WO2021033469A1 - 二次電池 - Google Patents

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Definitions

  • the inventor of the present application noticed that there was a problem to be overcome with the conventional secondary battery, and found the necessity to take measures for that. Specifically, the inventor of the present application has found that there are the following problems.
  • the "positive electrode active material" of the positive electrode material layer is made of, for example, granules, and a binder (also referred to as “binding material”) is used as a binder (also referred to as “binding material”) for better contact between particles and shape retention. It is preferable that it is contained in. Further, a conductive auxiliary agent may be contained in the positive electrode material layer in order to facilitate the transfer of electrons that promote the battery reaction.
  • the conductive auxiliary agent that can be contained in the positive electrode material layer is not particularly limited, but is carbon black such as thermal black, furnace black, channel black, ketjen black and acetylene black, graphite, carbon nanotubes and vapor phase. At least one selected from carbon fibers such as grown carbon fibers, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver, and polyphenylene derivatives can be mentioned.
  • the binder of the positive electrode material layer is polyvinylidene fluoride
  • the conductive auxiliary agent of the positive electrode material layer is carbon black.
  • the binder and conductive aid of the positive electrode material layer are a combination of polyvinylidene fluoride and carbon black.
  • the negative electrode active material of the negative electrode material layer is artificial graphite.
  • the lithium alloy of the negative electrode active material may be an alloy of a metal that can be alloyed with lithium, for example, Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, It is a binary, ternary or higher alloy of a metal such as Zn or La and lithium.
  • the modified carbon material includes, for example, modification such as imparting or introducing a functional group to the surface of the carbon material by a chemical modification method or a physical modification method.
  • the volume fraction of the conductive filler in the current collecting layer and the conductive adhesive layer is not particularly limited, but the total amount (volume) of the polymer material and the conductive filler in each of the layers is 100 vol%, which is 5 vol%. More than 95 vol% or less. When the content volume ratio is 5 vol% or more, sufficient conductivity can be imparted to the current collector or the conductive adhesive layer. Further, when the content volume ratio is 95 vol% or less, the gap that may occur between the polymer material and the polymer material can be further reduced.
  • the volume fraction of the conductive filler is preferably 8 vol% or more and 30 vol% or less, for example, 10 vol% or more and 20 vol% or less.
  • the electrode assembly including the positive electrode, the negative electrode and the separator is enclosed in the outer body together with the "electrolyte".
  • the electrolyte can assist the movement of metal ions released from the electrodes (positive electrode / negative electrode).
  • the electrolyte may be a "non-aqueous” electrolyte such as an organic electrolyte and an organic solvent, or it may be a "water-based” electrolyte containing water.
  • the secondary battery of one embodiment is preferably a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an electrolyte containing a "non-aqueous" solvent and a solute is used as the electrolyte.
  • the electrolyte may have a form such as liquid or gel (note that the "liquid" non-aqueous electrolyte is also referred to as "non-aqueous electrolyte solution" in the present specification).
  • the secondary battery may be provided with an electrode terminal. That is, the secondary battery may be provided with a terminal for electrically connecting to the outside. It is preferable to use a material having a high conductivity for the electrode terminals.
