WO2019221010A1 - 二次電池用電池部材の製造方法、及び、二次電池 - Google Patents

二次電池用電池部材の製造方法、及び、二次電池 Download PDF

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祐介 瀬良
秀之 小川
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日立化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a battery member for a secondary battery and a secondary battery.
  • lithium secondary batteries have high energy density and are used as power sources for portable electronic devices, electric vehicles, and the like.
  • a winding electrode body is accommodated in a cylindrical battery can.
  • the wound electrode body is configured by sandwiching a microporous separator between a positive electrode and a negative electrode and winding them in a spiral shape. Since the separator in the winding electrode body is impregnated with a flammable electrolyte, for example, when the temperature of the battery suddenly rises during an abnormal situation, the electrolyte is vaporized and the internal pressure rises, so that the lithium secondary battery is There is a possibility of rupture and the electrolyte may ignite. Preventing rupture and ignition of a lithium secondary battery is important in the design of lithium secondary batteries. That is, in the lithium secondary battery, it is required to further improve safety in order to further increase the energy density and size.
  • a layer of a solid electrolyte such as a polymer electrolyte or an inorganic solid electrolyte is provided on an electrode mixture layer instead of an electrolyte solution (for example, Patent Document 1).
  • a laminate-type secondary battery which is a kind of all-solid battery, includes an electrode group in which electrode layers (a positive electrode layer and a negative electrode layer) and a solid electrolyte layer are formed in a sheet shape, and these layers are laminated. Conventionally, when such an electrode group is manufactured, the electrode layer and the electrolyte layer are formed into desired shapes, and then the layers are laminated.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery member for a secondary battery, a method for manufacturing a secondary battery, and a method for manufacturing the secondary battery, which can be easily manufactured even when the secondary battery has a complicated shape. It aims at providing the secondary battery provided with the battery member obtained by this, and this battery member.
  • the present invention provides, as a first aspect, a battery member for a secondary battery comprising: a step of providing a layered body by providing an electrolyte material layer between a pair of electrode material layers; and a step of collectively cutting the layered body.
  • a manufacturing method is provided.
  • the battery member including the electrode layer and the electrolyte layer is manufactured by laminating the electrode material layer and the electrolyte material layer and then cutting at once, the positional deviation of each layer generated after the lamination is eliminated. can do. As a result, even if the secondary battery has a complicated shape, it is possible to easily manufacture a secondary battery including a battery member in which displacement of each layer is suppressed. Moreover, according to this manufacturing method, since the battery member can be manufactured by cutting the laminated body at once, the number of steps in manufacturing the battery member can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the cutting may be mechanical cutting. Therefore, in the obtained battery member, it can suppress that the cut part in an electrode layer and an electrolyte layer mutually adheres.
  • the present invention provides, as a second aspect, a method for manufacturing a secondary battery, comprising a step of housing the battery member obtained by the above manufacturing method in an exterior body.
  • a secondary battery having a complicated shape can be easily manufactured by using the battery member. Further, as the number of steps in manufacturing the battery member is reduced, the number of steps in manufacturing the secondary battery can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • a third aspect of the present invention is a battery member for a secondary battery comprising a pair of electrode layers and an electrolyte layer provided between the electrode layers, wherein the battery member is in a direction perpendicular to the stacking direction.
  • a battery member is provided in which the end surface of the battery member when viewed from the side forms a substantially continuous surface.
  • the present invention provides, as a fourth aspect, a secondary battery comprising the battery member described above and an exterior body that houses the battery member.
  • the electrolyte layer preferably contains a polymer, an electrolyte salt, and a solvent. Thereby, the electrolyte layer can be more easily cut, and damage to the electrolyte layer due to cutting can be suppressed.
  • a secondary battery having a complicated shape can be easily manufactured, and a manufacturing method of a secondary battery battery member and a manufacturing method of a secondary battery capable of reducing manufacturing costs, A battery member obtained by the method and a secondary battery including the battery member can be provided.
  • FIG. 1 It is a schematic cross section which shows the battery member preparation process in the manufacturing method of the secondary battery which concerns on 1st Embodiment.
  • A is a schematic cross section which shows the principal part of the battery member obtained by the manufacturing method of the conventional secondary battery
  • (b) is the principal of the battery member obtained by the manufacturing method of 1st Embodiment.
  • It is a schematic cross section of the battery member obtained in the manufacturing method of the secondary battery concerning other modifications of a 1st embodiment.
  • a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value described in another stepwise description.
  • a method for manufacturing the secondary battery according to the first embodiment will be described.
  • a battery member for a secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “battery member”) in this specification includes a battery member (electrode group) including at least a pair of electrode layers and an electrolyte layer provided between the electrode layers. It is.
  • “electrode” means a positive electrode or a negative electrode, and the same applies to similar expressions such as “electrode layer” and “electrode mixture layer”.
  • the “pair of electrode layers” means electrodes having different polarities facing each other with the electrolyte layer interposed therebetween.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a battery member manufacturing step in the method for manufacturing a secondary battery according to the first embodiment.
  • the battery member manufacturing step first, as shown in FIGS. 1A to 1B, an electrolyte material layer 3 is provided between a pair of electrode material layers (between the positive electrode material layer 1 and the negative electrode material layer 2).
  • the laminated body 8 is produced (laminated body production process).
  • a positive electrode material layer 1, a negative electrode material layer 2, and an electrolyte material layer 3 are respectively manufactured.
  • the positive electrode material layer 1 is produced by forming a positive electrode mixture layer 5 on one surface 4 a of the positive electrode current collector 4.
  • the positive electrode current collector 4 may be a metal such as aluminum, titanium, or tantalum, or an alloy thereof. Since the positive electrode current collector 4 is light and has a high weight energy density, it is preferably aluminum or an alloy thereof.
  • the thickness of the positive electrode current collector 4 may be 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the positive electrode mixture layer 5 contains at least a positive electrode active material.
  • the thickness of the positive electrode mixture layer 5 may be 10 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more, and may be 100 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, or 70 ⁇ m or less.
  • the positive electrode active material may be a lithium transition metal compound such as a lithium transition metal oxide or a lithium transition metal phosphate.
  • the lithium transition metal oxide may be, for example, lithium manganate, lithium nickelate, lithium cobaltate, or the like.
  • the positive electrode mixture layer 5 may further contain a conductive agent, a binder, an ionic liquid, an electrolyte salt, and the like as other components.
  • the conductive agent is not particularly limited, and may be a carbon material such as graphite, acetylene black, carbon black, or carbon fiber.
  • the binder is not particularly limited, but contains as a monomer unit at least one selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, acrylic acid, maleic acid, ethyl methacrylate, and methyl methacrylate. It may be a polymer, rubber such as styrene-butadiene rubber, isoprene rubber or acrylic rubber.
  • the ionic liquid and the electrolyte salt may be the same as the ionic liquid and the electrolyte salt used for the electrolyte material layer 3 described later.
  • the method of forming the positive electrode mixture layer 5 on the one surface 4a of the positive electrode current collector 4 is obtained by using a positive electrode mixture slurry in which the material of the positive electrode mixture layer 5 is dispersed in a dispersion medium. 4 is applied on one surface 4a.
  • the dispersion medium may be water or an organic solvent.
  • the organic solvent may be N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, toluene, 2-butanol, cyclohexanone, ethyl acetate, 2-propanol and the like.
  • Examples of the method of applying the positive electrode mixture slurry include a method of applying using an applicator, a method of applying by spraying, and the like.
  • the positive electrode mixture layer 5 is formed by volatilizing the dispersion medium in the positive electrode mixture slurry.
  • the method of volatilizing the dispersion medium may be, for example, a method of drying by heating, a method of reducing pressure, a method of combining reduced pressure and heating, or the like. Thereby, the sheet-like positive electrode material layer 1 in which the positive electrode mixture layer 5 is formed on the one surface 4a of the positive electrode current collector 4 is produced.
  • the negative electrode material layer 2 is produced by forming a negative electrode mixture layer 7 on one surface 6 a of the negative electrode current collector 6.
  • the negative electrode current collector 6 may be a metal such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, or an alloy thereof.
  • the thickness of the negative electrode current collector 6 may be 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the negative electrode mixture layer 7 contains at least a negative electrode active material.
  • the thickness of the negative electrode mixture layer 7 may be 10 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, or 20 ⁇ m or more, and may be 60 ⁇ m or less, 55 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • the negative electrode active material may be metal lithium, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), a lithium alloy or other metal compound, a carbon material, a metal complex, an organic polymer compound, or the like.
  • Carbon materials include natural graphite (flaky graphite, etc.), graphite such as artificial graphite, amorphous carbon, carbon fiber, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal Examples thereof include carbon black such as black.
  • the negative electrode active material may be silicon, tin, or a compound containing these elements (oxide, nitride, alloy with other metals). Good.
  • the negative electrode mixture layer 7 may further contain, as other components, a conductive agent, a binder, an ionic liquid, an electrolyte salt, and the like that can be used for the positive electrode mixture layer 5 described above.
  • the method of forming the negative electrode mixture layer 7 on the one surface 6 a of the negative electrode current collector 6 may be the same as the method of forming the positive electrode mixture layer 5 on the one surface 4 a of the positive electrode current collector 4. Thereby, the sheet-like negative electrode material layer 2 is produced.
  • the electrolyte material layer 3 is obtained by dispersing the material used for the electrolyte material layer 3 in a dispersion medium to obtain a slurry-like electrolyte composition, and applying the slurry on the substrate, and then volatilizing the dispersion medium. By making it, it can obtain as an electrolyte sheet in which the electrolyte material layer was formed on the base material.
  • the base material used when producing the electrolyte sheet may be a film formed of a resin such as polytetrafluoroethylene.
  • the dispersion medium may be the same as the dispersion medium that can be used for the positive electrode mixture slurry described above.
  • the electrolyte material layer 3 is obtained by peeling the substrate from the electrolyte sheet.
  • the electrolyte composition contains a polymer, an electrolyte salt, and a solvent.
  • the electrolyte layer can be more easily cut in the cutting step described later, and damage to the electrolyte layer due to cutting can be suppressed.
  • the polymer preferably has a first structural unit selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride and vinylidene fluoride.
  • the polymer is preferably one or more polymers, and among the structural units constituting the one or more polymers, the first structural unit described above, hexafluoropropylene, acrylic acid , Maleic acid, ethyl methacrylate, and a second structural unit selected from the group consisting of methyl methacrylate may be included. That is, the first structural unit and the second structural unit may be included in one kind of polymer to form a copolymer, and each of the first structural unit and the second structural unit may be included in another polymer and have the first structural unit. And at least two types of polymers, the second polymer having the second structural unit.
  • the polymer may be polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or the like.
  • Polymers include polyether polymers such as polyethylene oxide, polycarbonate polymers such as polyethylene carbonate, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, nitrile polymers such as polyacrylonitrile, poly (diallyldimethylammonium) -bis (trifluoromethanesulfonyl) ) Ionic polymer such as imide may be used. These polymers may be homopolymers or copolymers containing the structural units constituting these polymers.
