態に係る二次電池における電極群の一実施形態を示す模式断面図である。図5に示すように、第2実施形態における二次電池が第1実施形態における二次電池と異なる点は、電極群2Bが、バイポーラ電極16を備えている点である。すなわち、電極群2Bは、正極6と、第1の電解質シート7と、バイポーラ電極16と、第2の電解質シート7と、負極8とをこの順に備えている。[Second Embodiment]
Next, the secondary battery according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an electrode group in the secondary battery according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the secondary battery according to the second embodiment is different from the secondary battery according to the first embodiment in that the
バイポーラ電極16は、バイポーラ電極集電体17と、バイポーラ電極集電体17の負極8側の面(正極面)に設けられた正極合剤層10と、バイポーラ電極集電体17の正極6側の面(負極面)に設けられた負極合剤層12とを備えている。
The
バイポーラ電極集電体17において、正極面は、好ましくは耐酸化性に優れた材料で形成されていてよく、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等で形成されていてよい。負極合剤層12中の負極活物質として黒鉛又は合金を用いたバイポーラ電極集電体17における負極面は、リチウムと合金を形成しない材料で形成されていてよく、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、チタン等で形成されていてよい。正極面と負極面に異種の金属を用いる場合、バイポーラ電極集電体17は、異種金属箔を積層させたクラッド材であってよい。ただし、チタン酸リチウムのように、リチウムと合金を形成しない電位で動作する負極8を用いる場合、上述の制限はなくなり、負極面は、正極集電体9と同様の材料であってよい。その場合、バイポーラ電極集電体17は、単一の金属箔であってよい。単一の金属箔としてのバイポーラ電極集電体17は、孔径0.1〜10mmの孔を有するアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等であってよい。バイポーラ電極集電体17は、上記以外にも、電池の使用中に溶解、酸化等の変化を生じないものであれば、任意の材料で形成されていてよく、また、その形状、製造方法等も制限されない。
In the bipolar electrode
バイポーラ電極集電体17の厚さは、10μm以上であってよく、100μm以下であってもよく、バイポーラ電極全体の体積を小さくする観点から、好ましくは10〜50μmであり、電池を形成する際に小さな曲率でバイポーラ電極を捲回できる観点から、より好ましくは10〜20μmである。
The thickness of the bipolar electrode
この二次電池においては、放電特性を向上させる観点から、隣接する電解質シート7及び正極合剤層10において、無機酸化物粒子の総表面積Siと正極活物質の総表面積Spとの和が、好ましくは8000cm−1以上であり、より好ましくは9000cm−1以上、更に好ましくは10000cm−1以上、特に好ましくは14000cm−1以上であり、例えば、20000cm−1以下、18000cm−1以下、又は16000cm−1以下であってよい。In this secondary battery, the sum of the total surface area Si of the inorganic oxide particles and the total surface area Sp of the positive electrode active material in the
同様に、放電特性を向上させる観点から、隣接する電解質シート7及び負極合剤層12において、無機酸化物粒子の総表面積Siと負極活物質の総表面積Snとの和が、好ましくは8000cm−1以上、より好ましくは9000cm−1以上、更に好ましくは10000cm−1以上、特に好ましくは14000cm−1以上であり、例えば、20000cm−1以下、18000cm−1以下、又は16000cm−1以下であってよい。Similarly, from the viewpoint of improving discharge characteristics, in the
続いて、第2実施形態に係る二次電池の製造方法について説明する。本実施形態に係る二次電池の製造方法は、正極集電体9上に正極合剤層10を形成して正極6を得る第1の工程と、負極集電体11上に負極合剤層12を形成して負極8を得る第2の工程と、バイポーラ電極集電体17の一方の面に正極合剤層10を形成し、他方の面に負極合剤層12を形成してバイポーラ電極16を得る第3の工程と、正極6とバイポーラ電極16との間及び負極8とバイポーラ電極16との間に電解質シート7を設ける第4の工程と、を有する。
Subsequently, a method of manufacturing the secondary battery according to the second embodiment will be described. The method for manufacturing a secondary battery according to the present embodiment includes a first step of forming a positive
第1の工程及び第2の工程は、第1実施形態における第1の工程及び第2の工程と同様の方法であってよい。 The first step and the second step may be the same methods as the first step and the second step in the first embodiment.