  • the material of the electrode terminal is not particularly limited, and at least one selected from the group consisting of silver, gold, copper, iron, tin, platinum, aluminum, nickel, and stainless steel can be mentioned.
  • a precursor of an electrode assembly is obtained by arranging a positive electrode, a negative electrode and a separator in a predetermined order and laminating or winding them.
  • the precursor of the electrode assembly may be, for example, a plane laminated electrode assembly 200 (see FIGS. 1 and 2) in which a positive electrode 1, a negative electrode 2 and a separator 3 are laminated in the thickness direction.
  • the precursor of the electrode assembly may be a wound electrode assembly 200 (see FIG. 3) by winding the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3.
  • the conductive adhesive layer containing 12 vol% of the conductive filler of Example 1 has a single digit initial penetration resistance, and can be a secondary battery having better conductivity. confirmed.

Abstract

集電層、当該集電層にそれぞれ設けられた正極および負極の電極材層、ならびに異極の電極材層間に設けられたセパレータを含む電極組立体を有する二次電池であって、集電層と正極電極材層との間、および集電層と負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられた導電性接着層を有し、当該導電性接着層が、高分子材および導電性フィラーを含み、導電性接着層において、水銀ポロシメータで測定した0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さない二次電池が提供される。

Description

二次電池
 本発明は二次電池に関する。
 二次電池は、いわゆる蓄電池ゆえ充電・放電の繰り返しが可能であり、様々な用途に用いられている。例えば、携帯電話、スマートフォンおよびノートパソコンなどのモバイル機器に二次電池が用いられている。
 二次電池は、概して、外装体内に電極組立体が収容された構造を有する。
国際公開第2016/031690号
 本願発明者は、従前の二次電池では克服すべき課題があることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者は見出した。
 二次電池は、概して、集電層にそれぞれ設けられた正極および負極の電極材層、ならびに異極の電極材層間に設けられたセパレータを含む電極組立体が外装体に封入された構造を有する。さらに、一般的な二次電池は、電極組立体とともに集電タブおよび電解質などの構成要素を外装体内に含むことができる。
 集電層と電極材層との接着性を向上させるために、それらの層間に導電性フィラーを含む導電性接着層を設けた二次電池が提案されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、そのような二次電池は、耐久性が十分でない場合がある。
 具体的には、従前の二次電池において、導電性接着層(例えば、正極導電性接着層12)に存在し得る細孔(例えば、バインダーまたは高分子材12Aと、導電性フィラー12Bとの間の空隙12v)を介して浸入し得る電解質と導電性フィラー12Bとが接触することで、それらの間で副反応が生じる場合がある(図10参照)。それによって、導電性フィラー12Bの導電性が損なわれる虞がある。
 本発明はかかる課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の主たる目的は、より高い耐久性を有する二次電池を提供することである。
 本発明は、集電層、当該集電層にそれぞれ設けられた正極および負極の電極材層、ならびに異極の電極材層間に設けられたセパレータを含む電極組立体を有する二次電池であって、集電層と正極電極材層との間、および集電層と負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられた導電性接着層を有し、当該導電性接着層が、高分子材および導電性フィラーを含み、導電性接着層において、水銀ポロシメータで測定した0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さない二次電池に関する。
 本開示の二次電池は、より高い耐久性、特により高いサイクル耐久性および保存耐久性を有する。
 具体的には、一実施形態の二次電池において、集電層と正極電極材層との間、および集電層と負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられた導電性接着層が、高分子材および導電性フィラーを含む。また、当該導電性接着層において、水銀ポロシメータで測定した0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さない。
 導電性接着層がそのような構造を有することで、電解質が浸入し得る細孔または空隙を減じることができる。それによって、電解質と導電性フィラーとの副反応を減じることができ、より高い耐久性を有する二次電池とすることができる。
図1は、一実施形態の二次電池の非双極型電極を有する平面積層型電極組立体を示す模式的断面図である。 図2は、一実施形態の二次電池の双極型電極を有する平面積層型電極組立体を示す模式的断面図である。 図3は、一実施形態の二次電池の非双極型電極を有する巻回型電極組立体を示す模式的断面図である。 図4は、一実施形態の非双極型電極を有する二次電池を示す模式的断面図である。 図5は、一実施形態の双極型電極を有する二次電池を示す模式的断面図である。 図6は、一実施形態の二次電池の導電性接着層を示す模式的断面図である。 図7は、一実施形態の二次電池を構成する電極組立体の構成部材を説明するための模式的斜視図を示す。 図8は、一実施形態の平面積層型二次電池を構成する電極の組立方法を説明するための模式的斜視図を示す。 図9は、一実施形態の実施例および比較例における導電性接着層の細孔分布を示すグラフ図である。 図10は、従来技術に係る二次電池の導電性接着層を示す模式的断面図を示す。
 以下では、本発明の一実施形態に係る二次電池をより詳細に説明する。必要に応じて図面を参照して説明を行うものの、図面における各種の要素は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観や寸法比などは実物と異なり得る。
 本明細書で直接的または間接的に説明される「厚み方向」は、二次電池を構成する電極材を重ねる方向(または、積層する方向)に基づいている。例えば、扁平状電池などの「板状に厚みを有する二次電池」でいえば、“厚み”の方向は、かかる二次電池の板厚方向に相当する。換言すれば、“厚み”の方向は、二次電池を構成する面のうち、最も小さい寸法を有する面に対して平行となる方向に基づいている。
 本明細書における「断面視」とは、厚み方向に対して略垂直な方向に沿って対象物を捉えた場合の形態(換言すれば、厚み方向に略平行な面で切り取った場合の形態)に基づいている。端的にいえば、図1などに示される対象物の断面の形態に基づいている。
[二次電池の基本構成]
 本発明は二次電池を提供する。本明細書中、「二次電池」という用語は充電・放電の繰り返しが可能な電池のことを指している。「二次電池」は、その名称に過度に拘泥されるものではなく、例えば、「蓄電デバイス」なども包含し得る。
 「正極」および「負極」の電極は、集電層および電極材層を少なくとも含む。電極において、集電層の少なくとも一方の面に電極材層が設けられていればよく、両面に設けられていてもよい。
