WO2019039412A1 - 積層構造体及びその製造方法、並びに、ロールプレス装置 - Google Patents
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- a roll press is often used to press (press, compress) the first layer and the second layer.
- JP-A-2015-089556 Patent Document 1
- the invention of the press roll apparatus (roll press apparatus) for secondary battery electrode manufacture which changes the expansion amount of a piezoelectric drive element according to the expansion amount of the press roll obtained from the sensor is disclosed.
- the first surface 11 of the base material 10 is firstly formed, as shown in a schematic partial sectional view along the length direction in FIG. 24A.
- a region in which the layer 20 is formed (referred to as “first region” for convenience) and a region in which the first layer 20 and the second layer 30 are formed on the first surface 11 and the second surface 12 of the base 10 For convenience, it is called “the second area”.
- first region A region in which the layer 20 is formed
- the second area is called “the second area”.
- the volume density of the first layer 20 when continuously pressed from the first area to the second area by the pair of press rolls 40, and the distance X from the portion of the first layer facing the end of the second layer are shown in FIG. 26. It can be seen that when the value of X is from -3 mm to 0 mm, the volume density of the first layer 20 is greatly reduced.
- the precipitation state of lithium is different from the precipitation state of lithium in other regions.
- the presence of the low volume density region 23 causes the capacity deterioration and the deterioration of cycle characteristics.
- a positive electrode member is comprised from a certain laminated structure
- a negative electrode member is comprised from another laminated structure
- a positive electrode member and a negative electrode member are laminated via a separator to obtain an electrode structure
- the presence of the region 23 may cause the characteristic variation of the electrode structure.
- an object of the present disclosure is to provide a region in which the first layer is formed on the first surface of the substrate, and a region in which the first layer and the second layer are formed on the first surface and the second surface of the substrate.
- a laminated structure having a structure capable of reducing changes in the pressed state of the first layer, and a method of manufacturing the same, a roll press apparatus suitable for producing such a laminated structure, and the roll press apparatus It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a laminated structure.
- the laminated structure of the present disclosure for achieving the above object is A substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, Consists of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, The end face of the second A end has a slope, or has a step shape, or has a combined shape of slope and step.
- the roll press device of the present disclosure for achieving the above object is A pair of press rolls, and Auxiliary rolls disposed upstream, downstream, or upstream and downstream of the pair of press rolls, A roll press apparatus for pressing a laminated structure by passing the laminated structure between a pair of press rolls, The laminated structure contact surface of the auxiliary roll is located on the upper side or lower side with respect to a virtual plane including the laminated structure when the laminated structure passes between the pair of press rolls.
- a method of manufacturing a laminated structure according to a first aspect of the present disclosure for achieving the above object comprises: A substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, Consists of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, The end face of the second A end portion has a slope, or has a step shape, or a method for manufacturing a laminated structure having a combination of a slope and a step shape, The laminated structure is pressed by passing the laminated structure between a pair of press rolls.
- a method of manufacturing a laminated structure according to a second aspect of the present disclosure to achieve the above object comprises A pair of press rolls, and Auxiliary rolls disposed upstream, downstream, or upstream and downstream of the pair of press rolls,
- a method of manufacturing a laminated structure using a roll press apparatus comprising: The laminated structure contact surface of the auxiliary roll is positioned on the upper side or lower side with respect to a virtual plane including the laminated structure when the laminated structure passes between the pair of press rolls, and the laminated structure The laminated structure is pressed by passing the body between a pair of press rolls.
- the roll press apparatus of the present disclosure can be used in the method of producing a laminated structure according to the second aspect of the present disclosure, and the roll press of the present disclosure can be used in the method of producing a laminated structure according to the first aspect of the present disclosure.
- An apparatus can be used.
- the end face of the second A end has a slope or has a step shape, or a slope and a step Since the shape has a combined shape, the generation of the low volume density region can be effectively suppressed.
- a virtual structure including the laminated structure when the laminated structure passes between a pair of press rolls is positioned on the upper side or the lower side with respect to the plane, and the laminated structure is pressed by passing the laminated structure between the pair of press rolls.
- the generation of the volume density region can be effectively suppressed.
- FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views along the longitudinal direction of the laminated structure of the first embodiment.
- FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views along the longitudinal direction of the laminated structure of Example 2
- FIG. 2C is a partial cross section along the longitudinal direction of the laminated structure of Example 2. It is a typical expanded sectional view.
- FIG. 3A and FIG. 3B are schematic cross-sectional views along the length direction of a modified example of the laminated structure of the second embodiment.
- 4A and 4B are schematic cross-sectional views along the longitudinal direction of the laminated structure used in Example 3.
- FIG. FIG. 5 is a conceptual view of a roll press apparatus used in the method for manufacturing a laminated structure of Example 1.
- FIGS. 6A and 6B are conceptual views of a roll press apparatus of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- FIG. FIGS. 7A and 7B are conceptual views of a modification of the roll press device of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams of another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method for manufacturing a laminated structure of Example 3.
- FIG. 9A and 9B are conceptual diagrams of still another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method for manufacturing a laminated structure of Example 3.
- FIG. 10A and 10B are conceptual diagrams of still another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- 11A and 11B are conceptual diagrams of still another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- 12A and 12B are conceptual diagrams of still another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- 13A and 13B are conceptual diagrams of still another modified example of the roll press device of Example 3 used in the method of manufacturing a laminated structure of Example 3.
- FIG. 14 shows that in Example 1, the area between the surface of the press roll and the surface of the second layer in the area transitioning from the first area to the second area when the inclination angle B is 90 degrees, 30 degrees, and 5 degrees. It is a figure which shows the result of having simulated what kind of clearance gap arises.
- FIG. 14 shows that in Example 1, the area between the surface of the press roll and the surface of the second layer in the area transitioning from the first area to the second area when the inclination angle B is 90 degrees, 30 degrees, and 5 degrees. It is a figure which shows
- FIG. 15 is a graph showing the result of simulating the relationship between the inclination angle B and V 10 / V 11 in the first embodiment.
- FIG. 16A is a graph showing the result of simulating the relationship between the radius r of the press roll and the optimum inclination angle B opt in Example 1
- FIG. 16B is the radius r of the press roll shown in FIG. 16A and the optimum inclination It is a graph which shows the result of having graphed the relationship between the maximum value of the angle B opt , the median value, and the minimum value.
- FIG. 17 is a graph in which the data shown in FIG. 16A and the result shown in FIG. 16B are superimposed.
- FIG. 18A and 18B show the simulation results of the relationship between the step ratio g n and the optimum inclination angle B opt when the radius r of the press roll is 0.25 m and 0.375 m in Example 2, respectively. It is a graph.
- FIG. 19 is a graph showing the simulation result of the relationship between the step ratio g n and the optimum inclination angle B opt when the radius r of the press roll is 0.50 m in Example 2.
- FIG. 20A is a graph showing the result of graphing the relationship between the radius r of the press roll and the maximum value, the median value and the minimum value of the optimum tilt angle B opt in Example 2
- FIG. 20B is a graph showing FIG.
- FIG. 21A is a graph showing the results of simulating the relationship between the step ratio g n , the volume density, and the distance X from the portion of the first layer facing the 2A end in Example 2, and FIG. These are graphs showing the relationship between the step ratio g n and the length of the low volume density region.
- FIG. 22 is a modification of the second embodiment, in the case where the end face of the second A end has a combined shape of a step shape of three steps and a slope of 5 degrees, and has a slope of 5 degrees It is a figure which shows the result of having simulated what kind of clearance gap arises between the surface of a press roll, and the 2nd layer surface in the field which changes from the 1st field to the 2nd field in a case.
- FIG. 23 is based on the result of having simulated the relationship between volume density and the distance from the part of the 1st layer which opposes the 2nd A end in Example 3, and is a lamination structure contact side of an auxiliary roll to a virtual plane.
- FIG. 24A and FIG. 24B are schematic diagrams for explaining problems that arise when pressing a laminated structure using a conventional roll press apparatus.
- FIGS. 25A and 25B are schematic diagrams for explaining problems that occur when pressing a laminated structure using a conventional roll press device, following FIG. 24B.
- FIG. 26 shows, in the prior art, the volume density of the first layer when continuously pressed from the first area to the second area by the pair of press rolls, and the first layer facing the end of the second layer It is a graph which shows the result of having simulated the relation with distance X from the part of a.
- FIG. 24A and FIG. 24B are schematic diagrams for explaining problems that arise when pressing a laminated structure using a conventional roll press apparatus.
- FIGS. 25A and 25B are schematic diagrams for explaining problems that occur when pressing a laminated structure using a conventional roll press device, following FIG. 24B.
- FIG. 26 shows, in the prior art, the volume density of the first layer when continuously pressed from the first area to the second area
- FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of a secondary battery of Example 4.
- FIG. 28 is a schematic partial cross-sectional view of a wound electrode structure in the secondary battery of Example 4.
- FIG. 29 is a schematic exploded perspective view of a laminated film type rectangular lithium ion secondary battery of Example 5.
- 30A is a schematic exploded perspective view of the laminate film type lithium ion secondary battery of Example 5 in a state different from that shown in FIG. 29, and
- FIG. 30B is a laminate film type of Example 5
- FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of the electrode structure in the lithium ion secondary battery, taken along arrows AA in FIGS. 29 and 30A.
- FIG. 31 is a schematic exploded perspective view of an application example (battery pack: unit cell) of a lithium ion secondary battery including the laminated structure of the fourth to fifth embodiments.
- 32A, 32B, and 32C are block diagrams showing the configuration of an application example (electric vehicle) of a lithium ion secondary battery according to a sixth embodiment provided with the laminated structure of the fourth to fifth embodiments, respectively. They are a block diagram showing composition of an application example (power storage system) of example 6, and a block diagram showing composition of an application example (power tool) of Example 6.
- the first layer has the first A end and the first B end along the width direction of the substrate, but the first A end may be parallel to the width direction of the substrate And in some cases may not be parallel. Similarly, the first B end may or may not be parallel to the width direction of the substrate.
- the second layer has the second A end and the second B end along the width direction of the substrate
- the second A end may be parallel to the width direction of the substrate, In some cases it may not be parallel.
- the second B end may or may not be parallel to the width direction of the substrate.
- the 1A end and the 2A end face each other, the orthographic image of the 1A end to the base material and the orthographic image of the 2A end to the base material coincide as a whole Absent.
- the 1B end and the 2B end face each other, the orthographic image of the 1B end to the base and the orthographic image of the 2B end to the base are as a whole. It does not match.
- the inclination angle of the end face of the second A end portion is preferably 5 degrees or less.
- the angle formed by the straight line connecting the lower end and the top end of the slope and the surface of the base corresponds to the inclination angle.
- the end face of the end portion has a step shape, it corresponds to a point at which a curve (in some cases, a straight line) smoothly connecting a portion corresponding to the step nose of the step intersects the surface of the base and the step nose of the step
- the angle between the straight line and the surface of the substrate corresponds to the inclination angle.
- the first portion having a length of 1 mm from the portion of the first layer opposed to the second A end portion to the portion separated by 2 mm from the outside to the portion separated by 3 mm
- V 10 volume density average value in the region of the layer
- V 11 volume density average value of the first layer in the region sufficiently inside from the portion of the first layer facing the end of the second A
- V 10 / V It is preferable to satisfy 11 0.9 0.94.
- the area of the first layer sufficiently inward from the portion of the first layer facing the end of the second A is, specifically, 3 mm inward from the portion of the first layer facing the end of the second A It refers to the area of the first layer of 1 mm in length from the base to the part 4 mm apart.
- the end face of the second A end has a step shape
- the second A end has a structure in which second layer segments of N layers (where N 2 2) are stacked,
- the thickness of the first layer is c
- the thickness of the substrate is e
- the step ratio g n determined by 0.022B opt + 0.022 ⁇ g n ⁇ 0.045B opt +0.063 Can be in a form satisfying the And in this case, although it is preferable that a level
- One of the first B end and the second B end is located closer to the center of the base than the other,
- the end face of the inner end has a slope, or has a step shape, or a combination of a slope and a step It can be in the form of having a different shape.
- the inclination angle of the end face of the inner end is preferably 5 degrees or less, and in these cases,
- the other of the first B end and the second B end is referred to as the outer end
- the configuration may be such that V 20 / V 21 0.90.94 is satisfied.
- the inner end portion and the region of the layer sufficiently inside from the portion of the layer facing the portion are, specifically, 4 mm away from the portion 3 mm inward from the portion of the layer facing the inner end portion. It refers to the area of the layer 1 mm in length up to the end.
- the end face of the inner end has a step shape,
- the step ratio g m determined by 0.022 B opt ′ + 0.022 ⁇ g n ⁇ 0.045 B opt ′ +0.063 Can be in a form satisfying the
- the laminated structure constitutes an electrode member of a battery
- the base material constitutes a current collector of the electrode member
- the first layer and the second layer can be configured to constitute a mixture layer of the electrode member.
- various primary batteries and various secondary batteries can be mentioned as a battery.
- a lithium secondary battery can be mentioned as a secondary battery, It does not limit to this.
- shape and form of the battery coin type, button type, flat type, square type, cylindrical type, laminate type (laminated film type) can be mentioned.
- the current collector and the mixture layer of the electrode member will be described in detail later.
- the angle ⁇ of the laminated structure contact surface of the auxiliary roll with respect to the virtual plane is preferably more than 0 degrees and not more than 10 degrees.
- a virtual plane is a plane orthogonal to the straight line which ties the center of each rotating shaft, Comprising: It is an imaginary plane which touches the surface of a pair of press rolls.
- the laminated structure is A substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, Consists of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, The end face of the second A end has a slope, or has a step shape, or has a combined shape of slope and step shape,
- the laminated structure intrudes between the pair of press rolls, When the second layer is located below the first layer, the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is located below the virtual plane, and the second layer is located above the first layer The laminated structure contact surface
- the laminated structure comprises the laminated structure of the present disclosure including the various preferred embodiments described above,
- the laminated structure intrudes between the pair of press rolls, When the second layer is located below the first layer, the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is located below the virtual plane, and the second layer is located above the first layer
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll can be positioned on the upper side with respect to the virtual plane.
- the radius of the pair of press rolls is r (m), and the optimum inclination angle of the end face of the second A end portion is B opt (degree).
- B opt p ⁇ r + q
- ⁇ 9 ⁇ p ⁇ ⁇ 5, 6 ⁇ q ⁇ 10 It is preferable to satisfy
- the battery is a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode member can be obtained by insertion and extraction of lithium which is an electrode reactant will be briefly described, and will be described in detail later.
- lithium ions are released from a positive electrode material (positive electrode active material) and occluded in the negative electrode active material through the non-aqueous electrolyte solution. Further, at the time of discharge, for example, lithium ions are released from the negative electrode active material, and occluded by the positive electrode material (positive electrode active material) through the non-aqueous electrolyte solution.
- the member which comprises a lithium ion secondary battery is stored in the electrode structure storage member (battery can).
- a member which comprises a lithium ion secondary battery a positive electrode member, a negative electrode member, electrolyte, and a separator can be mentioned.
- the positive electrode member includes, for example, a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer containing a positive electrode material.
- the negative electrode member includes, for example, a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode material.
- the positive electrode active material corresponds to a positive electrode material
- the negative electrode active material corresponds to a negative electrode material.
- a positive electrode lead portion is attached to the positive electrode current collector, and a negative electrode lead portion is attached to the negative electrode current collector.
- a positive electrode mixture layer (corresponding to the first layer and the second layer of the laminated structure) including the positive electrode active material on both surfaces of the positive electrode current collector (corresponding to the base of the laminated structure) constituting the positive electrode member Is formed.
- a material which comprises a positive electrode collector although mentioned later for details, electrically-conductive materials, such as aluminum, nickel, and / or stainless steel, can be illustrated.
- the positive electrode active material contains a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium.
- the positive electrode mixture layer may further contain a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like.
- a lithium containing compound can be mentioned as a positive electrode material, and it is preferable to use lithium containing complex oxide and a lithium containing phosphoric acid compound from a viewpoint that a high energy density is obtained.
- the lithium-containing composite oxide is an oxide containing lithium and one or more elements (hereinafter referred to as “other elements”, except lithium) as a constituent element, and has a layered rock salt type crystal structure or It has a spinel crystal structure.
- the lithium-containing phosphate compound is a phosphate compound containing lithium and one or more elements (other elements) as constituent elements, and has an olivine type crystal structure.
- a material which comprises a negative electrode collector although mentioned later for details, electrically-conductive materials, such as copper, nickel, and / or stainless steel, can be mentioned.
- a negative electrode active material a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is included.
- the negative electrode mixture layer may further contain a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent, and the like.
- the negative electrode binder and the negative electrode conductive agent can be the same as the positive electrode binder and the positive electrode conductive agent.
- the positive electrode member, the separator, the negative electrode member and the separator may be wound, or the positive electrode member, the separator, the negative electrode member and the separator may be stacked. It may be in a state as well.
- the electrode structure or the wound electrode structure may be stored in the electrode structure storage member in a wound state.
- the electrode structure may be stored in the electrode structure storage member in a stacked state.
- the external shape of the electrode structure storage member can be cylindrical or rectangular (flat). Shape, form of the lithium ion secondary battery (hereinafter sometimes referred to simply as “secondary battery”), coin type, button type, disc type, flat type, square type, cylindrical type or laminate type (laminate film type And the like.
- an electrode structure storage member (battery can) constituting a cylindrical secondary battery include iron (Fe), nickel (Ni), aluminum (Al), titanium (Ti), etc., or alloys of these, and And / or stainless steel (SUS) etc. can be mentioned.
- the battery can is preferably plated with, for example, nickel or the like in order to prevent electrochemical corrosion associated with charging and discharging of the secondary battery.
- the exterior member in a laminate type (laminated film type) secondary battery has a form having a laminated structure of a plastic material layer (fusion layer), a metal layer and a plastic material layer (surface protective layer), that is, a form that is a laminate film
- a plastic material layer fusion layer
- a metal layer a metal layer
- a plastic material layer surface protective layer
- the exterior member may be one in which two laminate films are pasted together via an adhesive or the like.
- the fusion layer is made of, for example, a film of an olefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, modified polypropylene, and polymers of these.
- the metal layer is made of, for example, an aluminum foil, a stainless steel foil and / or a nickel foil or the like.
- the surface protective layer is made of, for example, nylon and / or polyethylene terephthalate.
- the exterior member is preferably an aluminum laminated film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order.
- the exterior member may be a laminate film having another laminated structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film.
- the number of secondary batteries may be one or more.
- a plurality of secondary batteries may be connected in series or in parallel.
- a plurality of sets of secondary batteries connected in series may be a battery pack connected in parallel, or a plurality of sets of secondary batteries connected in parallel may be a battery pack connected in series .
- the secondary battery in the present disclosure includes a laptop personal computer, a battery pack used as a detachable power supply for a personal computer etc., various display devices, a portable information terminal including a PDA (Personal Digital Assistant, a portable information terminal), a mobile phone, Smartphones, base phones and cordless handsets, video movies (video cameras and camcorders), digital still cameras, electronic books such as electronic books (electronic books) and electronic newspapers, electronic dictionaries, music players, portable music players, radios, Portable radios, headphones, headphone stereos, game consoles, wearable devices (for example, smart watches, wristbands, smart eyeglasses, medical devices, healthcare products), navigation systems, memory cards, cardiac pacemakers, hearing aids, electric tools Lighting devices including electric shavers, refrigerators, air conditioners, television receivers, stereos, water heaters, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, room lights, etc., various electric devices (including portable electronic devices ) As a driving power source or auxiliary power source for toys, medical devices,
- a converter that converts power into driving force by supplying power is generally a motor.
- a control device (control unit) that performs information processing related to vehicle control includes a control device that performs secondary battery residual amount display based on information on the residual amount of the secondary battery.
- a secondary battery can also be used in the electrical storage apparatus in what is called a smart grid.
- Such a power storage device can not only supply power but also store power by receiving supply of power from another power source.
- power sources for example, thermal power generation, nuclear power generation, hydroelectric power generation, solar cells, wind power generation, geothermal power generation, fuel cells (including biofuel cells) and the like can be used.
- the secondary battery in a battery pack having a secondary battery and a control unit (control unit) that performs control related to the secondary battery can be configured to use the laminated structure of the present disclosure.
- the secondary structure in an electronic device that receives power supply from a secondary battery can have a form in which the stacked structure of the present disclosure is used.
- a secondary in an electric vehicle having a conversion device that receives supply of electric power from a secondary battery and converts it into driving force of the vehicle, and a control device (control unit) that performs information processing related to vehicle control based on information on the secondary battery
- the battery may be in a form in which the laminated structure of the present disclosure is used.
- the conversion device typically receives supply of power from the secondary battery to drive the motor to generate driving force. Regenerative energy can also be used to drive the motor.
- the control device performs information processing related to vehicle control based on, for example, the battery remaining amount of the secondary battery.
- the electric vehicle includes, for example, so-called hybrid vehicles as well as electric vehicles, electric motorcycles, electric bicycles, railway vehicles and the like.
- Secondary batteries can also be used in storage devices in so-called smart grids. Such a power storage device can not only supply power but also store power by receiving supply of power from another power source.
- the secondary battery in this power storage device can be in a form in which the laminated structure of the present disclosure is used.
- power sources for example, thermal power generation, nuclear power generation, hydroelectric power generation, solar cells, wind power generation, geothermal power generation, fuel cells (including biofuel cells) and the like can be used.
- a stack of the present disclosure is provided to a secondary battery in a power storage system (or a power supply system) configured to receive supply of power from a secondary battery and / or supply power to a secondary battery from a power source. It can be in the form in which the structure is used.
- This power storage system may be any power storage system as long as it uses approximately power, and also includes a mere power device.
- the power storage system includes, for example, a smart grid, a home energy management system (HEMS), a vehicle, and the like, and can also store power.
- HEMS home energy management system
- the laminated structure of the present disclosure can be used for a secondary battery in a power storage power supply configured to be connected to an electronic device that has a secondary battery and is supplied with power.
- This power storage power source can be basically used for any power storage system, power supply system or power device regardless of the application of the power source, but it can be used, for example, for a smart grid.
- Example 1 relates to a laminated structure of the present disclosure and a method of manufacturing the laminated structure according to the first aspect of the present disclosure.
- a schematic cross-sectional view along the length direction of the laminated structure of Example 1 is shown in FIG. 1A or 1B.
- the first region located forward in the direction of movement of the laminated structure shown by the white arrow It is represented by an area
- the first region adjacent to the second region is A phenomenon occurs in which the low volume density region 23 is generated in the region 23 of the single layer 20.
- the laminated structure of Example 1 and the laminated structure obtained by the method of manufacturing the laminated structure of Example 1 have a configuration and a structure that suppress the occurrence of such a phenomenon that the low volume density region 23 is generated.
- the laminated structure of Example 1 is A base 10 provided with a first surface 11 and a second surface 12 opposed to the first surface 11; A first layer 20 formed on the first surface 11 of the substrate 10, and A second layer 30 formed on the second surface 12 of the substrate 10, Consists of The first layer 20 has a first A end 21 and a first B end 22 along the width direction of the substrate 10, The second layer 30 has a second A end 31 and a second B end 32 along the width direction of the substrate 10, The first A end 21 and the second A end 31 face each other, The first B end 22 and the second B end 32 face each other, The second A end 31 is positioned closer to the center of the base 10 than the first A end 21.
- the end face 31A of the second A end portion 31 has a slope, or has a step shape, or has a combined shape of a slope and a step shape. Specifically, in the laminated structure of the first embodiment, the end face 31A of the second A end portion 31 has a slope.
- the method for producing the laminated structure of Example 1 is A base 10 provided with a first surface 11 and a second surface 12 opposed to the first surface 11; A first layer 20 formed on the first surface 11 of the substrate 10, and A second layer 30 formed on the second surface 12 of the substrate 10, Consists of The first layer 20 has a first A end 21 and a first B end 22 along the width direction of the substrate 10, The second layer 30 has a second A end 31 and a second B end 32 along the width direction of the substrate 10, The first A end 21 and the second A end 31 face each other, The first B end 22 and the second B end 32 face each other, The second A end 31 is located closer to the center of the base 10 than the first A end 21, The end face 31A of the second A end portion 31 has a slope, or has a step shape, or is a method for manufacturing a laminated structure having a combination of a slope and a step shape, The laminated structure is pressed (pressed, compressed) by passing the laminated structure between a pair of press rolls.
- the first layer 20 includes the first A end 21 and the first B end 22 along the width direction of the substrate 10 (the direction perpendicular to the plane of the drawing), but the first A end 21 is the substrate 10 And may or may not be parallel to the width direction of Similarly, the first B end 22 may or may not be parallel to the width direction of the substrate 10.
- the second layer 30 has the second A end 31 and the second B end 32 along the width direction of the base material 10, but the second A end 31 is parallel to the width direction of the base 10 It may or may not be parallel in some cases. Similarly, the second B end 32 may or may not be parallel to the width direction of the substrate 10.
- Example 1 the first A end 21, the first B end 22, the second A end 31, and the second B end 32 are in the width direction of the substrate 10. It is parallel.
- the first A end 21 and the second A end 31 face each other, the orthographic image of the first A end 21 on the substrate 10 and the orthographic image of the second A end 31 on the substrate 10 are , Not consistent as a whole.
- the first B end 22 and the second B end 32 face each other, an orthographic image of the first B end 22 on the base 10 and an orthographic image of the second B end 32 on the base 10 And do not match as a whole.
- the radius r of the pair of press rolls 40 is 0.375 m
- the thickness c of the base 10 is 10 ⁇ m
- the thickness e of the first layer 20 is 74 ⁇ m
- the thickness of the second layer 30 is 74 ⁇ m.
- FIG. 15 shows simulation results of the relationship between the inclination angle B and V 10 / V 11.
- the value of the inclination angle B is 5 degrees or less, the value of V 10 / V 11 is 0.94 or more, and the generation of the low volume density region can be suppressed.
- the value of V 10 / V 11, for convenience referred to as "V 10 / V 11 desired value”.
- the inclination angle B is an angle formed by a straight line connecting the lowermost end and the uppermost end of the slope and the second surface 12 of the base 10.
- the value of the inclination angle when V 10 / V 11 0.90.94 is satisfied is the optimum inclination angle B opt described next.
- the end face 32A of the inner end 32 has a slope or has a step shape Or have a combined slope and step shape.
- the end face 32A of the inner end 32 has a bevel.
- the inclination angle of the end face 32A of the inner end 32 is preferably 5 degrees or less.
- This layer (first layer 20) having a length of 1 mm from the portion 22 'of the layer (first layer 20) having the outer end 22 opposed to the inner end 32 and a portion spaced 2 mm outward from the portion 22'
- V 21 V 20 / V 21 0.90.94 is satisfied.
