JP2019016494A - Method for manufacturing multilayer electrode body and method for manufacturing power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層電極体の製造方法及び蓄電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated electrode body and a method for manufacturing a storage element.
携帯電話、電気自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。近年、これらの機器の高出力化や高性能化に伴い、より小型でエネルギー密度(電気容量)が大きい蓄電素子が求められている。 Chargeable / dischargeable storage elements are used in various devices such as mobile phones and electric vehicles. In recent years, with higher output and higher performance of these devices, there is a demand for a power storage element that is smaller and has a higher energy density (electric capacity).
一般に蓄電素子は、表面に正極活物質層が形成された正極板と表面に負極活物質層が形成された負極板とを電気絶縁性を有するセパレータを介して交互に積層して形成される積層電極体を有する。このような蓄電素子で単位体積当たりのエネルギー密度を大きくするには、セパレータを薄くすることが有効である。このため、セパレータを樹脂フィルムによって形成した蓄電素子が実用化されている。 In general, a storage element is formed by alternately stacking a positive electrode plate having a positive electrode active material layer formed on a surface and a negative electrode plate having a negative electrode active material layer formed on a surface through an electrically insulating separator. It has an electrode body. In order to increase the energy density per unit volume in such a storage element, it is effective to make the separator thinner. For this reason, the electrical storage element which formed the separator with the resin film is put in practical use.
蓄電素子では、負極において電析によって生成される金属析出物(例えばリチウムデンドライトや金属異物の溶解析出による金属析出物)がセパレータを貫通して正極板と負極板とを微小短絡させる可能性がある。正極板又は負極板を挟み込む一対のセパレータの外縁を接着して袋状にした袋詰電極板を用いて、正極板近傍の電解液に析出物を生成し得る金属イオンを生じる金属種が混入することを抑制し、金属イオンが負極に接触して電析することを抑制する積層電極体が公知である。 In a power storage device, metal deposits generated by electrodeposition in the negative electrode (for example, metal deposits due to dissolution and precipitation of lithium dendrite or metal foreign matter) may penetrate the separator and cause a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate. . Using a bag-shaped electrode plate that is formed by bonding the outer edges of a pair of separators sandwiching the positive electrode plate or the negative electrode plate, a metal species that generates metal ions capable of generating precipitates is mixed in the electrolyte solution in the vicinity of the positive electrode plate. A laminated electrode body that suppresses this and prevents electrodeposition of metal ions in contact with the negative electrode is known.
セパレータの接着部分は充放電に寄与しないため、セパレータの接着部分は蓄電素子内部の所定空間を占有して蓄電素子のエネルギー密度を大きくする妨げとなり得る。 Since the bonded portion of the separator does not contribute to charging / discharging, the bonded portion of the separator can occupy a predetermined space inside the power storage element and prevent the energy density of the power storage element from being increased.
積層電極体において、平面視で正極板が負極板からはみ出すと負極板の端部に電流が集中して電析が局所的に促進される。このため、積層電極体では、正極板の平面寸法が負極板の平面寸法よりも小さい必要があり、これも蓄電素子のエネルギー密度を制限する要因となっている。 In the laminated electrode body, when the positive electrode plate protrudes from the negative electrode plate in plan view, the current concentrates at the end of the negative electrode plate, and the electrodeposition is promoted locally. For this reason, in the laminated electrode body, the planar dimension of the positive electrode plate needs to be smaller than the planar dimension of the negative electrode plate, which is also a factor that limits the energy density of the storage element.
樹脂フィルムから形成されるセパレータは、比較的熱に弱いため、蓄電素子のエネルギー密度を大きくすると、セパレータが熱により損傷し、電析によって生成される金属析出物がセパレータを貫通して正極板と負極板とを微小短絡させる可能性がある。このため、セパレータの電極板に当接する面に耐熱層(無機層)を形成し、セパレータの耐熱性を向上した蓄電素子が提案されている(特開2013−143337号公報参照)。 Since the separator formed from the resin film is relatively weak against heat, when the energy density of the energy storage device is increased, the separator is damaged by heat, and metal precipitates generated by electrodeposition penetrate the separator and the positive electrode plate. There is a possibility of short-circuiting the negative electrode plate. For this reason, a power storage element has been proposed in which a heat-resistant layer (inorganic layer) is formed on the surface of the separator that comes into contact with the electrode plate to improve the heat resistance of the separator (see JP 2013-143337 A).