 集電層の両面に電極材層が設けられる場合、両面に同極の電極材層を設けてよく(すなわち、非双極型電極であってよく)、両面にそれぞれ異極の電極材層を設けてもよい(すなわち、双極型電極であってもよい)。エネルギー密度向上の観点から、電極は、双極型電極であることが好ましい。
 電極は、集電層と電極材層との間に設けられた「導電性接着層」をさらに含む。当該導電性接着層は、正極および負極の電極のうちの少なくとも一方に設けられていればよい。具体的には、導電性接着層は、集電層と正極電極材層との間、および集電層と負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられていればよい。耐久性向上の観点から、正極および負極の電極の双方に導電性接着層が設けられていることが好ましい。
 導電性接着層は集電層の少なくとも一方の面に設けられていればよく、両面に設けられていてもよい。耐久性向上の観点から、導電性接着層は集電層の両面に設けられていることが好ましい。
 一実施形態の二次電池は、集電層にそれぞれ設けられた正極および/または負極の電極材層、ならびに異極の電極材層間に設けられたセパレータを含む電極構成単位が積層した電極組立体を有する。
 図1~図3は、電極組立体200を例示している。電極組立体200は、例えば、集電層40に同極の電極材層(すなわち、正極電極材層11または負極電極材層21)のみが設けられる非双極型電極から構成されていてよい(図1参照)。
 ここで、正極1は、集電層40および当該集電層40の両面または片面に設けられた正極電極材層11を含む。同様に、負極2は、集電層40および当該集電層40の両面または片面に設けられた負極電極材層21を含む(図1参照)。
 電極組立体200は、集電層40の両面にそれぞれ異極の電極材層が設けられる双極型電極から構成されていてもよい(図2参照)。より具体的には、集電層40の一方の面に正極電極材層11が設けられ、他方の面に負極電極材層21が設けられていてもよい。ここで、正極1および負極2は、一つの集電層40を共有している。
 正極1は、集電層40と正極電極材層11との間に設けられた正極導電性接着層12をさらに含む(図1~図3参照)。同様に、負極2は、集電層40と負極電極材層21との間に設けられた負極導電性接着層22をさらに含む。
 電極組立体200は、正極1と負極2とがセパレータ3を介して積み重なって電極構成単位100を成しており、当該電極構成単位100が少なくとも1つ以上積み重なって電極組立体が構成されていてよい。
 電極組立体200は、正極1と負極2とがセパレータ3を介して積層されて成る平面積層型電極組立体であってよい(図1および図2参照)。または、電極組立体200は、正極1、負極2およびセパレータ3が巻回されて成る巻回型電極組立体200であってもよい(図3参照)。
 平面積層型電極組立体は、単一の電極およびセパレータが複数回積層された積層構造であってよく、複数の電極が連結部を介して成る電極マルチユニットを、電極間にセパレータを介しつつ、連結部を折り曲げた折り畳み構造であってもよい。
 正極および負極に含まれ得る電極活物質、即ち、正極活物質および負極活物質は、二次電池において電子の受け渡しに直接関与する物質であり、充放電、すなわち電池反応を担う正極および負極の主物質である。
 より具体的には、「正極電極材層に含まれる正極活物質」および「負極電極材層に含まれる負極活物質」に起因して電解質にイオンがもたらされ、かかるイオンが正極と負極との間で移動して電子の受け渡しが行われて充放電がなされる。
 正極電極材層および負極電極材層は特にリチウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、非水電解質を介してリチウムイオンが正極と負極との間で移動して電池の充放電が行われ得る非水電解質二次電池となっていることが好ましい。
 充放電にリチウムイオンが関与する場合、一実施形態の二次電池は、いわゆるリチウムイオン電池に相当し、正極および負極がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層を有している。
 正極電極材層の「正極活物質」は、例えば、粒状体から成るところ、粒子同士のより十分な接触と形状保持のためにバインダー(「結着材」とも称される)が正極電極材層に含まれていることが好ましい。更には、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が正極電極材層に含まれていてもよい。
 同様にして、負極電極材層の「負極活物質」は、例えば、粒状体から成るところ、粒子同士のより十分な接触と形状保持のためにバインダーが含まれることが好ましく、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が負極電極材層に含まれていてもよい。
 上述のように、複数の成分が含有されて成る形態ゆえ、正極電極材層および負極電極材層はそれぞれ「正極合材層」および「負極合材層」などと称すこともできる。
 「正極活物質」は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、正極活物質は、例えば、リチウム含有複合酸化物であることが好ましい。
 より具体的には、正極活物質は、リチウムと、コバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄から成る群から選択される少なくとも1種の遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい。つまり、本実施形態に係る二次電池の正極電極材層においては、そのようなリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質として好ましくは含まれている。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、または、それらの遷移金属の一部を別の金属で置き換えたものである。
 そのような正極活物質は、単独種として含まれてよいものの、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。より好適な態様では正極電極材層に含まれ得る正極活物質がコバルト酸リチウムとなっている。
 正極電極材層に含まれる得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド-テトラフルオロエチレン共重合体およびポリテトラフルオロエチレンなどから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
 正極電極材層に含まれ得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維などの炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀などの金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも1種を挙げることができる。より好適な態様では正極電極材層のバインダーはポリフッ化ビニリデンであり、また、別のより好適な態様では正極電極材層の導電助剤はカーボンブラックである。さらに好適な態様では、正極電極材層のバインダーおよび導電助剤が、ポリフッ化ビニリデンとカーボンブラックとの組合せとなっている。
 正極電極材層の厚み方向寸法は、特に制限されるわけではないが、1μm以上300μm以下が好ましく、例えば、5μm以上200μm以下である。正極電極材層の厚み方向寸法は二次電池内部での厚みであって、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 「負極活物質」は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、負極活物質は、例えば、各種の炭素材料、酸化物、または、リチウム合金などであることが好ましい。
 負極活物質の各種の炭素材料としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、ハードカーボン、ソフトカーボン、ダイヤモンド状炭素などを挙げることができる。特に、黒鉛は電子伝導性が高く、負極集電層との接着性が優れる点などで好ましい。
 負極活物質の酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化リチウムなどから成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
 そのような酸化物は、その構造形態としてアモルファスとなっていることが好ましい。結晶粒界または欠陥といった不均一性に起因する劣化が引き起こされにくくなるからである。より好適な態様では負極電極材層の負極活物質が人造黒鉛となっている。
 負極活物質のリチウム合金は、リチウムと合金形成され得る金属の合金であればよく、例えば、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、Laなどの金属とリチウムとの2元、3元またはそれ以上の合金である。