第3の工程において、バイポーラ電極集電体17の一方の面に正極合剤層10を形成する方法は、第1実施形態における第1の工程と同様の方法であってよい。バイポーラ電極集電体17の他方の面に負極合剤層12を形成する方法は、第1実施形態における第2の工程と同様の方法であってよい。
In the third step, the method of forming the positive
第4の工程のうち正極6とバイポーラ電極16との間に電解質シート7を設ける方法としては、一実施形態において、電解質シート7は、正極6の正極合剤層10側及びバイポーラ電極16の負極合剤層12側の少なくともいずれか一方に塗布により形成され、好ましくは正極6の正極合剤層10側及びバイポーラ電極16の負極合剤層12側の両方に塗布により形成される。この場合、例えば、電解質シート7が設けられた正極6と、電解質シート7が設けられたバイポーラ電極16とを、電解質シート7同士が接するように例えばラミネートにより積層する。
As a method of providing the
正極6の正極合剤層10上及びバイポーラ電極16の負極合剤層12上に電解質シート7を塗布により形成する方法は、第1実施形態における第3工程の一実施形態に係る、正極合剤層10上に電解質シート7を塗布により形成する方法及び負極合剤層12上に電解質シート7を塗布により形成する方法と同様の方法であってよい。
The method of forming the
第4の工程のうち正極6とバイポーラ電極16との間に電解質シート7を設ける方法としては、他の実施形態において、電解質シート7は、例えば、基材上に電解質組成物を備えた電解質シートを製造することにより形成される。電解質シートの製造方法は、第1実施形態における積層シート13A,13Bの製造方法と同様の方法であってよい。
As a method of providing the
第4の工程において、負極8とバイポーラ電極16との間に電解質シート7を設ける方法は、上述した正極6とバイポーラ電極16との間に電解質シート7を設ける方法と同様の方法であってよい。
In the fourth step, the method of providing the
以上説明したとおり、電解質シート7では、電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積が1000〜12000cm−1であることにより、優れた導電率及び引張強度が得られる。したがって、電解質シート7を用いた二次電池1、すなわち、一対の電極6,8と、一対の電極6,8間に設けられた電解質シート7とを備える二次電池1においても、好適な特性が得られる。なお、一対の電極とは、電解質シート7を挟んで向かい合う、互いに極性の異なる二つの電極を意味する。例えば、図3に示す電極群2Aでは、正極6及び負極8が一対の電極を構成する。図5に示す電極群2Bでは、正極6及びバイポーラ電極16(負極合剤層12側)が一対の電極を構成し、また、負極8及びバイポーラ電極16(正極合剤層10側)も一対の電極を構成する。As described above, in the
また、二次電池1において、電解質シート1cm3に占める無機酸化物粒子の総表面積と、各電極合剤層1cm3に占める各電極活物質の総表面積との和が8000cm−1以上である場合、特に放電特性に優れる二次電池が得られる。In the
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
<実施例1>
[電解質シートの作製]
ポリマとしてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとのコポリマ(PVDF−HFP、フッ化ビニリデン:ヘキサフルオロピレン=95質量%:5質量%)、無機酸化物粒子としてSiO2粒子(平均粒径Di50:1.0μm)、及び、電解質塩としてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)と溶媒としてテトラグライムとを等モルで混合した電解質溶液を表1に示す配合量で配合し、分散媒である1−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、電解質スラリを調製した。得られたスラリを、ポリエチレンテレフタレート製の基材上にドクターブレード法により一回塗布し、加熱して分散媒を揮発させることにより電解質シートを形成した。得られた電解質シートの厚さは、25±2μmであった。<Example 1>
[Preparation of electrolyte sheet]
A copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene (PVDF-HFP, vinylidene fluoride: hexafluoropyrene = 95% by mass: 5% by mass) as a polymer, and SiO 2 particles (average particle size Di 50 : 1 as an inorganic oxide particle). 0.0 μm), and lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) as an electrolyte salt and tetraglyme as a solvent in equimolar amounts were mixed at the compounding amounts shown in Table 1 to form a dispersion medium 1- An electrolyte slurry was prepared by dispersing in methyl-2-pyrrolidone (NMP). The obtained slurry was applied once to a substrate made of polyethylene terephthalate by the doctor blade method and heated to volatilize the dispersion medium to form an electrolyte sheet. The thickness of the obtained electrolyte sheet was 25 ± 2 μm.