前記公報に記載の蓄電素子では、正極板を一対のセパレータで挟み込み、正極板の平面視外側において一対のセパレータを接着した袋詰正極板と、正極板よりも大きく、かつセパレータよりも小さい袋詰めされていない負極板とを交互に積層した積層電極体を外装材の中に収容している。外周部において複数のセパレータを外装材で挟み込むことによって複数の袋詰正極板及び複数の負極板を保持している。 In the electricity storage device described in the publication, a positive electrode plate is sandwiched between a pair of separators, and a packaged positive electrode plate in which the pair of separators are bonded to each other on a plan view outside of the positive electrode plate, and the packing is larger than the positive electrode plate and smaller than the separator. A laminated electrode body in which negative electrode plates that are not formed are alternately laminated is accommodated in an exterior material. A plurality of packaged positive plates and a plurality of negative plates are held by sandwiching a plurality of separators with an exterior material at the outer periphery.
このように、複数の袋詰正極板と複数の負極板とを交互に積層する場合、積層電極体の中で負極板を正確に位置決めすることが難しい。正極板が負極板からはみ出さないよう正極板を小さく形成することが必要となるため、エネルギー密度の向上が阻害される。また、正極板を小さくしても、袋詰正極板の上に負極板を正確に位置決めして配置する必要があることから、複数の袋詰正極板と複数の負極板とを積層する作業が煩雑であり、製造効率の向上が制限される。 Thus, when laminating a plurality of packaged positive plates and a plurality of negative plates alternately, it is difficult to accurately position the negative plates in the laminated electrode body. Since it is necessary to make the positive electrode plate small so that the positive electrode plate does not protrude from the negative electrode plate, improvement in energy density is hindered. Even if the positive electrode plate is made smaller, it is necessary to accurately position and dispose the negative electrode plate on the packaged positive electrode plate. Therefore, the work of laminating a plurality of packaged positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates is difficult. It is complicated and the improvement of production efficiency is limited.
本発明は、エネルギー密度が大きい積層電極体を効率よく製造できる積層電極体の製造方法及び蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a laminated electrode body and a method for producing a power storage element that can efficiently produce a laminated electrode body having a large energy density.
本発明の一態様に係る積層電極体の製造方法は、両面に接着層を有する2枚のセパレータの間に1枚の正極板を配置するとともに前記2枚のセパレータのうちの一方のセパレータ上に1枚の負極板を配置することと、前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を積層した状態で加熱及び加圧することと、前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を一体化したサブユニットを得るために、前記2枚のセパレータの両端部が前記正極板及び前記負極板の端部からそれぞれ突出するように前記2枚のセパレータを切断することとを備える。 In the method for manufacturing a laminated electrode body according to one aspect of the present invention, one positive electrode plate is disposed between two separators each having an adhesive layer on both sides, and on one of the two separators. Arranging one negative electrode plate and heating and pressurizing in a state where one of the one negative electrode plate and the two separators, the other one of the positive electrode plate and the two separators are laminated. Both ends of the two separators in order to obtain a subunit that integrates one of the one negative electrode plate, one of the two separators, the one positive electrode plate, and the other of the two separators. Cutting the two separators so as to protrude from the end portions of the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively.
本発明の一態様に係る積層電極体の製造方法は、1枚の正極板と、この正極板を挟み込む2枚のセパレータと、一方のセパレータに積層される1枚の負極板とを熱圧着して一体化したサブユニットを形成するので、このサブユニット内で正極板、セパレータ及び負極板の相対位置が比較的正確である。このため、正極板の大きさと負極板の大きさとの差を小さくしても正極板が負極板からはみ出して電析を助長することを防止できる。また、サブユニットは、セパレータに正極板及び負極板が接着されているので、セパレータが変形し難い。そのためサブユニットは、ガイドで容易に位置決めすることができ、複数のサブユニットを正確かつ迅速に積層することができる。セパレータの面積に対する正極板と負極板とが対向する領域の面積の比が比較的大きく、エネルギー密度が大きい積層電極体を効率よく製造することができる。 The manufacturing method of the laminated electrode body which concerns on 1 aspect of this invention thermocompression-bonds one positive electrode plate, two separators which pinch | interpose this positive electrode plate, and one negative electrode plate laminated | stacked on one separator. In this subunit, the relative positions of the positive electrode plate, the separator and the negative electrode plate are relatively accurate. For this reason, even if the difference between the size of the positive electrode plate and the size of the negative electrode plate is reduced, the positive electrode plate can be prevented from protruding from the negative electrode plate and promoting electrodeposition. Moreover, since a positive electrode plate and a negative electrode plate are adhere | attached on the separator, a subunit is hard to deform | transform. Therefore, the subunits can be easily positioned by the guide, and a plurality of subunits can be stacked accurately and quickly. A ratio of the area of the area where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other relative to the area of the separator is relatively large, and a laminated electrode body having a large energy density can be efficiently produced.