 負極電極材層に含まれ得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド系樹脂およびポリアミドイミド系樹脂から成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。より好適な実施形態では負極電極材層に含まれるバインダーはスチレンブタジエンゴムとなっている。
 負極電極材層に含まれ得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維などの炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀などの金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも1種を挙げることができる。なお、負極電極材層には、電池製造時に使用された増粘剤成分(例えば、カルボキシルメチルセルロース)に起因する成分が含まれていてもよい。
 さらに好適な態様では、負極電極材層における負極活物質およびバインダーが人造黒鉛とスチレンブタジエンゴムとの組合せとなっている。
 負極電極材層の厚み方向寸法は、特に制限されるわけではないが、1μm以上300μm以下が好ましく、例えば、5μm以上200μm以下である。負極電極材層の厚み方向寸法は二次電池内部での厚みであって、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 正極および負極に用いられ得る「集電層」は電池反応に起因して活物質で発生した電子を集めたり供給したりするのに資する部材であればよい。
 集電層は、シート状の金属部材であってよく、多孔または穿孔の形態を有していてよい。例えば、集電層は、金属箔、パンチングメタル、網またはエキスパンドメタルなどである。
 正極に用いられ得る集電層は、アルミニウム、ステンレス鋼およびニッケルなどから成る群から選択される少なくとも1種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えば、アルミニウム箔である。
 一方、負極に用いられ得る集電層は、銅、ステンレス鋼およびニッケルなどから成る群から選択される少なくとも1種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えば、銅箔である。
 双極型電極に用いられ得る集電層は、ステンレス鋼およびニッケルなどから成る群から選択される少なくとも1種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えば、ステンレス鋼箔である。
 本明細書におけるステンレス鋼とは、「JIS G 0203 鉄鋼用語」に規定されている通り、クロムまたはクロムとニッケルとを含有させた合金鋼で、一般にはクロム含有量が全体の約10.5%以上の鋼をいう。そのようなステンレス鋼としては、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼、および析出硬化系ステンレス鋼から成る群から選択されるステンレス鋼が挙げられる。
 また、集電層は、高分子材を含む樹脂集電層であってもよい。集電層が高分子材を含むことで、集電層をより軽量化することができる。それによって、二次電池のエネルギー密度をより向上させることができる。
 樹脂集電層は、導電性フィラーをさらに含んでいてもよい。樹脂集電層が導電性フィラーを含むことで、当該樹脂集電層の導電性をより向上させることができる。
 集電層の厚み方向寸法は特に限定されず、1μm以上30μm以下が好ましく、例えば、5μm以上15μm以下であってもよい。集電層の厚み方向寸法は二次電池内部での厚みであって、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 「導電性接着層」は、「高分子材」および「導電性フィラー」を含む。導電性接着層が高分子材を含むことで、集電層と電極材層とを好適に接着させることができ、二次電池の耐久性をより向上させることができる。また、導電性接着層が導電性フィラーを含むことで、集電層と電極材層とを電気的により好適に接続することができる。
 導電性フィラーは高分子材において分散した形態を有していてよい。換言すれば、高分子材は導電性フィラーのマトリックスとして機能してよい。
 集電層および導電性接着層に用いる高分子材は、導電性高分子を含んでよく、導電性を有さない高分子を含んでもよい。また、該高分子材は単独でもまたは2種以上を混合して用いることができる。
 導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を含む。特に制限されるわけではないが、ポリエン系の導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などから選択される少なくとも1種を挙げることができる。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレンがより好ましい。
 導電性を有さない高分子は、特に制限されるわけではないが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、またはこれらの混合物などから選択される少なくとも1種を挙げることができる。
 「導電性フィラー」は、導電性を有する材料から選択される。また、導電性フィラーは、イオン透過を抑制する観点から、イオン伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。
 導電性フィラーは、単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、導電性フィラーは、粒子系セラミック材や樹脂材の周りに、下記記載される変性剤などの材料を塗布したものであってもよい。
 導電性フィラーは、特に制限されるわけではないが、カーボン材、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケル、ジルコニウム、タンタルおよびニオブ、ステンレス(SUS)などのこれらの合金材などから選択される1種以上を挙げることができる。
 耐食性の観点から、導電性フィラーは、カーボン材、アルミニウム、ステンレスおよびニッケルなどから選択される1種以上であることが好ましい。高い導電性を保持し、また他の電池構成部材へのコンタミに起因する短絡を防止できることから、カーボン材であることが特に好ましい。
 カーボン材は、アセチレンブラック、カーボンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、ハードカーボン、およびフラーレンなどから選択される1種以上であることが好ましく、例えば、アセチレンブラックである。
 これらのカーボン材は、電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン材は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。
 集電層および導電性接着層に用いる高分子材は、変性高分子を含んで成ってよい。ならびに/または、集電層および導電性接着層に用いる導電性フィラーは、変性させたカーボン材を含んで成ってよい。
 変性高分子とは、例えば、高分子材における側鎖に官能基を直接的に付加または導入し、および/またはグラフトさせて官能基を付加するといった変性、ならびにそれらの表面および末端を化学修飾した変性などが挙げられる。高分子材の変性方法としては、例えば、変性剤を用いるグラフト変性や共重合化などが挙げられる。
 変性に用いる変性剤には、例えば、不飽和カルボン酸およびその誘導体などがある。不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ナジック酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸、ソルビン酸、メサコン酸、アンゲリカ酸、フタル酸などが挙げられる。また、その誘導体としては、酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩などがある。例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、マレイン酸モノエチルエステル、アクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイミド、N-ブチルマレイミド、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも、不飽和ジカルボン酸およびその誘導体が好ましく、例えば、無水マレイン酸および無水フタル酸である。
 また、変性させたカーボン材とは、例えば、化学修飾法または物理修飾法によって、カーボン材の表面に官能基を付与または導入するといった変性が挙げられる。
 上述のように、変性させた高分子材および/または導電性フィラーを用いることで、材料間の親和性をより高めることができる。それによって、集電層および導電性接着層の耐久性をさらにより高めることができる。