  • the content of the polymer is preferably 3% by mass or more based on the total amount of the electrolyte composition.
  • the content of the polymer is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, based on the total amount of the electrolyte composition.
  • the electrolyte salt is preferably at least one selected from the group consisting of a lithium salt, a sodium salt, a calcium salt, and a magnesium salt.
  • the electrolyte salt may be a salt of a cation component that is a lithium cation, a sodium cation, a calcium cation, or a magnesium cation and the following anion component.
  • the anion component of the electrolyte salt includes halide ions (I ⁇ , Cl ⁇ , Br ⁇ etc.), SCN ⁇ , BF 4 ⁇ , BF 3 (CF 3 ) ⁇ , BF 3 (C 2 F 5 ) ⁇ , PF 6 ⁇ .
  • the content of the electrolyte salt may be 10% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the electrolyte composition.
  • the solvent may be at least one selected from the group consisting of glyme and ionic liquid.
  • the glyme may be a compound represented by the following general formula (1).
  • R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 4 or less carbon atoms or a fluoroalkyl group having 4 or less carbon atoms, and n represents an integer of 1 to 6.
  • R 1 and R 2 are each independently preferably CH 3 or C 2 H 5 .
  • the electrolyte composition contains glyme as a solvent, part or all of glyme may form a complex with the electrolyte salt.
  • the ionic liquid contains the following anion component and cation component. Note that the ionic liquid in this specification is a liquid substance at ⁇ 20 ° C. or higher.
  • the anion component of the ionic liquid is not particularly limited, but is an anion of a halogen such as Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ , an inorganic anion such as BF 4 ⁇ and N (SO 2 F) 2 — , B (C 6 H 5 ) 4 ⁇ , CH 3 SO 2 O ⁇ , CF 3 SO 2 O ⁇ , N (SO 2 F) 2 ⁇ , N (SO 2 C 4 F 9 ) 2 ⁇ , N (SO 2 CF 3 ) 2 ⁇ , N ( It may be an organic anion such as SO 2 C 2 F 5 ) 2 — .
  • a halogen such as Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇
  • an inorganic anion such as BF 4 ⁇ and N (SO 2 F) 2 — , B (C 6 H 5 ) 4 ⁇ , CH 3 SO 2 O ⁇ , CF 3 SO 2 O ⁇ , N (SO 2 F) 2 ⁇ ,
  • the cation component of the ionic liquid is preferably at least one selected from the group consisting of a chain quaternary onium cation, a piperidinium cation, a pyrrolidinium cation, a pyridinium cation, and an imidazolium cation.
  • the solvent may be a cyclic carbonate such as propylene carbonate or ethylene carbonate, a chain carbonate such as dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate, or a plastic crystal such as succinonitrile.
  • the content of the solvent may be 10% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the electrolyte composition.
  • the total content of the electrolyte salt and the solvent may be 10% by mass or more and 80% by mass or less based on the total amount of the electrolyte composition.
  • the electrolyte composition may further contain oxide particles as necessary.
  • the oxide particles are, for example, inorganic oxide particles.
  • the inorganic oxide is an inorganic oxide containing, for example, Li, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Zr, La, Na, K, Ba, Sr, V, Nb, B, Ge and the like as constituent elements. Good.
  • the oxide particles are preferably at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , AlOOH, MgO, CaO, ZrO 2 , TiO 2 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , and BaTiO 3 . Particles.
  • the oxide particles may be rare earth metal oxides.
  • the average particle diameter of the oxide particles is preferably 0.005 ⁇ m or more, more preferably 0.01 ⁇ m or more, and further preferably 0.03 ⁇ m or more.
  • the average particle size of the oxide particles is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or less, and even more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the oxide particles is measured by a laser diffraction method, and corresponds to the particle diameter at which the volume accumulation is 50% when the volume accumulation particle size distribution curve is drawn from the small particle diameter side.
  • the content of the oxide particles is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 15% by mass or more, and particularly preferably 20% by mass based on the total amount of the electrolyte composition. % Or more, preferably 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less.
  • the method of volatilizing the dispersion medium after applying the electrolyte composition on the substrate may be the same as the method of applying the positive electrode mixture slurry on the one surface 4 a of the positive electrode current collector 4. Thereby, an electrolyte sheet in which an electrolyte material layer is formed on a substrate can be obtained.
  • the planar shape of the positive electrode material layer 1, the negative electrode material layer 2, and the electrolyte material layer 3 obtained by the above-described method may be any shape such as a rectangular shape, a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape.
  • the planar shape of each layer may be the same shape or different from each other.
  • an electrolyte material layer 3 is provided between the positive electrode material layer 1 and the negative electrode material layer 2 to produce a laminate 8. That is, the base material is peeled from the electrolyte sheet obtained by the above-described method, and the electrolyte material layer 3 is sandwiched between the positive electrode material layer 1 and the negative electrode material layer 2 to produce the laminate 8. After producing the laminated body 8, you may perform a pressurization process using a press etc. FIG.
  • an electrolyte is provided on at least one of the surface 5a of the positive electrode material layer 1 on the positive electrode mixture layer 5 side and the surface 7a of the negative electrode material layer 2 on the negative electrode mixture layer 7 side. After the material layer 3 is formed, the stacked body 8 may be manufactured.
  • the electrolyte material layer 3 As a method of forming the electrolyte material layer 3 on the surface 5a of the positive electrode material layer 1 on the positive electrode mixture layer 5 side, the electrolyte material layer 3 from which the base material has been peeled off from the above-described electrolyte sheet is used. What is necessary is just to laminate
  • the laminate 8 can be obtained by laminating the positive electrode material layer-electrolyte material layer laminate and the negative electrode material layer 2 so that the electrolyte material layer 3 and the negative electrode mixture layer 7 are in contact with each other.
  • the method of forming the electrolyte material layer 3 on the surface 7 a of the negative electrode material layer 2 on the negative electrode mixture layer 7 side is a method of forming the electrolyte material layer 3 on the surface 5 a of the positive electrode material layer 1 on the positive electrode mixture layer 5 side.
  • the same method may be used.
  • a laminate negative electrode material layer-electrolyte material layer laminate
  • the laminate 8 can be obtained by laminating the anode material layer-electrolyte material layer laminate and the cathode material layer 1 so that the electrolyte layer and the cathode mixture layer 5 are in contact with each other.
  • the laminate 8 can also be obtained by laminating the positive electrode material layer-electrolyte material layer laminate and the negative electrode material layer-electrolyte material layer laminate so that the respective electrolyte material layers 3 are in contact with each other.
  • the layers may not partially overlap as long as there is a portion where all the layers are stacked. That is, as shown in FIG.1 (b), you may laminate
  • the obtained laminated body 8 is cut at once (cutting process).
  • the stacked body 8 is cut together in the stacking direction from the positive electrode material layer 1 to the negative electrode material layer 2 (or from the negative electrode material layer 2 to the positive electrode material layer 1).
  • the cutting may be mechanical cutting.
  • the mechanical cutting means cutting by a cutting means (cutting device) having a blade capable of cutting the laminate 8.
  • the cutting means or the cutting device may be a means or device having a blade formed of a metal such as stainless steel or titanium, ceramic or the like. More specifically, the cutting means or device may be a scissors, a cutter knife, a rotary cutter, a puncher (punching device), or the like. Cutting may not include cutting by laser irradiation.
  • the cutting is mechanical cutting, it is possible to prevent the cut portions in the electrode layer and the electrolyte layer from being melted by heat and bonded to each other.
  • the laminated body 8 may be cut into an arbitrary shape when viewed in plan.
  • the laminated body 8 When the laminated body 8 is viewed in plan, it may be cut linearly, may be cut into a curved shape, or may be punched into an arbitrary shape such as a circle or a rectangle.
  • the cutting step can also be referred to as a step of collectively forming the laminated body 8 into an arbitrary shape.
  • the battery member 18A By cutting the laminated body 8 in a lump, the battery member 18A can be produced as shown in FIG.
  • the battery member 18A includes a positive electrode layer 11A (positive electrode current collector 14A and positive electrode mixture layer 15A), an electrolyte layer 13A and negative electrode layer 12A (negative electrode mixture layer 17A and negative electrode current collector 16A) in this order. It is.
  • the positive electrode current collector tab is formed on the positive electrode current collector 14A, and the negative electrode current collector tab is formed on the negative electrode current collector 16A.
  • the battery member 18A is accommodated in the exterior body (accommodating step, not shown).
  • the positive electrode current collecting tab and the negative electrode current collecting tab are packaged so that the positive electrode layer 11A and the negative electrode layer 12A can be electrically connected to the outside of the secondary battery.
  • the battery member 18A is accommodated in the exterior body so as to protrude from the inside of the body to the outside. Through the housing process, a laminate-type secondary battery is manufactured.
  • the exterior body may be formed of, for example, a laminate film.
  • the laminate film may be a laminate film in which a resin film such as a polyethylene terephthalate (PET) film, a metal foil such as aluminum, copper, and stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in this order.
  • PET polyethylene terephthalate
  • metal foil such as aluminum, copper, and stainless steel
  • sealant layer such as polypropylene
  • One of the differences between the manufacturing method of the secondary battery of the present embodiment and the conventional manufacturing method is that, when a battery member (electrode group) is manufactured, an electrode material layer (a positive electrode material layer and a negative electrode material layer) and an electrolyte material are used. It is a point which cut
  • the electrode group is manufactured by laminating each layer before the electrode layer and the electrolyte layer are laminated (after forming), and then laminating each layer. Therefore, when the electrode layer and the electrolyte layer are laminated, the positions of the layers may be shifted, and it is difficult to suitably laminate the layers.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a main part of a battery member obtained by a conventional method for manufacturing a secondary battery.
  • a positive electrode layer 111 including a positive electrode current collector 114 and a positive electrode mixture layer 115, an electrolyte layer 113, and a negative electrode layer 112 including a negative electrode current collector 116 and a negative electrode mixture layer 117 are produced.
  • the electrode layers 111 and 112 and the electrolyte layer 113 are cut (formed), and then the layers are laminated to produce a battery member. Therefore, it is difficult to stack the layers by accurately aligning the layers, and as shown in FIG. 2A, the edges of the positive electrode layer 111, the electrolyte layer 113, and the negative electrode layer 112 are shifted from each other.
  • the electrode mixture layers 115 and 117 may not be formed up to the edges of the current collectors 114 and 116. Therefore, in the positive electrode layer 111 and the negative electrode layer 112, the edges of the current collectors 114 and 116 and the electrode mixture layers 115 and 117 may be stacked while being shifted from each other.
  • the end surface 114b of the positive electrode current collector 114, the end surface 115b of the positive electrode mixture layer 115, the end surface 113b of the electrolyte layer 113, and the negative electrode mixture do not form a continuous surface.