本発明の一態様に係る積層電極体の製造方法は、両面に接着層を有する2枚のセパレータの間に1枚の正極板を配置するとともに前記2枚のセパレータのうちの一方のセパレータ上に1枚の負極板を配置することと、前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を積層した状態で加熱及び加圧することと、前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を一体化したサブユニットを得るために、前記2枚のセパレータの両端部が前記正極板及び前記負極板の端部からそれぞれ突出するように前記2枚のセパレータを切断することとを備える。 In the method for manufacturing a laminated electrode body according to one aspect of the present invention, one positive electrode plate is disposed between two separators each having an adhesive layer on both sides, and on one of the two separators. Arranging one negative electrode plate and heating and pressurizing in a state where one of the one negative electrode plate and the two separators, the other one of the positive electrode plate and the two separators are laminated. Both ends of the two separators in order to obtain a subunit that integrates one of the one negative electrode plate, one of the two separators, the one positive electrode plate, and the other of the two separators. Cutting the two separators so as to protrude from the end portions of the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively.
当該積層電極体の製造方法によれば、1枚の正極板と、この正極板を挟み込む2枚のセパレータと、一方のセパレータに積層される1枚の負極板とを熱圧着して一体化したサブユニットを形成するので、このサブユニット内で正極板、セパレータ及び負極板の相対位置が比較的正確である。このため、正極板の大きさと負極板の大きさとの差を小さくしても正極板が負極板からはみ出して電析を助長することを防止できる。また、サブユニットは、セパレータに正極板及び負極板が接着されているので、セパレータが変形し難い。そのためサブユニットは、ガイドで容易に位置決めすることができ、複数のサブユニットを正確かつ迅速に積層することができる。セパレータの面積に対する正極板と負極板とが対向する領域の面積の比が比較的大きく、エネルギー密度が大きい積層電極体を効率よく製造することができる。 According to the method for manufacturing the laminated electrode body, one positive plate, two separators sandwiching the positive plate, and one negative plate laminated on one separator are thermocompression bonded and integrated. Since the subunit is formed, the relative positions of the positive electrode plate, the separator, and the negative electrode plate are relatively accurate in the subunit. For this reason, even if the difference between the size of the positive electrode plate and the size of the negative electrode plate is reduced, the positive electrode plate can be prevented from protruding from the negative electrode plate and promoting electrodeposition. Moreover, since a positive electrode plate and a negative electrode plate are adhere | attached on the separator, a subunit is hard to deform | transform. Therefore, the subunits can be easily positioned by the guide, and a plurality of subunits can be stacked accurately and quickly. A ratio of the area of the area where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other relative to the area of the separator is relatively large, and a laminated electrode body having a large energy density can be efficiently produced.
当該積層電極体の製造方法において、前記サブユニットを複数積層することと、積層した前記複数のサブユニットを一体化した電極ユニットを得るために、前記複数のサブユニットそれぞれの前記正極板及び前記負極板の端部から突出するセパレータ同士を溶着することとをさらに備えてもよい。この構成によれば、サブユニットを積層してセパレータの端部同士を溶着することによって一体化した電極ユニットを形成するので、この電極ユニットを積層することでさらに効率よく積層電極体を製造することができる。
従来、袋詰正極板は、正極板を一対のセパレータで挟み込み、正極板の平面視外側において一対のセパレータを接着または溶着して形成していた。このような袋詰正極板は、製造効率を高めることが難しかった。上述のように、サブユニットを複数積層して、積層したサブユニットのセパレータを一括して溶着することで、製造効率を向上できる。
In the manufacturing method of the laminated electrode body, in order to obtain an electrode unit obtained by laminating a plurality of the subunits and integrating the laminated subunits, the positive plate and the negative electrode of each of the subunits It may further comprise welding separators protruding from the end of the plate. According to this configuration, since the integrated electrode unit is formed by laminating the subunits and welding the end portions of the separator, the laminated electrode body can be manufactured more efficiently by laminating the electrode units. Can do.