 導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒子状、粉末状、繊維状、板状、塊状、布状、またはメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、広範囲にわたって導電性を付与したい場合は、粒子状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状などの形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。
 導電性フィラーの平均粒径(一次粒子の平均粒径)は、特に限定されるものではないが、0.01μm以上10μm以下である。かかる平均粒径が0.01μm以上であると、高分子材との間に生じ得る間隙をより小さくすることができる。また、かかる平均粒径が10μm以下であると、導電性フィラーの分散性をより高めることができる。導電性フィラーの平均粒径は、好ましくは0.01μm以上3μm以下であり、例えば、0.01μm以上1μm以下である。
 なお、本明細書における「粒径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味する。「平均粒径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)および透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒径の平均値として算出され得る値を採用してよい。
 集電層および導電性接着層における導電性フィラーの含有体積率は、特に制限されないが、かかるそれぞれの層中の高分子材と導電性フィラーとの合計量(体積)を100vol%として、5vol%以上95vol%以下である。かかる含有体積率が5vol%以上であることで、集電体または導電性接着層により十分な導電性を付与することができる。また、かかる含有体積率が95vol%以下であることで、高分子材との間に生じ得る間隙をより小さくすることができる。導電性フィラーの含有体積率は、好ましくは8vol%以上30vol%以下であり、例えば、10vol%以上20vol%以下である。
 上述する導電性接着層には、高分子材および導電性フィラーの他、他の添加剤を含んでいてもよい。他の添加剤の例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレンなどのカルボン酸変性ポリプロピレンなどが挙げられる。他の添加剤の含有体積率としては、特に制限されないが、例えば、高分子材と導電性フィラーとの合計量100vol%に対して、1vol%以上25vol%以下である。
 導電性接着層の厚み方向寸法は特に限定されず、0.1μm以上10μm以下が好ましく、例えば、1μm以上5μm以下である。導電性接着層の厚み方向寸法は二次電池内部での厚みであって、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 「セパレータ」は、正極および負極の接触による短絡防止および電解質保持などの観点から設けられ得る部材である。換言すれば、セパレータは、正極と負極との間の電子的接触を防止しつつイオンを通過させる部材であるといえる。好ましくは、セパレータは多孔性または微多孔性の絶縁性部材であり、その小さい厚みに起因して膜形態を有している。
 あくまでも例示にすぎないが、ポリオレフィン製の微多孔膜がセパレータとして用いられてよい。この点、セパレータとして用いられる微多孔膜は、例えば、ポリオレフィンとしてポリエチレン(PE)のみ又はポリプロピレン(PP)のみを含んだものであってよい。更にいえば、セパレータは、“PE製の微多孔膜”と“PP製の微多孔膜”とから構成される積層体であってもよい。セパレータの表面は無機粒子コート層および/または接着層などにより覆われていてもよい。セパレータの表面は接着性を有していてもよい。
 セパレータの厚み方向寸法は、特に制限されるわけではないが、1μm以上100μm以下が好ましく、例えば、5μm以上20μm以下である。セパレータの厚み方向寸法は二次電池内部での厚み(特に正極電極材層と負極電極材層との間での厚み)であって、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 一実施形態の二次電池では、正極、負極およびセパレータを含む電極組立体が「電解質」と共に外装体に封入されていることが好ましい。電解質は電極(正極・負極)から放出された金属イオンの移動を助力することができる。電解質は有機電解質および有機溶媒などの“非水系”の電解質であっても、または水を含む“水系”の電解質であってもよい。一実施形態の二次電池は、電解質として“非水系”の溶媒と、溶質とを含む電解質が用いられた非水電解質二次電池が好ましい。電解質は液体状またはゲル状などの形態を有し得る(なお、本明細書において“液体状”の非水電解質は「非水電解質液」とも称される)。
 具体的な非水電解質の溶媒としては、少なくともカーボネートを含むものが好ましい。かかるカーボネートは、環状カーボネート類および/または鎖状カーボネート類であってもよい。特に制限されるわけではないが、環状カーボネート類としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)およびビニレンカーボネート(VC)から成る群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。鎖状カーボネート類としては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジプロピルカーボネート(DPC)から成る群から選択される少なくも1種を挙げることができる。本発明の1つの好適な実施形態では、非水電解質として環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組合せが用いられ、例えば、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物が用いられる。具体的な非水電解質の溶質としては、例えば、LiPFおよびLiBFなどのリチウム塩が好ましい。
 「外装体」は、ハードケースであってよく、フレキシブルケースであってもよい。外装体がハードケースである場合、外装体は、例えば、第1外装体と第2外装体の2パーツ構成を有していてよい。外装体は、例えば、本体部および蓋部などの2つの部材から構成されていてよい。例えば、外装体が本体部および蓋部から構成される場合、本体部と蓋部とは、例えば、電極組立体、電解質および集電タブ、ならびに所望により電極端子の収容後、互いに密封されてよい。密封方法としては、特に限定されず、例えば、レーザー照射法などが挙げられる。
 外装体の本体部および蓋部を構成する材料としては、二次電池の分野でハードケース型外装体を構成し得るあらゆる材料が使用可能である。そのような材料は、電子の移動が達成され得る導電性材料であってもよいし、または電子の移動が達成され得ない絶縁材であってもよい。外装体の材料は、電極取り出しの観点から、導電性材であることが好ましい。
 導電性材としては、例えば、銀、金、銅、鉄、スズ、プラチナ、アルミニウム、ニッケルおよびステンレス鋼などから成る群から選択される金属材料が挙げられる。絶縁材としては、例えば、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ならびにポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、およびポリプロピレン)などから成る群から選択される絶縁性ポリマー材が挙げられる。
 外装体の本体部および蓋部の寸法は、主として電極組立体の寸法に応じて決定され、例えば電極組立体を収容したとき、外装体内での電極組立体の移動が防止され得る程度の寸法を有することが好ましい。電極組立体の移動を防止することにより、衝撃などによる電極組立体の損傷を防止し、二次電池の安全性をより向上させることができる。
 外装体がフレキシブルケースである場合、当該フレキシブルケースは、ラミネートフィルムから成るパウチなどの形態であってよい。ラミネートフィルムとしては、少なくとも金属層(例えば、アルミニウムなど)と接着層(例えば、ポリプロピレンおよびポリエチレンなど)とが積層され得る構成であり、付加的に保護層(例えば、ナイロンおよびポリアミドなど)が積層され得る構成であってもよい。
 外装体の厚み方向寸法は、特に制限されるわけではないが、10μm以上200μm以下が好ましく、例えば、50μm以上100μm以下である。外装体の厚み方向寸法は、任意の10箇所における測定値の平均値を用いている。
 集電タブ(すなわち、正極集電タブおよび負極集電タブ)は、外装体に設けられた開口部(または間隙)を介してそれぞれ外部に導出されていてよい。または、正極集電タブおよび負極集電タブは、外装体に設けられた電極端子にそれぞれ電気的に接続され、当該電極端子を介してそれぞれ外部に導出されていてもよい。
 集電タブは、二次電池の分野で使用されているあらゆる集電タブが使用可能である。集電タブは、電子の移動が達成され得る材料から構成されていればよく、導電性材料から構成されていてよい。例えば金属材料から集電タブが構成されてよい。かかる金属材料としては、通常は銀、金、銅、鉄、スズ、プラチナ、アルミニウム、ニッケルおよびステンレス鋼などから成る群から選択さる材料を挙げることができる。集電タブの形態は、特に限定されない。例えば、集電タブの全体形状が線状であってもよいし、または板状であってもよい。