- first B end 22 and the second B end 32 are located closer to the center of the base 10 than the other (second B end 32),
- the end face 22A of the inner end 22 has a slope or has a step shape. Or have a combined slope and step shape.
- the end face 22A of the inner end 22 has a bevel.
- the inclination angle of the end face 22A of the inner end 22 is preferably 5 degrees or less.
- a layer (second layer 30) having a length of 1 mm from a portion 32 'of the layer (second layer 30) having the outer end 32 opposite to the inner end 22 and a portion spaced 2 mm outward from the portion 32' The volume density average value in the region V 20 , the region of this layer (specifically, the layer sufficiently inside from the portion 32 ′ of this layer (second layer 30) having the outer edge 32 opposite the inner edge 22 Volume density average value of this layer (the second layer 30) having a length of 1 mm from a portion spaced 3 mm inward from the portion 32 'of the second layer 30 opposite to the first B end 22 and a portion 4 mm away from the portion) the when the V 21, satisfies V 20 / V 21 ⁇ 0.94.
- the first layer 20 is applied to the first surface 11 of the substrate 10 by, for example, a coating device provided with a die and a back roll, and the second layer is applied to the second surface 12 of the substrate 10 It can be obtained by applying 30.
- the first layer 20 and the second layer 30 can be formed by intermittently supplying the coating solution (positive electrode mixture slurry or negative electrode mixture slurry) to the die.
- the thickness of the first layer 20 and the second layer 30 is determined by the distance between the die and the back roll, the flow rate of the coating liquid, the lip angle of the die, and the substrate transport speed.
- the shape of the end face 31A of the second A end 31 in the second layer 30 is mainly determined by the flow rate of the coating liquid.
- the long laminated structure before pressing thus obtained is first preheated, and then the first layer 20 and the second layer 30 are continuously pressed using a roll press (see FIG. 5). After compression, compression, cooling, and inspection are performed, and wound up as a long laminated structure. Thereafter, various processes are performed on the laminated structure based on the specification required for the laminated structure, the specification required for the product in which the laminated structure is used, and the like.
- reference numeral 41 denotes a guide roll disposed on the upstream side
- reference numeral 42 denotes a guide roll disposed on the downstream side.
- an imaginary plane IP in which the laminated structure is included when the laminated structure passes between the pair of press rolls 40 is indicated by a broken line.
- the laminated structure contact surface of the guide rolls 41 and 42 is located in an imaginary plane in which the laminated structure is included. That is, when the laminated structure passes between the guide rolls 42 and between the pair of press rolls 40 (or a pair of press rolls 50 described later), the vertical position of the laminated structure does not change. Similarly, when the laminated structure passes between the pair of press rolls 40 (or a pair of press rolls 50 described later) and between the guide rolls 41, the vertical position of the laminated structure does not change. Even in the examples described below, the laminated structure can be manufactured substantially in the same manner.
- the end face of the second A end has a slope, so the volume is low. The occurrence of the density region can be effectively suppressed.
- the second embodiment is a modification of the first embodiment.
- the end face 31B of the second A end portion 31 has a stepped shape.
- the inclination angle of the end face 31B of the second A end portion 31 corresponding to the portion of the riser of the stairs is 90 degrees.
- the inclination angle of the entire end face 31B of the second A end portion 31 is a curve (in some cases, a straight line connecting smoothly a portion corresponding to the step nose of a stairway; FIGS.
- FIG. 2A, 2B, 2C, 3A Assuming a straight line connecting a point where the second surface 12 of the base material 10 intersects with the second surface 12 of the base material 10 in FIG. 3B and a portion corresponding to the stair nose of the stairs, this straight line and the second surface 12 of the base material 10 It refers to the angle that is formed.
- Optimum inclination angle B opt in the same manner as in Example 1, since the value of V 10 / V 11 and V 10 / V 11 desired value, the thickness of the radius r and the base material 10 of the press roll 40, the first It varies with the thickness of the layer 20 and the second layer 30. Therefore, under the same conditions as shown in Table 1, the radius r of the press roll 40, the thickness of the first layer 20, the thickness of the second layer 30, the thickness of the substrate 10, and the laminated structure A And simulation was performed by using the area density and volume density of the first layer 20 and the second layer 30 in the laminated structure B and the linear pressure at the time of pressing as parameters. However, the radius r of the press roll 40 was 0.25 m, 0.375 m and 0.50 m. In the simulation, N 1.
- FIG. 20A the obtained radius r of the press roll 40 and the maximum value of the optimum inclination angle B opt (indicated by “A” in FIG. 20A), the median (indicated by “B” in FIG. 20A), and the minimum (figure 20A shows the result of graphing the relationship with “C”). From the results shown in FIG. 20A, 0.022B opt + 0.022 ⁇ g n ⁇ 0.045B opt +0.063 By satisfying, it was found that it is the value of V 10 / V 11 to obtain a laminated structure is V 10 / V 11 desired value.
- FIG. 20B shows a graph obtained by superposing the data shown in FIG. 18A, FIG. 18B and FIG. 19 in a region sandwiched by equation (2-1) and equation (2-4). 18A, all of the data shown in FIGS. 18B and 19 are included.
- FIG. 21A A simulation result of the relationship between the step ratio g n , the volume density, and the distance X from the portion 21 ′ of the first layer 20 facing the second A end 31 is shown in FIG. 21A. Further, FIG. 21B shows the relationship between the step ratio g n and the length of the low volume density region.
- the number used as the basis of each level difference rate is as follows.
- the value of c, the value of e, and the total thickness of the second layer are determined, the value of N for making the step ratio g n equal to or less than 0.15 is determined, and further, each second layer segment 30S n
- the thickness d n is determined.
- the thickness (c) of the base 10 is 10 ⁇ m
- the thickness (e) of the first layer 20 and the thickness of the second layer 30 are 100 ⁇ m.
- N 4
- the end face of the 2A ends 31, combined with the slopes 31C 2 and step shape 31C 1 shape May be included.
- Example 3 relates to a roll press apparatus of the present disclosure and a method of manufacturing a laminated structure according to the second aspect of the present disclosure.
- the laminated structure of Example 3 has the same configuration and structure as the laminated structure of Example 1 except that the shape of the end face 31A of the second A end portion 31 is different. That is, in the laminated structure of Example 3, as shown in FIG. 4A or FIG. 4B, a schematic cross-sectional view along the length direction of the laminated structure corresponds to the portion of the riser of the step.
- the inclination angle of the end face 31D of the second A end 31 is 90 degrees.
- Roll press apparatus of Example 3 Roll press apparatus for producing an electrode for a secondary battery, or roll press for producing an electrode member of a secondary battery, or a roll press for producing a positive electrode component or a negative electrode component of a secondary battery Device
- a pair of press rolls 50 and Auxiliary rolls 51, 52 disposed upstream, downstream, or upstream and downstream of the pair of press rolls 50, , And the laminated structure is passed between the pair of press rolls 50 to press (press, compress) the laminated structure.
- a virtual plane IP shown by a broken line in the drawing
- the laminated structure contact surface of the auxiliary rolls 51 and 52 Is located at the upper side or the lower side.
- the control of the positions of the auxiliary rolls 51 and 52 in the vertical direction can be performed by a known method (for example, a position detector and the vertical direction of the auxiliary rolls 51 and 52 using a hydraulic cylinder or air cylinder based on detection results of the position detectors). Method) such as control of the position of
- a pair of press rolls 50, and Auxiliary rolls 51, 52 disposed upstream, downstream, or upstream and downstream of the pair of press rolls 50 Using a roll press equipped with The laminated structure contact surface of the auxiliary rolls 51 and 52 is positioned on the upper side or the lower side with respect to the virtual plane IP in which the laminated structure is included when the laminated structure passes between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure is pressed (pressed, compressed) by passing the laminated structure between the pair of press rolls 50.
- the pair of auxiliary rolls 51 is disposed upstream of the pair of press rolls 50, and the pair of auxiliary rolls 52 is the pair of press rolls 50. It is located downstream.
- assistant roll 51 is arrange
- the first layer 20 is located on the upper side
- the second layer 30 is located on the lower side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary rolls 51 and 52 is located on the lower side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the first layer 20 is located on the lower side
- the second layer 30 is located on the upper side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary rolls 51 and 52 is located on the upper side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 6A and FIG. 7A is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure shown to FIG. 4A.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 6B and FIG. 7B is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure which has the structure which inverted the top and bottom of the laminated structure shown to FIG. 4A.
- the pair of auxiliary rolls 51 is disposed upstream of the pair of press rolls 50, and the pair of auxiliary rolls 52 is the pair of press rolls 50. It is located downstream.
- assistant roll 51 is arrange
- the first layer 20 is on the lower side
- the second layer 30 is on the upper side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located below and the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 52 is located above the virtual plane IP where the laminated structure passes when it passes.
- the first layer 20 is located on the upper side
- the second layer 30 is located on the lower side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located on the upper side and the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 52 is located on the lower side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 8A and FIG. 9A is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure which has the structure which inverted the top and bottom of the laminated structure shown to FIG. 4B.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 8B and FIG. 9B is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure shown to FIG. 4B.
- the pair of auxiliary rolls 51 is disposed upstream of the pair of press rolls 50, and the pair of guide rolls 42 is the pair of press rolls 50. It is located downstream.
- the one auxiliary roll 51 is arrange
- the first layer 20 is located on the upper side
- the second layer 30 is located on the lower side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located on the lower side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the first layer 20 is located on the lower side
- the second layer 30 is located on the upper side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located on the upper side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 10A and 11A is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure shown to FIG. 4A.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 10B and FIG. 11B is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure which has the structure which made the top and bottom of the laminated structure shown to FIG. 4A reverse.
- the first layer 20 is located on the lower side
- the second layer 30 is located on the upper side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located on the lower side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing through.
- the first layer 20 is located on the upper side
- the second layer 30 is located on the lower side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 51 is located on the upper side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 10A and 11A is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure which has the structure which made the top and bottom of the laminated structure shown to FIG. 4B reverse.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 10B and FIG. 11B is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure shown to FIG. 4B.
- the pair of auxiliary rolls 52 is disposed downstream of the pair of press rolls 50, and the pair of guide rolls 41 is the pair of press rolls 50. It is located upstream.
- one auxiliary roll 52 is disposed downstream of the pair of press rolls 50, and the pair of guide rolls 41 is a pair of press rolls. It is disposed upstream of the roll 50.
- the first layer 20 is located on the upper side
- the second layer 30 is located on the lower side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 52 is located on the lower side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing.
- the first layer 20 is located on the lower side
- the second layer 30 is located on the upper side
- the laminated structure is between the pair of press rolls 50.
- the laminated structure contact surface of the auxiliary roll 52 is located on the upper side with respect to the virtual plane IP including the laminated structure when passing through.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 12A and FIG. 13A is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure shown to FIG. 4A or FIG. 4B.
- the roll press apparatus of Example 3 shown to FIG. 12B and FIG. 13B is a roll press apparatus suitable for the press of the laminated structure which has the structure which made the top and bottom of the laminated structure shown to FIG. 4A or FIG. .
- the laminated structure is A base 10 provided with a first surface 11 and a second surface 12 opposed to the first surface 11; A first layer 20 formed on the first surface 11 of the substrate 10, and A second layer 30 formed on the second surface 12 of the substrate 10, Consists of The first layer 20 has a first A end 21 and a first B end 22 along the width direction of the substrate 10, The second layer 30 has a second A end 31 and a second B end 32 along the width direction of the substrate 10, The first A end 21 and the second A end 31 face each other, The first B end 22 and the second B end 32 face each other, The second A end 31 is located closer to the center of the base 10 than the first A end 21, The end face 31A of the second A end portion 31 has a slope, or has a step shape, or has a combination of a slope and a step shape.
- the laminated structure has the configuration and structure described in the first and second embodiments. And The laminated structure intrudes between the pair of press rolls 50, When the second layer 30 is located below the first layer 20, the laminated structure contact surface of the auxiliary rolls 51, 52 is located below the virtual plane IP, and the second layer 30 is the first layer. When positioned above 20, the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is positioned above the virtual plane IP.
- the roll press apparatus of the third embodiment and the method of manufacturing the laminated structure of the third embodiment assistance is provided to a virtual plane including the laminated structure when the laminated structure passes between the pair of press rolls. Since the laminated structure is pressed by passing the laminated structure between the pair of press rolls with the laminated structure contact surface of the roll positioned on the upper side or the lower side, generation of a low volume density region It can be effectively suppressed.
- the laminated structure described in the first embodiment or the second embodiment can also be manufactured using the roll press apparatus of the third embodiment.
- Example 4 constitutes an electrode member of a battery from the laminated structure obtained by Examples 1 to 3.
- the battery is constituted of, for example, a lithium ion secondary battery.
- the laminated structure constitutes an electrode member (positive electrode member or negative electrode member) of a lithium ion secondary battery.
- the substrate 10 constitutes a current collector of an electrode member (positive electrode current collector of a positive electrode member), and the first layer 20 and the second layer 30 are a mixture layer (positive electrode mixture layer) of an electrode member (positive electrode member).
- the base material 10 comprises the collector of an electrode member (negative electrode collector of a negative electrode member), and the 1st layer 20 and the 2nd layer 30 are a mixture layer (negative electrode combination) of an electrode member (negative electrode member). Agent layer).
- Example 4 a lithium ion secondary battery composed of a cylindrical lithium ion secondary battery will be described.
- a schematic cross-sectional view of a cylindrical lithium ion secondary battery of Example 4 is shown in FIG.
- a schematic partial cross-sectional view along the longitudinal direction of the electrode structure constituting the lithium ion secondary battery of Example 4 is shown in FIG.
- FIG. 28 is a schematic partial cross-sectional view of a portion in which the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion are not disposed, and although the electrode structure is shown flat for simplification of the drawing, Because the electrode structure is wound, it is curved.
- the electrode structure 111 and the pair of insulating plates 102 and 103 are accommodated in the substantially hollow cylindrical electrode structure accommodating member 101.
- the electrode structure 111 can be manufactured, for example, by laminating the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 via the separator 116 to obtain an electrode structure, and then winding the electrode structure.
- the electrode structure storage member (battery can) 101 has a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened, and is made of iron (Fe) and / or aluminum (Al) or the like. .
- the surface of the electrode structure storage member 101 may be plated with nickel (Ni) or the like.
- the pair of insulating plates 102 and 103 sandwich the electrode structure 111 and is arranged to extend perpendicularly to the winding circumferential surface of the electrode structure 111.
- a battery cover 104, a safety valve mechanism 105, and a thermal resistance element (PTC element, positive temperature coefficient element) 106 are caulked via a gasket 107, whereby the electrode The structure storage member 101 is sealed.
- the battery cover 104 is made of, for example, the same material as the electrode structure storage member 101.
- the safety valve mechanism 105 and the thermal resistance element 106 are provided inside the battery cover 104, and the safety valve mechanism 105 is electrically connected to the battery cover 104 via the thermal resistance element 106.
- the disc plate 105A is reversed when the internal pressure becomes equal to or higher than a predetermined value due to internal short circuit or external heating. Then, the electrical connection between the battery cover 104 and the electrode structure 111 is cut off. In order to prevent abnormal heat generation caused by a large current, the resistance of the heat sensitive resistance element 106 increases with the temperature rise.
- the gasket 107 is made of, for example, an insulating material. Asphalt etc. may be applied to the surface of the gasket 107.
- a center pin 108 is inserted in the winding center of the electrode structure 111. However, the center pin 108 may not be inserted at the winding center.
- the positive electrode lead portion 113 made of a conductive material such as aluminum is connected to the positive electrode member 112. Specifically, the positive electrode lead portion 113 is attached to the positive electrode current collector 112A.
- a negative electrode lead portion 115 made of a conductive material such as copper is connected to the negative electrode member 114. Specifically, the negative electrode lead portion 115 is attached to the negative electrode current collector 114A. The negative electrode lead portion 115 is welded to the electrode structure storage member 101, and is electrically connected to the electrode structure storage member 101.
- the positive electrode lead portion 113 is welded to the safety valve mechanism 105 and is electrically connected to the battery cover 104.
- the negative electrode lead portion 115 is at one place (the outermost periphery of the wound electrode assembly), but at two places (the outermost periphery and the outermost periphery of the wound electrode assembly) It may be provided on the inner circumference).
- the electrode structure 111 is formed on the positive electrode current collector 112A (specifically, on both sides of the positive electrode current collector 112A), and on the negative electrode current collector 114A Specifically, the negative electrode member 114 in which the negative electrode mixture layer 114B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 114A is laminated via the separator 116.
- the positive electrode mixture layer 112B is not formed in the region of the positive electrode current collector 112A to which the positive electrode lead portion 113 is attached, and the negative electrode mixture layer 114B is formed in the region of the negative electrode current collector 114A to which the negative electrode lead portion 115 is attached. It has not been.
- Positive current collector 112A 20 ⁇ m thick aluminum foil positive electrode mixture layer 112B 50 ⁇ m thick per side
- Positive electrode lead portion 113 100 ⁇ m thick aluminum (Al) foil negative electrode current collector 114 A 20 ⁇ m thick copper foil negative electrode mixture layer 114 B thickness 50 ⁇ m per side
- Negative electrode lead portion 115 100 ⁇ m thick nickel (Ni) foil
- the positive electrode member 112 can be manufactured based on the following method. That is, first, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed, and then the mixture is calcined in air (900 ° C. ⁇ 5 hours) to obtain a lithium-containing composite oxide (LiCoO 2). Get).
- the positive electrode active material Li x CoO 2
- the cathode binder polyvinylidene fluoride 3 parts by weight
- cathode electrical conductor graphite, graphite
- the positive electrode mixture I assume 6 parts by weight
- the positive electrode mixture is mixed with an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone) to form a paste-like positive electrode mixture slurry.
- a positive electrode mixture slurry is applied to both sides of a strip-like positive electrode current collector 112A (corresponding to a base material and made of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m) using a coating apparatus, and then dried.
- the laminated structure (positive electrode mixture layer 112 B) described in the first to third embodiments is formed. Then, the first layer and the second layer (positive electrode mixture layer 112B) of the laminated structure are pressed using the method described in Example 1 to Example 3, and the roll press described in Example 1 to Example 3. (Pressurize, compress).
- the negative electrode member 114 When producing the negative electrode member 114, first, 97 parts by mass of the negative electrode active material (graphite (graphite) or a mixed material of graphite and silicon) and 3 parts by mass of the negative electrode binder (polyvinylidene fluoride) are mixed. And a negative electrode mixture.
- the average particle diameter d 50 of graphite is 20 ⁇ m.
- the negative electrode binder for example, a mixture of 1.5 parts by mass of an acryl-modified styrene-butadiene copolymer and 1.5 parts by mass of carboxymethylcellulose is used.
- the negative electrode mixture is mixed with an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone) to form a paste-like negative electrode mixture slurry.
- a negative electrode mixture slurry is applied on both sides of a strip-like negative electrode current collector 114A (corresponding to a base material and made of a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m) using a coating apparatus, and then dried.
- a laminated structure (negative electrode mixture layer 114B) is formed.
- the first layer and the second layer (negative electrode mixture layer 114B) of the laminated structure are pressed using the method described in Example 1 to Example 3, and the roll press machine described in Example 1 to Example 3. (Pressurize, compress).
- the separator 116 is made of a 20 ⁇ m thick microporous polyethylene film.
- a non-aqueous electrolytic solution having a composition shown in Table 3, Table 4 or Table 5 below is impregnated in the electrode structure 111.
- the solvent of the non-aqueous electrolytic solution is a broad concept including not only liquid materials but also materials having ion conductivity capable of dissociating electrolyte salts. Therefore, when using a polymer compound having ion conductivity, the polymer compound is also included in the solvent.
- Organic solvent 1/1 by EC / PC mass ratio
- Lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte LiPF 6 1.0 mol / organic solvent 1kg
- Other additives Vinylene carbonate (VC) 1% by mass
- Organic solvent 3/5 by mass ratio of EC / DMC Lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte: LiPF 6 1.0 mol / organic solvent 1kg
- Organic solvent EC / DMC / FEC 2.7 / 6.3 / 1.0 in mass ratio
- Lithium salt constituting the non-aqueous electrolyte LiPF 6 1.0 mol / organic solvent 1kg
- the first compound, the second compound, the third compound, and other materials are mixed and stirred.
- the first compound bisfluorosulfonylimide lithium (LiFSI) or bistrifluoromethylsulfonylimide lithium (LiTFSI) is used.
- the second compound acetonitrile (AN), propionitrile (PN) or butyronitrile (BN) which is a non-oxygen-containing mononitrile compound, or methoxyacetonitrile (MAN) which is an oxygen-containing mononitrile compound is used.
- vinylene carbonate (VC) which is unsaturated cyclic carbonate, vinyl ethylene carbonate (VEC) or methylene ethylene carbonate (MEC), or 4-fluoro-1,3 which is a halogenated carbonate.
- VC vinylene carbonate
- VEC vinyl ethylene carbonate
- MEC methylene ethylene carbonate
- 4-fluoro-1,3 which is a halogenated carbonate.
- FEC fluoromethyl carbonate
- SN succinonitrile
- ethylene carbonate (EC) which is a cyclic carbonate
- dimethyl carbonate (DMC) which is a chain carbonate
- lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) which is an electrolyte salt and / or tetrafluoride Lithium borate (LiBF 4 )
- the electrolytic solution is not limited to such a composition.
- the lithium ion secondary battery can be manufactured, for example, based on the following procedure.
- the positive electrode mixture layer 112B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 112A, and the negative electrode mixture layer 114B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 114A.
- the positive electrode lead portion 113 is attached to the positive electrode current collector 112A using a welding method or the like.
- the negative electrode lead portion 115 is attached to the negative electrode current collector 114A by a welding method or the like.
- the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 are laminated through a separator 116 made of a microporous polyethylene film with a thickness of 20 ⁇ m and wound (more specifically, the positive electrode member 112 / separator 116 / negative electrode
- a protective tape (not shown) is attached to the outermost periphery.
- the center pin 108 is inserted into the center of the electrode structure 111.
- the electrode structure 111 is housed inside the electrode structure housing member (battery can) 101 while sandwiching the electrode structure 111 between the pair of insulating plates 102 and 103.
- the front end portion of the positive electrode lead portion 113 is attached to the safety valve mechanism 105 and the front end portion of the negative electrode lead portion 115 is attached to the electrode structure storage member 101 using a welding method or the like.
- an organic electrolytic solution or a non-aqueous electrolytic solution is injected based on the pressure reduction method to impregnate the separator 116 with the organic electrolytic solution or the non-aqueous electrolytic solution.
- the battery cover 104, the safety valve mechanism 105 and the heat sensitive resistance element 106 are crimped to the open end of the electrode structure storage member 101 via the gasket 107.
- the lithium ion secondary battery comprises a flat plate type laminate film type lithium ion secondary battery, and the positive electrode member, the separator and the negative electrode member are wound.
- FIGS. 29 and 30A A schematic exploded perspective view of the secondary battery of Example 5 is shown in FIGS. 29 and 30A.
- FIG. 30B shows a schematic enlarged cross-sectional view (a schematic enlarged cross-sectional view along the YZ plane) along arrow AA of the electrode structure (laminated structure) shown in FIGS. 29 and 30A.
- a schematic partial cross-sectional view (a schematic partial cross-sectional view along the XY plane) in which a portion of the electrode structure shown in FIG. 30B is enlarged is the same as that shown in FIG.
- an electrode structure 111 basically the same as that of the fourth embodiment is accommodated in an exterior member 120 made of a laminate film.
- the electrode structure 111 can be manufactured by winding the laminated structure after laminating the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 via the separator 116 and the electrolyte layer 118.
- the positive electrode lead portion 113 is attached to the positive electrode member 112, and the negative electrode lead portion 115 is attached to the negative electrode member 114.
- the outermost periphery of the electrode structure 111 is protected by a protective tape 119.
- the positive electrode lead portion 113 and the negative electrode lead portion 115 project from the inside to the outside of the package member 120 in the same direction.
- the positive electrode lead portion 113 is formed of a conductive material such as aluminum.
- the negative electrode lead portion 115 is formed of a conductive material such as copper, nickel and / or stainless steel. These conductive materials are, for example, thin plate or mesh.
- the exterior member 120 is a single sheet of film foldable in the direction of the arrow R shown in FIG. 29, and a recess (emboss) for accommodating the electrode structure 111 is provided in a part of the exterior member 120.
- the exterior member 120 is, for example, a laminate film in which a fusion bonding layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order.
- the package member 120 may be a laminate of two laminated films with an adhesive or the like.
- the fusion layer comprises, for example, a film such as polyethylene and / or polypropylene.
- the metal layer is made of, for example, an aluminum foil or the like.
- the surface protective layer is made of, for example, nylon and / or polyethylene terephthalate.
- the exterior member 120 is preferably an aluminum laminated film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order.
- the exterior member 120 may be a laminate film having another laminated structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film.
- a moisture resistant aluminum laminate film (total thickness) in which a nylon film (thickness 30 ⁇ m), an aluminum foil (thickness 40 ⁇ m), and a non-oriented polypropylene film (thickness 30 ⁇ m) are laminated in this order from the outside 100 ⁇ m).
- the adhesive film 121 is inserted between the exterior member 120 and the positive electrode lead portion 113 and between the exterior member 120 and the negative electrode lead portion 115 in order to prevent the intrusion of the outside air.
- the adhesive film 121 is a material having adhesiveness to the positive electrode lead portion 113 and the negative electrode lead portion 115, for example, a polyolefin resin etc., more specifically, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene and / or modified polypropylene. It consists of
- the positive electrode member 112 has a positive electrode mixture layer 112B on both sides of the positive electrode current collector 112A.
- the negative electrode member 114 has a negative electrode mixture layer 114B on both sides of the negative electrode current collector 114A.
- the electrolyte layer may contain a non-aqueous electrolytic solution and a holding polymer compound, and the non-aqueous electrolytic solution may be held by the holding polymer compound.
- a non-aqueous electrolytic solution may be held by the holding polymer compound.
- Such an electrolyte layer is a gel electrolyte, and high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained, and liquid leakage of the non-aqueous electrolyte solution is prevented.
- the electrolyte layer may further contain other materials such as additives.
- the solvent of the non-aqueous electrolytic solution is a broad concept including not only liquid materials but also materials having ion conductivity capable of dissociating electrolyte salts. Therefore, when using a polymer compound having ion conductivity, the polymer compound is also included in the solvent.
- a non-aqueous electrolyte may be used as it is. In this case, the non-aqueous electrolytic solution is impregnated into the electrode structure.