Conventionally, a packaged positive electrode plate is formed by sandwiching a positive electrode plate between a pair of separators and bonding or welding the pair of separators on the outside of the positive electrode plate in plan view. Such a packaged positive electrode plate has difficulty in increasing the production efficiency. As described above, manufacturing efficiency can be improved by laminating a plurality of subunits and collectively welding the laminated subunit separators.
当該積層電極体の製造方法は、前記電極ユニットを複数積層することと、最も外層に配置される前記セパレータ上に1枚の負極板を配置することと、前記複数の電極ユニット及び前記負極板を積層した状態で加熱及び加圧することとをさらに備えてもよい。この構成によれば、複数の電極ユニット及び1枚の負極板を積層して加熱及び加圧することで、全ての層間が接着された積層電極体を得ることができる。 The manufacturing method of the laminated electrode body includes: laminating a plurality of the electrode units; arranging a single negative electrode plate on the separator arranged in the outermost layer; and the plurality of electrode units and the negative electrode plate. You may further provide heating and pressurizing in the laminated state. According to this structure, the laminated electrode body to which all the layers were adhere | attached can be obtained by laminating | stacking several electrode units and one negative electrode plate, and heating and pressurizing.
当該積層電極体の製造方法は、前記複数の電極ユニット及び前記負極板を加熱及び加圧する前に、前記複数の電極ユニット及び前記負極板の積層体の外周を樹脂フィルムで覆うことをさらに備えてもよい。この構成によれば、複数の電極ユニット及び負極板の積層体を加熱及び加圧する際のハンドリング時に複数の電極ユニット及び負極板の位置ずれを防止することができるので、正極板及び負極板の位置ずれに対するマージンを小さくして積層電極体のエネルギー密度をより大きくすることができる。 The manufacturing method of the laminated electrode body further includes covering an outer periphery of the laminated body of the plurality of electrode units and the negative electrode plate with a resin film before heating and pressurizing the plurality of electrode units and the negative electrode plate. Also good. According to this configuration, since the misalignment of the plurality of electrode units and the negative electrode plate can be prevented at the time of handling when heating and pressurizing the laminate of the plurality of electrode units and the negative electrode plate, the positions of the positive electrode plate and the negative electrode plate can be prevented. The energy density of the laminated electrode body can be increased by reducing the margin for displacement.
本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、前記製造方法により得られる積層電極体をケースに収容することを備える。 The manufacturing method of the electrical storage element which concerns on 1 aspect of this invention comprises accommodating the laminated electrode body obtained by the said manufacturing method in a case.
当該蓄電素子の製造方法は、前記積層電極体の製造方法によってエネルギー密度が大きい積層電極体を効率よく製造し、この積層電極体を用いて蓄電素子を形成するので、エネルギー密度が大きい蓄電素子を効率よく製造することができる。 According to the method for manufacturing the power storage element, a stacked electrode body having a large energy density is efficiently manufactured by the manufacturing method of the stacked electrode body, and the power storage element is formed using the stacked electrode body. It can be manufactured efficiently.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
本発明の一実施形態に係る積層電極体の製造方法は、図1及び図2に例示するようなサブユニットSを形成する工程(サブユニット形成工程)と、複数のサブユニットSを用いて図3及び図4に例示するような電極ユニットUを形成する工程(電極ユニット形成工程)と、図6に例示するような積層電極体Bを得るために複数の電極ユニットUを一体化する工程(一体化工程)とを備える。 A method for manufacturing a laminated electrode body according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a subunit S as illustrated in FIGS. 1 and 2 (subunit formation step) and a plurality of subunits S. 3 and a step of forming an electrode unit U as illustrated in FIG. 4 (electrode unit forming step) and a step of integrating a plurality of electrode units U to obtain a laminated electrode body B as illustrated in FIG. Integration step).