[充填率fi及び総表面積Siの測定]
得られた電解質シートの表面を走査型電子顕微鏡により観察して、当該表面の単位面積に占めるSiO2粒子の面積(占有面積;面積%)を算出し、当該占有面積をSiO2粒子の充填率fiとした。また、SiO2粒子の平均粒径Di50及び充填率fiから、上記式(1)に従って、SiO2粒子の総表面積Siを算出した。結果を表1に示す。[Measurement of filling rate fi and total surface area Si]
The surface of the obtained electrolyte sheet is observed by a scanning electron microscope to calculate the area (occupied area; area%) of the SiO 2 particles occupying the unit area of the surface, and the occupied area is the filling rate of the SiO 2 particles. and fi. Further, the total surface area Si of the SiO 2 particles was calculated from the average particle diameter Di 50 of the SiO 2 particles and the filling rate fi according to the above formula (1). The results are shown in Table 1.
[導電率の測定]
導電率は、2枚のリチウム金属箔の間に電解質シートを挟持させ、リチウム金属箔間の抵抗を測定することにより求めた。結果を表1に示す。導電率が0.10mS/cm以上であれば、導電率に優れているといえる。[Measurement of conductivity]
The electrical conductivity was obtained by sandwiching an electrolyte sheet between two lithium metal foils and measuring the resistance between the lithium metal foils. The results are shown in Table 1. If the conductivity is 0.10 mS / cm or more, it can be said that the conductivity is excellent.
[引張強度の測定]
電解質シートを1cm×5cmの大きさに切断し、両端を引張試験装置(株式会社島津製作所製、オートグラフ)の固定具に装着して引っ張り、破断するときの強度を引張強度とした。結果を表1に示す。導電率が0.20N/cm以上であれば、引張強度に優れているといえる。[Measurement of tensile strength]
The electrolyte sheet was cut into a size of 1 cm × 5 cm, both ends were attached to a fixture of a tensile test device (manufactured by Shimadzu Corporation, Autograph) and pulled, and the strength at the time of breaking was defined as the tensile strength. The results are shown in Table 1. If the conductivity is 0.20 N / cm or more, it can be said that the tensile strength is excellent.
<実施例2〜8及び比較例1,2>
電解質シートにおける各成分の配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして電解質シートの作製及び測定を実施した。結果を表1に示す。<Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 and 2>
An electrolyte sheet was prepared and measured in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component in the electrolyte sheet was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
<試験例1>
[正極の作製]
LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(正極活物質、平均粒径Dp50:5.0μm)96質量部、カーボンブラック(導電材、製品名:HS−100、平均粒径48nm、デンカ株式会社製)1.75質量部、及びポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマ(バインダ)2.5質量部を、1−メチル−2−ピロリドンと共に混合して、正極合剤スラリを調製した。この正極合剤スラリを厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)上に塗工し、80℃で加熱して乾燥させることにより、厚さ45μmの正極合剤層を形成した。<Test Example 1>
[Production of positive electrode]
LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 (positive electrode active material, average particle size Dp 50 : 5.0 μm) 96 parts by mass, carbon black (conductive material, product name: HS-100, average particle size 48 nm) , Denka Co., Ltd.) 1.75 parts by mass and 2.5 parts by mass of a copolymer (binder) of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene are mixed with 1-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode mixture slurry. Prepared. This positive electrode material mixture slurry was applied onto an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, and heated at 80 ° C. to dry it to form a positive electrode material mixture layer having a thickness of 45 μm.