- a non-aqueous electrolytic solution is prepared. Then, the non-aqueous electrolytic solution, the polymer compound for holding, and the organic solvent (dimethyl carbonate) are mixed to prepare a sol precursor solution.
- a precursor solution is dried and a gel-like electrolyte layer is formed.
- the lithium ion secondary battery provided with the gel electrolyte layer can be manufactured, for example, based on the following three types of procedures.
- the positive electrode mixture layer 112B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 112A, and the negative electrode mixture layer 114B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 114A.
- the positive electrode member and the negative electrode member are formed from the laminated structures described in the first to third embodiments.
- a non-aqueous electrolytic solution, a polymer compound for holding, and an organic solvent are mixed to prepare a sol precursor solution.
- the precursor solution is dried to form a gel electrolyte layer.
- the positive electrode lead portion 113 is attached to the positive electrode current collector 112A using a welding method or the like, and the negative electrode lead portion 115 is attached to the negative electrode current collector 114A.
- the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 are laminated through a separator 116 made of a microporous polypropylene film and wound to prepare an electrode structure 111, and then a protective tape 119 is attached to the outermost periphery. wear.
- the package member 120 is folded so as to sandwich the electrode structure 111, and the outer peripheral portions of the package member 120 are adhered to each other using a heat fusion method or the like. Encapsulate.
- An adhesive film (acid-modified propylene film) 121 is inserted between the positive electrode lead portion 113 and the negative electrode lead portion 115 and the package member 120.
- the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 are manufactured. Then, the positive electrode lead portion 113 is attached to the positive electrode member 112, and the negative electrode lead portion 115 is attached to the negative electrode member 114. Thereafter, the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 are laminated through the separator 116 and wound to prepare a wound body which is a precursor of the electrode structure 111, and then a protective tape is formed on the outermost periphery of the wound body.
- a composition for electrolyte is prepared by mixing a non-aqueous electrolytic solution, a monomer which is a raw material of a polymer compound, a polymerization initiator and, if necessary, another material such as a polymerization inhibitor. Then, after the composition for electrolyte is injected into the inside of the bag-like exterior member 120, the exterior member 120 is sealed using a heat fusion method or the like. The monomers are then thermally polymerized to form a polymeric compound. This forms a gel electrolyte layer.
- a wound body is manufactured and a bag-like exterior member is produced in the same manner as in the second procedure except that the separator 116 coated with the polymer compound on both sides is used.
- the high molecular compound applied to the separator 116 is, for example, a polymer (homopolymer, copolymer or multicomponent copolymer) containing vinylidene fluoride as a component.
- a binary copolymer comprising polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as a component
- a ternary copolymer comprising vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as a component It is union etc.
- One or more other polymer compounds may be used together with the polymer containing vinylidene fluoride as a component.
- a non-aqueous electrolytic solution is prepared and injected into the inside of the exterior member 120, and then the opening of the exterior member 120 is sealed using a heat fusion method or the like.
- the package member 120 is heated while being applied a load, and the separator 116 is closely attached to the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 via the polymer compound.
- the non-aqueous electrolyte solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form an electrolyte layer.
- the third procedure blistering of the lithium ion secondary battery is suppressed more than in the first procedure. Further, in the third procedure, compared to the second procedure, the solvent and the monomer, which is a raw material of the polymer compound, hardly remain in the electrolyte layer, so the step of forming the polymer compound is well controlled. . Therefore, the positive electrode member 112, the negative electrode member 114, and the separator 116 sufficiently adhere to the electrolyte layer.
- Each of the positive electrode member 112 and the negative electrode member 114 can be manufactured by the same method as described in the fourth embodiment.
- the negative electrode active material (silicon) and the precursor of the negative electrode binder (polyamic acid) may be mixed to form a negative electrode mixture.
- the average particle diameter d 50 of silicon is 1 ⁇ m.
- N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide are used as solvents for the polyamic acid.
- the negative electrode mixture slurry is heated in a vacuum atmosphere under conditions such as 100 ° C. ⁇ 12 hours.
- polyimide which is a negative electrode binder, is formed.
- the present invention can be applied to a lithium ion secondary battery used for an apparatus, an apparatus, an apparatus, and a system (assembly of a plurality of apparatuses) without particular limitation.
- the lithium ion secondary battery used as a power source may be a main power source (power source used preferentially) or an auxiliary power source (a power source used in place of the main power source or switched from the main power source) ) May be.
- the main power supply is not limited to the lithium ion secondary battery.
- lithium ion secondary batteries As applications of lithium ion secondary batteries, video cameras, camcorders, digital still cameras, mobile phones, personal computers, television receivers, various display devices, cordless phones, headphone stereos, music players, portable radios , Electronic paper such as electronic book and electronic newspaper, various electronic devices such as portable information terminals including PDA, electric devices (including portable electronic devices); toys; portable household appliances such as electric shaver; lighting fixtures such as indoor lights Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids; storage devices such as memory cards; battery packs used for personal computers etc. as detachable power sources; electric tools such as electric drills and electric saws; electric power for emergency use etc.
- Storage systems such as home battery systems that store Energy servers (power storage devices for home use), power supply systems; storage units and backup power supplies; electric vehicles such as electric cars, electric bikes, electric bicycles, Segway (registered trademark); electric power driving force conversion devices for aircraft and ships (specifically For example, although the drive of a motive power motor can be illustrated, it does not limit to these applications.
- the lithium ion secondary battery in the present disclosure is applied to a battery pack, an electric vehicle, an electric power storage system, an electric power supply system, an electric tool, an electronic device, an electric device and the like. Since excellent battery characteristics are required, it is possible to effectively improve the performance by using the lithium ion secondary battery in the present disclosure.
- the battery pack is a power source using a lithium ion secondary battery, and is a so-called assembled battery or the like.
- the electric vehicle is a vehicle that operates (travels) using a lithium ion secondary battery as a driving power source, and may be an automobile (hybrid vehicle etc.) equipped with a driving source other than the secondary battery.
- the power storage system is a system using a lithium ion secondary battery as a power storage source.
- a lithium ion secondary battery which is a power storage source
- home electric appliances and the like can be used using power.
- the electric power tool is a tool in which a movable portion (for example, a drill or the like) moves using a lithium ion secondary battery as a power source for driving.
- Electronic devices and electrical devices are devices that exhibit various functions as a power source (power supply source) for operating a lithium ion secondary battery.
- the battery pack is a simple battery pack (so-called soft pack) using one lithium ion secondary battery, and is mounted on, for example, an electronic device represented by a smartphone.
- the battery assembly includes six lithium ion secondary batteries connected in two parallel three series.
- the connection mode of the lithium ion secondary battery may be in series, in parallel, or a mixture of both.
- the battery pack is a simple battery pack (so-called soft pack) using one lithium ion secondary battery, and is mounted on, for example, an electronic device represented by a smartphone.
- the battery pack includes, for example, a power source 131 formed of a lithium ion secondary battery described in the fifth embodiment, and a circuit board 133 connected to the power source 131.
- the positive electrode lead portion 113 and the negative electrode lead portion 115 are attached to the power source 131.
- a pair of adhesive tapes 135 is attached to both side surfaces of the power supply 131.
- the circuit board 133 is provided with a protection circuit (PCM: Protection Circuit Module).
- PCM Protection Circuit Module
- the circuit board 133 is connected to the positive electrode lead portion 113 via the tab 132A, and is connected to the negative electrode lead portion 115 via the tab 132B. Further, a lead wire 134 with a connector for external connection is connected to the circuit board 133.
- the circuit board 133 is protected from above and below by the label 136 and the insulating sheet 137. By attaching the label 136, the circuit board 133 and the insulating sheet 137 are fixed.
- the circuit board 133 includes a control unit (not shown), a switch unit, a PTC, and a temperature detection unit.
- the power source 131 can be connected to the outside via a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (not shown), and the power source 131 is charged and discharged via the positive electrode terminal and the negative electrode terminal.
- the temperature detection unit can detect the temperature via a temperature detection terminal (so-called T terminal).
- FIG. 32A shows a block diagram showing a configuration of an electric-powered vehicle such as a hybrid car which is an example of the electric-powered vehicle.
- the electrically powered vehicle includes a control unit 201, various sensors 202, a power supply 203, an engine 211, a generator 212, inverters 213 and 214, a driving motor 215, a differential device 216, inside a metal case 200.
- a transmission 217 and a clutch 218 are provided.
- the electric vehicle includes, for example, a front wheel drive shaft 221, a front wheel 222, a rear wheel drive shaft 223, and a rear wheel 224 connected to the differential gear 216 and the transmission 217.
- the electric-powered vehicle can travel, for example, using either the engine 211 or the motor 215 as a drive source.
- the engine 211 is a main power source, such as a gasoline engine.
- the driving force (rotational force) of the engine 211 is transmitted to the front wheel 222 or the rear wheel 224 via, for example, the differential 216 serving as a driving unit, the transmission 217 and the clutch 218.
- the rotational power of the engine 211 is also transmitted to the generator 212, and the generator 212 generates AC power using the rotational power, and the AC power is converted to DC power via the inverter 214 and stored in the power supply 203. .
- the motor 215 which is a conversion unit is used as a motive power source
- the electric power (DC power) supplied from the power source 203 is converted into AC power via the inverter 213, and the motor 215 is driven using AC power.
- the driving force (rotational force) converted from the electric power by the motor 215 is transmitted to the front wheel 222 or the rear wheel 224 via, for example, the differential gear 216 as a driving unit, the transmission 217 and the clutch 218.
- the resistance during deceleration is transmitted to the motor 215 as a rotational force, and the rotational force may be used to cause the motor 215 to generate AC power.
- AC power is converted to DC power via inverter 213, and DC regenerative power is stored in power supply 203.
- the control unit 201 controls the operation of the entire electric vehicle, and includes, for example, a CPU.
- the power supply 203 includes one or more lithium ion secondary batteries (not shown) described in the fourth embodiment and the fifth embodiment.
- the power supply 203 may be connected to an external power supply, and may be configured to store power by receiving power supply from the external power supply.
- the various sensors 202 are used, for example, to control the rotational speed of the engine 211 and to control the opening degree (throttle opening degree) of a throttle valve (not shown).
- the various sensors 202 include, for example, a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.
- the electric vehicle may be a vehicle (electric vehicle) that operates using only the power supply 203 and the motor 215 without using the engine 211.
- the power storage system includes, for example, a control unit 231, a power supply 232, a smart meter 233, and a power hub 234 inside a house 230 such as a home or a commercial building.
- the power source 232 is connected to, for example, an electric device (electronic device) 235 installed inside the house 230, and can be connected to an electric vehicle 237 stopped outside the house 230. Also, the power supply 232 is connected to, for example, a private generator 236 installed in the house 230 via the power hub 234, and can be connected to an external centralized power system 238 via the smart meter 233 and the power hub 234 is there.
- the electrical device (electronic device) 235 includes, for example, one or more home appliances. As a household appliance, a refrigerator, an air-conditioner, a television receiver, a water heater etc. can be mentioned, for example.
- the private generator 236 is configured of, for example, a solar power generator, a wind power generator, or the like.
- Examples of the electric vehicle 237 include an electric car, a hybrid car, an electric motorcycle, an electric bicycle, Segway (registered trademark), and the like.
- As the centralized power system 238, a commercial power source, a power generation device, a power transmission network, a smart grid (next generation power transmission network) can be mentioned, and also, for example, a thermal power plant, a nuclear power plant, a hydroelectric power plant, a wind power plant
- various solar cells, fuel cells, wind power generators, micro-hydro power generators, geothermal power generators, etc. can be exemplified as the power generators provided in the centralized power system 238. It is not limited to these.
- the control unit 231 controls the operation of the entire power storage system (including the usage state of the power supply 232), and includes, for example, a CPU.
- the power source 232 includes one or more lithium ion secondary batteries (not shown) described in the fourth embodiment and the fifth embodiment.
- the smart meter 233 is, for example, a network compatible power meter installed in the house 230 on the power demand side, and can communicate with the power supply side. Then, the smart meter 233 controls the balance of supply and demand in the house 230 while communicating with the outside, for example, to enable efficient and stable energy supply.
- power is stored in the power source 232 from the centralized power system 238 which is an external power source through the smart meter 233 and the power hub 234, and from the private generator 236 which is an independent power source through the power hub 234.
- Power is stored in the power supply 232.
- the electric power stored in the power source 232 is supplied to the electric device (electronic device) 235 and the electric vehicle 237 according to the instruction of the control unit 231, so that the operation of the electric device (electronic device) 235 becomes possible.
- Vehicle 237 becomes chargeable. That is, the power storage system is a system that enables storage and supply of power within the house 230 using the power supply 232.
- the power stored in the power source 232 is arbitrarily available. Therefore, for example, power can be stored in the power supply 232 from the centralized power system 238 at midnight at low cost, and the power stored in the power supply 232 can be used during the day when the power is high.
- the power storage system described above may be installed for each household (one household), or may be installed for each household (plural households).
- the power tool is, for example, a power drill, and includes a control unit 241 and a power source 242 inside a tool main body 240 made of a plastic material or the like.
- a drill portion 243 which is a movable portion is rotatably attached to the tool main body 240.
- the control unit 241 controls the operation of the entire electric power tool (including the use state of the power supply 242), and includes, for example, a CPU.
- the power source 242 includes one or more lithium ion secondary batteries (not shown) described in the fourth and fifth embodiments.
- the control unit 241 supplies power from the power supply 242 to the drill unit 243 in response to the operation of the operation switch (not shown).
- the present disclosure has been described above based on the preferred embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
- the configuration and structure of the laminated structure described in the examples, the configuration and structure of the roll press apparatus, and the method of manufacturing the laminated structure are merely examples, and can be changed as appropriate.
- an example in which the laminated structure intrudes into the press roll from the first A end and the second A end of the laminated structure has been described, but from the first B end and the second B end of the laminated structure You may employ
- the electrode structure may be in a stacked state as well as in a wound state.
- the battery is composed of a lithium ion secondary battery as an example, a positive electrode member, a negative electrode member, a positive electrode mixture layer, a positive electrode active material, a negative electrode mixture layer, a negative electrode active material, constituting the lithium ion secondary battery,
- the binder, the conductive agent, the separator and the non-aqueous electrolytic solution will be respectively described.
- a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on both sides of the positive electrode current collector. That is, the positive electrode mixture layer contains, as a positive electrode active material, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium.
- the positive electrode mixture layer may further contain a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like.
- a material which comprises a positive electrode collector copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), magnesium (Mg), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn) is mentioned, for example.
- a foil-like material can be illustrated as a form of a positive electrode collector or a negative electrode collector to be described later.
- a lithium containing compound can be mentioned as a positive electrode material, and it is preferable to use lithium containing complex oxide and a lithium containing phosphoric acid compound from a viewpoint that a high energy density is obtained.
- the lithium-containing composite oxide is an oxide containing lithium and one or more elements (hereinafter referred to as “other elements”, except lithium) as a constituent element, and has a layered rock salt type crystal structure or It has a spinel crystal structure.
- the lithium-containing phosphate compound is a phosphate compound containing lithium and one or more elements (other elements) as constituent elements, and has an olivine type crystal structure.
- the other elements constituting the lithium-containing composite oxide and the lithium-containing phosphoric acid compound are not particularly limited, but one or more of the elements belonging to Groups 2 to 15 in the long-period periodic table may be mentioned. It is preferable to use nickel ⁇ Ni>, cobalt ⁇ Co>, manganese ⁇ Mn> and / or iron ⁇ Fe> from the viewpoint that the high voltage can be obtained.
- lithium-containing composite oxide having a layered rock salt type crystal structure examples include compounds represented by Formula (B), Formula (C), and Formula (D).
- M 11 represents cobalt ⁇ Co>, magnesium ⁇ Mg>, aluminum ⁇ Al>, boron ⁇ B>, titanium ⁇ Ti>, vanadium ⁇ V>, chromium ⁇ Cr>, iron ⁇ Fe>, copper ⁇ Cu And at least one element selected from the group consisting of zinc ⁇ Zn>, zirconium ⁇ Zr>, molybdenum ⁇ Mo>, tin ⁇ Sn>, calcium ⁇ Ca>, strontium ⁇ Sr> and tungsten ⁇ W>.
- a, b, c, d and e are 0.8 ⁇ a ⁇ 1.2 0 ⁇ b ⁇ 0.5 0 ⁇ c ⁇ 0.5 b + c ⁇ 1 -0.1 ⁇ d ⁇ 0.2 0 ⁇ e ⁇ 0.1 Satisfy.
- the composition differs depending on the charge and discharge state, and a is a value of a completely discharged state.
- M 12 is cobalt ⁇ Co>, manganese ⁇ Mn>, magnesium ⁇ Mg>, aluminum ⁇ Al>, boron ⁇ B>, titanium ⁇ Ti>, vanadium ⁇ V>, chromium ⁇ Cr>, iron ⁇ Fe And at least one element selected from the group consisting of copper ⁇ Cu>, zinc ⁇ Zn>, molybdenum ⁇ Mo>, tin ⁇ Sn>, calcium ⁇ Ca>, strontium ⁇ Sr> and tungsten ⁇ W>.
- a, b, c and d are 0.8 ⁇ a ⁇ 1.2 0.005 ⁇ b ⁇ 0.5 -0.1 ⁇ c ⁇ 0.2 0 ⁇ d ⁇ 0.1 Satisfy.
- the composition differs depending on the charge and discharge state, and a is a value of a completely discharged state.
- M 13 represents nickel ⁇ Ni>, manganese ⁇ Mn>, magnesium ⁇ Mg>, aluminum ⁇ Al>, boron ⁇ B>, titanium ⁇ Ti>, vanadium ⁇ V>, chromium ⁇ Cr>, iron ⁇ Fe And at least one element selected from the group consisting of copper ⁇ Cu>, zinc ⁇ Zn>, molybdenum ⁇ Mo>, tin ⁇ Sn>, calcium ⁇ Ca>, strontium ⁇ Sr> and tungsten ⁇ W>.
- a, b, c and d are 0.8 ⁇ a ⁇ 1.2 0 ⁇ b ⁇ 0.5 -0.1 ⁇ c ⁇ 0.2 0 ⁇ d ⁇ 0.1 Satisfy.
- the composition differs depending on the charge and discharge state, and a is a value of a completely discharged state.
- lithium-containing composite oxide having a layered rock salt type crystal structure examples include LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 Examples include O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , Li 1.2 Mn 0.52 Co 0.175 Ni 0.1 O 2 , and Li 1.15 (Mn 0.65 Ni 0.22 Co 0.13 ) 0.85 O 2 . Further, as the LiNiMnO-based material, specifically, LiNi 0.5 Mn 1.50 O 4 can be exemplified.
- Li 1.15 (Mn 0.65 Ni 0.22 Co 0.13 ) 0.85 O 2 is obtained as a positive electrode active material
- NiSO 4 nickel sulfate
- CoSO 4 cobalt sulfate
- MnSO 4 manganese sulfate
- the mixture is dispersed in water to prepare an aqueous solution.
- sodium hydroxide (NaOH) is added to the aqueous solution while sufficiently stirring the aqueous solution to obtain a coprecipitate (manganese-nickel-cobalt composite coprecipitated hydroxide).
- the coprecipitate is washed with water and dried, and then lithium hydroxide monohydrate is added to the coprecipitate to obtain a precursor. Then, the above-mentioned positive electrode active material can be obtained by firing the precursor (800 ° C. ⁇ 10 hours) in the air.
- LiNi 0.5 Mn 1.50 O 4 as a positive electrode active material
- the mixture is calcined in air (800 ° C. ⁇ 10 hours) and then cooled.
- the fired product is re-mixed using a ball mill, and the fired product is re-fired (700 ° C. ⁇ 10 hours) in the atmosphere to obtain the above-described positive electrode active material.
- the compound represented by Formula (E) can be illustrated as lithium containing complex oxide which has a spinel type crystal structure.
- M 14 is cobalt ⁇ Co>, nickel ⁇ Ni>, magnesium ⁇ Mg>, aluminum ⁇ Al>, boron ⁇ B>, titanium ⁇ Ti>, vanadium ⁇ V>, chromium ⁇ Cr>, iron ⁇ Fe And at least one element selected from the group consisting of copper ⁇ Cu>, zinc ⁇ Zn>, molybdenum ⁇ Mo>, tin ⁇ Sn>, calcium ⁇ Ca>, strontium ⁇ Sr> and tungsten ⁇ W>.
- a, b, c and d are 0.9 ⁇ a ⁇ 1.1 0 ⁇ b ⁇ 0.6 3.7 ⁇ c ⁇ 4.1 0 ⁇ d ⁇ 0.1 Satisfy.
- the composition differs depending on the charge and discharge state, and a is a value of a completely discharged state.
- LiMn 2 O 4 can be exemplified as a lithium-containing composite oxide having a spinel type crystal structure.
- M 15 is cobalt ⁇ Co>, manganese ⁇ Mn>, iron ⁇ Fe>, nickel ⁇ Ni>, magnesium ⁇ Mg>, aluminum ⁇ Al>, boron ⁇ B>, titanium ⁇ Ti>, vanadium ⁇ V
- At least one selected from the group consisting of ⁇ , niobium (Nb), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W) and zirconium (Zr) Is a kind of element and the value of a is 0.9 ⁇ a ⁇ 1.1 Satisfy.
- the composition differs depending on the charge and discharge state, and a is a value of a completely discharged state.
- Specific examples of the lithium-containing phosphoric acid compound having an olivine type crystal structure include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 and LiFe 0.3 Mn 0.7 PO 4 .
- a compound represented by Formula (G) can be exemplified.
- x is a value of a completely discharged state.
- the positive electrode include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and / or manganese dioxide; disulfides such as titanium disulfide and / or molybdenum sulfide; chalcogenides such as niobium selenide; sulfur, polyaniline and / or polythiophene
- oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and / or manganese dioxide
- disulfides such as titanium disulfide and / or molybdenum sulfide
- chalcogenides such as niobium selenide
- a conductive polymer may be included.
- a negative electrode mixture layer is formed on both sides of the negative electrode current collector.
- the material constituting the negative electrode current collector include copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), magnesium (Mg), titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn) ), Germanium (Ge), indium (In), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag) and / or palladium (Pd), etc., or an alloy containing any of these, and / or stainless steel
- a conductive material such as steel can be exemplified.
- the surface of the negative electrode current collector is preferably roughened from the viewpoint of improving the adhesion of the negative electrode mixture layer to the negative electrode current collector based on the so-called anchor effect.
- the surface of the region of the negative electrode current collector where the negative electrode mixture layer is to be formed may be roughened.
- a method of roughening for example, a method of forming fine particles using electrolytic treatment can be mentioned.
- the electrolytic treatment is a method of forming irregularities on the surface of the negative electrode current collector by forming fine particles on the surface of the negative electrode current collector using an electrolytic method in an electrolytic cell.
- the negative electrode member can be composed of a lithium foil, a lithium sheet, and / or a lithium plate.
- the negative electrode mixture layer contains, as a negative electrode active material, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.
- the negative electrode mixture layer may further contain a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent, and the like.
- the negative electrode binder and the negative electrode conductive agent can be the same as the positive electrode binder and the positive electrode conductive agent.
- a carbon material As a material which comprises a negative electrode active material, a carbon material can be mentioned, for example.
- the carbon material a high energy density can be stably obtained because the change in crystal structure at the time of lithium storage and release is very small.
- the carbon material also functions as a negative electrode conductive agent, the conductivity of the negative electrode mixture improves.
- the carbon material include graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphite (graphite), and / or a highly crystalline carbon material in which a crystal structure is developed.
- the interplanar spacing of the (002) plane in the non-graphitizable carbon is preferably 0.37 nm or more.
- the interplanar spacing of the (002) plane in graphite is preferably 0.34 nm or less.
- carbon materials for example, pyrolytic carbons; cokes such as pitch coke, needle coke and / or petroleum coke; graphites; glassy carbon fibers; polymers such as phenolic resin and / or furan resin Organic polymer compound fired body which can be obtained by firing (carbonizing) the compound at an appropriate temperature; carbon fiber; activated carbon; carbon blacks; polymers such as polyacetylene and the like can be mentioned.
- a carbon material low crystalline carbon heat-treated at a temperature of about 1000 ° C. or less can also be mentioned, or amorphous carbon can also be used.
- the shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular and scaly.
- metal-based materials a material containing one or more kinds of metal elements and metalloid elements as constituent elements
- the metal-based material may be any one of a single substance, an alloy, and a compound, or may be a material composed of two or more of them, or a material having at least a part of one or more of these phases. It may be
- the alloy includes a material containing one or more metal elements and one or more metalloid elements, as well as a material containing two or more metal elements.
- the alloy may also contain nonmetallic elements. Examples of the structure of the metal-based material include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and two or more of these coexisting substances.
- metal elements and metalloid elements include metal elements and metalloid elements capable of forming an alloy with lithium.
- metal elements and metalloid elements capable of forming an alloy with lithium.
- silicon (Si) and / or tin (Sn) is preferable because it is excellent in the ability to insert and extract lithium, and that extremely high energy density can be obtained. .
- Examples of the material containing silicon as a constituent element include a single substance of silicon, a silicon alloy, and a silicon compound, and a material composed of two or more of these may be used, or one or two or more of these may be used. It may be a material having at least a part of the phase of Examples of the material containing tin as a constituent element include a single substance of tin, a tin alloy, and a tin compound, and a material composed of two or more of these may be used, or one or more of these may be used. It may be a material having at least a part of the phase of The term "single substance" means a single substance in a general sense, and may contain a trace amount of impurities, and does not necessarily mean 100% purity.
- tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium Mention may be made of (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and / or chromium (Cr), carbon (C) and / or oxygen (O) can also be mentioned.
- silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium Mention may be made of (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and / or chromium (Cr), carbon (C) and / or oxygen (O) can also be mentioned.
- Specific examples of the tin alloy or tin compound include SnO w (0 ⁇ w ⁇ 2), SnSiO 3 , LiSnO, and Mg 2 Sn.
- the material containing tin as a constituent element is preferably, for example, a material containing a second constituent element and a third constituent element together with tin (first constituent element) (hereinafter referred to as “Sn-containing material”).
- the second constituent element for example, cobalt (Co), iron (Fe), magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), copper ( Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), cesium (Ce), hafnium (Hf), tantalum ( Ta), tungsten (W), bismuth (Bi) and / or silicon (Si) can be mentioned, and as the third component, for example, boron (B), carbon (C), aluminum (Al) and / or Or phosphorus (P) can be mentioned.
- the Sn-containing material is preferably a material containing tin (Sn), cobalt (Co) and carbon (C) as constituent elements (referred to as “SnCoC-containing material”).