図1に示すように、サブユニットSは、2枚のセパレータ1と、この2枚のセパレータ1の間に配置されて接着固定された1枚の正極板2と、2枚のセパレータ1のうちの一方の正極板2と反対側の面に接着固定された1枚の負極板3とを備える。サブユニットSにおいて、2枚のセパレータ1は、その端部が正極板2及び負極板3の端部から突出している。
As shown in FIG. 1, the subunit S includes two
図2に詳しく示すように、セパレータ1は、シート状の樹脂層4と、この樹脂層4の少なくとも正極板2に対向する面に積層された耐酸化層5と、この樹脂層4及び耐酸化層5の積層体の両面に積層された一対の接着層6とを有する。
As shown in detail in FIG. 2, the
正極板2は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電体7と、この正極集電体7の表面に積層される正極活物質層8とを有する。より具体的には、正極板2は、正極集電体7の表面に正極活物質層8が積層される平面視矩形状の活物質領域と、この活物質領域から正極集電体7が活物質領域よりも幅の小さい帯状に延出する正極タブ9(図4参照)とを有する。
The
負極板3は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電体10と、この負極集電体10の表面に積層される負極活物質層11とを有する。具体的には、負極板3は、負極集電体10の表面に活物質層が積層される平面視矩形状の活物質領域と、この活物質領域から活物質領域よりも幅の小さい帯状に、正極タブ9と間隔を空けて正極タブ9と同じ方向に延出する負極タブ12(図4参照)とを有する。
The
図3に示すように、電極ユニットUは、複数のサブユニットSを有し、複数のサブユニットSの正極板2及び負極板3の端部から突出しているセパレータ1の端部がまとめて溶着されている。
As shown in FIG. 3, the electrode unit U has a plurality of subunits S, and the ends of the
この電極ユニットUにおいて、正極板2は、両側のセパレータ1に接着固定されているが、負極板3は、同じサブユニットSのセパレータ1のみに接着固定され、隣接するサブユニットSのセパレータ1には接着固定されていない。
In this electrode unit U, the
図4に示すように、電極ユニットUは、正極板2及び負極板3の正極タブ9及び負極タブ12が存在しない対向する一対の側縁に沿って第1の溶着領域R1が形成されることが好ましい。また、電極ユニットUは、正極板2及び負極板3の正極タブ9及び負極タブ12が存在する側縁及びこれに対向する側縁に沿って、複数のセパレータ1を部分的に溶着した第2の溶着領域R2が形成されてもよい。この場合、第1の溶着領域R1及び第2の溶着領域R2は、セパレータ1の角の近傍には形成されないことが好ましい。複数のセパレータ1を互いに密着させるために各セパレータは正極板2及び負極板3の側縁に沿って、正極板2及び負極板3の厚さ方向に折り曲げられるが、セパレータ1の角の近傍では異なる方向の折り曲げが干渉するため、この部分で溶着すると過度の負荷が加わってセパレータ1が損傷するおそれがある。
As shown in FIG. 4, in the electrode unit U, the first welding region R <b> 1 is formed along a pair of opposing side edges where the
積層電極体Bは、図6に示すように、積層された複数の電極ユニットUと、この電極ユニットUの積層体において最も外側に配置されるセパレータ1のさらに外側に配置された1枚の負極板3とを有する。この積層電極体Bにおいて、各負極板3は、同じサブユニットSのセパレータ1だけでなく隣接するサブユニットSのセパレータ1にも接着固定されている。また、積層電極体Bは、複数の電極ユニットU及び1枚のさらなる負極板3の積層体の全体(積層体の外周)を覆う樹脂フィルム13をさらに備える。
As shown in FIG. 6, the laminated electrode body B includes a plurality of laminated electrode units U and one negative electrode arranged on the outer side of the
なお、図では、分りやすくするためにセパレータ1、正極板2及び負極板3の厚さが大きく描かれているが、実際のセパレータ1、正極板2及び負極板3は厚さが小さいため、複数のセパレータ1の溶着領域R1,R2における厚さは、溶着領域R1,R2の幅に比して非常に小さいものとなる。このため、各電極ユニットUのセパレータ1の第1溶着領域R1を含む正極板2及び負極板3から突出する部分は、正極板2及び負極板3の端部(側縁)に沿って折り曲げられていてもよい。
In the figure, the thicknesses of the
当該積層電極体の製造方法は、サブユニット形成工程で前記サブユニットSを形成することによって、2枚のセパレータ1に対して正極板2及び負極板3を比較的正確に位置決めして固定したサブユニットSを得ることができる。このサブユニットSを複数積層することで、複数の正極板2及び複数の負極板3がセパレータ1を介して高精度に対向する積層電極体Bを形成することができる。
In the method of manufacturing the laminated electrode body, the sub-unit S is formed in the sub-unit forming step, whereby the