  • the positive electrode layer 111 (the positive electrode current collector 114 and the positive electrode mixture layer 115), the electrolyte layer 113, and the negative electrode layer 112 (the negative electrode current collector 116 and the negative electrode mixture). Any layer of layer 117) protrudes.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the main part of the battery member obtained by the manufacturing method of the first embodiment.
  • the battery member 18 ⁇ / b> A is manufactured by manufacturing the laminated body 8 in which the positive electrode material layer 1, the electrolyte material layer 3, and the negative electrode material layer 2 are laminated, and then cutting the laminated body 8 in a lump.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14A, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15A, the end surface 13b of the electrolyte layer 13A, and the negative electrode mixture layer 17A The end surface 17b and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16A form a substantially continuous surface (plane).
  • the end surface 19A of the battery member 18A composed of the end surfaces 13b, 14b, 15b, 16b, and 17b is a substantially continuous surface (plane) formed by batch cutting.
  • the end surface 17b of the layer 17A and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16A are aligned on one surface, thereby forming one substantially continuous surface.
  • the substantially continuous surface in this specification should just be a continuous surface (a plane or a curved surface) of the grade formed when the laminated body is cut
  • the battery member 18A has a positive electrode layer 11A (positive electrode current collector 14A and positive electrode mixture layer 15A), an electrolyte layer 13A, and a negative electrode layer 12A (negative electrode current collector 16A and negative electrode mixture) when viewed from the stacking direction. It can also be said that none of the layers 17A) are laminated without protruding. That is, when the battery member 18A is viewed from the stacking direction, the surface 14a of the positive electrode current collector 14A on the positive electrode mixture layer 15A side, the surface of the positive electrode material mixture layer 15A (the surface on the positive electrode current collector 14A side and the electrolyte layer 13A).
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a secondary battery obtained by the manufacturing method of the first embodiment.
  • a secondary battery 20 shown in FIG. 3 is a secondary battery in which a positive electrode current collecting tab 21 and a negative electrode current collecting tab 22 are provided on a battery member 18A obtained by the above-described manufacturing method, and is housed in an exterior body 23. is there.
  • the manufacturing method of the present embodiment even if the battery member has a complicated shape, the stacked body 8 is cut at once after the positive electrode material layer 1, the negative electrode material layer 2, and the electrolyte material layer 3 are stacked. Thus, it is possible to eliminate the positional shift generated after the stacking, and as a result, it is possible to easily manufacture the battery member 18A in which the positional shift of the positive electrode layer 11A, the electrolyte layer 13A, and the negative electrode layer 12A is suppressed. Accordingly, according to the manufacturing method according to the present embodiment, a secondary battery having a complicated shape as shown in FIG. 3 can be easily manufactured.
  • the manufacturing method of the present embodiment since the steps of cutting and forming the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer are necessary, the number of steps is large and the manufacturing cost tends to be high.
  • the manufacturing method of the present embodiment since the battery member can be manufactured by cutting the laminated body at once, the number of steps can be reduced and the manufacturing cost can also be reduced.
  • the laminate 8 when viewed in the cross section of the laminate 8, the laminate 8 is aligned in the same direction as the lamination direction (the cut surface (the end surface 19A of the battery member 18A) is the laminate 8).
  • the cutting direction may not be the same direction as the stacking direction or may not be a straight line.
  • the direction in which the stacked body 8 is cut may be a direction along the stacking direction of the stacked body 8.
  • the direction along the stacking direction is the same as the direction in which the positive electrode material layer 1, the electrolyte material layer 3 and the negative electrode material layer 2 are stacked, and the positive electrode material layer 1, the electrolyte material layer 3 and the negative electrode material layer 2 It means a direction including an inclined direction with respect to the stacked direction.
  • the direction in which the cutting direction is inclined refers to a case where a tangent in a direction different from the stacking direction exists when a tangent is drawn on a straight line or a curve corresponding to the cut surface of the stacked body 8 as viewed from the cross section.
  • the degree of inclination in the cutting direction is not limited as long as the stacked body 8 can be cut in a lump. That is, the direction in which the stacked body 8 is cut may be a direction different from the stacking direction (a direction not parallel to the stacking direction).
  • FIGS. 4 to 6 are schematic cross-sectional views of battery members obtained in the method for manufacturing a secondary battery according to the modification of the first embodiment.
  • Each of the battery members shown in FIGS. 4 to 6 is a battery member manufactured in a method for manufacturing a secondary battery including the above-described battery member manufacturing process (including a stacked body manufacturing process and a cutting process). Is a battery member (electrode group) obtained as a result of cutting in a direction along the stacking direction.
  • the laminated body 8 may be cut into a curved shape when viewed in cross section.
  • a battery member as shown in FIG. 4 is obtained.
  • the cutting direction of the laminated body 8 may be intentionally curved when viewed in cross section, and is not intended (for example, to cut in a straight line in the laminating direction). However, as a result, it may be curved.
  • the laminate 8 may be cut by being bent so as to bulge outward from the end face of the laminate 8 when viewed in cross section.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14B, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15B, and the electrolyte layer 13B the end surface 19B of the battery member 18B composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17B, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16B forms a substantially continuous surface (curved surface) curved so as to bulge outward.
  • the laminated body 8 may be cut by being bent so as to be recessed inward from the end face of the laminated body 8 when viewed in cross section.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14C, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15C, and the electrolyte layer 13C An end surface 19C of the battery member 18C composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17C, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16C forms a substantially continuous surface (curved surface) curved so as to be recessed inwardly.
  • the laminated body 8 may be cut into a wave shape so as to repeat unevenness from the end surface of the laminated body 8 to the outside and the inside when viewed in cross section.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14D, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15D, and the electrolyte layer 13D when viewed in cross section, the end surface 14b of the positive electrode current collector 14D, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15D, and the electrolyte layer 13D
  • the end surface 19D of the battery member 18D composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17D, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16D forms a wave-like substantially continuous surface (curved surface) so as to repeat irregularities on the outer side and the inner side. ing.
  • the laminate 8 is cut linearly or curvedly in a direction that forms an angle larger than 90 degrees with respect to the surface of the laminate 8 on the positive electrode material layer 1 side. Also good. In this case, for example, a battery member as shown in FIG. 5 is obtained.
  • the cutting direction of the laminated body 8 intentionally forms an angle larger than 90 degrees with respect to the surface of the laminated body 8 on the positive electrode material layer 1 side when viewed in cross section.
  • the positive electrode material layer 1 side of the laminated body 8 It may be in such a direction, and is not intended (for example, as a result of trying to cut in a direction of 90 degrees with respect to the surface of the laminated body 8 on the positive electrode material layer 1 side), the positive electrode material layer 1 side of the laminated body 8 It may be in a direction that makes an angle greater than 90 degrees with respect to the surface of the surface.
  • the layered body 8 when viewed in a cross section, is linearly inclined in a direction that forms an angle larger than 90 degrees with respect to the surface of the stacked body 8 on the positive electrode material layer 1 side.
  • the body 8 may be cut.
  • the obtained battery member 18E as shown in FIG.
  • the end surface 19F of the battery member 18F composed of the end surface 13b of the layer 13F, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17F, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16F is greater than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18F on the positive electrode layer 11F side.
  • the angle formed by the cut surface (end surface of the battery member) with respect to the surface of the laminate 8 on the positive electrode material layer 1 side is The angle formed by the tangent of the curve to the surface of the laminate 8 on the positive electrode material layer 1 side is defined (hereinafter the same).
  • the cutting step when the laminate 8 is cut in a curved manner in a direction that forms an angle larger than 90 degrees with respect to the surface of the laminate 8 on the positive electrode material layer 1 side when viewed in cross section,
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14G, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15G, and the electrolyte layer 13G when viewed in cross section, the end surface 14b of the positive electrode current collector 14G, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15G, and the electrolyte layer 13G
  • the end surface 19G of the battery member 18G consisting of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17G and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16G has an angle greater than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18G on the positive electrode layer 11G side.
  • a substantially continuous surface (curved surface) is formed so as to be inclined (so as to spread from the positive electrode layer 11G toward the negative electrode layer 12G) and to be recessed in
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14H, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15H, and the electrolyte layer 13H The end surface 19b of the battery member 18H composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17H, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16H has an angle greater than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18H on the positive electrode layer 11H side.
  • a wave-like substantially continuous surface is formed so as to repeat the unevenness on the outer side and the inner side of the battery member 18H while being inclined (so as to spread from the positive electrode layer 11H toward the negative electrode layer 12H).
  • the laminated body 8 is cut linearly or curvedly in a direction that forms an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the laminated body 8 on the positive electrode material layer 1 side. May be. In this case, for example, a battery member as shown in FIG. 6 is obtained.
  • the cutting direction of the laminated body 8 intentionally forms an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the laminated body 8 on the positive electrode material layer 1 side when viewed in cross section.
  • the positive electrode material layer 1 side of the laminated body 8 It may be in such a direction, and is not intended (for example, as a result of trying to cut in a direction of 90 degrees with respect to the surface of the laminated body 8 on the positive electrode material layer 1 side), the positive electrode material layer 1 side of the laminated body 8 It may be in a direction that makes an angle of less than 90 degrees with respect to the surface of the film.
  • the layered body 8 when viewed in a cross section, is linearly inclined in a direction that forms an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the stacked body 8 on the positive electrode material layer 1 side.
  • the body 8 may be cut.
  • the obtained battery member 18I as shown in FIG.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14I, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15I, and the electrolyte layer 13I An end surface 19I of the battery member 18I composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17I, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16I forms an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18I on the positive electrode layer 11I side.
  • an inclined substantially continuous surface (plane) is formed (so as to be narrowed toward the negative electrode layer 12I from the positive electrode layer 11I).
  • the end surface 19J of the battery member 18J composed of the end surface 13b of the layer 13J, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17J, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16J is smaller than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18J on the positive electrode layer 11J side.
  • a substantially continuous surface (curved surface) that is inclined so as to form a corner (so as to be narrowed toward the negative electrode layer 12J from the positive electrode layer 11J) and is curved to bulge outwardly from the battery member 18J is formed. ing.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14K when viewed in cross section, the end surface 14b of the positive electrode current collector 14K, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15K, and the electrolyte layer 13K.
  • the end surface 19K of the battery member 18K composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17K, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16K has an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18K on the positive electrode layer 11K side.
  • a substantially continuous surface (curved surface) is formed so as to be inclined (so as to be narrowed toward the negative electrode layer 12K from the positive electrode layer 11K) and to be recessed in a concave shape inside the battery member 18K.
  • the end surface 14b of the positive electrode current collector 14L, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15L, and the electrolyte layer 13L when viewed in cross section, the end surface 14b of the positive electrode current collector 14L, the end surface 15b of the positive electrode mixture layer 15L, and the electrolyte layer 13L.