- SnCoC-containing material for example, the content of carbon is 9.9% by mass to 29.7% by mass, and the ratio of the content of tin and cobalt ⁇ Co / (Sn + Co) ⁇ is 20% by mass to 70% by mass It is. This is because a high energy density can be obtained.
- the SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt and carbon, and the phase is preferably low crystalline or amorphous.
- This phase is a reaction phase capable of reacting with lithium, excellent properties are obtained by the presence of the reaction phase.
- the half-width (diffraction angle 2 ⁇ ) of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this reaction phase is 1 degree or more when the CuK ⁇ ray is used as the specific X-ray and the drawing speed is 1 degree / minute preferable. This is because lithium is occluded and released more smoothly, and the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution is reduced.
- the SnCoC-containing material may include, in addition to the low crystalline or amorphous phase, a phase containing a single element or a part of each constituent element.
- Such a reaction phase contains, for example, the above-described constituent elements, and is considered to be low in crystallization or amorphization mainly due to the presence of carbon.
- the SnCoC-containing material it is preferable that at least a part of carbon which is a constituent element be bonded to a metal element or a metalloid element. It is because aggregation and crystallization of tin etc. are suppressed.
- the bonding state of the elements can be confirmed, for example, by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) using Al-K ⁇ rays or Mg-K ⁇ rays as a soft X-ray source.
- XPS X-ray photoelectron spectroscopy
- the peak of 4f orbital (Au4f) of a gold atom may be obtained at 84.0 eV.
- the peak of C1s of surface contamination carbon is made into 284.8 eV, and the peak is used as an energy standard.
- the waveform of the C1s peak is obtained in a form including the surface contaminating carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. Therefore, for example, analysis may be performed using commercially available software to separate the two peaks. In the analysis of the waveform, the position of the main peak present on the lowest binding energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
- the SnCoC-containing material is not limited to a material (SnCoC) whose constituent elements are only tin, cobalt and carbon.
- the SnCoC-containing material is, for example, silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), indium (In), niobium (Nb), germanium (Ge) in addition to tin, cobalt and carbon.
- One or more of titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga), bismuth (Bi) and the like may be contained as a constituent element.
- SnCoFeC-containing materials materials containing tin, cobalt, iron and carbon as constituent elements
- SnCoFeC-containing materials materials containing tin, cobalt, iron and carbon as constituent elements
- the composition of the SnCoFeC-containing material is optional.
- the content of iron is set to be small, the content of carbon is 9.9% by mass to 29.7% by mass, the content of iron is 0.3% by mass to 5.9% by mass,
- the content ratio of tin and cobalt ⁇ Co / (Sn + Co) ⁇ is 30% by mass to 70% by mass.
- the content of iron when the content of iron is set to a relatively large amount, the content of carbon is 11.9% by mass to 29.7% by mass, and the content ratio of tin, cobalt and iron ⁇ (Co + Fe) / (Sn + Co + Fe) ⁇ is The content ratio of cobalt and iron ⁇ Co / (Co + Fe) ⁇ is 9.9 mass% to 79.5 mass%. In such a composition range, high energy density can be obtained.
- the physical properties (half width etc.) of the SnCoFeC-containing material are the same as the physical properties of the above-mentioned SnCoC-containing material.
- the negative electrode active material for example, metal oxides such as iron oxide, ruthenium oxide and / or molybdenum oxide; and polymer compounds such as polyacetylene, polyaniline and / or polypyrrole can be mentioned.
- the material constituting the negative electrode active material preferably contains both a carbon material and a metal-based material for the following reasons. That is, a metal-based material, in particular, a material containing at least one of silicon and tin as a constituent element has the advantage of high theoretical capacity, but tends to expand and contract sharply during charge and discharge. On the other hand, carbon materials have the advantage of being difficult to expand and contract at the time of charge and discharge although having a low theoretical capacity. Therefore, by using both the carbon material and the metal-based material, expansion / contraction at the time of charge and discharge can be suppressed while obtaining a high theoretical capacity (in other words, battery capacity).
- a metal-based material in particular, a material containing at least one of silicon and tin as a constituent element has the advantage of high theoretical capacity, but tends to expand and contract sharply during charge and discharge.
- carbon materials have the advantage of being difficult to expand and contract at the time of charge and discharge although having a low theoretical capacity. Therefore, by using both the carbon material and the metal
- the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer can be formed, for example, based on a coating method. That is, after the positive electrode active material or negative electrode active material in the form of particles (powder) is mixed with a positive electrode binder, a negative electrode binder or the like, the mixture is dispersed in a solvent such as an organic solvent to obtain a positive electrode current collector or negative electrode current collector. It can form based on the method (For example, the application
- a negative electrode member can be obtained by molding a negative electrode active material
- a positive electrode member can be obtained by molding a positive electrode active material.
- a press may be used.
- it can be formed based on a gas phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, and a firing method (sintering method).
- the vapor phase method includes PVD methods (physical vapor phase growth method) such as vacuum evaporation method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, and various CVD methods (chemical vapor phase growth method) including plasma CVD method. It is.
- a liquid phase method an electrolytic plating method and an electroless plating method can be mentioned.
- the thermal spraying method is a method of spraying a positive electrode active material or a negative electrode active material in a molten or semi-molten state onto a positive electrode current collector or a negative electrode current collector.
- the firing method is, for example, a method in which a mixture dispersed in a solvent is applied to a negative electrode current collector using a coating method, and then heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of the negative electrode binder etc.
- the reaction baking method and the hot press baking method can be mentioned.
- styrene butadiene rubber such as styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, synthetic rubber such as ethylene propylene diene; polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl fluoride, Polyimide, polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or fluorine resin such as ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), copolymer of these fluorine resins, modified products; polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene; polyacrylonitrile (PAN And / or acrylic resins such as polyacrylic acid esters; high molecular weight materials such as carboxymethyl cellulose (CMC); and the like, and at least one selected from copolymers mainly composed of these resin materials.
- SBR styrene butadiene rubber
- PVdF polyvinylidene fluoride
- PTFE polytetrafluoroethylene
- ETFE ethylene te
- Examples of the polyvinylidene fluoride copolymer include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer can be mentioned.
- a conductive polymer may be used as the positive electrode binder and the negative electrode binder.
- the conductive polymer for example, substituted or unsubstituted polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and a (co) polymer composed of one or two or more selected from these can be used.
- a positive electrode conductive agent and a negative electrode conductive agent for example, graphite, carbon fiber, carbon black, carbon nanotube, graphite, vapor growth carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), ketjen black (KB) And the like, and one or more of these may be used as a mixture.
- carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes (SWCNT), and / or multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) such as double-walled carbon nanotubes (DWCNT).
- SWCNT single-walled carbon nanotubes
- MWCNT multi-walled carbon nanotubes
- DWCNT double-walled carbon nanotubes
- a metal material, a conductive polymer material, or the like may be used.
- the chargeable capacity of the negative electrode material is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode material. That is, the electrochemical equivalent of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode material.
- the lithium deposited on the negative electrode member is, for example, lithium metal when the electrode reactant is lithium.
- the positive electrode lead portion can be attached to the positive electrode current collector based on spot welding or ultrasonic welding.
- the positive electrode lead portion is preferably in the form of metal foil or mesh, but it is not necessary to be metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can be conducted.
- As a material of a positive electrode lead part aluminum (Al) and / or nickel (Ni) etc. can be mentioned, for example.
- the negative electrode lead can be attached to the negative current collector based on spot welding or ultrasonic welding.
- the negative electrode lead portion is preferably in the form of metal foil or mesh, but it is not necessary to be metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can be conducted. Examples of the material of the negative electrode lead portion include copper (Cu) and / or nickel (Ni).
- the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion can also be configured by a protruding portion in which a part of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector protrudes from the positive electrode current collector and the negative electrode current
- the separator separates the positive electrode member and the negative electrode member, and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current caused by the contact of the positive electrode member and the negative electrode member.
- the separator is, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polyolefin resin (polypropylene resin or polyethylene resin), polyimide resin, polytetrafluoroethylene resin, polyvinylidene fluoride resin, polyphenylene sulfide resin and / or aromatic polyamide; Porous film; glass fiber (including, for example, a glass filter); non-woven fabric composed of liquid crystalline polyester fiber, aromatic polyamide fiber, and / or cellulosic fiber, ceramic non-woven fabric, etc., among which polypropylene And / or polyethylene porous films are preferred.
- a synthetic resin such as polyolefin resin (polypropylene resin or polyethylene resin), polyimide resin, polytetrafluoroethylene resin, polyvinylidene fluoride resin
- the separator may be formed of a laminated film in which two or more types of porous films are laminated, or may be a separator coated with an inorganic material layer or an inorganic material-containing separator.
- a porous film made of a polyolefin resin is preferable because it is excellent in the short circuit preventing effect and can improve the safety of the battery by the shutdown effect.
- Polyethylene resin is particularly preferable as a material for forming a separator because it can obtain a shutdown effect in the range of 100 ° C. or more and 160 ° C. or less and is excellent in electrochemical stability.
- the porous membrane may have, for example, a structure of three or more layers in which a polypropylene resin layer, a polyethylene resin layer, and a polypropylene resin layer are sequentially laminated.
- the thickness of the separator is preferably 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and more preferably 7 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. When the thickness of the separator is too large, the filling amount of the active material is lowered to lower the battery capacity, and the ion conductivity is lowered to deteriorate the current characteristics. Conversely, if it is too thin, the mechanical strength of the separator is reduced.
- the separator may have a structure in which a resin layer is provided on one side or both sides of a porous membrane which is a substrate.
- a resin layer the porous matrix resin layer by which the inorganic substance was carry
- oxidation resistance can be obtained, and deterioration of the separator can be suppressed.
- a material which comprises a matrix resin layer polyvinylidene fluoride (PVdF), hexafluoropropylene (HFP) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be mentioned, for example, Moreover, using these copolymers Is also possible.
- an inorganic substance a metal, a semiconductor, or these oxides and nitrides can be mentioned.
- metals such as aluminum (Al) and / or titanium (Ti) can be mentioned
- semiconductors can be mentioned silicon (Si) and / or boron (B) or the like.
- the inorganic substance is preferably substantially nonconductive and has a large heat capacity. When the heat capacity is large, it is useful as a heat sink at the time of current heat generation, and it becomes possible to more effectively suppress the thermal runaway of the battery.
- alumina Al 2 O 3
- boehmite monohydrate of alumina
- talc boron nitride
- AlN aluminum nitride
- TiO 2 titanium dioxide
- the particle size of the inorganic substance can be 1 nm to 10 ⁇ m. If it is smaller than 1 nm, it is difficult to obtain, and even if it can be obtained, it is not cost effective. If it is larger than 10 ⁇ m, the distance between the electrodes becomes large, the active material loading amount can not be obtained sufficiently in a limited space, and the battery capacity becomes low.
- the inorganic substance may be contained in the porous membrane as a substrate.
- a slurry composed of a matrix resin, a solvent and an inorganic substance is applied on a substrate (porous membrane), phase separation is performed by passing through a poor solvent of matrix resin and a solvent bath of a solvent. Then, it can be obtained by drying.
- puncture strength of the separator 100 gf to 1 kgf, preferably 100 gf to 480 gf can be mentioned. If the puncture strength is low, a short circuit may occur. If the puncture strength is high, the ion conductivity may be reduced. As the air permeability of the separator, 30 seconds / 100 cc to 1000 seconds / 100 cc, preferably 30 seconds / 100 cc to 680 seconds / 100 cc can be mentioned. If the air permeability is too low, a short circuit may occur. If the air permeability is too high, the ion conductivity may decrease.
- cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and / or butylene carbonate (BC) can be used, and one of ethylene carbonate and propylene carbonate is preferably used, Alternatively, it is more preferable to use both in combination, whereby the cycle characteristics can be improved.
- a mixture of these cyclic carbonates and chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or methyl propyl carbonate. it can.
- the solvent may contain 2,4-difluoroanisole and / or vinylene carbonate. 2,4-Difluoroanisole can improve the discharge capacity, and vinylene carbonate can improve the cycle characteristics. Therefore, it is preferable to mix and use these because the discharge capacity and cycle characteristics can be improved.
- dimethyl carbonate DMC
- EMC ethyl methyl carbonate
- DEC diethyl carbonate
- DPC dipropyl carbonate
- PMC propyl methyl carbonate
- PEC propyl ethyl carbonate
- FEC fluoro Chain carbonates
- FEC ethylene carbonate
- THF tetrahydrofuran
- 2-MeTHF 2-methyltetrahydrofuran
- DOL 1,3-dioxolane
- 4-MeDOL 4-methyl-1,3-dioxolane
- Cyclic ethers such as; linear ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME) and / or 1,2-diethoxyethane (DEE); ⁇ -butyrolactone (GBL), ⁇ -valerolactone (GV)
- cyclic esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate,
- tetrahydropyran 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidinone (NMP), N-methyloxazolidinone (NMO), N, N'-dimethylimidazolidinone (DMI), dimethylsulfoxide (DMSO), trimethylphosphate (TMP), nitromethane (NM), nitroethane (NE), sulfolane (SL), methylsulfolane , Acetonitrile (AN), anisole, propionitrile, glutaronitrile (GLN), adiponitrile (ADN), methoxyacetonitrile (MAN), 3-methoxypropionitrile (MPN), diethyl ether, butylene carbonate, 3-methoxypro Ronitoriru, N, N-dimethylformamide, may be mentioned dimethyl
- the electrolyte layer can also be constituted by the non-aqueous electrolytic solution and the holding polymer compound.
- the non-aqueous electrolytic solution is held, for example, by a holding polymer compound.
- the electrolyte layer in such a form is a gel electrolyte or a solid electrolyte, and high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) can be obtained, and liquid leakage of the non-aqueous electrolyte solution can be prevented.
- the electrolyte may be a liquid electrolyte, or may be a gel electrolyte or a solid electrolyte.
- the gel electrolyte does not require a vacuum injection process of the electrolyte solution, and can adopt a continuous coating process, which is advantageous in terms of productivity when manufacturing a large-area lithium ion battery.
- polymer compound for holding examples include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl fluoride (PVF), and poly Chlorotrifluoroethylene (PCTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene-chlorotrifluorofluoropolymer Ethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, Polycarbonate, polyethylene oxide,
- the polymer compound for holding may be a copolymer.
- the copolymer include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer and the like. Among them, polyvinylidene fluoride is preferable as a homopolymer from the viewpoint of electrochemical stability. Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is preferred as the copolymer.
- Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , and / or BN (a highly heat resistant compound such as boron nitride) may be contained as a filler.
- the present disclosure can also be configured as follows.
- "Laminated structure” A substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, A laminated structure consisting of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, An end face of the second A end has a slope, or has a step shape, or has a combined shape of slope and step.
- the end face of the second A end has a step shape
- the second A end has a structure in which second layer segments of N layers (where N 2 2) are stacked,
- the thickness of the first layer is c
- the thickness of the substrate is e
- the step ratio g n determined by 0.022B opt + 0.022 ⁇ g n ⁇ 0.045B opt +0.063
- the laminated structure according to any one of [A01] to [A03] which satisfies the above.
- V 20 average volume density in the region of the layer with a length of 1 mm from the part of the layer with the outer end opposite the inner end to the part separated 2 mm outward with the outer end against the inner end V 20 / V 21 0.90.94 is satisfied when the volume density average value of the region of the layer sufficiently inside from the portion of the layer having the outer end to be made is V 21 [A06] or [A07]
- the laminated structure constitutes an electrode member of a battery,
- the base material constitutes a current collector of the electrode member,