[負極の作製]
天然黒鉛(負極活物質、日立化成株式会社製、平均粒径Dn50:12μm)94質量部、カーボンブラック(導電材、製品名:HS−100、平均粒径48nm、デンカ株式会社製)1質量部、及びポリフッ化ビニリデン(バインダ)5質量部を、1−メチル−2−ピロリドンと共に混合して、負極合剤スラリを調製した。この負極合剤スラリを厚さ10μmの圧延銅箔(負極集電体)上に塗工し、80℃で加熱して乾燥させることにより、厚さ40μmの負極合剤層を形成した。[Preparation of negative electrode]
Natural graphite (negative electrode active material, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., average particle diameter Dn 50 : 12 μm) 94 parts by mass, carbon black (conductive material, product name: HS-100, average particle diameter 48 nm, manufactured by DENKA CORPORATION) 1 mass Parts and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (binder) were mixed with 1-methyl-2-pyrrolidone to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied onto a rolled copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm, and heated at 80 ° C. to dry it, thereby forming a negative electrode mixture layer having a thickness of 40 μm.
[充填率fp,fn及び総表面積Sp,Snの測定]
得られた正極及び負極について、正極合剤層及び負極合剤層を走査型電子顕微鏡で観察した写真に二値化処理を実行して、正極活物質及び負極活物質の占有面積をそれぞれ計算した。顕微鏡写真中の正極合剤層及び負極合剤層の面積に対する正極活物質及び負極活物質の占有面積の比を、それぞれ正極活物質の充填率fp及び負極活物質の充填率fnとした。また、各活物質の平均粒径Dp50、Dn50は、レーザー散乱型粒径測定装置(マイクロトラック)を用いて測定した。これらの値を上記式(4)又は(5)に代入し、正極活物質の総表面積Sp及び負極活物質の総表面積Snをそれぞれ算出した。結果を表2に示す。[Measurement of filling rate fp, fn and total surface area Sp, Sn]
For the obtained positive electrode and negative electrode, binarization processing was performed on a photograph of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer observed by a scanning electron microscope, and the occupied areas of the positive electrode active material and the negative electrode active material were calculated, respectively. . The ratios of the occupied areas of the positive electrode active material and the negative electrode active material to the areas of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer in the micrograph were taken as the filling rate fp of the positive electrode active material and the filling rate fn of the negative electrode active material, respectively. The average particle diameters Dp 50 and Dn 50 of each active material were measured using a laser scattering particle size measuring device (Microtrac). By substituting these values into the above formula (4) or (5), the total surface area Sp of the positive electrode active material and the total surface area Sn of the negative electrode active material were calculated. The results are shown in Table 2.