  • the end surface 19L of the battery member 18L composed of the end surface 13b, the end surface 17b of the negative electrode mixture layer 17L, and the end surface 16b of the negative electrode current collector 16L has an angle smaller than 90 degrees with respect to the surface of the battery member 18L on the positive electrode layer 11L side.
  • a wavy substantially continuous surface (curved surface) is formed so as to be inclined (so as to be narrowed from the positive electrode layer 11L to the negative electrode layer 12L) and to have unevenness on the outer and inner sides of the battery member 18L.
  • the battery members obtained by these manufacturing methods and these batteries are obtained.
  • the secondary battery including the member has the same effects as the battery member and the secondary battery obtained by the manufacturing method according to the first embodiment described above.
  • the battery member includes a so-called bipolar electrode layer. That is, this secondary battery is a bipolar secondary battery including a positive electrode layer, a first electrolyte layer, a bipolar electrode layer, a second electrolyte layer, and a negative electrode layer in this order.
  • the bipolar electrode layer is a bipolar electrode current collector, a positive electrode mixture layer provided on one surface of the bipolar electrode current collector, a negative electrode mixture layer provided on the other surface of the bipolar electrode current collector, Is provided.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a battery member manufacturing step in the method for manufacturing a secondary battery according to the second embodiment.
  • an electrolyte material layer 3 and a bipolar layer are disposed between a pair of electrode material layers (between the positive electrode material layer 1 and the negative electrode material layer 2).
  • the electrode material layer 31 is provided, and the laminated body 38 is produced (laminated body production process).
  • the positive electrode material layer 1, the negative electrode material layer 2, the first electrolyte material layer 3, the second electrolyte material layer 3, and the bipolar electrode material layer 31. are produced respectively.
  • the method for producing the positive electrode material layer 1, the negative electrode material layer 2, and the electrolyte material layer 3 may be the same as the respective production methods in the first embodiment.
  • the composition of the first electrolyte material layer 3 and the composition of the second electrolyte material layer 3 may be the same or different from each other.
  • the bipolar electrode material layer 31 is formed by forming the positive electrode mixture layer 5 on one surface 34 a of the bipolar electrode current collector 34, and forming the negative electrode composite layer 5 on the other surface 34 c of the bipolar electrode current collector 34. It is produced by forming the agent layer 7.
  • the method of forming the positive electrode mixture layer 5 and the negative electrode mixture layer 7 on the bipolar electrode current collector 34 includes the method of forming the positive electrode mixture layer 5 on one surface 4a of the positive electrode current collector 4, and the negative electrode current collector. A method similar to the method of forming the negative electrode mixture layer 7 on the one surface 6a of the body 6 may be used.
  • the bipolar electrode current collector 34 may be formed of a single metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, or a clad material formed by rolling and joining aluminum and copper or stainless steel and copper.
  • the thickness of the bipolar electrode current collector 34 may be 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the positive electrode mixture layer 5 and the negative electrode mixture layer 7 in the bipolar electrode material layer 31 may have the same composition as the positive electrode mixture layer 5 or the negative electrode mixture layer 7 in the positive electrode material layer 1 and the negative electrode material layer 2.
  • the composition of the positive electrode mixture layer 5 in the bipolar electrode material layer 31 may be the same as or different from the composition of the positive electrode mixture layer 5 in the positive electrode material layer 1, and the composition of the negative electrode mixture layer 7 in the bipolar electrode material layer 31. May be the same as or different from the composition of the negative electrode mixture layer 7 in the negative electrode material layer 2.
  • the positive electrode material layer 1, the first electrolyte material layer 3, the bipolar electrode material layer 31, the second electrolyte material layer 3, and the negative electrode material layer 2 are laminated in this order.
  • the laminate 38 is produced.
  • the positive electrode mixture layer 5 of the bipolar electrode material layer 31 faces the negative electrode mixture layer 7 side of the negative electrode material layer 2, and the negative electrode mixture layer 7 of the bipolar electrode material layer 31 is made positive. It arrange
  • the positive electrode material layer 1 on the surface 5 a on the positive electrode mixture layer 5 side, the bipolar electrode material layer 31 on the surface 7 a on the negative electrode mixture layer 7 side, and the positive electrode of the bipolar electrode material layer 31 are formed on at least one surface on the surface 5a on the side of the mixture layer 5 and on the surface 7a on the side of the negative electrode mixture layer 7 of the negative electrode material layer 2, a laminate 38 is produced. Also good.
  • the layers of the positive electrode material layer 1, the first electrolyte material layer 3, the bipolar electrode material layer 31, the second electrolyte material layer 3, and the negative electrode material layer 2 are laminated. If there is a portion, the layers do not have to overlap. That is, as shown in FIG. 7B, the layers may be stacked in a state where the edges of the layers do not overlap.
  • the obtained laminated body 38 is cut at once (cutting step).
  • the stacked body 38 is cut together in the stacking direction from the positive electrode material layer 1 to the negative electrode material layer 2 (or from the negative electrode material layer 2 to the positive electrode material layer 1).
  • the method of cutting the stacked body 38 may be the same method as the method of cutting the stacked body 8 in the first embodiment.
  • a secondary battery battery member (bipolar battery member) 48 By cutting the laminated body 38 in a lump, a secondary battery battery member (bipolar battery member) 48 can be produced as shown in FIG.
  • the bipolar battery member 48 includes a positive electrode layer 11M (positive electrode current collector 14M and positive electrode mixture layer 15M), a first electrolyte layer 13M, bipolar electrode layer 41 (negative electrode mixture layer 17M, bipolar electrode current collector 44 and positive electrode mixture).
  • the electrode group (bipolar electrode group) includes the agent layer 15M) and the negative electrode layer 12M (the negative electrode current collector 16M and the negative electrode mixture layer 17M) in this order.
  • the positive electrode current collector tab is provided on the positive electrode current collector 14K
  • the negative electrode current collector 16K is provided on the negative electrode current collector 16K.
  • the bipolar battery member 48 is accommodated in the exterior body (accommodating step, not shown).
  • the accommodation step may be performed by the same method as the accommodation step according to the first embodiment.
  • a bipolar secondary battery is manufactured through the housing process.
  • the positive electrode material layer 1, the first electrolyte material layer 3, the bipolar electrode material layer 31, the second electrolyte material layer 13, and the negative electrode material layer 2 are used.
  • the laminated body 38 is collectively cut and manufactured. Therefore, when viewed from the direction perpendicular to the stacking direction of the bipolar battery member 48, the end surface 11b of the positive electrode layer 11M, the end surface 13b of the first electrolyte layer 13M, the end surface 41b of the bipolar electrode layer 41, and the second electrolyte.
  • An end surface 49 of the bipolar battery member 48 including the end surface 13b of the layer 13M and the end surface 12b of the negative electrode layer 12M is a substantially continuous surface (plane) formed by cutting.
  • the bipolar battery member 48 When viewed from the stacking direction, the bipolar battery member 48 includes the positive electrode layer 11M (the positive electrode current collector 14M and the positive electrode mixture layer 15M), the first electrolyte layer 13M, the bipolar electrode layer 41 (the bipolar electrode current collector 44, The positive electrode mixture layer 15M and the negative electrode mixture layer 17M), the second electrolyte layer 13M, and the negative electrode layer 12M (the negative electrode current collector 16M and the negative electrode mixture layer 17M) are all laminated without protruding. You can also.
  • the surface of the positive electrode current collector 14M on the positive electrode mixture layer 15M side in the positive electrode layer 11M the surface of the positive electrode mixture layer 15A in the positive electrode layer 11M (the surface on the positive electrode current collector 14M side and Surface of the first electrolyte layer 13M), surface of the first electrolyte layer 13M (surface of the positive electrode layer 11M and surface of the bipolar electrode layer 41), surface of the negative electrode mixture layer 17M in the bipolar electrode layer 41 (first surface).
  • a bipolar battery member in which each layer is suitably laminated with little displacement of the electrode layer and the electrolyte layer can be manufactured.
  • the manufacturing method of the present embodiment even in the case of a battery member having a complicated shape, the layered body is cut at once after the layers of the electrode material layer and the electrolyte material layer are stacked.
  • the bipolar battery member 48 in which the displacement of the positive electrode layer 11M, the first electrolyte layer 13M, the bipolar electrode layer 41, the second electrolyte layer 13M, and the negative electrode layer 12M is suppressed can be easily obtained.
  • a bipolar secondary battery having a complicated shape can be easily manufactured.
  • the bipolar battery member 48 can be manufactured by cutting the laminated body 38 in a lump, the number of steps can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the battery member (bipolar secondary battery) according to the second embodiment can also be modified as shown in FIGS. 4 to 6 described in the first embodiment. That is, the direction in which the stacked body 38 is cut may be a direction along the stacking direction of the stacked body 38.
  • the end surface 49 of the bipolar battery member 48 composed of the end surface 13b of the second electrolyte layer 13M and the end surface 12b of the negative electrode layer 12M is a substantially continuous surface (planar or curved surface) similar to the modification shown in FIGS. It may be.
  • the same operational effects as the battery member 48 (bipolar secondary battery) obtained by the manufacturing method according to the second embodiment described above can be obtained.
  • SYMBOLS 1 Positive electrode material layer, 2 ... Negative electrode material layer, 3 ... Electrolyte material layer, 11 ... Positive electrode layer, 12 ... Negative electrode layer, 13 ... Electrolyte layer, 8, 38 ... Laminated body, 18, 48 ... Battery member for secondary batteries , 19, 49... End surfaces of battery members when viewed from a direction perpendicular to the stacking direction, 20.