- a roll press apparatus for pressing a laminated structure by passing the laminated structure between a pair of press rolls A roll press apparatus in which the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is positioned on the upper side or the lower side with respect to a virtual plane including the laminated structure when the laminated structure passes between the pair of press rolls .
- the roll press device according to [B01], wherein the angle of the laminated structure contact surface of the auxiliary roll to the virtual plane is more than 0 degree and not more than 10 degrees.
- the laminated structure is A substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, Consists of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, The end face of the second A end has a slope, or has a step shape, or has a combined shape of slope and step shape, The laminated structure intrudes between the pair of press rolls, When the second layer is located below the first layer, the laminated
- the laminated structure comprises the laminated structure according to any one of [A01] to [A09], The laminated structure intrudes between the pair of press rolls, When the second layer is located below the first layer, the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is located below the virtual plane, and the second layer is located above the first layer
- the roll press apparatus according to [B01] or [B02], wherein the laminated structure contact surface of the auxiliary roll is located on the upper side with respect to the imaginary plane.
- a substrate comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface, A first layer formed on the first side of the substrate, and A second layer formed on the second surface of the substrate, Consists of The first layer has a first A end and a first B end along the width direction of the substrate, The second layer has a second A end and a second B end along the width direction of the substrate, The first A end and the second A end face each other, The first B end and the second B end face each other, The second A end is located closer to the center of the base than the first A end, The end face of the second A end portion has a slope, or has a step shape, or a method for manufacturing a laminated structure having a combination of a slope and a step shape, The manufacturing method of the laminated structure which presses a laminated structure by passing a laminated structure between a pair of press rolls.
- a battery pack comprising: a lithium ion secondary battery; control means for controlling the lithium ion secondary battery; and an exterior member containing the lithium ion secondary battery
- a lithium ion secondary battery is a battery pack having the laminated structure according to any one of [A01] to [A09].
- the lithium ion secondary battery is an electric vehicle having the laminated structure according to any one of [A01] to [A09].
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Abstract
両面に第1層及び第2層が形成された基材において、第1層のプレス状態の変化を少なくすることができる構成、構造を有する積層構造体が提供される。かかる積層構造体は、基材10、基材10の第1面上に形成された第1層20、及び、基材10の第2面上に形成された第2層30から成り、第1層20は、基材の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、第2層30は、基材の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、第2A端部31は第1A端部21よりも基材の中心部側に位置し、第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。
Description
本開示は、積層構造体及びその製造方法、並びに、ロールプレス装置に関する。
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、基材の第1面上に形成された第1層、並びに、基材の第2面上に形成された第2層から成る積層構造体において、第1層及び第2層をプレス(加圧、圧縮)するために、屡々、ロールプレス装置が用いられる。
例えば、特開2015-089556号公報(特許文献1)には、
一対のプレスロール、
各プレスロールの回転軸を支持する軸受に介在し、回転軸間距離を調整する圧電駆動素子、及び、
各プレスロールの膨張を測定するセンサ、
を有し、
センサから得られたプレスロールの膨張量に応じて、圧電駆動素子の膨張量を変更する、二次電池用電極製造用のプレスロール装置(ロールプレス装置)の発明が開示されている。
例えば、特開2015-089556号公報(特許文献1)には、
一対のプレスロール、
各プレスロールの回転軸を支持する軸受に介在し、回転軸間距離を調整する圧電駆動素子、及び、
各プレスロールの膨張を測定するセンサ、
を有し、
センサから得られたプレスロールの膨張量に応じて、圧電駆動素子の膨張量を変更する、二次電池用電極製造用のプレスロール装置(ロールプレス装置)の発明が開示されている。
ところで、ロールプレス装置を通過する積層構造体にあっては、屡々、図24Aに長さ方向に沿った模式的な一部断面図を示すように、基材10の第1面11に第1層20が形成された領域(便宜上、『第1領域』と呼ぶ)、並びに、基材10の第1面11及び第2面12に第1層20及び第2層30が形成された領域(便宜上、『第2領域』と呼ぶ)が存在する。そして、一対のプレスロール40によって第1領域から第2領域に亙り連続してプレスしたとき(図24B、図25A及び図25B参照)、第1領域から第2領域に遷移する領域において、第2領域に隣接した第1領域の第1層20の領域23におけるプレス状態が、屡々、第1層20の他の領域におけるプレス状態と異なってしまう。その結果、第1領域の第1層20のこの領域23における体積密度が、他の領域の体積密度よりも低くなってしまうといった問題が発生する(図25A、図25B参照)。尚、第1領域の第1層20のこの領域23を、便宜上、『低体積密度領域23』と呼ぶ場合がある。また、積層構造体の進行方向を白抜きの矢印で示す。
一対のプレスロール40によって第1領域から第2領域に亙り連続してプレスしたときの第1層20の体積密度と、第2層の端部と対向する第1層の部分からの距離X(図24B参照))との関係をシミュレーションした結果を図26に示すが、Xの値が-3mmから0mmに亙り、第1層20の体積密度が大きく減少していることが判る。
例えば、リチウムイオン二次電池を想定した場合、このような低体積密度領域23にあっては、リチウムの析出状態が他の領域におけるリチウムの析出状態と異なってしまう。また、低体積密度領域23の存在は、容量劣化やサイクル特性の劣化の要因となる。更に、或る積層構造体から正極部材を構成し、別の積層構造体から負極部材を構成し、正極部材と負極部材をセパレータを介して積層して電極構造体を得たとき、低体積密度領域23の存在は、電極構造体の特性バラツキ発生の原因となる虞がある。
上記の特許公開公報では、このような第1領域から第2領域に遷移する領域における低体積密度領域の発生といった現象に何ら言及されていない。上記の特許公開公報に開示されたプレスロール装置ではこのような現象を解決することはできない。
従って、本開示の目的は、基材の第1面に第1層が形成された領域と、基材の第1面及び第2面に第1層及び第2層が形成された領域とにおいて、第1層のプレス状態の変化を少なくすることができる構成、構造を有する積層構造体及びその製造方法、このような積層構造体の製造に適したロールプレス装置及び係るロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。
上記の目的を達成するための本開示のロールプレス装置は、
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスするロールプレス装置であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置する。
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスするロールプレス装置であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置する。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスする。
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスする。
上記の目的を達成するための本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法は、
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備えたロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスする。
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備えたロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスする。
本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法において本開示のロールプレス装置を用いることができるし、本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法において本開示のロールプレス装置を用いることができる。
本開示の積層構造体あるいは本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法において、第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有するので、低体積密度領域の発生を効果的に抑制することができる。また、本開示のロールプレス装置あるいは本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法にあっては、積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスするので、低体積密度領域の発生を効果的に抑制することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではない。実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の積層構造体、本開示のロールプレス装置、本開示の第1の態様~第2の態様に係る積層構造体の製造方法、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の積層構造体及び本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(本開示のロールプレス装置及び本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法)
5.実施例4(実施例1~実施例3の変形)
6.実施例5(実施例1~実施例3の別の変形)
7.実施例6(実施例1~実施例5におけるリチウムイオン二次電池の応用例)
8.その他
1.本開示の積層構造体、本開示のロールプレス装置、本開示の第1の態様~第2の態様に係る積層構造体の製造方法、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の積層構造体及び本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(本開示のロールプレス装置及び本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法)
5.実施例4(実施例1~実施例3の変形)
6.実施例5(実施例1~実施例3の別の変形)
7.実施例6(実施例1~実施例5におけるリチウムイオン二次電池の応用例)
8.その他
〈本開示の積層構造体、本開示のロールプレス装置、本開示の第1の態様~第2の態様に係る積層構造体の製造方法、全般に関する説明〉
本開示の積層構造体、及び、本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法における積層構造体(以下、これらを総称して、『本開示の積層構造体等』と呼ぶ場合がある)において、第1層は基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有しているが、第1A端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第1B端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。また、第2層は基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有しているが、第2A端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第2B端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。第1A端部と第2A端部とは対向しているが、第1A端部の基材への正射影像と第2A端部の基材への正射影像とは、全体として一致していない。同様に、第1B端部と第2B端部とは対向しているが、第1B端部の基材への正射影像と第2B端部の基材への正射影像とは、全体として一致していない。
本開示の積層構造体、及び、本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法における積層構造体(以下、これらを総称して、『本開示の積層構造体等』と呼ぶ場合がある)において、第1層は基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有しているが、第1A端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第1B端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。また、第2層は基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有しているが、第2A端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第2B端部は、基材の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。第1A端部と第2A端部とは対向しているが、第1A端部の基材への正射影像と第2A端部の基材への正射影像とは、全体として一致していない。同様に、第1B端部と第2B端部とは対向しているが、第1B端部の基材への正射影像と第2B端部の基材への正射影像とは、全体として一致していない。
本開示の積層構造体等において、第2A端部の端面の傾斜角度は5度以下であることが好ましい。ここで、端部の端面が斜面を有する場合、斜面の最下端と最上端とを結ぶ直線と基材の表面との成す角度が傾斜角度に相当する。また、端部の端面が階段形状を有する場合、階段の段鼻に相当する部分を滑らかに結んだ曲線(場合によっては、直線)と基材の表面とが交わる点と、階段の段鼻に相当する部分とを結ぶ直線を想定し、この直線と基材の表面との成す角度が傾斜角度に相当する。端部の端面が斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する場合、以上の説明を組み合わせればよい。
上記の好ましい形態を含む本開示の積層構造体等にあっては、第2A端部と対向する第1層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの第1層の領域における体積密度平均値をV10、第2A端部と対向する第1層の部分から十分に内側の領域における第1層の体積密度平均値をV11としたとき、V10/V11≧0.94を満足することが好ましい。ここで、第2A端部と対向する第1層の部分から十分に内側の第1層の領域とは、具体的には、第2A端部と対向する第1層の部分から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmの第1層の領域を指す。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の積層構造体等にあっては、
第2A端部の端面は階段形状を有し、
第2A端部は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメントが積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各第2層セグメントの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層の厚さをc、基材の厚さをeとし、第1層目の第2層セグメントから第n層目の第2層セグメントまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる段差率gnは、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足する形態とすることができる。そして、この場合、いずれの第2層セグメントにおいても、段差率は0.15 以下であることが好ましいが、これに限定するものではない。
第2A端部の端面は階段形状を有し、
第2A端部は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメントが積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各第2層セグメントの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層の厚さをc、基材の厚さをeとし、第1層目の第2層セグメントから第n層目の第2層セグメントまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる段差率gnは、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足する形態とすることができる。そして、この場合、いずれの第2層セグメントにおいても、段差率は0.15 以下であることが好ましいが、これに限定するものではない。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の積層構造体等にあっては、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方は、他方よりも基材の中心部側に位置し、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方を内側端部と称するとき、内側端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する形態とすることができる。そして、この場合、内側端部の端面の傾斜角度は5度以下であることが好ましく、更には、これらの場合、
第1B端部及び第2B端部のいずれか他方を外側端部と称するとき、
内側端部と対向する外側端部を有する層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域体積密度平均値をV20、内側端部と対向する外側端部を有する該層の部分から十分に内側の該層の領域の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する形態とすることができる。ここで、内側端部と対向する該層の部分から十分に内側の該層の領域とは、具体的には、内側端部と対向する該層の部分から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域を指す。更には、
内側端部の端面は階段形状を有し、
内側端部は、M層(但し、M≧2)のセグメント層が積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各セグメント層の厚さをdm(但し、m=1、2・・・M)、該層ではない方の層の厚さをc’、基材の厚さをeとし、第1層目のセグメント層から第m層目のセグメント層までの厚さの合計をΣdmで表したとき、
gm=dm/(Σdm+c’+e)
で求められる段差率gmは、内側端部の端面の最適傾斜角度をBopt’(度)としたとき、
0.022Bopt’+0.022≦gn≦0.045Bopt’+0.063
を満足する形態とすることができる。
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方は、他方よりも基材の中心部側に位置し、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方を内側端部と称するとき、内側端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する形態とすることができる。そして、この場合、内側端部の端面の傾斜角度は5度以下であることが好ましく、更には、これらの場合、
第1B端部及び第2B端部のいずれか他方を外側端部と称するとき、
内側端部と対向する外側端部を有する層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域体積密度平均値をV20、内側端部と対向する外側端部を有する該層の部分から十分に内側の該層の領域の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する形態とすることができる。ここで、内側端部と対向する該層の部分から十分に内側の該層の領域とは、具体的には、内側端部と対向する該層の部分から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域を指す。更には、
内側端部の端面は階段形状を有し、
内側端部は、M層(但し、M≧2)のセグメント層が積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各セグメント層の厚さをdm(但し、m=1、2・・・M)、該層ではない方の層の厚さをc’、基材の厚さをeとし、第1層目のセグメント層から第m層目のセグメント層までの厚さの合計をΣdmで表したとき、
gm=dm/(Σdm+c’+e)
で求められる段差率gmは、内側端部の端面の最適傾斜角度をBopt’(度)としたとき、
0.022Bopt’+0.022≦gn≦0.045Bopt’+0.063
を満足する形態とすることができる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の積層構造体等において、
積層構造体は電池の電極部材を構成し、
基材は、電極部材の集電体を構成し、
第1層及び第2層は、電極部材の合剤層を構成する形態とすることができる。尚、電池として、各種の一次電池、各種の二次電池を挙げることができる。二次電池として、リチウム二次電池を挙げることができるが、これに限定するものではない。電池の形状、形態として、コイン型、ボタン型、平板型、角型、円筒型、ラミネート型(ラミネートフィルム型)を挙げることができる。電極部材の集電体や合剤層に関しては、後に詳しく説明する。
積層構造体は電池の電極部材を構成し、
基材は、電極部材の集電体を構成し、
第1層及び第2層は、電極部材の合剤層を構成する形態とすることができる。尚、電池として、各種の一次電池、各種の二次電池を挙げることができる。二次電池として、リチウム二次電池を挙げることができるが、これに限定するものではない。電池の形状、形態として、コイン型、ボタン型、平板型、角型、円筒型、ラミネート型(ラミネートフィルム型)を挙げることができる。電極部材の集電体や合剤層に関しては、後に詳しく説明する。
本開示のロールプレス装置において、仮想平面に対する補助ロールの積層構造体接触面の角度θは、0度を超え、10度以下であることが好ましい。尚、仮想平面とは、ロールプレス装置の一対のプレスロールにおいて、各回転軸の中心を結ぶ直線と直交する平面であって、一対のプレスロールの表面と接する仮想の平面である。
更には、上記の好ましい形態を含む本開示のロールプレス装置において、
積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有し、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する形態とすることができる。あるいは又、
積層構造体は、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の積層構造体から成り、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する形態とすることができる。
積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有し、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する形態とすることができる。あるいは又、
積層構造体は、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の積層構造体から成り、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する形態とすることができる。
本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法にあっては、一対のプレスロールの半径をr(m)、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足することが好ましい。
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足することが好ましい。
電池を、電極反応物質であるリチウムの吸蔵・放出によって負極部材の容量が得られるリチウムイオン二次電池とする場合の構成要素の一部を、以下、簡単に説明し、後に詳しく説明する。
リチウムイオン二次電池にあっては、充電時、例えば、正極材料(正極活物質)からリチウムイオンが放出され、非水系電解液を介して負極活物質に吸蔵される。また、放電時、例えば、負極活物質からリチウムイオンが放出され、非水系電解液を介して正極材料(正極活物質)に吸蔵される。
リチウムイオン二次電池を構成する部材は、電極構造体収納部材(電池缶)に格納されている。リチウムイオン二次電池を構成する部材として、正極部材、負極部材、電解質及びセパレータを挙げることができる。正極部材は、例えば、正極集電体、及び、正極材料を含む正極合剤層から構成される。負極部材は、例えば、負極集電体、及び、負極材料を含む負極合剤層から構成される。正極活物質が正極材料に該当し、負極活物質が負極材料に該当する。また、正極集電体には正極リード部が取り付けられ、負極集電体には負極リード部が取り付けられている。
正極部材を構成する正極集電体(積層構造体の基材が相当する)の両面には、正極活物質を含む正極合剤層(積層構造体の第1層及び第2層が相当する)が形成されている。正極集電体を構成する材料として、詳細は後述するが、アルミニウム、ニッケルおよび/またはステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。正極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である正極材料を含んでいる。正極合剤層は、更に、正極結着剤や正極導電剤等を含んでいてもよい。正極材料としてリチウム含有化合物を挙げることができ、高いエネルギー密度が得られるといった観点からは、リチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物を用いることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(以下、『他元素』と呼ぶ。但し、リチウムを除く)を構成元素として含む酸化物であり、層状岩塩型の結晶構造又はスピネル型の結晶構造を有している。また、リチウム含有リン酸化合物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(他元素)を構成元素として含むリン酸化合物であり、オリビン型の結晶構造を有している。
負極部材を構成する負極集電体(積層構造体の基材が相当する)の両面には、負極活物質を含む負極合剤層(積層構造体の第1層及び第2層が相当する)が形成されている。負極集電体を構成する材料として、詳細は後述するが、銅、ニッケルおよび/またはステンレス鋼等の導電材料を挙げることができる。負極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料を含んでいる。負極合剤層は、更に、負極結着剤や負極導電剤等を含んでいてもよい。負極結着剤及び負極導電剤は、正極結着剤及び正極導電剤と同様とすることができる。
正極部材、セパレータ及び負極部材によって構成される電極構造体は、正極部材、セパレータ、負極部材及びセパレータが捲回された状態であってもよいし、正極部材、セパレータ、負極部材及びセパレータがスタックされた状態であってもよい。電極構造体あるいは捲回電極構造体は、捲回された状態で電極構造体収納部材に収納されている形態とすることができる。電極構造体は、スタックされた状態で電極構造体収納部材に収納されている形態とすることができる。これらの場合、電極構造体収納部材の外形形状は、円筒型又は角型(平板型)である形態とすることができる。リチウムイオン二次電池(以下、単に『二次電池』と呼ぶ場合がある)の形状、形態として、コイン型、ボタン型、円盤型、平板型、角型、円筒型またはラミネート型(ラミネートフィルム型)などを挙げることができる。
円筒型の二次電池を構成する電極構造体収納部材(電池缶)の材料として、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)等、あるいは、これらの合金、ならびに/またはステンレス鋼(SUS)等を挙げることができる。電池缶には、二次電池の充放電に伴う電気化学的な腐食を防止するために、例えばニッケル等のメッキが施されていることが好ましい。ラミネート型(ラミネートフィルム型)の二次電池における外装部材は、プラスチック材料層(融着層)、金属層及びプラスチック材料層(表面保護層)の積層構造を有する形態、即ち、ラミネートフィルムである形態とすることが好ましい。ラミネートフィルム型の二次電池とする場合、例えば、融着層同士が電極構造体を介して対向するように外装部材を折り畳んだ後、融着層の外周縁部同士を融着する。但し、外装部材は、2枚のラミネートフィルムが接着剤等を介して貼り合わされたものでもよい。融着層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、これらの重合体等のオレフィン樹脂のフィルムから成る。金属層は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔および/またはニッケル箔等から成る。表面保護層は、例えば、ナイロンおよび/またはポリエチレンテレフタレート等から成る。中でも、外装部材は、ポリエチレンフィルムと、アルミニウム箔と、ナイロンフィルムとがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムであることが好ましい。但し、外装部材は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレン等の高分子フィルムでもよいし、金属フィルムでもよい。
二次電池に使用において、二次電池は、1つであってもよいし、複数であってもよい。後者の場合、複数の二次電池を直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。また、直列に接続された二次電池の組を、複数、並列に接続した組電池としてもよいし、並列に接続された二次電池の組を、複数、直列に接続した組電池としてもよい。
本開示における二次電池は、ノート型パーソナルコンピュータ、着脱可能な電源としてパーソナルコンピュータ等に用いられる電池パック、各種表示装置、PDA(Personal Digital Assistant、携帯情報端末)を含む携帯情報端末、携帯電話機、スマートフォン、コードレス電話の親機や子機、ビデオムービー(ビデオカメラやカムコーダ)、デジタルスチルカメラ、電子書籍(電子ブック)や電子新聞等の電子ペーパー、電子辞書、音楽プレイヤー、携帯音楽プレイヤー、ラジオ、携帯用ラジオ、ヘッドホン、ヘッドホンステレオ、ゲーム機、ウェアラブル機器(例えば、スマートウォッチ、リストバンド、スマートアイグラス、医療機器、ヘルスケア製品)、ナビゲーションシステム、メモリカード、心臓ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコンディショナー、テレビジョン受像機、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥機、室内灯等を含む照明機器、各種電気機器(携帯用電子機器を含む)、玩具、医療機器、ロボット、IoT機器やIoT端末、ロードコンディショナー、信号機、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)等の駆動用電源又は補助用電源として使用することができる。また、住宅をはじめとする建築物又は発電設備用の電力貯蔵用電源等に搭載し、あるいは、これらに電力を供給するために使用することができる。電気自動車において、電力を供給することにより電力を駆動力に変換する変換装置は、一般的にはモータである。車両制御に関する情報処理を行う制御装置(制御部)として、二次電池の残量に関する情報に基づき、二次電池残量表示を行う制御装置等が含まれる。また、二次電池を、所謂スマートグリッドにおける蓄電装置において用いることもできる。このような蓄電装置は、電力を供給するだけでなく、他の電力源から電力の供給を受けることにより蓄電することができる。他の電力源として、例えば、火力発電、原子力発電、水力発電、太陽電池、風力発電、地熱発電、燃料電池(バイオ燃料電池を含む)等を用いることができる。
二次電池、及び、二次電池に関する制御を行う制御手段(制御部)を有する電池パックにおける二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。また、二次電池から電力の供給を受ける電子機器における二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。
二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置、及び、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置(制御部)を有する電動車両における二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。この電動車両において、変換装置は、典型的には、二次電池から電力の供給を受けてモータを駆動させ、駆動力を発生させる。モータの駆動には、回生エネルギーを利用することもできる。また、制御装置は、例えば、二次電池の電池残量に基づいて車両制御に関する情報処理を行う。この電動車両には、例えば、電気自動車、電動バイク、電動自転車、鉄道車両等の他、所謂ハイブリッド車が含まれる。
二次電池を、所謂スマートグリッドにおける蓄電装置において用いることもできる。このような蓄電装置は、電力を供給するだけでなく、他の電力源から電力の供給を受けることにより蓄電することができる。この蓄電装置における二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。他の電力源としては、例えば、火力発電、原子力発電、水力発電、太陽電池、風力発電、地熱発電、燃料電池(バイオ燃料電池を含む)等を用いることができる。
二次電池から電力の供給を受け、及び/又は、電力源から二次電池に電力を供給するように構成された電力貯蔵システム(あるいは電力供給システム)における二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。この電力貯蔵システムは、およそ電力を使用するものである限り、どのような電力貯蔵システムであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力貯蔵システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム(HEMS)、車両等を含み、蓄電も可能である。
二次電池を有し、電力が供給される電子機器が接続されるように構成された電力貯蔵用電源における二次電池には、本開示の積層構造体が用いられる形態とすることができる。この電力貯蔵用電源の用途は問わず、基本的にはどのような電力貯蔵システム、電力供給システム又は電力装置にも用いることができるが、例えば、スマートグリッドに用いることができる。
実施例1は、本開示の積層構造体、及び、本開示の第1の態様に係る積層構造体の製造方法に関する。実施例1の積層構造体の長さ方向に沿った模式的な断面図を図1Aあるいは図1Bに示す。尚、図1A、図1B、図2A、図2B、図3A、図3B、図4A及び図4Bにおいて、白抜きの矢印で示す積層構造体の進行方向前方に位置する第1領域を『第1A領域』で表し、後方に位置する第1領域を『第1B領域』で表す。
従来の技術にあっては、図24A、図24B、図25A及び図25Bを用いて説明したとおり、第1領域から第2領域に遷移する領域において、第2領域に隣接した第1領域の第1層20の領域23に低体積密度領域23が発生するといった現象が生じる。実施例1の積層構造体、実施例1の積層構造体の製造方法によって得られる積層構造体は、このような低体積密度領域23が発生するといった現象の発生を抑制する構成、構造を有する。
具体的には、実施例1の積層構造体は、
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置する。
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置する。
そして、第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。具体的には、実施例1の積層構造体において、第2A端部31の端面31Aは斜面を有する。
また、実施例1の積層構造体の製造方法は、
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置し、
第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレス(加圧、圧縮)する。
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置し、
第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレス(加圧、圧縮)する。
第1層20は、基材10の幅方向(図面の紙面垂直方向)に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有しているが、第1A端部21は、基材10の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第1B端部22は、基材10の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。また、第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有しているが、第2A端部31は、基材10の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。同様に、第2B端部32は、基材10の幅方向と平行であってもよいし、場合によっては平行でなくともよい。実施例1あるいは後述する実施例2~実施例3にあっては、第1A端部21、第1B端部22、第2A端部31、第2B端部32は、基材10の幅方向と平行である。第1A端部21と第2A端部31とは対向しているが、第1A端部21の基材10への正射影像と第2A端部31の基材10への正射影像とは、全体として一致していない。また、第1B端部22と第2B端部32とは対向しているが、第1B端部22の基材10への正射影像と第2B端部32の基材10への正射影像とは、全体として一致していない。
一対のプレスロール40の半径rを0.375m、基材10の厚さcを10μm、第1層20の厚さeの厚さを74μm、第2層30の厚さを74μmとした。
そして、傾斜角度Bを90度、30度、5度としたときの第1A領域から第2領域に遷移する領域において、プレスロール40の表面と第2層30の表面との間にどのような隙間が生じるかをシミュレーションした。その結果を図14の最下段、中段、最上段に示す。傾斜角度Bが小さくなるに従い、隙間が少なくなることが判る。
次に、傾斜角度BとV10/V11との関係をシミュレーションした結果を図15に示す。図15から、傾斜角度Bの値が5度以下であれば、V10/V11の値は0.94以上となり、低体積密度領域の発生を抑制することができる。尚、V10/V11のこの値を、便宜上、『V10/V11所望値』と呼ぶ。ここで、傾斜角度Bは、斜面の最下端と最上端とを結ぶ直線と基材10の第2面12との成す角度である。第2A端部31と対向する第1層20の部分21’から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの第1層20の領域における体積密度平均値をV10としており、第2A端部31と対向する第1層20の部分21’から十分に内側の領域(具体的には、第2A端部31と対向する第1層20の部分21’から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmの第1層20の領域)における第1層20の体積密度平均値をV11としている。かかる場合、V10/V11≧0.94を満足するときの傾斜角度の値が、次に述べる最適傾斜角度Boptである。