[二次電池の組立て]
図2に示したように、短冊状に切断した正極、負極及び電解質シートを準備した。正極活物質又は負極活物質とバインダ等を含む合剤層とを四角形とし、ほぼ同じ寸法とした。合剤層の上部には露出した集電体を延長し、電極とタブを溶接した。電解質シートは合剤層よりも大きくして、正極と負極の間に挟持させ、両電極が電気的に短絡しないようにした。正極、電解質シート、負極、電解質シートを積層した後、再び正極を積層し、以下同じ配列で積層した。次いで、同じ極のタブ同士を溶接し、アルミラミネート袋に密封することによって、図1に示すようなリチウム二次電池を製造した。得られた二次電池の定格容量(計算値)は、3Ahであった。[Assembly of secondary battery]
As shown in FIG. 2, strip-shaped positive electrodes, negative electrodes, and electrolyte sheets were prepared. The positive electrode active material or the negative electrode active material and the mixture layer containing a binder or the like were formed into a quadrangle and had substantially the same size. The exposed current collector was extended above the mixture layer, and the electrode and the tab were welded. The electrolyte sheet was made larger than the mixture layer and sandwiched between the positive electrode and the negative electrode so that both electrodes were not electrically short-circuited. After stacking the positive electrode, the electrolyte sheet, the negative electrode, and the electrolyte sheet, the positive electrode was stacked again, and then the same arrangement was performed. Then, tabs of the same pole were welded together and sealed in an aluminum laminate bag to manufacture a lithium secondary battery as shown in FIG. The rated capacity (calculated value) of the obtained secondary battery was 3 Ah.
[二次電池の放電特性の評価]
得られた二次電池について、0.05CA(0.15A)で定電流充電し、電圧が4.2Vに達した後に、定電圧充電の電流値が0.005CAになるまで充電し、次いで、0.05CAで2.7Vまで定電流放電した。その後、上記と同様に充電した後、1.0CA(3.0A)で2.7Vまで定電流放電し、そのときの放電容量(Ah)を測定した。結果を表2に示す。[Evaluation of discharge characteristics of secondary battery]
The obtained secondary battery was charged with a constant current at 0.05 CA (0.15 A), and after the voltage reached 4.2 V, it was charged until the current value of constant voltage charging was 0.005 CA, and then, A constant current discharge was performed at 0.05 CA to 2.7 V. Then, after charging in the same manner as above, constant current discharge was performed at 1.0 CA (3.0 A) to 2.7 V, and the discharge capacity (Ah) at that time was measured. The results are shown in Table 2.
<試験例2〜13>
電解質シートにおける無機酸化物粒子の平均粒径Di50、充填率fi及び総表面積Si、正極における正極活物質の平均粒径Dp50、充填率fp及び総表面積Sp、並びに、負極における負極活物質の平均粒径Dn50、充填率fn及び総表面積Snを表2に示すように変更した以外は、試験例1と同様にして二次電池の作製及び評価を実施した。結果を表2に示す。<Test Examples 2 to 13>
The average particle diameter Di 50 of the inorganic oxide particles in the electrolyte sheet, the filling rate fi and the total surface area Si, the average particle diameter Dp 50 of the positive electrode active material in the positive electrode, the filling rate fp and the total surface area Sp, and the negative electrode active material in the negative electrode. A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Test Example 1 except that the average particle size Dn 50 , the filling rate fn, and the total surface area Sn were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2.
1…二次電池、6…正極、7…電解質シート、8…負極、9…正極集電体、10…正極合剤層、11…負極集電体、12…負極合剤層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電解質シート1cm3に占める前記無機酸化物粒子の総表面積が1000〜12000cm−1である、電解質シート。An electrolyte sheet containing one or more polymers, inorganic oxide particles, and an electrolyte salt,
An electrolyte sheet in which the total surface area of the inorganic oxide particles in 1 cm 3 of the electrolyte sheet is 1000 to 12000 cm −1 .
前記一対の電極間に設けられた、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解質シートと、
を備える二次電池。A pair of electrodes,
An electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 4, which is provided between the pair of electrodes,
A secondary battery including.
前記電解質シート1cm3に占める前記無機酸化物粒子の総表面積と、前記各電極合剤層1cm3に占める前記各電極活物質の総表面積との和が、8000cm−1以上である、請求項5に記載の二次電池。Each of the pair of electrodes comprises a current collector, and an electrode mixture layer provided on the current collector and containing an electrode active material,
6. The sum of the total surface area of the inorganic oxide particles occupying 1 cm 3 of the electrolyte sheet and the total surface area of each electrode active material occupying 1 cm 3 of each electrode mixture layer is 8000 cm −1 or more. The secondary battery according to.
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