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Abstract

本発明の一側面は、一対の電極材料層間に電解質材料層を設けて積層体を作製する工程と、積層体を一括で切断する工程と、を備える、二次電池用電池部材の製造方法を提供する。

Description

二次電池用電池部材の製造方法、及び、二次電池
 本発明は、二次電池用電池部材の製造方法、及び、二次電池に関する。
 近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、高性能な二次電池が必要とされている。中でもリチウム二次電池は、高いエネルギ密度を有するため、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として利用されている。
 例えば、18650型のリチウム二次電池においては、円筒状の電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されている。巻き取り電極体とは、正極と負極との間に微多孔性のセパレータを挟み込み、これらを渦巻き状に巻き取って構成されたものである。巻き取り電極体におけるセパレータには可燃性の電解液が含浸されているため、例えば異常事態の際に電池の温度が急上昇すると、電解液が気化して内圧が上昇することでリチウム二次電池が破裂する可能性、及び、電解液が発火する可能性がある。リチウム二次電池の破裂及び発火を防止することは、リチウム二次電池の設計において重要である。すなわち、リチウム二次電池においては、今後更に高エネルギ密度化及び大型化を図っていく上で、安全性をより一層向上させることが要求されている。
 リチウム二次電池の安全性を向上させるための抜本的な解決手段として、全固体電池の開発が進められている。全固体電池においては、ポリマ電解質又は無機固体電解質といった固体電解質の層が、電解液の代わりに、電極合剤層上に設けられている(例えば特許文献1)。
特開2006-294326号公報
 全固体電池の一種であるラミネート型の二次電池は、電極層(正極層及び負極層)及び固体の電解質層がシート状に形成され、これらの層が積層された電極群を備える。従来、このような電極群を製造する際には、電極層及び電解質層をそれぞれ所望の形状に成形した後に、各層を積層していた。
 しかし、この方法では、層毎に成形する工程が必要であるため、製造時の工程数が多くなり、製造コストも高くなりやすい。また、複雑な形状の二次電池を作製しようとした場合には、電極層及び電解質層をそれぞれ複雑な形状に成形した上で、これらの層を全て位置ずれしないように積層する必要があるが、これは現実的には困難であった。
 そこで本発明は、複雑な形状の二次電池であっても、容易に製造でき、製造コストを抑えることも可能な二次電池用電池部材の製造方法及び二次電池の製造方法と、この方法により得られる電池部材、及び、この電池部材を備える二次電池を提供することを目的とする。
 本発明は、第1の態様として、一対の電極材料層間に電解質材料層を設けて積層体を作製する工程と、積層体を一括で切断する工程と、を備える、二次電池用電池部材の製造方法を提供する。
 この製造方法によれば、電極材料層と電解質材料層を積層してから一括で切断することによって、電極層及び電解質層を含む電池部材を製造するため、積層後に生じた各層の位置ずれを解消することができる。結果として、複雑な形状の二次電池であっても、各層の位置ずれが抑制された電池部材を備える二次電池を容易に製造できる。また、この製造方法によれば、積層体を一括で切断して電池部材を製造することができるため、電池部材の製造における工程数を少なくすることができ、製造コストを削減することもできる。
 第1の態様において、切断は機械的切断であってよい。これにより、得られた電池部材において、電極層及び電解質層における切断部が互いに接着することを抑制することができる。
 本発明は、第2の態様として、上記の製造方法によって得られた電池部材を外装体に収容する工程を備える、二次電池の製造方法を提供する。
 この製造方法では、上記の電池部材を用いることによって、複雑な形状の二次電池を容易に製造できる。また、電池部材の製造における工程数が少なくなることに伴い、二次電池の製造における工程数を少なくすることもでき、製造コストを削減することもできる。
 本発明は、第3の態様として、一対の電極層と、該電極層間に設けられた電解質層と、を備える二次電池用電池部材であって、電池部材を積層方向に対して垂直な方向から見たときの電池部材の端面が略連続面を形成している、電池部材を提供する。
 本発明は、第4の態様として、上記の電池部材と、電池部材を収容する外装体と、を備える二次電池を提供する。
 第1の態様~第4の態様において、電解質層は、好ましくは、ポリマと、電解質塩と、溶媒と、を含有する。これにより、電解質層をより切断しやすくすることができ、切断による電解質層の破損を抑制することができる。
 本発明によれば、複雑な形状の二次電池であっても、容易に製造でき、製造コストを抑えることも可能な二次電池用電池部材の製造方法及び二次電池の製造方法と、この方法により得られる電池部材、及び、この電池部材を備える二次電池を提供することができる。
第1実施形態に係る二次電池の製造方法における電池部材作製工程を示す模式断面図である。 (a)は、従来の二次電池の製造方法により得られた電池部材の要部を示す模式断面図であり、(b)は、第1実施形態の製造方法により得られた電池部材の要部を示す模式断面図である。 第1実施形態の製造方法によって得られた二次電池の一例を示す斜視図である。 第1実施形態の変形例に係る二次電池の製造方法において得られた電池部材の模式断面図である。 第1実施形態の他の変形例に係る二次電池の製造方法において得られた電池部材の模式断面図である。 第1実施形態の他の変形例に係る二次電池の製造方法において得られた電池部材の模式断面図である。 第2実施形態に係る二次電池の製造方法における電池部材作製工程を示す模式断面図である。
 以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。各図における構成要素の大きさは概念的なものであり、構成要素間の大きさの相対的な関係は各図に示されたものに限定されない。
 本明細書における数値及びその範囲は、本発明を制限するものではない。本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書において段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
 本明細書では、下記の略称を用いる場合がある。
 [FSI]:ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン
 [TFSI]:ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン
 [f3C]:トリス(フルオロスルホニル)カルボアニオン
 [BOB]:ビスオキサレートボラートアニオン
[第1実施形態]
 第1実施形態に係る二次電池の製造方法について説明する。この製造方法では、まず、二次電池用電池部材を作製する(電池部材作製工程)。本明細書における二次電池用電池部材(以下、単に「電池部材」ともいう。)は、少なくとも、一対の電極層と、当該電極層間に設けられた電解質層とを備える電池部材(電極群)である。なお、本明細書中、「電極」とは、正極又は負極を意味し、「電極層」、「電極合剤層」等の類似表現においても同様である。また、「一対の電極層」とは、電解質層を挟んで向かい合う、互いに異なる極性の電極を意味する。
 図1は、第1実施形態に係る二次電池の製造方法における電池部材作製工程を示す模式断面図である。電池部材作製工程では、まず、図1(a)~図1(b)に示すように、一対の電極材料層間(正極材料層1及び負極材料層2の間)に電解質材料層3を設けて積層体8を作製する(積層体作製工程)。
 積層体作製工程では、一実施形態において、まず、図1(a)に示すように、正極材料層1、負極材料層2、及び電解質材料層3をそれぞれ作製する。
 正極材料層1は、一実施形態において、正極集電体4の一面4a上に、正極合剤層5を形成することにより作製される。
 正極集電体4は、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属、又はそれらの合金であってよい。正極集電体4は、軽量で高い重量エネルギ密度を有するため、好ましくはアルミニウム又はその合金である。正極集電体4の厚さは、10μm以上であってよく、100μm以下であってよい。
 正極合剤層5は、少なくとも正極活物質を含有する。正極合剤層5の厚さは、10μm以上、15μm以上、又は20μm以上であってよく、100μm以下、80μm以下、又は70μm以下であってよい。
 正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属リン酸塩等のリチウム遷移金属化合物であってよい。リチウム遷移金属酸化物は、例えば、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等であってよい。
 正極合剤層5は、他の成分として、導電剤、結着剤、イオン液体、電解質塩等を更に含んでいてもよい。導電剤は、特に限定されないが、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、炭素繊維等の炭素材料などであってよい。結着剤は、特に限定されないが、四フッ化エチレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種をモノマ単位として含有するポリマ、スチレン-ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム等のゴムなどであってよい。イオン液体及び電解質塩は、後述する電解質材料層3に用いられるイオン液体及び電解質塩とそれぞれ同様であってよい。
 正極集電体4の一面4a上に正極合剤層5を形成する方法は、一実施形態において、正極合剤層5の材料を分散媒に分散させた正極合剤スラリを、正極集電体4の一面4a上に塗布する方法である。分散媒は、水又は有機溶剤であってよい。有機溶剤は、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、トルエン、2-ブタノール、シクロヘキサノン、酢酸エチル、2-プロパノール等であってよい。
 正極合剤スラリを塗布する方法としては、アプリケータを用いて塗布する方法、スプレーにより塗布する方法等が挙げられる。正極合剤スラリを塗布した後、正極合剤スラリ中の分散媒を揮発させることにより、正極合剤層5が形成される。分散媒を揮発させる方法は、例えば、加熱により乾燥させる方法、減圧する方法、減圧と加熱を組み合わせる方法等であってよい。これにより、正極集電体4の一面4a上に正極合剤層5が形成された、シート状の正極材料層1が作製される。
 負極材料層2は、一実施形態において、負極集電体6の一面6a上に、負極合剤層7を形成することにより作製される。
 負極集電体6は、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属、それらの合金などであってよい。負極集電体6の厚さは、10μm以上であってよく、200μm以下であってよい。
 負極合剤層7は、少なくとも負極活物質を含有する。負極合剤層7の厚さは、10μm以上、15μm以上、又は20μm以上であってよく、60μm以下、55μm以下、又は50μm以下であってよい。
 負極活物質は、金属リチウム、チタン酸リチウム(LiTi12)、リチウム合金又はその他の金属化合物、炭素材料、金属錯体、有機高分子化合物等であってよい。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、非晶質炭素、炭素繊維、及び、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックなどが挙げられる。負極活物質は、より大きな理論容量(例えば500~1500Ah/kg)を得る観点から、シリコン、スズ又はこれらの元素を含む化合物(酸化物、窒化物、他の金属との合金)であってもよい。
 負極合剤層7は、他の成分として、上述した正極合剤層5に使用できる導電剤、結着剤、イオン液体、電解質塩等を更に含んでいてもよい。
 負極集電体6の一面6a上に負極合剤層7を形成する方法は、正極集電体4の一面4a上に正極合剤層5を形成する方法と同様の方法であってよい。これにより、シート状の負極材料層2が作製される。
 電解質材料層3は、一実施形態において、電解質材料層3に用いる材料を分散媒に分散させてスラリ状の電解質組成物を得た後、これを基材上に塗布してから分散媒を揮発させることによって、基材上に電解質材料層が形成された電解質シートとして得ることができる。電解質シートを作製する際に用いられる基材は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂で形成されたフィルムであってよい。分散媒は、上述した正極合剤スラリに使用できる分散媒と同様のものであってよい。電解質材料層3は、電解質シートから基材を剥離することにより得られる。
 電解質組成物は、一実施形態において、ポリマと、電解質塩と、溶媒と、を含有する。電解質組成物中にこれらの成分を含有させることにより、後述する切断工程において、電解質層をより切断しやすくすることができ、切断による電解質層の破損を抑制することができる。
 ポリマは、好ましくは、四フッ化エチレン及びフッ化ビニリデンからなる群より選ばれる第1の構造単位を有する。