V10/V11の値をV10/V11所望値とするための最適傾斜角度Boptは、プレスロール40の半径rや、基材10の厚さ、第1層20及び第2層30の厚さによって変化する。そこで、以下の表1に示す条件において、プレスロール40の半径r、第1層20の厚さ、第2層30の厚さ、及び、基材10の厚さ、並びに、積層構造体A(リチウムイオン二次電池の正極部材を構成するのに適した積層構造体)及び積層構造体B(リチウムイオン二次電池の負極部材を構成するのに適した積層構造体)における第1層20及び第2層30の面積密度、体積密度、プレス時の線圧をパラメータとして、シミュレーションを行った。
〈表1〉
プレスロールの半径r 0.25m~0.50m
第1層及び第2層の厚さ 50μm~125μm
基材の厚さ 4μm~20μm
積層構造体A
面積密度 30mg/cm2~50mg/cm2
体積密度 3.9g/cm3~4.3g/cm3
プレス時の線圧 10kN/cm~40kN/cm
積層構造体B
面積密度 10mg/cm2~30mg/cm2
体積密度 3.9g/cm3~4.3g/cm3
プレス時の線圧 6kN/cm~30kN/cm
プレスロールの半径r 0.25m~0.50m
第1層及び第2層の厚さ 50μm~125μm
基材の厚さ 4μm~20μm
積層構造体A
面積密度 30mg/cm2~50mg/cm2
体積密度 3.9g/cm3~4.3g/cm3
プレス時の線圧 10kN/cm~40kN/cm
積層構造体B
面積密度 10mg/cm2~30mg/cm2
体積密度 3.9g/cm3~4.3g/cm3
プレス時の線圧 6kN/cm~30kN/cm
得られたプレスロール40の半径rと最適傾斜角度Boptとの関係を図16Aに示すが、
Bopt=-6.9109r+7.6534
但し、R2=0.5517
という結果が得られた。尚、一部の図面に回帰直線の方程式を記載している。この回帰直線の方程式中の「x」は図面の横軸の値を示し、「y」は図面の縦軸の値を示す。また、図16Bに、得られたプレスロール40の半径rと最適傾斜角度Boptの最大値(図16Bの「A」を参照)、中央値(図16Bの「B」を参照)及び最小値(図16Bの「C」を参照)との関係をグラフ化した結果を示す。図16Bに示す結果から、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足することで、V10/V11の値がV10/V11所望値である積層構造体を得ることができることが判った。尚、
Bopt=-9×r+10 (1-1) (図17の菱形印のプロットを参照)
Bopt=-5×r+10 (1-2) (図17の「*」印のプロットを参照)
Bopt=-9×r+6 (1-3) (図17の「×」印のプロットを参照)
Bopt=-5×r+6 (1-4) (図17の三角印のプロットを参照)
と、図16Aに示したデータと図16Bに示した結果とを重ね合わせたグラフを図17に示すが、式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)及び式(1-4)に示された領域内に図16Aに示したデータの全てが含まれている。
Bopt=-6.9109r+7.6534
但し、R2=0.5517
という結果が得られた。尚、一部の図面に回帰直線の方程式を記載している。この回帰直線の方程式中の「x」は図面の横軸の値を示し、「y」は図面の縦軸の値を示す。また、図16Bに、得られたプレスロール40の半径rと最適傾斜角度Boptの最大値(図16Bの「A」を参照)、中央値(図16Bの「B」を参照)及び最小値(図16Bの「C」を参照)との関係をグラフ化した結果を示す。図16Bに示す結果から、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足することで、V10/V11の値がV10/V11所望値である積層構造体を得ることができることが判った。尚、
Bopt=-9×r+10 (1-1) (図17の菱形印のプロットを参照)
Bopt=-5×r+10 (1-2) (図17の「*」印のプロットを参照)
Bopt=-9×r+6 (1-3) (図17の「×」印のプロットを参照)
Bopt=-5×r+6 (1-4) (図17の三角印のプロットを参照)
と、図16Aに示したデータと図16Bに示した結果とを重ね合わせたグラフを図17に示すが、式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)及び式(1-4)に示された領域内に図16Aに示したデータの全てが含まれている。
実施例1の積層構造体にあっては、図1Aに示したように、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第2B端部32)は、他方(第1B端部22)よりも基材10の中心部側に位置し、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第2B端部32)を内側端部と称するとき、内側端部32の端面32Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。図示した例では、内側端部32の端面32Aは斜面を有する。そして、上述したと同様に、内側端部32の端面32Aの傾斜角度は5度以下であることが好ましい。更には、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか他方(第1B端部22)を外側端部と称するとき、
内側端部32と対向する外側端部22を有する層(第1層20)の部分22’から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第1層20)の領域の領域における体積密度平均値をV20、内側端部32と対向する外側端部22を有するこの層(第1層20)の部分22’から十分に内側のこの層の領域(具体的には、第2B端部32と対向するこの層(第1層20)の部分22’から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第1層20)の領域)の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する。
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第2B端部32)は、他方(第1B端部22)よりも基材10の中心部側に位置し、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第2B端部32)を内側端部と称するとき、内側端部32の端面32Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。図示した例では、内側端部32の端面32Aは斜面を有する。そして、上述したと同様に、内側端部32の端面32Aの傾斜角度は5度以下であることが好ましい。更には、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか他方(第1B端部22)を外側端部と称するとき、
内側端部32と対向する外側端部22を有する層(第1層20)の部分22’から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第1層20)の領域の領域における体積密度平均値をV20、内側端部32と対向する外側端部22を有するこの層(第1層20)の部分22’から十分に内側のこの層の領域(具体的には、第2B端部32と対向するこの層(第1層20)の部分22’から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第1層20)の領域)の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する。
あるいは又、実施例1の積層構造体にあっては、図1Bに示すように、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第1B端部22)は、他方(第2B端部32)よりも基材10の中心部側に位置し、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第1B端部22)を内側端部と称するとき、内側端部22の端面22Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。図示した例では、内側端部22の端面22Aは斜面を有する。そして、上述したと同様に、内側端部22の端面22Aの傾斜角度は5度以下であることが好ましい。更には、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか他方(第2B端部32)を外側端部と称するとき、
内側端部22と対向する外側端部32を有する層(第2層30)の部分32’から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの層(第2層30)の領域における体積密度平均値をV20、内側端部22と対向する外側端部32を有するこの層(第2層30)の部分32’から十分に内側のこの層の領域(具体的には、第1B端部22と対向する第2層30の部分32’から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第2層30)の領域)の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する。
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第1B端部22)は、他方(第2B端部32)よりも基材10の中心部側に位置し、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか一方(第1B端部22)を内側端部と称するとき、内側端部22の端面22Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。図示した例では、内側端部22の端面22Aは斜面を有する。そして、上述したと同様に、内側端部22の端面22Aの傾斜角度は5度以下であることが好ましい。更には、
第1B端部22及び第2B端部32のいずれか他方(第2B端部32)を外側端部と称するとき、
内側端部22と対向する外側端部32を有する層(第2層30)の部分32’から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの層(第2層30)の領域における体積密度平均値をV20、内側端部22と対向する外側端部32を有するこの層(第2層30)の部分32’から十分に内側のこの層の領域(具体的には、第1B端部22と対向する第2層30の部分32’から内側に3mm離れた部分から4mm離れた部分までの長さ1mmのこの層(第2層30)の領域)の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する。
プレス前の積層構造体は、例えば、ダイ及びバックロールを供えた塗布装置によって、基材10の第1面11に第1層20を塗布し、基材10の第2面12に第2層30を塗布することで得ることができる。尚、塗液(正極合剤スラリーや負極合剤スラリー)を間欠的にダイに供給することで第1層20及び第2層30を形成することができる。ここで、第1層20及び第2層30の厚さは、ダイとバックロールとの間の間隔、塗液の流量、ダイのリップ角度、基材搬送速度によって決定される。また、第2層30における第2A端部31の端面31Aの形状は、主に、塗液の流量によって決定される。こうして得られたプレス前の長尺の積層構造体を、先ず、予備加熱し、次いで、ロールプレス装置(図5参照)を用いて連続的に第1層20及び第2層30をプレス(加圧、圧縮)した後、冷却、検査を行い、長尺の積層構造体として巻き取る。その後、積層構造体に要求される仕様、積層構造体が使用される製品に要求される仕様等に基づき、積層構造体に各種の加工が施される。図5中、参照番号41は上流側に配置されたガイドロール、参照番号42は下流側に配置されたガイドロールである。また、図5において、積層構造体が一対のプレスロール40の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPを破線で示している。積層構造体がガイドロール41の間、ガイドロール42の間を通過するとき、積層構造体が含まれる仮想平面内に、ガイドロール41,42の積層構造体接触面は位置する。即ち、ガイドロール42の間、及び、一対のプレスロール40(あるいは後述する一対のプレスロール50)の間を積層構造体が通過するとき、積層構造体の上下方向の位置に変化はない。同様に、一対のプレスロール40(あるいは後述する一対のプレスロール50)の間、及び、ガイドロール41の間を積層構造体が通過するとき、積層構造体の上下方向の位置に変化はない。尚、以下に説明する実施例にあっても、積層構造体は、実質的に同様に方法で製造することができる。
以上のとおり、実施例1の積層構造体、あるいは、実施例1の積層構造体の製造方法によって製造された積層構造体にあっては、第2A端部の端面は斜面を有するので、低体積密度領域の発生を効果的に抑制することができる。
実施例2は、実施例1の変形である。積層構造体の長さ方向に沿った模式的な断面図を図2Aあるいは図2Bに示すように、実施例2の積層構造体において、第2A端部31の端面31Bは、階段形状を有する。階段の蹴込み板の部分に相当する第2A端部31の端面31Bの傾斜角度は90度である。また、第2A端部31の端面31B全体の傾斜角度は、階段の段鼻に相当する部分を滑らかに結んだ曲線(場合によっては、直線であり、図2A、図2B、図2C、図3A、図3Bでは破線で示す)と基材10の第2面12とが交わる点と、階段の段鼻に相当する部分とを結ぶ直線を想定し、この直線と基材10の第2面12との成す角度を指す。第2A端部31は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメント30Snが積層された構造を有する。尚、図示した例では、N=3とした。また、図2Cに、実施例2の積層構造体の長さ方向に沿って一部を拡大した模式的な断面図を示すが、この例では、N=4である。図2Cではハッチング線の図示を省略している。
実施例1と同様に、V10/V11の値をV10/V11所望値とするための最適傾斜角度Boptは、プレスロール40の半径rや、基材10の厚さ、第1層20及び第2層30の厚さによって変化する。そこで、表1に示したと同様の条件において、プレスロール40の半径r、第1層20の厚さ、第2層30の厚さ、及び、基材10の厚さ、並びに、積層構造体A及び積層構造体Bにおける第1層20及び第2層30の面積密度、体積密度、プレス時の線圧をパラメータとして、シミュレーションを行った。但し、プレスロール40の半径rを0.25m、0.375m及び0.50mとした。また、シミュレーションにおいては、N=1とした。
プレスロール40の半径rを0.25m、0.375m及び0.50mとしたときの段差率gnと最適傾斜角度Boptとの関係をシミュレーションした結果を図18A、図18B及び図19に示す。尚、図2Cに示すように、蹴上げに相当する各第2層セグメント30Snの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層20の厚さをc、基材10の厚さをeとし、第1層20目の第2層セグメント30S1から第n層目の第2層セグメント30Snまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、段差率gnは、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる。
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる。
プレスロール40の半径rを0.25mとしたとき、図18Aに示すように、第2A端部の端面の最適傾斜角度Bopt(度)と段差率gnとの関係は、
〈最大値〉(図18Aでは「A」で示す)
gn=0.0407Bopt+0.0829
但し、R2=0.9989
〈中央値〉(図18Aでは「B」で示す)
gn=0.0330Bopt+0.0437
但し、R2=0.9994
〈最小値〉(図18Aでは「C」で示す)
gn=0.0228Bopt+0.0169
但し、R2=0.9998
となった。
〈最大値〉(図18Aでは「A」で示す)
gn=0.0407Bopt+0.0829
但し、R2=0.9989
〈中央値〉(図18Aでは「B」で示す)
gn=0.0330Bopt+0.0437
但し、R2=0.9994
〈最小値〉(図18Aでは「C」で示す)
gn=0.0228Bopt+0.0169
但し、R2=0.9998
となった。
また、プレスロール40の半径rを0.375mとしたとき、図18Bに示すように、第2A端部の端面の最適傾斜角度Bopt(度)と段差率gnとの関係は、
〈最大値〉(図18Bでは「A」で示す)
gn=0.0370Bopt+0.103
但し、R2=0.9986
〈中央値〉(図18Bでは「B」で示す)
gn=0.0308Bopt+0.0556
但し、R2=0.9992
〈最小値〉(図18Bでは「C」で示す)
gn=0.0218Bopt+0.0220
但し、R2=0.9997
となった。
〈最大値〉(図18Bでは「A」で示す)
gn=0.0370Bopt+0.103
但し、R2=0.9986
〈中央値〉(図18Bでは「B」で示す)
gn=0.0308Bopt+0.0556
但し、R2=0.9992
〈最小値〉(図18Bでは「C」で示す)
gn=0.0218Bopt+0.0220
但し、R2=0.9997
となった。
更には、プレスロール40の半径rを0.50mとしたとき、図19に示すように、第2A端部の端面の最適傾斜角度Bopt(度)と段差率gnとの関係は、
〈最大値〉(図19では「A」で示す)
gn=0.0450Bopt+0.0632
但し、R2=0.9991
〈中央値〉(図19では「B」で示す)
gn=0.0354Bopt+0.0324
但し、R2=0.9996
〈最小値〉(図19では「C」で示す)
gn=0.0238Bopt+0.0122
但し、R2=0.9998
となった。
〈最大値〉(図19では「A」で示す)
gn=0.0450Bopt+0.0632
但し、R2=0.9991
〈中央値〉(図19では「B」で示す)
gn=0.0354Bopt+0.0324
但し、R2=0.9996
〈最小値〉(図19では「C」で示す)
gn=0.0238Bopt+0.0122
但し、R2=0.9998
となった。
図20Aに、得られたプレスロール40の半径rと最適傾斜角度Boptの最大値(図20Aでは「A」で示す)、中央値(図20Aでは「B」で示す)及び最小値(図20Aでは「C」で示す)との関係をグラフ化した結果を示す。図20Aに示す結果から、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足することで、V10/V11の値がV10/V11所望値である積層構造体を得ることができることが判った。尚、
gn=0.045Bopt+0.063 (2-1)
(図20Bの菱形印のプロットを参照)
gn=0.022Bopt+0.063 (2-2)
(図20Bの「*」印のプロットを参照)
gn=0.045Bopt+0.022 (2-3)
(図20Bの「×」印のプロットを参照)
gn=0.022Bopt+0.022 (2-4)
(図20Bの三角印のプロットを参照)
と、図18A、図18B及び図19に示したデータとを重ね合わせたグラフを図20Bに示すが、式(2-1)と式(2-4)とのよって挟まれた領域内に図18A、図18B及び図19に示したデータの全てが含まれている。
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足することで、V10/V11の値がV10/V11所望値である積層構造体を得ることができることが判った。尚、
gn=0.045Bopt+0.063 (2-1)
(図20Bの菱形印のプロットを参照)
gn=0.022Bopt+0.063 (2-2)
(図20Bの「*」印のプロットを参照)
gn=0.045Bopt+0.022 (2-3)
(図20Bの「×」印のプロットを参照)
gn=0.022Bopt+0.022 (2-4)
(図20Bの三角印のプロットを参照)
と、図18A、図18B及び図19に示したデータとを重ね合わせたグラフを図20Bに示すが、式(2-1)と式(2-4)とのよって挟まれた領域内に図18A、図18B及び図19に示したデータの全てが含まれている。
段差率gnと、体積密度と、第2A端部31と対向する第1層20の部分21’からの距離Xとの関係をシミュレーションした結果を図21Aに示す。また、段差率gnと低体積密度領域の長さとの関係を図21Bに示す。ここで、低体積密度領域の長さは、X=0mmからX=-3mmまでの3mmの長さと定義される。尚、各段差率の根拠となる数字は以下のとおりである。
段差率gn=0.47 (図21の「D」を参照)
dn =100μm
Σdn=100μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.40 (図21の「C」を参照)
dn =75μm
Σdn=75μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.31 (図21の「B」を参照)
dn =50μm
Σdn=50μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.18 (図21の「A」を参照)
dn =25μm
Σdn=25μm
c =100μm
e =10μm
dn =100μm
Σdn=100μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.40 (図21の「C」を参照)
dn =75μm
Σdn=75μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.31 (図21の「B」を参照)
dn =50μm
Σdn=50μm
c =100μm
e =10μm
段差率gn=0.18 (図21の「A」を参照)
dn =25μm
Σdn=25μm
c =100μm
e =10μm
図21Bの結果から、段差率gnを0.15以下とすることで、V10/V11所望値を達成することができる。尚、cの値、eの値、第2層の総厚が決まれば、段差率gnを0.15以下とするためのNの値が決まり、更には、各第2層セグメント30Snの厚さdnが決まる。例えば、一対のプレスロール40の半径rを0.375m、基材10の厚さ(c)を10μm、第1層20の厚さ(e)及び第2層30の厚さを100μmとした場合、
N=4となり、更には、
d1=20μm
d2=23μm
d3=27μm
d4=30μm
となる。
N=4となり、更には、
d1=20μm
d2=23μm
d3=27μm
d4=30μm
となる。
尚、積層構造体の長さ方向に沿った模式的な断面図を図3Aあるいは図3Bに示すように、第2A端部31の端面は、斜面31C2と階段形状31C1の組み合わされた形状を有していてもよい。図22の上段に、実施例2のこの変形例において、第2A端部31の端面31Aが、3段の階段形状(N=3)と、傾斜角度5度の斜面の組み合わされた形状を有する場合の、第1A領域から第2領域に遷移する領域において、プレスロールの表面と第2層表面との間にどのような隙間が生じるかをシミュレーションした結果を示すが、隙間は殆ど存在していないことが判る。併せて、第2A端部31の端面31Aが傾斜角度5度の斜面を有する場合の、第1A領域から第2領域に遷移する領域において、プレスロールの表面と第2層表面との間にどのような隙間が生じるかをシミュレーションした結果を、図22の下段に示す。
実施例3は、本開示のロールプレス装置、及び、本開示の第2の態様に係る積層構造体の製造方法に関する。実施例3の積層構造体は、第2A端部31の端面31Aの形状が異なる点を除き、実施例1の積層構造体と同じ構成、構造を有する。即ち、実施例3の積層構造体にあっては、積層構造体の長さ方向に沿った模式的な断面図を図4Aあるいは図4Bに示すように、階段の蹴込み板の部分に相当する第2A端部31の端面31Dの傾斜角度は90度である。
実施例3のロールプレス装置(二次電池用電極製造用のロールプレス装置、あるいは、二次電池の電極部材製造用のロールプレス装置あるいは、二次電池の正極部材あるいは負極部材製造用のロールプレス装置)は、
一対のプレスロール50、並びに、
一対のプレスロール50の上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール51,52、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール50の間を通過させることで、積層構造体をプレス(加圧、圧縮)するロールプレス装置である。そして、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IP(図面においては破線で示す)に対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置する。補助ロール51,52の上下方向の位置の制御は、周知の方法(例えば、位置検出器、及び、位置検出器の検出結果に基づき油圧シリンダーやエアーシリンダーを用いた補助ロール51,52の上下方向の位置の制御といった方法)により行うことができる。
一対のプレスロール50、並びに、
一対のプレスロール50の上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール51,52、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール50の間を通過させることで、積層構造体をプレス(加圧、圧縮)するロールプレス装置である。そして、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IP(図面においては破線で示す)に対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置する。補助ロール51,52の上下方向の位置の制御は、周知の方法(例えば、位置検出器、及び、位置検出器の検出結果に基づき油圧シリンダーやエアーシリンダーを用いた補助ロール51,52の上下方向の位置の制御といった方法)により行うことができる。
また、実施例3の積層構造体の製造方法にあっては、
一対のプレスロール50、並びに、
一対のプレスロール50の上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール51,52、
を備えたロールプレス装置を用い、
積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール50の間を通過させることで積層構造体をプレス(加圧、圧縮)する。
一対のプレスロール50、並びに、
一対のプレスロール50の上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール51,52、
を備えたロールプレス装置を用い、
積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール50の間を通過させることで積層構造体をプレス(加圧、圧縮)する。
図6A及び図6Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、一対の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、一対の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。また、図7A及び図7Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、1本の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、1本の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。
そして、図6A及び図7Aに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は上側、第2層30は下側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面は下側に位置する。また、図6B及び図7Bに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は下側、第2層30は上側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51,52の積層構造体接触面は上側に位置する。
図6A及び図7Aに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Aに示す積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。また、図6B及び図7Bに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Aに示す積層構造体の天地を逆にした構造を有する積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。
図8A及び図8Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、一対の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、一対の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。また、図9A及び図9Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、1本の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、1本の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。
そして、図8A及び図9Aに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は下側、第2層30は上側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は下側に位置し、補助ロール52の積層構造体接触面は上側に位置する。また、図8B及び図9Bに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は上側、第2層30は下側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は上側に位置し、補助ロール52の積層構造体接触面は下側に位置する。
図8A及び図9Aに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Bに示す積層構造体の天地を逆にした構造を有する積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。また、図8B及び図9Bに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Bに示す積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。
図10A及び図10Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、一対の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、一対のガイドロール42が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。また、図11A及び図11Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、1本の補助ロール51が、一対のプレスロール50の上流に配置され、一対のガイドロール42が、一対のプレスロール50の下流に配置されている。
そして、図10A及び図11Aに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は上側、第2層30は下側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は下側に位置する。また、図10B及び図11Bに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は下側、第2層30は上側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は上側に位置する。
図10A及び図11Aに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Aに示す積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。また、図10B及び図11Bに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Aに示す積層構造体の天地を逆にした構造を有する積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。
あるいは又、図10A及び図11Aに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は下側、第2層30は上側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は下側に位置する。また、図10B及び図11Bに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は上側、第2層30は下側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール51の積層構造体接触面は上側に位置する。
そして、図10A及び図11Aに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Bに示す積層構造体の天地を逆にした構造を有する積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。また、図10B及び図11Bに示す実施例3のロールプレス装置は、図4Bに示す積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。
図12A及び図12Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、一対の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置され、一対のガイドロール41が、一対のプレスロール50の上流に配置されている。また、図13A及び図13Bに示す実施例3のロールプレス装置にあっては、1本の補助ロール52が、一対のプレスロール50の下流に配置され、一対のガイドロール41が、一対のプレスロール50の上流に配置されている。
そして、図12A及び図13Aに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は上側、第2層30は下側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール52の積層構造体接触面は下側に位置する。また、図12B及び図13Bに示す例にあっては、積層構造体において、第1層20は下側、第2層30は上側に位置し、積層構造体が一対のプレスロール50の間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面IPに対して、補助ロール52の積層構造体接触面は上側に位置する。
図12A及び図13Aに示す実施例3のロールプレス装置は、図4A又は図4Bに示す積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。また、図12B及び図13Bに示す実施例3のロールプレス装置は、図4A又は図4Bに示す積層構造体の天地を逆にした構造を有する積層構造体のプレスに適したロールプレス装置である。
即ち、実施例3にあっては、
積層構造体は、
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置し、
第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。あるいは又、積層構造体は、実施例1~実施例2において説明した構成、構造を有する。そして、
積層構造体は、一対のプレスロール50の間に侵入し、
第2層30が第1層20よりも下側に位置する場合、仮想平面IPに対して補助ロール51,52の積層構造体接触面は下側に位置し、第2層30が第1層20よりも上側に位置する場合、仮想平面IPに対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する。
積層構造体は、
第1面11、及び、第1面11と対向する第2面12を備えた基材10、
基材10の第1面11上に形成された第1層20、並びに、
基材10の第2面12上に形成された第2層30、
から成り、
第1層20は、基材10の幅方向に沿った第1A端部21及び第1B端部22を有し、
第2層30は、基材10の幅方向に沿った第2A端部31及び第2B端部32を有し、
第1A端部21と第2A端部31とは対向しており、
第1B端部22と第2B端部32とは対向しており、
第2A端部31は、第1A端部21よりも基材10の中心部側に位置し、
第2A端部31の端面31Aは、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する。あるいは又、積層構造体は、実施例1~実施例2において説明した構成、構造を有する。そして、
積層構造体は、一対のプレスロール50の間に侵入し、
第2層30が第1層20よりも下側に位置する場合、仮想平面IPに対して補助ロール51,52の積層構造体接触面は下側に位置し、第2層30が第1層20よりも上側に位置する場合、仮想平面IPに対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する。
体積密度と、第2A端部31と対向する第1層20の部分21’からの距離X(図4A参照)との関係をシミュレーションした結果に基づき、仮想平面IPに対する補助ロールの積層構造体接触面の角度θ(図6A参照)と低体積密度領域の長さとの関係を求めた結果を図23に示す。このケースではθ=5度において、低体積密度領域の長さは最小となることが判る。また、以上の結果から、仮想平面IPに対する補助ロールの積層構造体接触面の角度θは、0度を超え、10度以下であることが好ましいことが判った。
実施例3のロールプレス装置、実施例3の積層構造体の製造方法にあっては、積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスするので、低体積密度領域の発生を効果的に抑制することができる。尚、実施例3のロールプレス装置を用いて、実施例1あるいは実施例2において説明した積層構造体を製造することもできる。
実施例4は、実施例1~実施例3によって得られる積層構造体から電池の電極部材を構成する。ここで、電池を、例えば、リチウムイオン二次電池から構成する。具体的には、積層構造体はリチウムイオン二次電池の電極部材(正極部材あるいは負極部材)を構成する。基材10は、電極部材の集電体(正極部材の正極集電体)を構成し、第1層20及び第2層30は、電極部材(正極部材)の合剤層(正極合剤層)を構成する。また、基材10は、電極部材の集電体(負極部材の負極集電体)を構成し、第1層20及び第2層30は、電極部材(負極部材)の合剤層(負極合剤層)を構成する。
実施例4においては、円筒型のリチウムイオン二次電池から成るリチウムイオン二次電池を説明する。実施例4の円筒型のリチウムイオン二次電池の模式的な断面図を図27に示す。また、実施例4のリチウムイオン二次電池を構成する電極構造体の長手方向に沿った模式的な一部断面図を図28に示す。ここで、図28は、正極リード部及び負極リード部が配されていない部分の模式的な一部断面図であり、図面の簡素化のために電極構造体を平坦に示すが、実際には、電極構造体は捲回されているので、湾曲している。
実施例4のリチウムイオン二次電池にあっては、ほぼ中空円柱状の電極構造体収納部材101の内部に、電極構造体111及び一対の絶縁板102,103が収納されている。電極構造体111は、例えば、セパレータ116を介して正極部材112と負極部材114とを積層して電極構造体を得た後、電極構造体を捲回することで作製することができる。
電極構造体収納部材(電池缶)101は、一端部が閉鎖され、他端部が開放された中空構造を有しており、鉄(Fe)および/またはアルミニウム(Al)等から作製されている。電極構造体収納部材101の表面にはニッケル(Ni)等がメッキされていてもよい。一対の絶縁板102,103は、電極構造体111を挟むと共に、電極構造体111の捲回周面に対して垂直に延在するように配置されている。電極構造体収納部材101の開放端部には、電池蓋104、安全弁機構105及び熱感抵抗素子(PTC素子、Positive Temperature Coefficient 素子)106がガスケット107を介してかしめられており、これによって、電極構造体収納部材101は密閉されている。電池蓋104は、例えば、電極構造体収納部材101と同様の材料から作製されている。安全弁機構105及び熱感抵抗素子106は、電池蓋104の内側に設けられており、安全弁機構105は、熱感抵抗素子106を介して電池蓋104と電気的に接続されている。安全弁機構105にあっては、内部短絡や、外部からの加熱等に起因して内圧が一定以上になると、ディスク板105Aが反転する。そして、これによって、電池蓋104と電極構造体111との電気的接続が切断される。大電流に起因する異常発熱を防止するために、熱感抵抗素子106の抵抗は温度の上昇に応じて増加する。ガスケット107は、例えば、絶縁性材料から作製されている。ガスケット107の表面にはアスファルト等が塗布されていてもよい。
電極構造体111の捲回中心には、センターピン108が挿入されている。但し、センターピン108は、捲回中心に挿入されていなくともよい。正極部材112には、アルミニウム等の導電性材料から作製された正極リード部113が接続されている。具体的には、正極リード部113は正極集電体112Aに取り付けられている。負極部材114には、銅等の導電性材料から作製された負極リード部115が接続されている。具体的には、負極リード部115は負極集電体114Aに取り付けられている。負極リード部115は、電極構造体収納部材101に溶接されており、電極構造体収納部材101と電気的に接続されている。正極リード部113は、安全弁機構105に溶接されていると共に、電池蓋104と電気的に接続されている。尚、図27に示した例では、負極リード部115は1箇所(捲回された電極構造体の最外周部)であるが、2箇所(捲回された電極構造体の最外周部及び最内周部)に設けられている場合もある。
電極構造体111は、正極集電体112A上に(具体的には、正極集電体112Aの両面に)正極合剤層112Bが形成された正極部材112と、負極集電体114A上に(具体的には、負極集電体114Aの両面に)負極合剤層114Bが形成された負極部材114とが、セパレータ116を介して積層されて成る。正極リード部113を取り付ける正極集電体112Aの領域には、正極合剤層112Bは形成されていないし、負極リード部115を取り付ける負極集電体114Aの領域には、負極合剤層114Bは形成されていない。
実施例1のリチウムイオン二次電池の仕様を以下の表2に例示する。
〈表2〉
正極集電体112A 厚さ20μmのアルミニウム箔
正極合剤層112B 片面当たり厚さ50μm
正極リード部113 厚さ100μmのアルミニウム(Al)箔
負極集電体114A 厚さ20μmの銅箔
負極合剤層114B 片面当たり厚さ50μm
負極リード部115 厚さ100μmのニッケル(Ni)箔
正極集電体112A 厚さ20μmのアルミニウム箔
正極合剤層112B 片面当たり厚さ50μm
正極リード部113 厚さ100μmのアルミニウム(Al)箔
負極集電体114A 厚さ20μmの銅箔
負極合剤層114B 片面当たり厚さ50μm
負極リード部115 厚さ100μmのニッケル(Ni)箔
正極部材112を、以下の方法に基づき作製することができる。即ち、先ず、炭酸リチウム(Li2CO3)と炭酸コバルト(CoCO3)とを混合した後、混合物を空気中において焼成(900゜C×5時間)して、リチウム含有複合酸化物(LiCoO2)を得る。この場合、混合比をモル比で、例えば、Li2CO3:CoO3=0.5:1とする。そして、正極活物質(LixCoO2)91質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、正極導電剤(黒鉛、グラファイト)6質量部とを混合して、正極合剤とする。そして、正極合剤を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン)と混合して、ペースト状の正極合剤スラリーとする。次いで、コーティング装置を用いて帯状の正極集電体112A(基材に相当し、厚さ20μmのアルミニウム箔から成る)の両面に正極合剤スラリーを塗布した後、正極合剤スラリーを乾燥させて、実施例1~実施例3において説明した積層構造体(正極合剤層112B)を形成する。そして、実施例1~実施例3において説明した方法、実施例1~実施例3において説明したロールプレス機を用いて積層構造体の第1層及び第2層(正極合剤層112B)をプレス(加圧、圧縮)する。