 二次電池には、電極端子が設けられていてよい。つまり、外部と電気的に接続するための端子が二次電池に設けられていてよい。電極端子は、導電率が大きい材料を用いることが好ましい。電極端子の材質としては、特に制限するわけではないが、銀、金、銅、鉄、スズ、プラチナ、アルミニウム、ニッケルおよびステンレス鋼から成る群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。
 図4および図5に示す例示態様でいえば、二次電池400において、電極組立体200が外装体300に収容されている。外装体300は本体部および蓋部から構成され、かかる本体部と蓋部との間には絶縁部300Iが設けられている。
 電極組立体200において、正極1の集電層40および負極2の集電層40にそれぞれ取り付けられた正極集電タブ51および負極集電タブ52が、それぞれ外部に導出されている。
 ここで、電極組立体200において、正極1および負極2の集電層40が、直接的にそれぞれ外部に導出されていてもよい。
 非双極型電極を有する電極組立体200において、各正極1および各負極2における集電層40の全てが、集電タブを介してまたは直接的にそれぞれ外部に導出されている(図4参照)。
 双極型電極を有する電極組立体200において、最外層に位置付けられた正極1および負極2における集電層40のみが、集電タブを介してまたは直接的にそれぞれ外部に導出されている(図5参照)。
[二次電池の特徴]
 本開示の二次電池は、正極、負極およびセパレータを含む電極組立体を有する電池であるところ、正極および負極の電極における構成部材の構造の点で特徴を有する。
 具体的には、一実施形態の二次電池の電極において、集電層と正極電極材層との間、および集電層と負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられた導電性接着層が高分子材および導電性フィラーを含む。また、当該導電性接着層において、水銀ポロシメータで測定した0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さない。
 導電性接着層において、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さないことで、導電性接着層内の細孔または空隙を好適に減じることができる。特に、高分子材と導電性フィラーとの間に集中的に生じ得る略同径の細孔または空隙を減じることができる。
 図6に示す例示態様でいえば、上述のような構成によって、導電性接着層(例えば、正極導電性接着層12)における空隙(例えば、高分子材12Aと導電性フィラー12Bとの間の空隙12v(すなわち、細孔))を小さくすることができる。それによって、かかる空隙または細孔を介して浸入し得る電解質の量を減ずることができ、電解質と導電性フィラー12Bとの接触を減じることができる。したがって、電解質および導電性フィラー12Bにおける副反応を抑制することができ、より高い耐久性を有する二次電池とすることができる。
 本明細書でいう「0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積」とは、水銀ポロシメータ(例えば、micromeritics AutoPore IV(島津製作所製))を用いて得られる測定値であってよい。かかる測定における測定手順(評価手法)および測定条件を詳述しておくと以下のようになる。
[測定手順(評価手法)]
 (1)まず、以下のように測定サンプルを作製する。
 銅箔(例えば、古河電気工業社製/電解銅箔)上に、所望の厚みとなるように後述する導電性接着ペーストを塗布する。その後、80℃で10分以上真空乾燥させることで導電性接着層を形成する。次いで、得られた銅箔と、当該銅箔上に形成された導電性接着層を所定の形状に切り出し、測定サンプルを得る。
 (2)測定サンプルの重量を測定し、測定サンプルを測定用セルに所定の方法でセットする。
 (3)0.12MPaから125MPaまで指数関数的に圧力を増加させ、各圧力と押し込まれた水銀容積との関係から「0.01μm以上5μm以下」の細孔直径範囲での細孔分布、例えば、細孔直径に対する「log微分細孔容積」を算出する。ここで、細孔直径の自然対数値が約0.2ごとの間隔でlog微分細孔容積を算出する。
 本明細書でいう「極大値」とは、上述の手順にて測定した細孔分布において、細孔直径を変化させた場合に、log微分細孔容積の値が増加傾向から減少傾向に変わる測定点であって、隣り合う測定点間のlog微分細孔容積の差が「0.02以上」ある測定点を指す。
 本明細書でいう「極大値を有さない」とは、細孔分布において、細孔直径を変化させた場合に、log微分細孔容積の値が増加傾向から減少傾向に変わる測定点であって、隣り合う測定点間のlog微分細孔容積の差が0.02以上ある測定点が存在しないことを指す。換言すれば、「極大値を有さない」とは、細孔分布において、隣り合う測定点間のlog微分細孔容積の差がいずれの点においても0.02以下であることを指す。また、隣り合う測定点間のlog微分細孔容積の差がいずれの点においても0.02を超える場合、「極大値を有する」と言うことができる。
 一実施形態では、「log微分細孔容積」の「最大値」が0.06ml/g以下である。すなわち、log微分細孔容積の最大値が0.00ml/g(ゼロ)以上0.06ml/g以下である。log微分細孔容積の最大値が0.06ml/g以下であることで、より電解質が浸入し易い大きな径を有する細孔または空隙を減じることができる。それによって、電解質と導電性フィラーとの接触をより一層減じることができ、電解質および導電性フィラーにおける副反応を特に抑制することができる。
 電解質の浸入をより防止する観点から、log微分細孔容積の最大値は0.04ml/g以下であることが好ましく、例えば、0.02ml/g以下である。
 一実施形態では、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積の積算値が0.00ml/g(ゼロ)以上0.15ml/g以下である。ここで「積算値」とは、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲において、細孔直径の自然対数値が約0.2ごとの間隔で算出した各log微分細孔容積の合計値を指す。
 電解質の浸入をより防止する観点から、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積の積算値は、0.14ml/g以下であることが好ましく、例えば、0.13ml/g以下である。
 一実施形態では、導電性接着層における導電性フィラーの体積含有率は、高分子材と導電性フィラーのとの合計量(体積)を100vol%として、例えば5vol%以上、好ましくは10vol%以上である。導電性フィラーの体積含有率が5vol%以上、好ましくは10vol%以上であることで、導電性接着層の抵抗をより一層低くすることができる。それによって、集電層と電極材層との導電性をより向上させることができる。
 導電性接着層の抵抗をより低くする観点から、導電性接着層における導電性フィラーの体積含有率は11vol%以上であることが好ましく、例えば、12vol%以上である。
 また、導電性接着層における細孔をより減じる観点から、導電性接着層における導電性フィラーの体積含有率は20vol%以下であることが好ましく、例えば、15vol%以下である。
 一実施形態では、高分子材および導電性フィラーの「RSP値」が、例えば0.3以上、好ましくは0.5以上である。かかるRSP値が0.3以上、好ましくは0.5以上であることで、高分子材と導電性フィラーとの親和性を高めることができる。それによって、高分子材と導電性フィラーとの間に生じ得る細孔をより一層減じることができる。高分子材および導電性フィラーのRSP値は、上限値として、例えば2.0以下である。
 高分子材と導電性フィラーとの間の細孔をより減じる観点から、高分子材および導電性フィラーのRSP値は0.6以上であることが好ましく、例えば、0.7以上である。
 本明細書でいう「高分子材および導電性フィラーのRSP値」とは、パルスNMR方式粒子界面特性評価装置(例えば、Acom Area(日本ルフト社製))を用いて得られる測定値であってよい。かかる測定における測定手順(評価手法)および測定条件を詳述しておくと以下のようになる。
[測定手順(評価手法)]
 (1)所定の重量の測定サンプル(すなわち、高分子材および導電性フィラー)をそれぞれ装置にセットする。
 (2)特定のパルスシーケンスから、測定サンプルのT1(縦緩和時間)およびT2(横緩和時間)を測定する。
 (3)以下の式(I)より、RSP値を計算する。ここで、Ravは平均緩和時定数を示し、Rは高分子材における分子の緩和時定数を示す。また、緩和時定数とは、緩和時間の逆数を示す。
 式(I):RSP=(Rav/R)-1