 ポリマは、好ましくは、1種又は2種以上のポリマであり、1種又は2種以上のポリマを構成する構造単位の中には、上述した第1の構造単位と、ヘキサフルオロプロピレン、アクリル酸、マレイン酸、エチルメタクリレート、及びメチルメタクリレートからなる群より選ばれる第2の構造単位とが含まれていてもよい。すなわち、第1の構造単位及び第2の構造単位は、1種のポリマに含まれてコポリマを構成していてもよく、それぞれ別のポリマに含まれて、第1の構造単位を有する第1のポリマと、第2の構造単位を有する第2のポリマとの少なくとも2種のポリマを構成していてもよい。
 ポリマは、具体的には、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマなどであってよい。
 ポリマは、ポリエチレンオキシド等のポリエーテル系ポリマ、ポリエチレンカーボネート等のポリカーボネート系ポリマ、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系ポリマ、ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマ、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウム)-ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のイオン性ポリマであってもよい。これらのポリマは、単独重合体又はこれらのポリマを構成する構造単位を含む共重合体であってもよい。
 ポリマの含有量は、電解質組成物全量を基準として、好ましくは3質量%以上である。ポリマの含有量は、電解質組成物全量を基準として、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下である。
 電解質塩は、好ましくは、リチウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩、及びマグネシウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である。電解質塩は、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン、カルシウムカチオン、又はマグネシウムカチオンであるカチオン成分と、下記のアニオン成分との塩であってよい。
 電解質塩のアニオン成分は、ハロゲン化物イオン(I、Cl、Br等)、SCN、BF 、BF(CF、BF(C、PF 、ClO 、SbF 、N(SOF) 、N(SOCF 、N(SO 、N(SO 、B(C 、B(O 、C(SOF) 、C(SOCF 、CFCOO、CFSO、CSO、B(O 等であってよい。
 電解質塩の含有量は、電解質組成物全量を基準として、10質量%以上であってよく、60質量%以下であってよい。
 溶媒は、グライム及びイオン液体からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。
 グライムは、下記一般式(1)で表される化合物であってよい。
 RO-(CHCHO)-R   (1)
式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数4以下のアルキル基又は炭素数4以下のフルオロアルキル基を表し、nは1~6の整数を表す。RとRは、それぞれ独立に、好ましくはCH、Cのいずれかである。
 グライムは、具体的には、モノグライム(n=1)、ジグライム(n=2)、トリグライム(n=3)、テトラグライム(n=4)、ペンタグライム(n=5)、ヘキサグライム(n=6)であってよい。
 電解質組成物が溶媒としてグライムを含有する場合、グライムの一部又は全部は、電解質塩と錯体を形成していてよい。
 イオン液体は、以下のアニオン成分及びカチオン成分を含有する。なお、本明細書におけるイオン液体は、-20℃以上で液状の物質である。
 イオン液体のアニオン成分は、特に限定されないが、Cl、Br、I等のハロゲンのアニオン、BF 、N(SOF) 等の無機アニオン、B(C 、CHSO、CFSO、N(SOF) 、N(SO 、N(SOCF 、N(SO 等の有機アニオンなどであってよい。
 イオン液体のカチオン成分は、好ましくは、鎖状四級オニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
 溶媒は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート、スクシノニトリル等の柔粘性結晶等であってもよい。
 溶媒の含有量は、電解質組成物全量を基準として、10質量%以上であってよく、60質量%以下であってよい。電解質塩と溶媒との合計の含有量は、電解質組成物全量を基準として、10質量%以上であってよく、80質量%以下であってよい。
 電解質組成物は、必要に応じて、酸化物粒子を更に含有してもよい。酸化物粒子は、例えば無機酸化物の粒子である。無機酸化物は、例えば、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ti、Zr、La、Na、K、Ba、Sr、V、Nb、B、Ge等を構成元素として含む無機酸化物であってよい。酸化物粒子は、好ましくは、SiO、Al、AlOOH、MgO、CaO、ZrO、TiO、LiLaZr12、及びBaTiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の粒子である。酸化物粒子は、希土類金属の酸化物であってもよい。
 酸化物粒子の平均粒径は、好ましくは0.005μm以上であり、より好ましくは0.01μm以上であり、更に好ましくは0.03μm以上である。酸化物粒子の平均粒径は、好ましくは5μm以下であり、より好ましくは3μm以下であり、更に好ましくは1μm以下である。酸化物粒子の平均粒径は、レーザー回折法により測定され、体積累積粒度分布曲線を小粒径側から描いた場合に、体積累積が50%となる粒子径に対応する。
 酸化物粒子の含有量は、電解質組成物全量を基準として、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上であり、更に好ましくは15質量%以上であり、特に好ましくは20質量%以上であり、また、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは50質量%以下であり、更に好ましくは40質量%以下である。
 電解質組成物を基材上に塗布してから分散媒を揮発させる方法は、正極合剤スラリを正極集電体4の一面4a上に塗布する方法と同様の方法であってよい。これにより、基材上に電解質材料層が形成された、電解質シートを得ることができる。
 上述の方法により得られた正極材料層1、負極材料層2及び電解質材料層3の平面形状は、矩形状、多角形状、円形状、楕円形状等のいかなる形状であってもよい。各層のそれぞれの平面形状は、互いに同一の形状であってもよいし、互いに異なる形状であってもよい。
 次に、図1(b)に示すように、正極材料層1及び負極材料層2の間に電解質材料層3を設けて、積層体8を作製する。すなわち、上述した方法によって得られた電解質シートから基材を剥離し、電解質材料層3を、正極材料層1及び負極材料層2の間に挟み込み、積層体8を作製する。積層体8を作製した後、プレス機等を用いて加圧処理を行ってもよい。
 積層体作製工程では、他の実施形態において、正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上、及び、負極材料層2の負極合剤層7側の面7a上の少なくとも一方に電解質材料層3を形成させてから、積層体8を作製してもよい。
 電解質材料層3を正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上に形成する方法としては、上述した電解質シートから基材を剥離した電解質材料層3を、正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上に積層させればよい。または、電解質シートを作製せずに、上述した電解質組成物を、正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上に塗布してから分散媒を揮発させてもよい。これにより、正極集電体4、正極合剤層5及び電解質材料層3をこの順に備える積層体(正極材料層-電解質材料層積層体)を得ることができる。この場合、正極材料層-電解質材料層積層体及び負極材料層2を、電解質材料層3と負極合剤層7とが接するように積層することによって、積層体8を得ることができる。
 電解質材料層3を負極材料層2の負極合剤層7側の面7a上に形成する方法は、電解質材料層3を正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上に形成する方法と同様の方法であってよい。これにより、負極集電体6、負極合剤層7及び電解質材料層3をこの順に備える積層体(負極材料層-電解質材料層積層体)を得ることができる。この場合、負極材料層-電解質材料層積層体及び正極材料層1を、電解質層と正極合剤層5とが接するように積層することによって、積層体8を得ることができる。
 また、正極材料層-電解質材料層積層体及び負極材料層-電解質材料層積層体を、それぞれの電解質材料層3同士が接するように積層することによっても、積層体8を得ることができる。
 積層体8における、正極材料層1、電解質材料層3及び負極材料層2の各層については、全ての層が積層されている部分が存在すれば、一部において層が重なっていなくともよい。すなわち、図1(b)に示すように、各層の縁が重なっていない状態で積層されていてもよい。
 続いて、得られた積層体8を一括で切断する(切断工程)。切断工程では、積層体8が、正極材料層1から負極材料層2まで(又は、負極材料層2から正極材料層1まで)、積層方向にまとめて切断される。
 切断工程において、切断は機械的切断であってよい。機械的切断とは、積層体8を切断可能な刃を有する切断手段(切断装置)による切断をいう。切断手段又は切断装置は、ステンレス鋼、チタン等の金属、セラミックなどで形成された刃を有する手段又は装置であってよい。切断手段又は装置は、より具体的には、鋏、カッターナイフ、ロータリーカッター、パンチャー(打抜き装置)等であってもよい。切断は、レーザー照射による切断を含まなくてもよい。切断が機械的切断であることにより、電極層及び電解質層における切断部が熱により溶解して、互いに接着することを抑制することができる。
 切断工程においては、積層体8を平面視したときに、任意の形状になるように切断すればよい。積層体8を平面視したときに、直線状に切断してよく、曲線状に切断してもよく、円形、矩形状等の任意の形状に打ち抜いてもよい。すなわち、切断工程は、積層体8を一括で任意の形状に成形する工程ということもできる。
 積層体8を一括で切断することにより、図1(c)に示すように、電池部材18Aを作製することができる。電池部材18Aは、正極層11A(正極集電体14A及び正極合剤層15A)、電解質層13A及び負極層12A(負極合剤層17A及び負極集電体16A)をこの順に備えている電極群である。
 本実施形態の二次電池の製造方法では、電池部材作製工程に続いて、得られた電池部材18Aにおいて、正極集電体14Aに正極集電タブを、負極集電体16Aに負極集電タブをそれぞれ取り付けてから、電池部材18Aを外装体に収容する(収容工程。図示せず。)。収容工程において電池部材18Aを外装体に収容する際には、正極層11A及び負極層12Aが二次電池の外部と電気的に接続可能なように、正極集電タブ及び負極集電タブを外装体の内部から外部へ突出させるようにして、電池部材18Aを外装体に収容する。収容工程を経ることにより、ラミネート型の二次電池が製造される。
 外装体は、例えばラミネートフィルムで形成されていてよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムであってよい。
 本実施形態の二次電池の製造方法が従来の製造方法と異なる点の1つは、電池部材(電極群)の作製の際に、電極材料層(正極材料層及び負極材料層)及び電解質材料層を含む積層体を一括で切断する点である。従来の製造方法では、電極層及び電解質層を積層する前にそれぞれを切断してから(成形してから)、各層を積層して電極群を製造していた。そのため、電極層及び電解質層を積層させる際に層の位置がずれることがあり、各層を好適に積層することが困難であった。
 図2(a)は、従来の二次電池の製造方法により得られた電池部材の要部を示す模式断面図である。この電池部材118は、正極集電体114及び正極合剤層115からなる正極層111と、電解質層113と、負極集電体116及び負極合剤層117からなる負極層112と、をそれぞれ作製し、各層を別々に切断してから積層することによって製造された電極群である。この電池部材118では、電極層111,112及び電解質層113をそれぞれ切断してから(成形してから)、各層を積層して電池部材を作製している。したがって、各層の位置を正確に合わせて積層することが難しく、図2(a)に示すように、正極層111、電解質層113及び負極層112の縁が互いにずれて積層されている。
 また、正極層111及び負極層112においては、集電体114,116の縁まで電極合剤層115,117が形成されていないことがある。したがって、正極層111及び負極層112においては、集電体114,116及び電極合剤層115,117の縁も互いにずれて積層されていることがある。