負極部材114を作製する場合、先ず、負極活物質(黒鉛(グラファイト)、あるいは、黒鉛とシリコンとの混合材料)97質量部と、負極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部とを混合して、負極合剤とする。黒鉛の平均粒径d50を20μmとする。あるいは又、負極結着剤として、例えば、スチレン-ブタジエン共重合体のアクリル変性体1.5質量部と、カルボキシメチルセルロース1.5質量部との混合物を用いる。次いで、負極合剤を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン)と混合して、ペースト状の負極合剤スラリーとする。そして、コーティング装置を用いて帯状の負極集電体114A(基材に相当し、厚さ20μmの銅箔から成る)の両面に負極合剤スラリーを塗布した後、負極合剤スラリーを乾燥させて、積層構造体(負極合剤層114B)を形成する。そして、実施例1~実施例3において説明した方法、実施例1~実施例3において説明したロールプレス機を用いて積層構造体の第1層及び第2層(負極合剤層114B)をプレス(加圧、圧縮)する。
セパレータ116は、厚さ20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムから成る。また、以下の表3、表4あるいは表5に示す組成を有する非水系の電解液が、電極構造体111に含浸されている。尚、非水系電解液の溶媒とは、液状の材料だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、高分子化合物も溶媒に含まれる。
〈表3〉
有機溶媒 :EC/PC 質量比で1/1
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
その他の添加剤 :炭酸ビニレン(VC) 1質量%
有機溶媒 :EC/PC 質量比で1/1
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
その他の添加剤 :炭酸ビニレン(VC) 1質量%
〈表4〉
有機溶媒 :EC/DMC 質量比で3/5
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
有機溶媒 :EC/DMC 質量比で3/5
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
〈表5〉
有機溶媒 :EC/DMC/FEC
質量比で2.7/6.3/1.0
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
有機溶媒 :EC/DMC/FEC
質量比で2.7/6.3/1.0
非水系電解液を構成するリチウム塩:LiPF6 1.0モル/有機溶媒1kg
あるいは又、非水系電解液を調製する場合、第1化合物、第2化合物、第3化合物、及び、他の材料を混合、撹拌する。第1化合物として、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム(LiFSI)又はビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiTFSI)を用いる。また、第2化合物として、非酸素含有モノニトリル化合物であるアセトニトリル(AN)、プロピオニトリル(PN)若しくはブチロニトリル(BN)、又は、酸素含有モノニトリル化合物であるメトキシアセトニトリル(MAN)を用いる。更には、第3化合物として、不飽和環状炭酸エステルである炭酸ビニレン(VC)、炭酸ビニルエチレン(VEC)若しくは炭酸メチレンエチレン(MEC)、又は、ハロゲン化炭酸エステルである4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(FEC)若しくは炭酸ビス(フルオロメチル)(DFDMC)、又は、ポリニトリル化合物であるスクシノニトリル(SN)を用いる。更には、他の材料として、環状炭酸エステルである炭酸エチレン(EC)、鎖状炭酸エステルである炭酸ジメチル(DMC)、電解質塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)および/または四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を用いる。但し、電解液は、このような組成に限定するものではない。
リチウムイオン二次電池は、例えば、以下の手順に基づき製造することができる。
即ち、先ず、上述したとおり、正極集電体112Aの両面に正極合剤層112Bを形成し、負極集電体114Aの両面に負極合剤層114Bを形成する。
その後、溶接法等を用いて、正極集電体112Aに正極リード部113を取り付ける。また、溶接法等を用いて、負極集電体114Aに負極リード部115を取り付ける。次に、厚さ20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムから成るセパレータ116を介して正極部材112と負極部材114とを積層し、捲回して、(より具体的には、正極部材112/セパレータ116/負極部材114/セパレータ116の電極構造体(積層構造体)を捲回して)、電極構造体111を作製した後、最外周部に保護テープ(図示せず)を貼り付ける。その後、電極構造体111の中心にセンターピン108を挿入する。次いで、一対の絶縁板102,103で電極構造体111を挟みながら、電極構造体111を電極構造体収納部材(電池缶)101の内部に収納する。この場合、溶接法等を用いて、正極リード部113の先端部を安全弁機構105に取り付けると共に、負極リード部115の先端部を電極構造体収納部材101に取り付ける。その後、減圧方式に基づき有機電解液あるいは非水系電解液を注入して、有機電解液あるいは非水系電解液をセパレータ116に含浸させる。次いで、ガスケット107を介して電極構造体収納部材101の開口端部に電池蓋104、安全弁機構105及び熱感抵抗素子106をかしめる。
実施例5において、リチウムイオン二次電池は平板型のラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池から成り、正極部材、セパレータ及び負極部材が捲回されている。実施例5の二次電池の模式的な分解斜視図を図29及び図30Aに示す。図29及び図30Aに示す電極構造体(積層構造体)の矢印A-Aに沿った模式的な拡大断面図(YZ平面に沿った模式的な拡大断面図)を図30Bに示す。更には、図30Bに示す電極構造体の一部を拡大した模式的な一部断面図(XY平面に沿った模式的な一部断面図)は、図28に示したと同様である。
実施例5の二次電池にあっては、ラミネートフィルムから成る外装部材120の内部に、基本的に実施例4と同様の電極構造体111が収納されている。電極構造体111は、セパレータ116及び電解質層118を介して正極部材112と負極部材114とを積層した後、この積層構造体を捲回することで作製することができる。正極部材112には正極リード部113が取り付けられており、負極部材114には負極リード部115が取り付けられている。電極構造体111の最外周部は、保護テープ119によって保護されている。
正極リード部113及び負極リード部115は、外装部材120の内部から外部に向かって同一方向に突出している。正極リード部113は、アルミニウム等の導電性材料から形成されている。負極リード部115は、銅、ニッケルおよび/またはステンレス鋼等の導電性材料から形成されている。これらの導電性材料は、例えば、薄板状又は網目状である。
外装部材120は、図29に示す矢印Rの方向に折り畳み可能な1枚のフィルムであり、外装部材120の一部には、電極構造体111を収納するための窪み(エンボス)が設けられている。外装部材120は、例えば、融着層と、金属層と、表面保護層とがこの順に積層されたラミネートフィルムである。リチウムイオン二次電池の製造工程では、融着層同士が電極構造体111を介して対向するように外装部材120を折り畳んだ後、融着層の外周縁部同士を融着する。但し、外装部材120は、2枚のラミネートフィルムが接着剤等を介して貼り合わされたものでもよい。融着層は、例えば、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレン等のフィルムから成る。金属層は、例えば、アルミニウム箔等から成る。表面保護層は、例えば、ナイロンおよび/またはポリエチレンテレフタレート等から成る。中でも、外装部材120は、ポリエチレンフィルムと、アルミニウム箔と、ナイロンフィルムとがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムであることが好ましい。但し、外装部材120は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレン等の高分子フィルムでもよいし、金属フィルムでもよい。具体的には、ナイロンフィルム(厚さ30μm)と、アルミニウム箔(厚さ40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ30μm)とが外側からこの順に積層された耐湿性のアルミラミネートフィルム(総厚100μm)から成る。
外気の侵入を防止するために、外装部材120と正極リード部113との間、及び、外装部材120と負極リード部115との間には、密着フィルム121が挿入されている。密着フィルム121は、正極リード部113及び負極リード部115に対して密着性を有する材料、例えば、ポリオレフィン樹脂等、より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンおよび/または変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂から成る。
図30Bに示すように、正極部材112は、正極集電体112Aの両面に正極合剤層112Bを有している。また、負極部材114は、負極集電体114Aの両面に負極合剤層114Bを有している。
電解質層は、非水系電解液及び保持用高分子化合物を含んでおり、非水系電解液は、保持用高分子化合物によって保持されている構成とすることもできる。このような電解質層は、ゲル状電解質であり、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に、非水系電解液の漏液が防止される。電解質層は、更に、添加剤等の他の材料を含んでいてもよい。
尚、ゲル状の電解質である電解質層において、非水系電解液の溶媒とは、液状の材料だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、高分子化合物も溶媒に含まれる。ゲル状の電解質層に代えて、非水系電解液をそのまま用いてもよい。この場合、非水系電解液が電極構造体に含浸される。
具体的には、電解質層を形成する場合、先ず、非水系電解液を調製する。そして、非水系電解液と、保持用高分子化合物と、有機溶剤(炭酸ジメチル)とを混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。保持用高分子化合物として、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとの共重合体(ヘキサフルオロプロピレンの共重合量=6.9質量%)を用いる。次いで、正極部材及び負極部材に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層を形成する。
ゲル状の電解質層を備えたリチウムイオン二次電池は、例えば、以下の3種類の手順に基づき製造することができる。
第1の手順にあっては、先ず、正極集電体112Aの両面に正極合剤層112Bを形成し、負極集電体114Aの両面に負極合剤層114Bを形成する。実施例1~実施例3において説明した方法に基づき、実施例1~実施例3において説明した積層構造体から正極部材、負極部材を形成する。一方、非水系電解液、保持用高分子化合物及び有機溶剤を混合して、ゾル状の前駆体溶液を調製する。そして、正極部材112及び負極部材114に前駆体溶液を塗布した後、前駆体溶液を乾燥させて、ゲル状の電解質層を形成する。その後、溶接法等を用いて、正極集電体112Aに正極リード部113を取り付け、負極集電体114Aに負極リード部115を取り付ける。次に、微孔性プリプロピレンフィルムから成るセパレータ116を介して正極部材112と負極部材114とを積層し、捲回して、電極構造体111を作製した後、最外周部に保護テープ119を貼り付ける。その後、電極構造体111を挟むように外装部材120を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材120の外周縁部同士を接着させて、外装部材120の内部に電極構造体111を封入する。尚、正極リード部113及び負極リード部115と外装部材120との間に密着フィルム(酸変性プロピレンフィルム)121を挿入しておく。
あるいは又、第2の手順にあっては、先ず、正極部材112及び負極部材114を作製する。そして、正極部材112に正極リード部113を取り付け、負極部材114に負極リード部115を取り付ける。その後、セパレータ116を介して正極部材112と負極部材114とを積層し、捲回して、電極構造体111の前駆体である捲回体を作製した後、捲回体の最外周部に保護テープ119を貼り付ける。次いで、捲回体を挟むように外装部材120を折り畳んだ後、熱融着法等を用いて外装部材120の内の一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着し、袋状の外装部材120の内部に捲回体を収納する。一方、非水系電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤等の他の材料とを混合して、電解質用組成物を調製する。そして、袋状の外装部材120の内部に電解質用組成物を注入した後、熱融着法等を用いて外装部材120を密封する。その後、モノマーを熱重合させて、高分子化合物を形成する。これによって、ゲル状の電解質層が形成される。
あるいは又、第3の手順にあっては、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ116を用いることを除き、第2の手順と同様にして、捲回体を作製して袋状の外装部材120の内部に収納する。セパレータ116に塗布される高分子化合物は、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体又は多元共重合体)等である。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体等である。フッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種類又は2種類以上の高分子化合物を用いてもよい。その後、非水系電解液を調製して外装部材120の内部に注入した後、熱融着法等を用いて外装部材120の開口部を密封する。次いで、外装部材120に荷重を加えながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ116を正極部材112及び負極部材114に密着させる。これによって、非水系電解液が高分子化合物に含浸すると共に、高分子化合物がゲル化し、電解質層が形成される。
第3の手順では、第1の手順よりもリチウムイオン二次電池の膨れが抑制される。また、第3の手順では、第2の手順と比較して、溶媒及び高分子化合物の原料であるモノマー等が電解質層中に殆ど残存しないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。そのため、正極部材112、負極部材114及びセパレータ116と電解質層とが十分に密着する。
正極部材112および負極部材114は、それぞれ、実施例4において説明したと同様の方法で製造することができる。
あるいは又、負極活物質(ケイ素)と負極結着剤の前駆体(ポリアミック酸)とを混合して、負極合剤とすることもできる。この場合、混合比を乾燥質量比でケイ素:ポリアミック酸=80:20とする。ケイ素の平均粒径d50を1μmとする。ポリアミック酸の溶媒として、N-メチル-2-ピロリドン及びN,N-ジメチルアセトアミドを用いる。また、圧縮成型の後、真空雰囲気中において負極合剤スラリーを、100゜C×12時間といった条件で加熱する。これによって、負極結着剤であるポリイミドが形成される。
実施例6においては、本開示の適用例について説明する。
実施例1~実施例3において説明した積層構造体を有する電池(具体的には、リチウムイオン二次電池)を、駆動用・作動用の電源又は電力蓄積用の電力貯蔵源として利用可能な機械、機器、器具、装置、システム(複数の機器等の集合体)に使用されるリチウムイオン二次電池に対して、特に限定されることなく、適用することができる。電源として使用されるリチウムイオン二次電池は、主電源(優先的に使用される電源)であってもよいし、補助電源(主電源に代えて、又は、主電源から切り換えて使用される電源)であってもよい。リチウムイオン二次電池を補助電源として使用する場合、主電源はリチウムイオン二次電池に限られない。
リチウムイオン二次電池の用途として、具体的には、ビデオカメラやカムコーダ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、各種表示装置、コードレス電話機、ヘッドホンステレオ、音楽プレーヤ、携帯用ラジオ、電子ブックや電子新聞等の電子ペーパー、PDAを含む携帯情報端末といった各種電子機器、電気機器(携帯用電子機器を含む);玩具;電気シェーバ等の携帯用生活器具;室内灯等の照明器具;ペースメーカや補聴器等の医療用電子機器;メモリカード等の記憶用装置;着脱可能な電源としてパーソナルコンピュータ等に用いられる電池パック;電動ドリルや電動鋸等の電動工具;非常時等に備えて電力を蓄積しておく家庭用バッテリシステム等の電力貯蔵システムやホームエネルギーサーバ(家庭用蓄電装置)、電力供給システム;蓄電ユニットやバックアップ電源;電動自動車、電動バイク、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等の電動車両;航空機や船舶の電力駆動力変換装置(具体的には、例えば、動力用モータ)の駆動を例示することができるが、これらの用途に限定するものではない。
中でも、本開示におけるリチウムイオン二次電池は、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電力供給システム、電動工具、電子機器、電気機器等に適用されることが有効である。優れた電池特性が要求されるため、本開示におけるリチウムイオン二次電池を用いることで、有効に性能向上を図ることができる。電池パックは、リチウムイオン二次電池を用いた電源であり、所謂組電池等である。電動車両は、リチウムイオン二次電池を駆動用電源として作動(走行)する車両であり、二次電池以外の駆動源を併せて備えた自動車(ハイブリッド自動車等)であってもよい。電力貯蔵システム(電力供給システム)は、リチウムイオン二次電池を電力貯蔵源として用いるシステムである。例えば、家庭用の電力貯蔵システム(電力供給システム)では、電力貯蔵源であるリチウムイオン二次電池に電力が蓄積されているため、電力を利用して家庭用の電気製品等が使用可能となる。電動工具は、リチウムイオン二次電池を駆動用の電源として可動部(例えばドリル等)が可動する工具である。電子機器や電気機器は、リチウムイオン二次電池を作動用の電源(電力供給源)として各種機能を発揮する機器である。
以下、リチウムイオン二次電池の幾つかの適用例について具体的に説明する。尚、以下で説明する各適用例の構成は、あくまで一例であり、構成は適宜変更可能である。
電池パックは、1つのリチウムイオン二次電池を用いた簡易型の電池パック(所謂ソフトパック)であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器等に搭載される。あるいは又、例えば、2並列3直列となるように接続された6つのリチウムイオン二次電池から構成された組電池を備えている。尚、リチウムイオン二次電池の接続形式は、直列でもよいし、並列でもよいし、双方の混合型でもよい。
単電池を用いた電池パックを分解した模式的な斜視図を図31に示す。電池パックは、1つのリチウムイオン二次電池を用いた簡易型の電池パック(所謂ソフトパック)であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器等に搭載される。電池パックは、例えば、実施例5において説明したリチウムイオン二次電池から成る電源131、及び、電源131に接続された回路基板133を備えている。電源131には、正極リード部113及び負極リード部115が取り付けられている。
電源131の両側面には、一対の粘着テープ135が貼り付けられている。回路基板133には、保護回路(PCM:Protection Circuit Module)が設けられている。回路基板133は、タブ132Aを介して正極リード部113に接続され、タブ132Bを介して負極リード部115に接続されている。また、回路基板133には、外部接続用のコネクタ付きリード線134が接続されている。回路基板133が電源131に接続された状態において、回路基板133は、ラベル136及び絶縁シート137によって上下から保護されている。ラベル136を貼り付けることで、回路基板133及び絶縁シート137は固定される。回路基板133は、図示しない制御部、スイッチ部、PTC、及び、温度検出部を備えている。電源131は、図示しない正極端子及び負極端子を介して外部と接続可能であり、電源131は、正極端子及び負極端子を介して充放電される。温度検出部は、温度検出端子(所謂、T端子)を介して温度を検出可能である。
次に、電動車両の一例であるハイブリッド自動車といった電動車両の構成を表すブロック図を図32Aに示す。電動車両は、例えば、金属製の筐体200の内部に、制御部201、各種センサ202、電源203、エンジン211、発電機212、インバータ213,214、駆動用のモータ215、差動装置216、トランスミッション217及びクラッチ218を備えている。その他、電動車両は、例えば、差動装置216やトランスミッション217に接続された前輪駆動軸221、前輪222、後輪駆動軸223、後輪224を備えている。
電動車両は、例えば、エンジン211又はモータ215のいずれか一方を駆動源として走行可能である。エンジン211は、主要な動力源であり、例えば、ガソリンエンジン等である。エンジン211を動力源とする場合、エンジン211の駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置216、トランスミッション217及びクラッチ218を介して前輪222又は後輪224に伝達される。エンジン211の回転力は発電機212にも伝達され、回転力を利用して発電機212が交流電力を発生させ、交流電力はインバータ214を介して直流電力に変換され、電源203に蓄積される。一方、変換部であるモータ215を動力源とする場合、電源203から供給された電力(直流電力)がインバータ213を介して交流電力に変換され、交流電力を利用してモータ215を駆動する。モータ215によって電力から変換された駆動力(回転力)は、例えば、駆動部である差動装置216、トランスミッション217及びクラッチ218を介して前輪222又は後輪224に伝達される。
図示しない制動機構を介して電動車両が減速すると、減速時の抵抗力がモータ215に回転力として伝達され、その回転力を利用してモータ215が交流電力を発生させるようにしてもよい。交流電力はインバータ213を介して直流電力に変換され、直流回生電力は電源203に蓄積される。
制御部201は、電動車両全体の動作を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源203は、実施例4や実施例5において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。電源203は、外部電源と接続され、外部電源から電力供給を受けることで電力を蓄積する構成とすることもできる。各種センサ202は、例えば、エンジン211の回転数を制御すると共に、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御するために用いられる。各種センサ202は、例えば、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等を備えている。
尚、電動車両がハイブリッド自動車である場合について説明したが、電動車両は、エンジン211を用いずに電源203及びモータ215だけを用いて作動する車両(電気自動車)でもよい。
次に、電力貯蔵システム(電力供給システム)の構成を表すブロック図を図32Bに示す。電力貯蔵システムは、例えば、一般住宅及び商業用ビル等の家屋230の内部に、制御部231、電源232、スマートメータ233、及び、パワーハブ234を備えている。
電源232は、例えば、家屋230の内部に設置された電気機器(電子機器)235に接続されていると共に、家屋230の外部に停車している電動車両237に接続可能である。また、電源232は、例えば、家屋230に設置された自家発電機236にパワーハブ234を介して接続されていると共に、スマートメータ233及びパワーハブ234を介して外部の集中型電力系統238に接続可能である。電気機器(電子機器)235は、例えば、1又は2以上の家電製品を含んでいる。家電製品として、例えば、冷蔵庫、エアコンディショナー、テレビジョン受像機、給湯器等を挙げることができる。自家発電機236は、例えば、太陽光発電機や風力発電機等から構成されている。電動車両237として、例えば、電動自動車、ハイブリッド自動車、電動オートバイ、電動自転車、セグウェイ(登録商標)等を挙げることができる。集中型電力系統238として、商用電源、発電装置、送電網、スマートグリッド(次世代送電網)を挙げることができるし、また、例えば、火力発電所、原子力発電所、水力発電所、風力発電所等を挙げることもできるし、集中型電力系統238に備えられた発電装置として、種々の太陽電池、燃料電池、風力発電装置、マイクロ水力発電装置、地熱発電装置等を例示することができるが、これらに限定するものではない。
制御部231は、電力貯蔵システム全体の動作(電源232の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源232は、実施例4や実施例5において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。スマートメータ233は、例えば、電力需要側の家屋230に設置されるネットワーク対応型の電力計であり、電力供給側と通信可能である。そして、スマートメータ233は、例えば、外部と通信しながら、家屋230における需要・供給のバランスを制御することで、効率的で安定したエネルギー供給が可能となる。
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統238からスマートメータ233及びパワーハブ234を介して電源232に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機236からパワーハブ234を介して電源232に電力が蓄積される。電源232に蓄積された電力は、制御部231の指示に応じて電気機器(電子機器)235及び電動車両237に供給されるため、電気機器(電子機器)235の作動が可能になると共に、電動車両237が充電可能になる。即ち、電力貯蔵システムは、電源232を用いて、家屋230内における電力の蓄積及び供給を可能にするシステムである。
電源232に蓄積された電力は、任意に利用可能である。そのため、例えば、電気料金が安価な深夜に集中型電力系統238から電源232に電力を蓄積しておき、電源232に蓄積しておいた電力を電気料金が高い日中に用いることができる。
以上に説明した電力貯蔵システムは、1戸(1世帯)毎に設置されていてもよいし、複数戸(複数世帯)毎に設置されていてもよい。
次に、電動工具の構成を表すブロック図を図32Cに示す。電動工具は、例えば、電動ドリルであり、プラスチック材料等から作製された工具本体240の内部に、制御部241及び電源242を備えている。工具本体240には、例えば、可動部であるドリル部243が回動可能に取り付けられている。制御部241は、電動工具全体の動作(電源242の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、CPU等を備えている。電源242は、実施例4や実施例5において説明した1又は2以上のリチウムイオン二次電池(図示せず)を備えている。制御部241は、図示しない動作スイッチの操作に応じて、電源242からドリル部243に電力を供給する。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではなく、種々の変形が可能である。実施例において説明した積層構造体の構成、構造、ロールプレス装置の構成、構造、積層構造体の製造方法は例示であり、適宜、変更することができる。実施例においては、積層構造体の第1A端部及び第2A端部側からプレスロールに積層構造体が侵入する例を説明したが、積層構造体の第1B端部及び第2B端部側からプレスロールに積層構造体が侵入する形態を採用してもよい。実施例1~実施例3において説明した積層構造体を有する正極部材あるいは負極部材(電極部材)と、実施例1~実施例3において説明した正極部材あるいは負極部材以外の構成、構造を有する正極部材あるいは負極部材(電極部材)とを組み合わせて、電極構造体とすることもできる。電極構造体は、捲回された状態の他、スタックされた状態であってもよい。
以下、電池がリチウムイオン二次電池から構成される場合を例にとり、リチウムイオン二次電池を構成する正極部材、負極部材、正極合剤層、正極活物質、負極合剤層、負極活物質、結着剤、導電剤、セパレータおよび非水系電解液についてそれぞれ説明する。
正極部材において、正極集電体の両面には、正極活物質を含む正極合剤層が形成されている。即ち、正極合剤層は、正極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である正極材料を含んでいる。正極合剤層は、更に、正極結着剤や正極導電剤等を含んでいてもよい。正極集電体を構成する材料として、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)および/もしくはパラジウム(Pd)等、又は、これらの何れかを含む合金、ならびに/またはステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。正極集電体あるいは後述する負極集電体の形態として、箔状材料を例示することができる。
正極材料としてリチウム含有化合物を挙げることができ、高いエネルギー密度が得られるといった観点からは、リチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物を用いることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(以下、『他元素』と呼ぶ。但し、リチウムを除く)を構成元素として含む酸化物であり、層状岩塩型の結晶構造又はスピネル型の結晶構造を有している。また、リチウム含有リン酸化合物は、リチウム、及び、1又は2以上の元素(他元素)を構成元素として含むリン酸化合物であり、オリビン型の結晶構造を有している。
正極材料を構成する好ましい材料であるリチウム含有複合酸化物、リチウム含有リン酸化合物の詳細は、以下のとおりである。尚、リチウム含有複合酸化物やリチウム含有リン酸化合物を構成する他元素として、特に限定されないが、長周期型周期表における2族~15族に属する元素のいずれか1種類又は2種類以上を挙げることができ、高い電圧が得られるといった観点からは、ニッケル〈Ni〉、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉および/または鉄〈Fe〉を用いることが好ましい。
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、式(B)、式(C)、式(D)で表される化合物を例示することができる。
LiaMn1-b-cNibM11
cO2-dFe (B)
ここで、M11は、コバルト〈Co〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、ジルコニウム〈Zr〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,d,eの値は、
0.8≦a≦1.2
0<b<0.5
0≦c≦0.5
b+c<1
-0.1≦d≦0.2
0≦e≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
0.8≦a≦1.2
0<b<0.5
0≦c≦0.5
b+c<1
-0.1≦d≦0.2
0≦e≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
LiaNi1-bM12
bO2-cFd (C)
ここで、M12は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8 ≦a≦1.2
0.005≦b≦0.5
-0.1 ≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
0.8 ≦a≦1.2
0.005≦b≦0.5
-0.1 ≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
LiaCo1-bM13
bO2-cFd (D)
ここで、M13は、ニッケル〈Ni〉、マンガン〈Mn〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.8≦a≦1.2
0≦b<0.5
-0.1≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
0.8≦a≦1.2
0≦b<0.5
-0.1≦c≦0.2
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2、およびLi1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を例示することができる。また、LiNiMnO系材料として、具体的には、LiNi0.5Mn1.50O4を例示することができる。
例えば、正極活物質としてLi1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)0.85O2を得る場合、先ず、硫酸ニッケル(NiSO4)と、硫酸コバルト(CoSO4)と、硫酸マンガン(MnSO4)とを混合する。そして、混合物を水に分散させて、水溶液を調製する。次いで、水溶液を十分に攪拌しながら、水溶液に水酸化ナトリウム(NaOH)を添加して、共沈物(マンガン・ニッケル・コバルト複合共沈水酸化物)を得る。その後、共沈物を水洗してから乾燥させ、次いで、共沈物に水酸化リチウム一水和塩を添加して、前駆体を得る。そして、大気中において前駆体を焼成(800゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。
例えば、正極活物質としてLiNi0.5Mn1.50O4を得る場合、先ず、炭酸リチウム(Li2CO3)と、酸化マンガン(MnO2)と、酸化ニッケル(NiO)とを秤量して、ボールミルを用いて秤量物を混合する。この場合、主要元素の混合比(モル比)をNi:Mn=25:75とする。次いで、大気中において混合物を焼成(800゜C×10時間)した後、冷却する。次に、ボールミルを用いて焼成物を再混合した後、大気中において焼成物を再焼成(700゜C×10時間)することで、上記の正極活物質を得ることができる。
また、スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、式(E)で表される化合物を例示することができる。
LiaMn2-bM14 bOcFd (E)
LiaMn2-bM14 bOcFd (E)
ここで、M14は、コバルト〈Co〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、クロム〈Cr〉、鉄〈Fe〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、スズ〈Sn〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉及びタングステン〈W〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、a,b,c,dの値は、
0.9≦a≦1.1
0≦b≦0.6
3.7≦c≦4.1
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiMn2O4を例示することができる。
0.9≦a≦1.1
0≦b≦0.6
3.7≦c≦4.1
0≦d≦0.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、LiMn2O4を例示することができる。
更には、オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、式(F)で表される化合物を例示することができる。
LiaM15PO4 (F)
LiaM15PO4 (F)
ここで、M15は、コバルト〈Co〉、マンガン〈Mn〉、鉄〈Fe〉、ニッケル〈Ni〉、マグネシウム〈Mg〉、アルミニウム〈Al〉、ホウ素〈B〉、チタン〈Ti〉、バナジウム〈V〉、ニオブ〈Nb〉、銅〈Cu〉、亜鉛〈Zn〉、モリブデン〈Mo〉、カルシウム〈Ca〉、ストロンチウム〈Sr〉、タングステン〈W〉及びジルコニウム〈Zr〉から成る群から選択された少なくとも1種類の元素であり、aの値は、
0.9≦a≦1.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、具体的には、LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4およびLiFe0.3Mn0.7PO4を例示することができる。
0.9≦a≦1.1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、aは完全放電状態の値である。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、具体的には、LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4およびLiFe0.3Mn0.7PO4を例示することができる。
あるいは又、リチウム含有複合酸化物として、式(G)で表される化合物を例示することができる。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x (G)
ここで、xの値は、
0≦x≦1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、xは完全放電状態の値である。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x (G)
ここで、xの値は、
0≦x≦1
を満足する。但し、組成は充放電状態に応じて異なり、xは完全放電状態の値である。
正極には、その他、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムおよび/または二酸化マンガンといった酸化物;二硫化チタンおよび/または硫化モリブデンといった二硫化物;セレン化ニオブといったカルコゲン化物;硫黄、ポリアニリンおよび/またはポリチオフェンといった導電性高分子が含まれていてもよい。
負極部材において、負極集電体の両面には負極合剤層が形成されている。負極集電体を構成する材料として、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)および/もしくはパラジウム(Pd)等、又は、これらの何れかを含む合金、ならびに/または、ステンレス鋼等の導電材料を例示することができる。負極集電体の表面は、所謂アンカー効果に基づき負極集電体に対する負極合剤層の密着性を向上させるといった観点から、粗面化されていることが好ましい。この場合、少なくとも負極合剤層を形成すべき負極集電体の領域の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法として、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法を挙げることができる。電解処理とは、電解槽中において電解法を用いて負極集電体の表面に微粒子を形成することで負極集電体の表面に凹凸を設ける方法である。あるいは又、負極部材をリチウム箔、リチウムシート、および/またはリチウム板から構成することもできる。負極合剤層は、負極活物質として、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料を含んでいる。負極合剤層は、更に、負極結着剤や負極導電剤等を含んでいてもよい。負極結着剤及び負極導電剤は、正極結着剤及び正極導電剤と同様とすることができる。
負極活物質を構成する材料として、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料は、リチウムの吸蔵・放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られる。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極合剤質の導電性が向上する。炭素材料として、例えば、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、黒鉛(グラファイト)、および/または結晶構造が発達した高結晶性炭素材料を挙げることができる。但し、難黒鉛化性炭素における(002)面の面間隔は0.37nm以上であることが好ましい。また、黒鉛における(002)面の面間隔は0.34nm以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料として、例えば、熱分解炭素類;ピッチコークス、ニードルコークスおよび/または石油コークスといったコークス類;黒鉛類;ガラス状炭素繊維;フェノール樹脂および/またはフラン樹脂等の高分子化合物を適当な温度で焼成(炭素化)することで得ることができる有機高分子化合物焼成体;炭素繊維;活性炭;カーボンブラック類;ポリアセチレン等のポリマー等を挙げることができる。また、炭素材料として、その他、約1000゜C以下の温度で熱処理された低結晶性炭素を挙げることもできるし、非晶質炭素とすることもできる。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状、鱗片状のいずれであってもよい。
あるいは又、負極活物質を構成する材料として、例えば、金属元素、半金属元素のいずれかを、1種類又は2種類以上、構成元素として含む材料(以下、『金属系材料』と呼ぶ)を挙げることができ、これによって、高いエネルギー密度を得ることができる。金属系材料は、単体、合金、化合物のいずれであってもよいし、これらの2種類以上から構成された材料でもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。合金には、2種類以上の金属元素から成る材料の他、1種類以上の金属元素と1種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織として、例えば、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、及び、これらの2種類以上の共存物を挙げることができる。
金属元素、半金属元素として、例えば、リチウムと合金を形成可能である金属元素、半金属元素を挙げることができる。具体的には、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)および/または白金(Pt)を例示することができるが、中でも、ケイ素(Si)および/またはスズ(Sn)が、リチウムを吸蔵・放出する能力が優れており、著しく高いエネルギー密度が得られるといった観点から、好ましい。
ケイ素を構成元素として含む材料として、ケイ素の単体、ケイ素合金、ケイ素化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。スズを構成元素として含む材料として、スズの単体、スズ合金、スズ化合物を挙げることができるし、これらの2種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの1種類又は2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。単体とは、あくまで一般的な意味合いでの単体を意味しており、微量の不純物を含んでいてもよく、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。
ケイ素合金あるいはケイ素化合物を構成するケイ素以外の元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)および/またはクロム(Cr)を挙げることができるし、炭素(C)および/または酸素(O)を挙げることもできる。
ケイ素合金あるいはケイ素化合物として、具体的には、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2、好ましくは、0.2<v<1.4)、およびLiSiOを例示することができる。