 一実施形態では、導電性接着層における高分子材が、変性高分子を含む。高分子材が、変性高分子を含むことで、導電性フィラーとの親和性をより一層高めることができる。それによって、高分子材と導電性フィラーとの間に生じ得る細孔を特に減じることができる。
 導電性フィラーとの親和性を高める(すなわち、RSP値を高める)観点、および導電性接着層への剛性付与の観点から、高分子材は、例えば、ポリオレフィンまたは変性ポリオレフィンであることが好ましく、変性ポリオレフィンであることがより好ましい。変性ポリオレフィンとして、官能基を導入した変性ポリオレフィンであることが好ましい。より具体的には、変性ポリオレフィンは、官能基を導入した変性ポリオレフィンとして、例えば、無水脂肪酸変性ポリオレフィンが挙げられ、なかでも無水脂肪酸変性ポリプロピレンが好ましく、例えば、無水マレイン酸変性ポリプロピレンである。
 一実施形態では、導電性フィラーがカーボン材である。導電性フィラーをカーボン材とすることで、導電性フィラーと電解質との副反応を抑制することができる。それによって、導電性接着層の耐久性をより向上させることができる。また、カーボンは軽量で優れた導電性を有するため、二次電池のエネルギー密度をより向上させることができる。
[二次電池の製造方法]
 本開示の二次電池は、例えば、以下の工程を含む製造方法により、製造することができる。つまり、本開示の二次電池の製造方法は、電極材ペーストおよび導電性接着ペーストを作製する工程(ペースト作製工程)、正極、負極およびセパレータを積層または巻回することで電極組立体を得る工程(電極組立工程)、ならびに電極組立体を外装体に収容させつつ、必要に応じて外装体内に電解質を注入する工程(収容工程)を含む。
 本開示の二次電池は、上述するように、正極、負極およびセパレータを所定の順序で配置して積層または巻回することで電極組立体の前駆体を得る。すなわち、電極組立体の前駆体は、例えば、正極1、負極2およびセパレータ3を厚み方向に積層した平面積層型電極組立体200(図1および図2参照)としてよい。または、電極組立体の前駆体は、正極1、負極2およびセパレータ3を巻回して巻回型電極組立体200(図3参照)としてもよい。以下では、非双極型の平面積層型電極組立体(図1参照)における製造方法について説明する。
 (ペースト作製工程)
 正極材ペーストは、正極活物質と、溶媒と、必要に応じて正極活物質結着剤などとを、所望の体積分率となるように混合することにより調製することができる。同様に、負極材ペーストは、負極活物質と、溶媒と、必要に応じて負極活物質結着剤などとを、所望の体積分率となるように混合することにより調製することができる。
 導電性接着ペーストは、高分子材と導電性フィラーとを、所望の体積分率となるように混合することにより調製することができる。混合は、高分子材において導電性フィラーがより分散するように超音波分散をかけながら行うことが好ましい。
 (電極組立工程)
 まずは、所望の形状/数の正極1、負極2およびセパレータ3を準備する(図7参照)。正極1において、集電層40の両面または片面に、所望の厚みとなるように導電性接着ペーストを塗布することで正極導電性接着層12が形成されている。また、当該正極導電性接着層12上に所望の厚みとなるように正極材ペーストを塗布することで、正極電極材層11が形成されている。ここで、(正極)集電層40は金属箔(例えば、アルミニウム箔)から成る。
 同様に、負極2において、集電層40の両面または片面に、所望の厚みとなるように導電性接着ペーストを塗布することで負極導電性接着層22が形成されている。また、当該負極導電性接着層22上に所望の厚みとなるように負極材ペーストを塗布することで、負極電極材層21が形成されている。ここで、(負極)集電層40は金属箔(例えば、銅箔)から成る。
 所望により、集電層上の導電性接着層、または導電性接着層および電極材層をプレスしてもよい。このようなプレスを行うことで、導電性接着層内に存在する細孔の容積を減じることができる。
 正極1および負極2における集電層40には、二次電池の外部に導出するための集電タブ(図示せず)がそれぞれ取り付けられ得る。
 次に、正極1、負極2および2枚のセパレータ3を所定の順序で配置/積層することで電極組立体の前駆体が得られる(図8参照)。
 使用され得るセパレータ3の寸法は、所望の電極組立体の前駆体が得られる限り特に限定されない。例えば、セパレータ3の幅方向rの幅寸法w1および長手方向sの長さ寸法w2は通常、正極1または負極2の幅寸法および長さ寸法に対して、それぞれ105%以上400%以下であることが好ましく、例えば、それぞれ120%以上200%以下である(図7参照)。
 (収容工程)
 先の工程において得られた電極組立体を外装体に収容させつつ、正極および負極の集電タブを外装体から延出させ(図4参照)、外装体内に電解質を注入する。
 本発明において、二次電池の製造方法は、上記の製造方法に限定されるものではない。
 以下、実施例に沿って本開示の二次電池を説明するが、本開示の二次電池はこれらの実施例によって制限されるものではない。
  (実施例1)
 上述する製造方法に従って、以下の特徴を有する評価用の導電性接着層および二次電池サンプルを作製した。
 ・導電性接着層において、高分子材は変性PPを、導電性フィラーはアセチレンブラック(デンカブラック社製/HS-100)を使用した。当該変性PPは、アセチレンブラックに対する濡れ性が良好であり、パルスNMRから得られたRSP値が0.70であった。
 ・導電性フィラーの体積含有率が12vol%となるように、導電性フィラーと高分子材とを所定量秤量し、超音波分散をかけながら、フィルミックス(登録商標)(プライミクス社製/ロボミックス)を用いて4000rpmで10分間混合した。
 ・集電層に銅箔(古河電気工業社製/電解銅箔)を用い、当該銅箔上に所望の厚みとなるように、導電性接着ペーストを塗布し、80℃で10分以上真空乾燥させることで導電性接着層を得た。
 ・得られた銅箔上の導電性接着層について、細孔分布および初期貫通抵抗を測定した。
 ・また、銅箔上の導電性接着層を用いて表1の二次電池サンプルを作製した。実施例および比較例では、導電性接着層の特性を確認することが目的であるため、電極における電極層は形成せずに二次電池サンプルを作製した。
 ・得られた二次電池サンプルについて、60℃に設定した恒温層内にて、初期の充放電を行った。次いで、0VCV充電をしながら7日間保存した。
 ・その後、二次電池サンプルを解体し、銅箔上の導電性接着層をDECで洗浄、乾燥した後に、保存後の銅箔上の導電性接着層の貫通抵抗を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  (実施例2)
 導電性接着層の高分子材をPPとし、導電性フィラーの体積含有率が5vol%となるように高分子材と混合した以外は実施例1と同様にして、評価用サンプル(すなわち、導電性接着層および二次電池サンプル)を得た。また、得られた評価用サンプルに対して、実施例1と同様の評価を行った。ここで、高分子材および導電性フィラーのRPS値は0.39であった。
  (比較例1)
 導電性接着層の高分子材をPPとした以外は実施例1と同様にして、評価用サンプルを得た。また、得られた評価用サンプルに対して、実施例1と同様の評価を行った。
  (比較例2)
 作製後の電極に対して、プレス機(サンクメタル社製/30t油圧式精密ロールプレス制御)を用いてgapを0に調整した状態でプレスを行った以外は比較例1と同様にして、評価用サンプルを得た。また、得られた評価用サンプルに対して、実施例1と同様の評価を行った。
 上述の実施例および比較例のサンプルの評価方法について、詳細を下記する。
[二次電池評価の詳細]
(導電性接着層の細孔分布)
 実施例および比較例における銅箔上の導電性接着層の細孔分布を、水銀ポロシメータ(micromeritics AutoPore IV(島津製作所製))を用いて、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲での細孔分布(細孔直径に対するlog微分細孔容積)ならびに極大値および最大値を測定/算出した。結果を表2および図9に示す。
(貫通抵抗)
 ACミリオームハイテスタ(日置電機社製/3560)を用いて、実施例および比較例サンプルにおける銅箔上の導電性接着層における初期および保存後の貫通抵抗をそれぞれ測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例1および実施例2における導電性接着層は、0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積において、極大値を有さないことが確認された(図9参照)。つまり、導電性接着層内の細孔が減じられていることが確認された。
 これに対して、比較例1および比較例2における導電性接着層は、細孔直径が1.06および0.68にて、それぞれ、log微分細孔容積が極大値を有していた(図9参照)。
 上述のような構造に起因して、実施例1および実施例2における導電性接着層の保存後の貫通抵抗は、初期貫通抵抗に比して大きな変化は見られなかった(表2参照)。一方、比較例1および比較例2における導電性接着層の保存後の貫通抵抗は、初期貫通抵抗に比して大きな変化(すなわち、100Ω、1000Ωまたは2000Ωを超える変化)が見られた。