 上記理由により、電池部材118を積層方向に対して垂直な方向から見たときに、正極集電体114の端面114b、正極合剤層115の端面115b、電解質層113の端面113b、負極合剤層117の端面117b、及び、負極集電体116の端面116bが、連続面を形成していない。言い換えると、上記の各端面113b,114b,115b,116b,117bからなる電池部材118の端面(以下、単に「端面」と呼ぶことがある。)119は、連続面(平面又は曲面)を形成していない。
 すなわち、電池部材118においては、積層方向から見たときに、正極層111(正極集電体114及び正極合剤層115)、電解質層113、負極層112(負極集電体116及び負極合剤層117)のいずれかの層が突出している。または、電池部材118においては、積層方向から見たときに、正極集電体114の正極合剤層115側の面114a、正極合剤層115の電解質層113側の面115a、電解質層113の面(正極層111側の面及び負極層112側の面)113aの一方又は両方、負極合剤層117の電解質層113側の面117a、及び負極集電体116の負極合剤層117側の面116aのうち、少なくとも1つの面が露出しているともいえる。
 一方、図2(b)は、第1実施形態の製造方法により得られた電池部材の要部を示す模式断面図である。電池部材18Aは、上述したように、正極材料層1、電解質材料層3及び負極材料層2を積層した積層体8を作製した後に、この積層体8を一括に切断して製造される。したがって、電池部材18Aを積層方向に対して垂直な方向から見たときに、正極集電体14Aの端面14b、正極合剤層15Aの端面15b、電解質層13Aの端面13b、負極合剤層17Aの端面17b、及び、負極集電体16Aの端面16bが、略連続面(平面)を形成している。言い換えると、上記の各端面13b,14b,15b,16b,17bからなる電池部材18Aの端面19Aは、一括切断により形成された略連続面(平面)となっている。すなわち、電池部材18Aにおいては、積層方向に対して垂直な方向から見たときに、正極集電体14Aの端面14b、正極合剤層15Aの端面15b、電解質層13Aの端面13b、負極合剤層17Aの端面17b、及び、負極集電体16Aの端面16bが1つの面上に揃うことにより、1つの略連続した面を形成している。なお、本明細書における略連続面とは、積層体を一括で切断した際に、その切断面として形成される程度の連続面(平面又は曲面)であればよい。
 この電池部材18Aは、積層方向から見たときに、正極層11A(正極集電体14A及び正極合剤層15A)、電解質層13A、及び、負極層12A(負極集電体16A及び負極合剤層17A)のいずれの層も突出せずに積層されているということもできる。すなわち、電池部材18Aを積層方向から見たときに、正極集電体14Aの正極合剤層15A側の面14a、正極合剤層15Aの面(正極集電体14A側の面及び電解質層13A側の面)15a、電解質層13Aの面(正極層11A側の面及び負極層12A側の面)13a、負極合剤層17Aの面(電解質層13A側の面及び負極集電体16A側の面)17a、及び負極集電体16Aの負極合剤層17A側の面16aのいずれの面も露出していない。
 このように、本実施形態に係る電池部材の製造方法によれば、電極層11A,12A及び電解質層13Aの位置ずれが少ない、各層が好適に積層された電池部材18Aを製造することができる。特に、この製造方法によって得られた電池部材18Aは、複雑な形状を有する二次電池を製造する場合に適している。図3は、第1実施形態の製造方法によって得られた二次電池の一例を示す斜視図である。図3に示す二次電池20は、上述した製造方法によって得られた電池部材18Aに、正極集電タブ21及び負極集電タブ22が設けられ、外装体23に収容されてなる二次電池である。本実施形態の製造方法によれば、複雑な形状を有する電池部材であっても、正極材料層1、負極材料層2及び電解質材料層3を積層してから積層体8を一括で切断するため、積層後に生じた位置ずれを解消することができ、結果として、正極層11A、電解質層13A及び負極層12Aの位置ずれが抑制された電池部材18Aを容易に製造することができる。それに伴い、本実施形態に係る製造方法によれば、図3に示すような複雑な形状を有する二次電池も容易に製造できる。
 また、従来の製造方法では、正極層、電解質層及び負極層をそれぞれ切断し、成形する工程が必要であったため、工程数が多く、製造コストも高くなりやすかった。しかし、本実施形態の製造方法によれば、積層体を一括で切断して電池部材を製造することができるため、工程数を少なくすることができ、製造コストを削減することもできる。
 続いて、第1実施形態の製造方法によって得られる電池部材の変形例について説明する。上述した第1実施形態においては、積層体8の断面で見たときに、積層体8を積層方向と同一の方向に一直線状に(切断面(電池部材18Aの端面19A)が積層体8の積層方向と平行な平面となるように)切断したが、積層体8が一括で切断される限り、切断する方向は積層方向と同一の方向でなくてもよく、一直線状でなくてもよい。
 積層体8を切断する方向は、積層体8の積層方向に沿う方向であればよい。積層方向に沿う方向とは、正極材料層1、電解質材料層3及び負極材料層2が積層されている方向と同一の方向、及び、正極材料層1、電解質材料層3及び負極材料層2が積層されている方向に対して、傾斜した方向を含む方向を意味する。切断する方向が傾斜しているとは、断面から見て、積層体8の切断面に対応する直線又は曲線に接線を引いたときに、積層方向と異なる方向の接線が存在する場合をいう。切断する方向の傾斜の程度(切断方向が積層方向に対してなす角度)は、積層体8が一括で切断できる程度であれば制限されない。すなわち、積層体8を切断する方向は、積層方向と異なる方向(積層方向と平行でない方向)であってもよい。
 図4~図6は、第1実施形態の変形例に係る二次電池の製造方法において得られた電池部材の模式断面図である。図4~図6に示すいずれの電池部材も、上述した電池部材作製工程(積層体作製工程、切断工程を含む。)を備える二次電池の製造方法において作製された電池部材であり、積層体を積層方向に沿う方向に切断した結果得られる電池部材(電極群)である。
 一変形例に係る製造方法では、積層体8は、断面で見たときに、曲線状に切断されてもよい。この場合、例えば、図4に示すような電池部材が得られる。なお、この変形例に係る製造方法では、積層体8の切断方向は、断面で見たときに、意図して曲線状にしてもよく、意図せず(例えば積層方向に一直線状に切断しようとしたが結果的に)曲線状になってもよい。
 具体的には、例えば、切断工程において、断面で見たときに、積層体8の端面から外側に凸状に膨らむように湾曲して積層体8を切断してよい。この場合、得られる電池部材18Bにおいては、図4(a)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Bの端面14b、正極合剤層15Bの端面15b、電解質層13Bの端面13b、負極合剤層17Bの端面17b及び負極集電体16Bの端面16bからなる電池部材18Bの端面19Bが、外側に凸状に膨らむように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の端面から内側に凹状に窪むように湾曲して積層体8を切断してもよい。この場合、得られる電池部材18Cにおいては、図4(b)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Cの端面14b、正極合剤層15Cの端面15b、電解質層13Cの端面13b、負極合剤層17Cの端面17b及び負極集電体16Cの端面16bからなる電池部材18Cの端面19Cが、内側に凹状に窪むように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の端面から外側及び内側に凹凸を繰り返すように波状に積層体8を切断してもよい。この場合、得られる電池部材18Dにおいては、図4(c)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Dの端面14b、正極合剤層15Dの端面15b、電解質層13Dの端面13b、負極合剤層17Dの端面17b及び負極集電体16Dの端面16bからなる電池部材18Dの端面19Dが、外側及び内側に凹凸を繰り返すように波状の略連続面(曲面)を形成している。
 他の変形例に係る製造方法においては、積層体8は、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向に直線状又は曲線状に切断されてもよい。この場合、例えば、図5に示すような電池部材が得られる。なお、この変形例に係る製造方法では、積層体8の切断方向は、断面で見たときに、意図して積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向にしてもよく、意図せず(例えば積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度の方向に切断しようとしたが結果的に)積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向になってもよい。
 具体的には、例えば、切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向に直線状に傾斜して積層体8を切断してよい。この場合、得られる電池部材18Eにおいては、図5(a)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Eの端面14b、正極合剤層15Eの端面15b、電解質層13Eの端面13b、負極合剤層17Eの端面17b及び負極集電体16Eの端面16bからなる電池部材18Eの端面19Eが、電池部材18Eの正極層11E側の表面に対して90度より大きい角をなすように(正極層11Eから負極層12Eへ向かって広がるように)傾斜した略連続面(平面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断してもよい。この場合、一変形例に係る電池部材18Fにおいては、図5(b)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Fの端面14b、正極合剤層15Fの端面15b、電解質層13Fの端面13b、負極合剤層17Fの端面17b及び負極集電体16Fの端面16bからなる電池部材18Fの端面19Fが、電池部材18Fの正極層11F側の表面に対して90度より大きい角をなすように(正極層11Fから負極層12Fへ向かって広がるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Fの外側に凸状に膨らむように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。なお、断面で見たときに、切断面(電池部材の端面)が曲線状である場合、切断面(電池部材の端面)が積層体8の正極材料層1側の表面に対してなす角は、当該曲線の接線が積層体8の正極材料層1側の表面に対してなす角として定義される(以下、同様)。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断した場合、他の変形例に係る電池部材18Gにおいては、図5(c)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Gの端面14b、正極合剤層15Gの端面15b、電解質層13Gの端面13b、負極合剤層17Gの端面17b及び負極集電体16Gの端面16bからなる電池部材18Gの端面19Gが、電池部材18Gの正極層11G側の表面に対して90度より大きい角をなすように(正極層11Gから負極層12Gへ向かって広がるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Gの内側に凹状に窪むように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より大きい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断した場合、他の変形例に係る電池部材18Hにおいては、図5(d)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Hの端面14b、正極合剤層15Hの端面15b、電解質層13Hの端面13b、負極合剤層17Hの端面17b及び負極集電体16Hの端面16bからなる電池部材18Hの端面19Hが、電池部材18Hの正極層11H側の表面に対して90度より大きい角をなすように(正極層11Hから負極層12Hへ向かって広がるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Hの外側及び内側に凹凸を繰り返すように波状の略連続面(曲面)を形成している。
 更なる他の変形例に係る製造方法においては、積層体8は、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向に直線状又は曲線状に切断されてもよい。この場合、例えば、図6に示すような電池部材が得られる。なお、この変形例に係る製造方法では、積層体8の切断方向は、断面で見たときに、意図して積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向にしてもよく、意図せず(例えば積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度の方向に切断しようとしたが結果的に)積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向になってもよい。