スズ合金あるいはスズ化合物を構成するスズ以外の元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)および/またはクロム(Cr)を挙げることができるし、炭素(C)および/または酸素(O)を挙げることもできる。スズ合金あるいはスズ化合物として、具体的には、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnO、Mg2Snを例示することができる。特に、スズを構成元素として含む材料は、例えば、スズ(第1構成元素)と共に第2構成元素及び第3構成元素を含む材料(以下、『Sn含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。第2構成元素として、例えば、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、インジウム(In)、セシウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)および/またはケイ素(Si)を挙げることができるし、第3構成元素として、例えば、ホウ素(B)、炭素(C)、アルミニウム(Al)および/またはリン(P)を挙げることができる。Sn含有材料が第2構成元素及び第3構成元素を含んでいると、高い電池容量及び優れたサイクル特性等が得られる。
中でも、Sn含有材料は、スズ(Sn)、コバルト(Co)及び炭素(C)を構成元素として含む材料(『SnCoC含有材料』と呼ぶ)であることが好ましい。SnCoC含有材料にあっては、例えば、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が20質量%乃至70質量%である。高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoC含有材料は、スズ、コバルト及び炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性又は非晶質であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。この反応相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅(回折角2θ)は、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1度/分とした場合、1度以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵・放出されると共に、非水系電解液との反応性が低減するからである。SnCoC含有材料は、低結晶性又は非晶質の相に加えて、各構成元素の単体又は一部が含まれている相を含んでいる場合もある。
X線回折により得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較すれば容易に判断することができる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合、例えば、低結晶性又は非晶質の反応相の回折ピークが2θ=20度乃至50度の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記の各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化又は非晶質化しているものと考えられる。
SnCoC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素と結合していることが好ましい。スズ等の凝集、結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、軟X線源としてAl-Kα線又はMg-Kα線等を用いたX線光電子分光法(XPS)を用いて確認可能である。炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素等と結合している場合、炭素の1s軌道(C1s)の合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる。尚、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるように、エネルギー較正されているものとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとして、そのピークをエネルギー基準とする。XPS測定において、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形で得られる。そのため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離すればよい。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。
SnCoC含有材料は、構成元素がスズ、コバルト及び炭素だけである材料(SnCoC)に限られない。SnCoC含有材料は、例えば、スズ、コバルト及び炭素に加えて、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、インジウム(In)、ニオブ(Nb)、ゲルマニウム(Ge)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、リン(P)、ガリウム(Ga)、ビスマス(Bi)等のいずれか1種類又は2種類以上を構成元素として含んでいてもよい。
SnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄及び炭素を構成元素として含む材料(以下、『SnCoFeC含有材料』と呼ぶ)も好ましい材料である。SnCoFeC含有材料の組成は任意である。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合、炭素の含有量が9.9質量%乃至29.7質量%、鉄の含有量が0.3質量%乃至5.9質量%、スズ及びコバルトの含有量の割合{Co/(Sn+Co)}が30質量%乃至70質量%である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合、炭素の含有量が11.9質量%乃至29.7質量%、スズ、コバルト及び鉄の含有量の割合{(Co+Fe)/(Sn+Co+Fe)}が26.4質量%乃至48.5質量%、コバルト及び鉄の含有量の割合{Co/(Co+Fe)}が9.9質量%乃至79.5質量%である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoFeC含有材料の物性(半値幅等)は、上記のSnCoC含有材料の物性と同様である。
あるいは又、その他、負極活物質を構成する材料として、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムおよび/または酸化モリブデンといった金属酸化物;ポリアセチレン、ポリアニリンおよび/またはポリピロールといった高分子化合物を挙げることができる。
中でも、負極活物質を構成する材料は、以下の理由により、炭素材料及び金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。即ち、金属系材料、特に、ケイ素及びスズの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、理論容量が高いという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張・収縮し易い。一方、炭素材料は、理論容量が低い反面、充放電時において膨張・収縮し難いという利点を有する。よって、炭素材料及び金属系材料の双方を用いることで、高い理論容量(云い換えれば、電池容量)を得つつ、充放電時の膨張・収縮が抑制される。
正極合剤層や負極合剤層は、例えば、塗布法に基づき形成することができる。即ち、粒子(粉末)状の正極活物質あるいは負極活物質を正極結着剤や負極結着剤等と混合した後、混合物を有機溶剤等の溶媒に分散させ、正極集電体や負極集電体に塗布する方法(例えば、前述したダイ及びバックロールを供えた塗布装置を用いた塗布法)に基づき形成することができる。但し、塗布法はこのような方法に限定するものではなく、更には、塗布法に限定するものでもない。例えば、負極活物質を成型することで負極部材を得ることができるし、正極活物質を成型することで正極部材を得ることができる。成型には、例えば、プレス機を用いればよい。あるいは又、気相法、液相法、溶射法、焼成法(焼結法)に基づき形成することができる。気相法とは、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法といったPVD法(物理的気相成長法)や、プラズマCVD法を含む各種CVD法(化学的気相成長法)である。液相法として、電解メッキ法や無電解メッキ法を挙げることができる。溶射法とは、溶融状態又は半溶融状態の正極活物質あるいは負極活物質を正極集電体あるいは負極集電体に噴き付ける方法である。焼成法とは、例えば、塗布法を用いて溶媒に分散された混合物を負極集電体に塗布した後、負極結着剤等の融点よりも高い温度で熱処理する方法であり、雰囲気焼成法、反応焼成法、ホットプレス焼成法を挙げることができる。
正極結着剤及び負極結着剤として、具体的には、スチレンブタジエンゴム(SBR)といったスチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンといった合成ゴム;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)および/またはエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)等のフッ素系樹脂やこれらのフッ素系樹脂の共重合体、変性物;ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィン系樹脂;ポリアクリロニトリル(PAN)および/またはポリアクリル酸エステル等のアクリル系樹脂;カルボキシメチルセルロース(CMC)といった高分子材料等を例示することができるし、これら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも1種類を例示することもできる。ポリフッ化ビニリデンの共重合体として、より具体的には、例えばポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体を挙げることができる。また、正極結着剤及び負極結着剤として導電性高分子を用いてもよい。導電性高分子として、例えば、置換又は無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及び、これらから選ばれた1種類又は2種類から成る(共)重合体等を用いることができる。
正極導電剤及び負極導電剤として、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト、気相成長カーボンファイバー(Vapor Growth Carbon Fiber:VGCF)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等の炭素材料を挙げることができるし、これらのうちの1種類又は2種類以上を混合して用いることができる。カーボンナノチューブとして、例えば、シングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)、および/またはダブルウォールカーボンナノチューブ(DWCNT)等のマルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)等を挙げることができる。また、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料等を用いてもよい。
充電途中に意図せずにリチウムが負極部材に析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は、正極材料の放電容量よりも大きいことが好ましい。即ち、リチウムを吸蔵・放出可能である負極材料の電気化学当量は、正極材料の電気化学当量よりも大きいことが好ましい。尚、負極部材に析出するリチウムとは、例えば、電極反応物質がリチウムである場合にはリチウム金属である。
正極リード部は、スポット溶接又は超音波溶接に基づき、正極集電体に取り付けることができる。正極リード部は金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくともよい。正極リード部の材料として、例えば、アルミニウム(Al)および/またはニッケル(Ni)等を挙げることができる。負極リード部は、スポット溶接又は超音波溶接に基づき、負極集電体に取り付けることができる。負極リード部は金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくともよい。負極リード部の材料として、例えば、銅(Cu)および/またはニッケル(Ni)等を挙げることができる。正極リード部や負極リード部は、正極集電体や負極集電体から正極集電体や負極集電体の一部が突出した突出部から構成することもできる。
セパレータは、正極部材と負極部材とを隔離して、正極部材と負極部材の接触に起因する電流の短絡を防止しながら、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータは、例えば、ポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂)、ポリイミド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂および/または芳香族ポリアミドといった合成樹脂から成る多孔質膜;セラミック等の多孔質膜;ガラス繊維(例えば、ガラスフィルターを含む);液晶ポリエステル繊維や芳香族ポリアミド繊維、および/またはセルロース系繊維から成る不織布、セラミック製の不織布等から構成されているが、中でも、ポリプロピレンおよび/またはポリエチレンの多孔質フィルムが好ましい。あるいは又、セパレータを2種類以上の多孔質膜が積層された積層膜から構成することもできるし、無機物層が塗布されたセパレータや、無機物含有セパレータとすることもできる。中でも、ポリオレフィン系樹脂から成る多孔質膜は短絡防止効果に優れ、且つ、シャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。ポリエチレン樹脂は、100゜C以上、160゜C以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、且つ、電気化学的安定性にも優れているので、セパレータを構成する材料として特に好ましい。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合又はブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、例えば、ポリプロピレン樹脂層と、ポリエチレン樹脂層と、ポリプロピレン樹脂層とを順次に積層した3層以上の構造を有していてもよい。セパレータの厚さは、5μm以上、50μm以下であることが好ましく、7μm以上、30μm以下であることがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下すると共に、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、セパレータの機械的強度が低下する。
また、セパレータは、基材である多孔質膜の片面又は両面に樹脂層が設けられた構造を有していてもよい。樹脂層として、無機物が担持された多孔性のマトリックス樹脂層を挙げることができる。このような構造を採用することで耐酸化性を得ることができ、セパレータの劣化を抑制することができる。マトリックス樹脂層を構成する材料として、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)および/またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を挙げることができ、また、これらの共重合体を用いることも可能である。無機物として、金属、半導体、又は、これらの酸化物、窒化物を挙げることができる。例えば、金属としてアルミニウム(Al)および/またはチタン(Ti)等、半導体としてケイ素(Si)および/またはホウ素(B)等を挙げることができる。また、無機物は、実質的に導電性が無く、熱容量の大きいものが好ましい。熱容量が大きいと、電流発熱時のヒートシンクとして有用であり、電池の熱暴走を一層効果的に抑制することが可能となる。このような無機物として、アルミナ(Al2O3)、ベーマイト(アルミナの一水和物)、タルク、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化チタン(TiO2)および/または酸化ケイ素等の酸化物又は窒化物を挙げることができる。無機物の粒径として、1nm乃至10μmを挙げることができる。1nmより小さいと入手が困難であり、また、入手できたとしてもコスト的に見合わない。10μmより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず、電池容量が低くなる。無機物は、基材としての多孔質膜に含まれていてもよい。樹脂層は、例えば、マトリックス樹脂、溶媒及び無機物から成るスラリーを基材(多孔質膜)上に塗布し、マトリックス樹脂の貧溶媒、且つ、溶媒の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させることで得ることができる。
セパレータの突き刺し強度として、100gf乃至1kgf、好ましくは100gf乃至480gfを挙げることができる。突き刺し強度が低いと短絡が発生する虞があり、高いとイオン伝導性が低下する虞がある。セパレータの透気度として、30秒/100cc乃至1000秒/100cc、好ましくは30秒/100cc乃至680秒/100ccを挙げることができる。透気度が低すぎると短絡が発生する虞があり、高すぎるとイオン伝導性が低下する虞がある。
リチウムイオン二次電池において使用に適した非水系電解液を構成するリチウム塩として、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiTaF6、LiNbF6、LiSiF6、LiAlCl4、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiC4F9SO3、Li(FSO2)2N、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、Li(CF3SO2)3C、LiBF3(C2F5)、LiB(C2O4)2、LiB(C6F5)4、LiPF3(C2F5)3、1/2Li2B12F12、Li2SiF6、LiCl、LiBr、LiI、ジフルオロ[オキソラト-O,O’]ホウ酸リチウム、および/またはリチウムビスオキサレートボレートを挙げることができるが、これらに限定するものではない。
また、有機溶媒として、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/またはブチレンカーボネート(BC)といった環状炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレン及び炭酸プロピレンの内の一方を用いることが好ましく、あるいは又、両方を混合して用いることが一層好ましく、これによって、サイクル特性の向上を図ることができる。また、溶媒として、高いイオン伝導性を得るといった観点から、これらの環状炭酸エステルと、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸メチルプロピル等の鎖状の炭酸エステルとを混合して用いることもできる。あるいは又、溶媒に、2,4-ジフルオロアニソールおよび/または炭酸ビニレンが含まれていてもよい。2,4-ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができる。よって、これらを混合して用いれば、放電容量及びサイクル特性を向上させることができるので好ましい。
あるいは又、有機溶媒として、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、プロピルエチルカーボネート(PEC)および/またはフルオロエチレンカーボネート(FEC)といった鎖状炭酸エステル;テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン(2-MeTHF)、1,3-ジオキソラン(DOL)および/または4-メチル-1,3-ジオキソラン(4-MeDOL)といった環状エーテル;1,2-ジメトキシエタン(DME)および/または1,2-ジエトキシエタン(DEE)といった鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)といった環状エステル;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、酪酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルおよび/またはプロピオン酸プロピルといった鎖状エステルを挙げることができる。あるいは又、有機溶媒として、テトラヒドロピラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMA)、N-メチルピロリジノン(NMP)、N-メチルオキサゾリジノン(NMO)、N,N’-ジメチルイミダゾリジノン(DMI)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、トリメチルホスフェート(TMP)、ニトロメタン(NM)、ニトロエタン(NE)、スルホラン(SL)、メチルスルホラン、アセトニトリル(AN)、アニソール、プロピオニトリル、グルタロニトリル(GLN)、アジポニトリル(ADN)、メトキシアセトニトリル(MAN)、3-メトキシプロピオニトリル(MPN)、ジエチルエーテル、炭酸ブチレン、3-メトキシプロピロニトリル、N,N-ジメチルフォルムアミド、ジメチルスルフォキシド、および/またはリン酸トリメチルを挙げることができる。あるいは又、イオン液体を用いることもできる。イオン液体として、公知のものを用いることができ、必要に応じて選択すればよい。
非水系電解液及び保持用高分子化合物によって電解質層を構成することもできる。非水系電解液は、例えば、保持用高分子化合物によって保持されている。このような形態における電解質層は、ゲル状電解質あるいは固体状電解質であり、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に、非水系電解液の漏液が防止される。電解質は、液系電解質とすることもできるし、ゲル状電解質あるいは固体状電解質とすることもできる。ゲル状電解質では、電解液の真空注入プロセスが必要とされず、連続塗工プロセスを採用することができるため、大面積のリチウムイオン電池を製造する際に生産性の点で優位である。
保持用高分子化合物として、具体的には、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン-四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン-ブタジエンゴム、ニトリル-ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンオキシド、および塩化ビニルを例示することができる。これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。また、保持用高分子化合物は共重合体であってもよい。共重合体として、具体的には、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等を例示することができるが、中でも、電気化学的な安定性といった観点から、単独重合体としてポリフッ化ビニリデンが好ましく、共重合体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共重合体が好ましい。また、フィラーとして、Al2O3、SiO2、TiO2、および/またはBN(窒化ホウ等の耐熱性の高い化合物を含んでいてもよい。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《積層構造体》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成る積層構造体であって、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体。
[A02]第2A端部の端面の傾斜角度は5度以下である[A01]に記載の積層構造体。
[A03]第2A端部と対向する第1層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの第1層の領域における体積密度平均値をV10、第2A端部と対向する第1層の部分から十分に内側の領域における第1層の体積密度平均値をV11としたとき、V10/V11≧0.94を満足する[A01]又は[A02]に記載の積層構造体。
[A04]第2A端部の端面は階段形状を有し、
第2A端部は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメントが積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各第2層セグメントの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層の厚さをc、基材の厚さをeとし、第1層目の第2層セグメントから第n層目の第2層セグメントまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる段差率gnは、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足する[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[A05]いずれの第2層セグメントにおいても、段差率は0.15 以下である[A04]に記載の積層構造体。
[A06]第1B端部及び第2B端部のいずれか一方は、他方よりも基材の中心部側に位置し、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方を内側端部と称するとき、内側端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する[A01]乃至[A05]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[A07]内側端部の端面の傾斜角度は5度以下である[A06]に記載の積層構造体。
[A08]第1B端部及び第2B端部のいずれか他方を外側端部と称するとき、
内側端部と対向する外側端部を有する層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域における体積密度平均値をV20、内側端部と対向する外側端部を有する該層の部分から十分に内側の該層の領域の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する[A06]又は[A07]に記載の積層構造体。
[A09]積層構造体は電池の電極部材を構成し、
基材は、電極部材の集電体を構成し、
第1層及び第2層は、電極部材の合剤層を構成する[A01]乃至[A08]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[B01]《ロールプレス装置》
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスするロールプレス装置であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置するロールプレス装置。
[B02]仮想平面に対する補助ロールの積層構造体接触面の角度は、0度を超え、10度以下である[B01]記載のロールプレス装置。
[B03]積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有し、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する[B01]又は[B02]に記載のロールプレス装置。
[B04]積層構造体は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体から成り、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する[B01]又は[B02]に記載のロールプレス装置。
[C01]《積層構造体の製造方法・・・第1の態様》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。
[C02]一対のプレスロールの半径をr(m)、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足する[C01]に記載の積層構造体の製造方法。
[C03]《積層構造体の製造方法・・・第2の態様》
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備えたロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。
[D01]《電池パック》
リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池に関する制御を行う制御手段、及び、リチウムイオン二次電池を内包する外装部材を有する電池パックであって、
リチウムイオン二次電池は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有する電池パック。
[D02]《電動車両》
リチウムイオン二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置、及び、リチウムイオン二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置を有する電動車両であって、
リチウムイオン二次電池は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有する電動車両。
[D03]《電力貯蔵システム》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池を備えている電力貯蔵システム。
[D04]《電動工具》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池リチウムイオン二次電池、及び、
リチウムイオン二次電池から電力を供給される可動部、
を備えている電動工具。
[D05]《電子機器》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池を備えているを備えている電子機器。
[A01]《積層構造体》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成る積層構造体であって、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体。
[A02]第2A端部の端面の傾斜角度は5度以下である[A01]に記載の積層構造体。
[A03]第2A端部と対向する第1層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの第1層の領域における体積密度平均値をV10、第2A端部と対向する第1層の部分から十分に内側の領域における第1層の体積密度平均値をV11としたとき、V10/V11≧0.94を満足する[A01]又は[A02]に記載の積層構造体。
[A04]第2A端部の端面は階段形状を有し、
第2A端部は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメントが積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各第2層セグメントの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層の厚さをc、基材の厚さをeとし、第1層目の第2層セグメントから第n層目の第2層セグメントまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる段差率gnは、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足する[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[A05]いずれの第2層セグメントにおいても、段差率は0.15 以下である[A04]に記載の積層構造体。
[A06]第1B端部及び第2B端部のいずれか一方は、他方よりも基材の中心部側に位置し、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方を内側端部と称するとき、内側端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する[A01]乃至[A05]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[A07]内側端部の端面の傾斜角度は5度以下である[A06]に記載の積層構造体。
[A08]第1B端部及び第2B端部のいずれか他方を外側端部と称するとき、
内側端部と対向する外側端部を有する層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域における体積密度平均値をV20、内側端部と対向する外側端部を有する該層の部分から十分に内側の該層の領域の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する[A06]又は[A07]に記載の積層構造体。
[A09]積層構造体は電池の電極部材を構成し、
基材は、電極部材の集電体を構成し、
第1層及び第2層は、電極部材の合剤層を構成する[A01]乃至[A08]のいずれか1項に記載の積層構造体。
[B01]《ロールプレス装置》
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスするロールプレス装置であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置するロールプレス装置。
[B02]仮想平面に対する補助ロールの積層構造体接触面の角度は、0度を超え、10度以下である[B01]記載のロールプレス装置。
[B03]積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有し、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する[B01]又は[B02]に記載のロールプレス装置。
[B04]積層構造体は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体から成り、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する[B01]又は[B02]に記載のロールプレス装置。
[C01]《積層構造体の製造方法・・・第1の態様》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。
[C02]一対のプレスロールの半径をr(m)、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足する[C01]に記載の積層構造体の製造方法。
[C03]《積層構造体の製造方法・・・第2の態様》
一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備えたロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。
[D01]《電池パック》
リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池に関する制御を行う制御手段、及び、リチウムイオン二次電池を内包する外装部材を有する電池パックであって、
リチウムイオン二次電池は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有する電池パック。
[D02]《電動車両》
リチウムイオン二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置、及び、リチウムイオン二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置を有する電動車両であって、
リチウムイオン二次電池は、[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有する電動車両。
[D03]《電力貯蔵システム》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池を備えている電力貯蔵システム。
[D04]《電動工具》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池リチウムイオン二次電池、及び、
リチウムイオン二次電池から電力を供給される可動部、
を備えている電動工具。
[D05]《電子機器》
[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の積層構造体を有するリチウムイオン二次電池を備えているを備えている電子機器。
10・・・基材、11・・・基材の第1面、12・・・基材の第2面、20・・・第1層、21・・・第1層の第1A端部、21’・・・第2A端部と対向する第1層の部分、22・・・第1層の第1B端部(外側端部)、23・・・低体積密度領域、30・・・第2層、30Sn・・・第2層セグメント、31・・・第2層の第2A端部、32・・・第2層の第2B端部(内側端部)、32’・・・内側端部と対向する外側端部を有する層の部分、31A,31B,31D・・・第2A端部の端面、31C1・・・階段形状、31C2・・・斜面、32A・・・第2B端部の端面、40,50・・・一対のプレスロール、41,42・・・ガイドロール、51,52・・・補助ロール、101・・・電極構造体収納部材(電池缶)、102,103・・・絶縁板、104・・・電池蓋、105・・・安全弁機構、105A・・・ディスク板、106・・・熱感抵抗素子(PTC素子、Positive Temperature Coefficient 素子)、107・・・ガスケット、108・・・センターピン、111・・・電極構造体、112・・・正極部材、112A・・・正極集電体、112B・・・正極活物質層、113・・・正極リード部、114・・・負極部材、114A・・・負極集電体、114B・・・負極活物質層、115・・・負極リード部、116・・・セパレータ、118・・・電解質層、119・・・保護テープ、120・・・外装部材、121・・・密着フィルム、131・・・電源、132A,132B・・・タブ、133・・・回路基板、134・・・コネクタ付きリード線、135・・・粘着テープ、136・・・ラベル、137・・・絶縁シート、200・・・筐体、201・・・制御部、202・・・各種センサ、203・・・電源、211・・・エンジン、212・・・発電機、213,214・・・インバータ、215・・・モータ、216・・・差動装置、217・・・トランスミッション、218・・・クラッチ、221・・・前輪駆動軸、222・・・前輪、223・・・後輪駆動軸、224・・・後輪、230・・・家屋、231・・・制御部、232・・・電源、233・・・スマートメータ、234・・・パワーハブ、235・・・電気機器(電子機器)、236・・・自家発電機、237・・・電動車両、238・・・集中型電力系統、240・・・工具本体、241・・・制御部、242・・・電源、243・・・ドリル部
Claims (16)
- 第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成る積層構造体であって、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体。 - 第2A端部の端面の傾斜角度は5度以下である請求項1に記載の積層構造体。
- 第2A端部と対向する第1層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの第1層の領域における体積密度平均値をV10、第2A端部と対向する第1層の部分から十分に内側の領域における第1層の体積密度平均値をV11としたとき、
V10/V11≧0.94を満足する請求項1に記載の積層構造体。 - 第2A端部の端面は階段形状を有し、
第2A端部は、N層(但し、N≧2)の第2層セグメントが積層された構造を有し、
蹴上げに相当する各第2層セグメントの厚さをdn(但し、n=1、2・・・N)、第1層の厚さをc、基材の厚さをeとし、第1層目の第2層セグメントから第n層目の第2層セグメントまでの厚さの合計をΣdnで表したとき、
gn=dn/(Σdn+c+e)
で求められる段差率gnは、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
0.022Bopt+0.022≦gn≦0.045Bopt+0.063
を満足する請求項1に記載の積層構造体。 - いずれの第2層セグメントにおいても、段差率は0.15 以下である請求項4に記載の積層構造体。
- 第1B端部及び第2B端部のいずれか一方は、他方よりも基材の中心部側に位置し、
第1B端部及び第2B端部のいずれか一方を内側端部と称するとき、内側端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する請求項1に記載の積層構造体。 - 内側端部の端面の傾斜角度は5度以下である請求項6に記載の積層構造体。
- 第1B端部及び第2B端部のいずれか他方を外側端部と称するとき、
内側端部と対向する外側端部を有する層の部分から外側に2mm離れた部分から3mm離れた部分までの長さ1mmの該層の領域における体積密度平均値をV20、内側端部と対向する外側端部を有する該層の部分から十分に内側の該層の領域の体積密度平均値をV21としたとき、V20/V21≧0.94を満足する請求項6に記載の積層構造体。 - 積層構造体は電池の電極部材を構成し、
基材は、電極部材の集電体を構成し、
第1層及び第2層は、電極部材の合剤層を構成する請求項1に記載の積層構造体。 - 一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備え、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスするロールプレス装置であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置し、又は、下側に位置するロールプレス装置。 - 仮想平面に対する補助ロールの積層構造体接触面の角度は、0度を超え、10度以下である請求項10に記載のロールプレス装置。
- 積層構造体は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有し、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する請求項10に記載のロールプレス装置。 - 積層構造体は、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の積層構造体から成り、
積層構造体は、一対のプレスロール間に侵入し、
第2層が第1層よりも下側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は下側に位置し、第2層が第1層よりも上側に位置する場合、仮想平面に対して補助ロールの積層構造体接触面は上側に位置する請求項10に記載のロールプレス装置。 - 第1面、及び、第1面と対向する第2面を備えた基材、
基材の第1面上に形成された第1層、並びに、
基材の第2面上に形成された第2層、
から成り、
第1層は、基材の幅方向に沿った第1A端部及び第1B端部を有し、
第2層は、基材の幅方向に沿った第2A端部及び第2B端部を有し、
第1A端部と第2A端部とは対向しており、
第1B端部と第2B端部とは対向しており、
第2A端部は、第1A端部よりも基材の中心部側に位置し、
第2A端部の端面は、斜面を有し、又は、階段形状を有し、又は、斜面と階段形状の組み合わされた形状を有する積層構造体の製造方法であって、
積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで、積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。 - 一対のプレスロールの半径をr(m)、第2A端部の端面の最適傾斜角度をBopt(度)としたとき、
Bopt=p×r+q
但し、-9≦p≦-5,6≦q≦10
を満足する請求項14に記載の積層構造体の製造方法。 - 一対のプレスロール、並びに、
一対のプレスロールの上流、又は、下流、又は、上流及び下流に配置された補助ロール、
を備えたロールプレス装置を用いた積層構造体の製造方法であって、
積層構造体が一対のプレスロール間を通過するときの積層構造体が含まれる仮想平面に対して、補助ロールの積層構造体接触面を上側に位置させ、又は、下側に位置させ、積層構造体を一対のプレスロール間を通過させることで積層構造体をプレスする積層構造体の製造方法。
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