 以上より、導電性接着層における0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さないこと、すなわち、導電性接着層における細孔または空隙を減じることで、導電性フィラーの副反応を抑制することができ、より高い耐久性を有する二次電池とすることができることを確認した。
 さらに、導電性接着層におけるフィラーの体積含有率が大きいほど、初期貫通抵抗を低くできることを確認した。具体的には、実施例1の導電性フィラーを12vol%含有した導電性接着層は1桁の初期貫通抵抗を有しており、より良好な導電性を有する二次電池とすることができることを確認した。
 また、導電性接着層にプレスを行うことで、当該導電性接着層内に存在する細孔の容積を減じることができることを確認した。具体的には、プレスを行っていない比較例1に比して、プレスを行った比較例2では、導電性接着層の細孔容積の最大値が減じられていた。それによって、導電性接着層における保存後の貫通抵抗の変化が4割程度減じることができることを確認した。
 以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。
 本開示の二次電池は、蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本開示の二次電池は、電気・電子機器などが使用される電気・情報・通信分野(例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパー、ウェアラブルデバイス、RFIDタグ、カード型電子マネー、スマートウォッチなどを含む電気・電子機器分野あるいはモバイル機器分野)、家庭・小型産業用途(例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野)、大型産業用途(例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野)、交通システム分野(例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野)、電力系統用途(例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野)、医療用途(イヤホン補聴器などの医療用機器分野)、医薬用途(服用管理システムなどの分野)、ならびに、IoT分野、宇宙・深海用途(例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野)などに利用することができる。
  1:正極
   11:正極電極材層
   12:正極導電性接着層
    12A:高分子材
    12B:導電性フィラー
    12v:空隙
   40:集電層
  2:負極
   21:負極電極材層
   22:負極導電性接着層
   40:集電層
  3:セパレータ
  5:集電タブ
   51:正極集電タブ
   52:負極集電タブ
  100:電極構成単位
  200:電極組立体
  300:外装体
   300I:絶縁部
  400:二次電池

Claims (11)

  1. 集電層、該集電層にそれぞれ設けられた正極および負極の電極材層、ならびに異極の電極材層間に設けられたセパレータを含む電極組立体を有する二次電池であって、
     前記集電層と前記正極電極材層との間、および前記集電層と前記負極電極材層との間の少なくとも一方に設けられた導電性接着層を有し、
     前記導電性接着層が、高分子材および導電性フィラーを含み、
     前記導電性接着層において、水銀ポロシメータで測定した0.01μm以上5μm以下の細孔直径範囲でのlog微分細孔容積が極大値を有さない、二次電池。
  2. 前記log微分細孔容積の最大値が0.06ml/g以下である、請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記導電性接着層における前記導電性フィラーの体積含有率が5vol%以上である、請求項1または2に記載の二次電池。
  4. 前記高分子材および前記導電性フィラーのRSP値が0.3以上である、請求項1~3のいずれかに記載の二次電池。
  5. 前記高分子材が変性高分子を含む、請求項1~4のいずれかに記載の二次電池。
  6. 前記高分子材がポリオレフィンまたは変性ポリオレフィンを含む、請求項1~4のいずれかに記載の二次電池。
  7. 前記変性高分子が、官能基を導入した変性ポリオレフィンである、請求項5に記載の二次電池。
  8. 前記導電性フィラーがカーボン材である、請求項1~7のいずれかに記載の二次電池。
  9. 前記集電層が高分子材を含む、請求項1~8のいずれかに記載の二次電池。
  10. 前記電極組立体が双極型構造を有する、請求項1~9のいずれかに記載の二次電池。
  11. 前記正極および前記負極がリチウムイオンを吸蔵放出可能となっている、請求項1~10のいずれかに記載の二次電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022206128A1 (zh) * 2021-03-30 2022-10-06 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262254A (en) * 1993-03-30 1993-11-16 Valence Technology, Inc. Positive electrode for rechargeable lithium batteries
JP2010212167A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Toyota Motor Corp 集電箔、電池、車両、電池使用機器及び集電箔の製造方法
WO2012147761A1 (ja) * 2011-04-26 2012-11-01 昭和電工株式会社 二次電池
JP2013546137A (ja) * 2010-11-12 2013-12-26 レイデン エナジー インコーポレイテッド 高性能リチウム電池又はリチウムイオン電池
WO2014077367A1 (ja) * 2012-11-19 2014-05-22 株式会社Uacj 集電体、電極構造体および蓄電部品
JP2016167434A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 アルプス電気株式会社 二次電池の製造方法および二次電池
JP2019102429A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司Contemporary Amperex Technology Co., Limited 集電体、その極シート及び電気化学デバイス

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016152221A (ja) * 2015-02-19 2016-08-22 アルプス電気株式会社 二次電池および二次電池の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262254A (en) * 1993-03-30 1993-11-16 Valence Technology, Inc. Positive electrode for rechargeable lithium batteries
JP2010212167A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Toyota Motor Corp 集電箔、電池、車両、電池使用機器及び集電箔の製造方法
JP2013546137A (ja) * 2010-11-12 2013-12-26 レイデン エナジー インコーポレイテッド 高性能リチウム電池又はリチウムイオン電池
WO2012147761A1 (ja) * 2011-04-26 2012-11-01 昭和電工株式会社 二次電池
WO2014077367A1 (ja) * 2012-11-19 2014-05-22 株式会社Uacj 集電体、電極構造体および蓄電部品
JP2016167434A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 アルプス電気株式会社 二次電池の製造方法および二次電池
JP2019102429A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司Contemporary Amperex Technology Co., Limited 集電体、その極シート及び電気化学デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022206128A1 (zh) * 2021-03-30 2022-10-06 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置

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