 具体的には、例えば、切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向に直線状に傾斜して積層体8を切断してよい。この場合、得られる電池部材18Iにおいては、図6(a)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Iの端面14b、正極合剤層15Iの端面15b、電解質層13Iの端面13b、負極合剤層17Iの端面17b及び負極集電体16Iの端面16bからなる電池部材18Iの端面19Iが、電池部材18Iの正極層11I側の表面に対して90度より小さい角をなすように(正極層11Iから負極層12Iへ向かって窄まるように)傾斜した略連続面(平面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断してもよい。この場合、一変形例に係る電池部材18Jにおいては、図6(b)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Jの端面14b、正極合剤層15Jの端面15b、電解質層13Jの端面13b、負極合剤層17Jの端面17b及び負極集電体16Jの端面16bからなる電池部材18Jの端面19Jが、電池部材18Jの正極層11J側の表面に対して90度より小さい角をなすように(正極層11Jから負極層12Jへ向かって窄まるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Jの外側に凸状に膨らむように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断した場合、他の変形例に係る電池部材18Kにおいては、図6(c)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Kの端面14b、正極合剤層15Kの端面15b、電解質層13Kの端面13b、負極合剤層17Kの端面17b及び負極集電体16Kの端面16bからなる電池部材18Kの端面19Kが、電池部材18Kの正極層11K側の表面に対して90度より小さい角をなすように(正極層11Kから負極層12Kへ向かって窄まるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Kの内側に凹状に窪むように湾曲した略連続面(曲面)を形成している。
 切断工程において、断面で見たときに、積層体8の正極材料層1側の表面に対して90度より小さい角をなすような方向に曲線状に傾斜して積層体8を切断した場合、他の変形例に係る電池部材18Lにおいては、図6(d)に示すように、断面で見たときに、正極集電体14Lの端面14b、正極合剤層15Lの端面15b、電解質層13Lの端面13b、負極合剤層17Lの端面17b及び負極集電体16Lの端面16bからなる電池部材18Lの端面19Lが、電池部材18Lの正極層11L側の表面に対して90度より小さい角をなすように(正極層11Lから負極層12Lへ向かって窄まるように)傾斜しつつ、かつ、電池部材18Lの外側及び内側に凹凸を繰り返すように波状の略連続面(曲面)を形成している。
 上記説明したいずれの変形例に係る製造方法においても、切断工程において、積層体8を積層方向に沿う方向に一括で切断しているため、これらの製造方法により得られた電池部材及びこれらの電池部材を備える二次電池は、上述した第1実施形態に係る製造方法により得られた電池部材及び二次電池と同様の作用効果を奏する。
[第2実施形態]
 次に、第2実施形態に係る二次電池の製造方法について説明する。第2実施形態に係る二次電池においては、電池部材が、いわゆるバイポーラ電極層を備えている。すなわち、この二次電池は、正極層と、第1の電解質層と、バイポーラ電極層と、第2の電解質層と、負極層と、をこの順に備えているバイポーラ型二次電池である。バイポーラ電極層は、バイポーラ電極集電体と、バイポーラ電極集電体の一方の面に設けられた正極合剤層と、バイポーラ電極集電体の他方の面に設けられた負極合剤層と、を備える。
 第2実施形態に係る製造方法では、まず、電池部材を作製する(電池部材作製工程)。図7は、第2実施形態に係る二次電池の製造方法における電池部材作製工程を示す模式断面図である。電池部材作製工程では、まず、図7(a)~図7(b)に示すように、一対の電極材料層間(正極材料層1及び負極材料層2の間)に、電解質材料層3及びバイポーラ電極材料層31を設けて積層体38を作製する(積層体作製工程)。
 積層体作製工程では、まず、図7(a)に示すように、正極材料層1、負極材料層2、第1の電解質材料層3、第2の電解質材料層3、及びバイポーラ電極材料層31をそれぞれ作製する。
 正極材料層1、負極材料層2及び電解質材料層3を作製する方法は、第1実施形態におけるそれぞれの作製方法と同様であってよい。第1の電解質材料層3の組成と第2の電解質材料層3の組成は、互いに同一でも異なっていてもよい。
 バイポーラ電極材料層31は、一実施形態において、バイポーラ電極集電体34の一方の面34a上に正極合剤層5を形成させ、バイポーラ電極集電体34のもう一方の面34c上に負極合剤層7を形成させることにより作製される。正極合剤層5及び負極合剤層7をバイポーラ電極集電体34上に形成させる方法は、正極集電体4の一面4a上に正極合剤層5を形成する方法、及び、負極集電体6の一面6a上に負極合剤層7を形成する方法と同様の方法であってよい。
 バイポーラ電極集電体34は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属単体、アルミニウムと銅又はステンレス鋼と銅を圧延接合してなるクラッド材などで形成されていてよい。バイポーラ電極集電体34の厚さは、10μm以上であってよく、100μm以下であってよい。
 バイポーラ電極材料層31における正極合剤層5及び負極合剤層7は、正極材料層1及び負極材料層2における正極合剤層5又は負極合剤層7と同様の組成であってよい。バイポーラ電極材料層31における正極合剤層5の組成は、正極材料層1における正極合剤層5の組成と互いに同一でも異なっていてもよく、バイポーラ電極材料層31における負極合剤層7の組成は、負極材料層2における負極合剤層7の組成と互いに同一でも異なっていてもよい。
 次に、図7(b)に示すように、正極材料層1、第1の電解質材料層3、バイポーラ電極材料層31、第2の電解質材料層3、負極材料層2の順に各層を積層して、積層体38を作製する。このとき、バイポーラ電極材料層31については、バイポーラ電極材料層31の正極合剤層5を負極材料層2の負極合剤層7側に向け、バイポーラ電極材料層31の負極合剤層7を正極材料層1の正極合剤層5側に向けて配置する。積層体38を作製する際には、正極材料層1の正極合剤層5側の面5a上、バイポーラ電極材料層31の負極合剤層7側の面7a上、バイポーラ電極材料層31の正極合剤層5側の面5a上、及び、負極材料層2の負極合剤層7側の面7a上の少なくとも1つの面に電解質材料層3を形成させてから、積層体38を作製してもよい。
 この積層体38においても、正極材料層1、第1の電解質材料層3、バイポーラ電極材料層31、第2の電解質材料層3、負極材料層2の各層は、全ての層が積層されている部分が存在すれば、一部において層が重なっていなくともよい。すなわち、図7(b)に示すように、各層の縁が重なっていない状態で積層されていてもよい。
 続いて、得られた積層体38を一括で切断する(切断工程)。切断工程では、積層体38が、正極材料層1から負極材料層2まで(又は、負極材料層2から正極材料層1まで)、積層方向にまとめて切断される。積層体38を切断する方法は、第1実施形態において積層体8を切断する方法と同様の方法であってよい。
 積層体38を一括で切断することにより、図7(c)に示すように、二次電池用電池部材(バイポーラ電池部材)48を作製することができる。バイポーラ電池部材48は、正極層11M(正極集電体14M及び正極合剤層15M)、第1の電解質層13M、バイポーラ電極層41(負極合剤層17M、バイポーラ電極集電体44及び正極合剤層15M)、及び、負極層12M(負極集電体16M及び負極合剤層17M)をこの順に備えている電極群(バイポーラ電極群)である。
 第2実施形態の二次電池の製造方法では、電池部材作製工程に続いて、得られたバイポーラ電池部材48において、正極集電体14Kに正極集電タブを、負極集電体16Kに負極集電タブをそれぞれ取り付けてから、バイポーラ電池部材48を外装体に収容する(収容工程。図示せず)。収容工程は、第1実施形態に係る収容工程と同様の方法によって実施されてよい。収容工程を経ることにより、バイポーラ型二次電池が製造される。
 このバイポーラ型二次電池におけるバイポーラ電池部材48においても、上述したように、正極材料層1、第1の電解質材料層3、バイポーラ電極材料層31、第2の電解質材料層13、負極材料層2を積層した積層体38を作製した後に、この積層体38を一括に切断して製造される。したがって、バイポーラ電池部材48の積層方向に対して垂直な方向から見たときに、正極層11Mの端面11b、第1の電解質層13Mの端面13b、バイポーラ電極層41の端面41b、第2の電解質層13Mの端面13b、負極層12Mの端面12bからなるバイポーラ電池部材48の端面49は、切断によって形成された略連続面(平面)となっている。
 バイポーラ電池部材48は、積層方向から見たときに、正極層11M(正極集電体14M及び正極合剤層15M)、第1の電解質層13M、バイポーラ電極層41(バイポーラ電極集電体44、正極合剤層15M及び負極合剤層17M)、第2の電解質層13M及び負極層12M(負極集電体16M及び負極合剤層17M)のいずれの層も突出せずに積層されているということもできる。すなわち、積層方向から見たときに、正極層11Mにおける正極集電体14Mの正極合剤層15M側の面、正極層11Mにおける正極合剤層15Aの面(正極集電体14M側の面及び第1の電解質層13M側の面)、第1の電解質層13Mの面(正極層11M側の面及びバイポーラ電極層41側の面)、バイポーラ電極層41における負極合剤層17Mの面(第1の電解質層13M側の面及びバイポーラ電極集電体44側の面)、バイポーラ電極集電体44の面(負極合剤層17M側の面及び正極合剤層15M側の面)、バイポーラ電極層41における正極合剤層15Mの面(バイポーラ電極集電体44側の面及び第2の電解質層13M側の面)、負極層12Mにおける負極合剤層17Aの面(第2の電解質層13M側の面及び負極集電体16M側の面)、及び、負極層12Mにおける負極集電体16Mの負極合剤層17M側の面のいずれの面も露出していない。
 このように、本実施形態に係るバイポーラ型二次電池の製造方法においては、電極層及び電解質層の位置ずれが少ない、各層が好適に積層されたバイポーラ電池部材を製造することができる。本実施形態の製造方法によれば、複雑な形状を有する電池部材であっても、電極材料層及び電解質材料層の各層を積層してから積層体を一括で切断するため、積層後に生じた位置ずれを解消することができ、結果として、正極層11M、第1の電解質層13M、バイポーラ電極層41、第2の電解質層13M及び負極層12Mの位置ずれが抑制されたバイポーラ電池部材48を容易に製造することができる。それに伴い、本実施形態に係る製造方法によれば、複雑な形状を有するバイポーラ型二次電池も容易に製造できる。
 また、本実施形態の製造方法によれば、積層体38を一括で切断してバイポーラ電池部材48を作製できるため、工程数を少なくすることができ、製造コストを削減することもできる。
 第2実施形態に係る電池部材(バイポーラ型二次電池)についても、第1実施形態で説明した図4~図6に示すような変形例であり得る。すなわち、積層体38を切断する方向は、積層体38の積層方向に沿う方向であってよく、正極層11Mの端面11b、第1の電解質層13Mの端面13b、バイポーラ電極層41の端面41b、第2の電解質層13Mの端面13b、負極層12Mの端面12bからなるバイポーラ電池部材48の端面49は、図4~図6に示すような変形例と同様の略連続面(平面又は曲面)であってよい。これらの変形例の場合も、上述した第2実施形態に係る製造方法により得られた電池部材48(バイポーラ型二次電池)と同様の作用効果を奏する。
 1…正極材料層、2…負極材料層、3…電解質材料層、11…正極層、12…負極層、13…電解質層、8,38…積層体、18,48…二次電池用電池部材、19,49…積層方向に対して垂直な方向から見たときの電池部材の端面、20…二次電池。

Claims (7)

  1.  一対の電極材料層間に電解質材料層を設けて積層体を作製する工程と、
     前記積層体を一括で切断する工程と、を備える、二次電池用電池部材の製造方法。
  2.  前記切断は機械的切断である、請求項1に記載の製造方法。
  3.  前記電解質材料層は、ポリマと、電解質塩と、溶媒と、を含有する、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載の製造方法により得られた電池部材を外装体に収容する工程を備える、二次電池の製造方法。
  5.  一対の電極層と、該電極層間に設けられた電解質層と、を備える二次電池用電池部材であって、
     前記電池部材を積層方向に対して垂直な方向から見たときの前記電池部材の端面が略連続面を形成している、電池部材。
  6.  前記電解質層は、ポリマと、電解質塩と、溶媒と、を含有する、請求項5に記載の電池部材。
  7.  請求項5又は6に記載の電池部材と、
     前記電池部材を収容する外装体と、を備える二次電池。
PCT/JP2019/018607 2018-05-14 2019-05-09 二次電池用電池部材の製造方法、及び、二次電池 WO2019221010A1 (ja)

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