このように、当該積層電極体の製造方法では、サブユニットSを用いることによって正極板2及び負極板3を高精度に位置合わせして積層することができるので、正極板2と負極板3との大きさの差を小さくしても正極板2が負極板3からはみ出して電析を助長することを防止できる。また、当該積層電極体の製造方法では、サブユニットSにおける負極板3とセパレータ1との大きさの差も小さくすることもできる。これにより、積層電極体Bの投影面積(セパレータ1、正極板2及び負極板3の積層方向から見た場合の面積)に比して、正極板2の面積、つまり正極板2と負極板3とが対向して電極板の寄与する領域の面積を比較的大きくして積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
Thus, in the manufacturing method of the said laminated electrode body, since the
また、サブユニットSは、セパレータ1がその外縁部同士が接着固定されていることに加えて正極板2及び負極板3にも接着固定されているため、セパレータ1が撓み難い。このため、セパレータ1の外縁にガイド等を当接させることで比較的正確かつ迅速にサブユニットSを位置決めすることができ、エネルギー密度が大きい積層電極体Bを効率よく製造することができる。
In addition, since the subunit S is bonded and fixed to the
サブユニット形成工程は、2枚のセパレータ1の間に1枚の正極板2を配置するとともに2枚のセパレータ1のうちの一方のセパレータ1上に1枚の負極板3を配置する工程(配置工程)と、1枚の負極板3、2枚のセパレータ1の一方、1枚の正極板2及び2枚のセパレータ1の他方をこの順番に積層した状態で加熱及び加圧する工程(ユニット加熱加圧工程)と、2枚のセパレータ1の両端部が正極板2及び負極板3の端部からそれぞれ突出するように2枚のセパレータ1を切断する工程(切断工程)とを備える。
In the subunit forming step, one
サブユニット形成工程は、最初に切断工程を行って予めサブユニットSにおける寸法に切断されたセパレータ1を用いて行ってもよいが、図5に示すように、2枚の長尺シート状のセパレータ母材1aを用いて連続的に配置工程及びユニット加熱加圧工程を行った後に切断工程を行ってもよい。
The subunit forming step may be performed using the
具体的に説明すると、配置工程では、2枚のセパレータ母材1aを連続的に供給して長手方向に搬送し、この搬送状態の2つのセパレータ母材1aの間に最終製品における寸法に切断された正極板2を等間隔(サブユニットSの幅と等しいピッチ)で順次挿入するとともに、一方のセパレータ母材1aの外側に正極板2と対向するよう最終製品における寸法に切断された負極板3を順次配置する。
More specifically, in the arranging step, two
ユニット加熱加圧工程では、この長尺の積層体を連続搬送しつつ加熱及び加圧する。加熱と加圧とは、同時に行ってもよい。代替的に、加熱後にセパレータ1の接着層6の温度が接着力を喪失する温度まで低下する前に積層体を加圧してもよい。
In the unit heating and pressing step, this long laminate is heated and pressurized while being continuously conveyed. Heating and pressurization may be performed simultaneously. Alternatively, the laminate may be pressed after heating before the temperature of the
セパレータ母材1a、正極板2及び負極板3の積層体の連続搬送は、例えば離型性を有する搬送ベルト等を用いて行うことができる。
The continuous conveyance of the laminated body of the
ユニット加熱加圧工程における積層体の加熱は、例えば前記積層体を挟み込むよう配置されるプレートヒータH等を用いて行うことができる。また、ユニット加熱加圧工程における加圧は、例えば前記積層体を挟み込む一対の加圧ローラPを用いて行うことができる。代替的に、前記積層体を挟み込んで発熱する一対の加熱ローラを用いて加熱と加圧とを同時に行ってもよい。 The laminated body in the unit heating and pressing step can be heated using, for example, a plate heater H arranged so as to sandwich the laminated body. Moreover, the pressurization in the unit heating and pressurizing step can be performed using, for example, a pair of pressure rollers P that sandwich the laminate. Alternatively, heating and pressurization may be performed simultaneously using a pair of heating rollers that generate heat while sandwiching the laminate.
ユニット加熱加圧工程における加熱温度としては、セパレータ1の接着層6が接着力を発現する温度以上、かつ樹脂層4のシャットダウン温度未満とされ、例えば80℃以上120℃以下とすることができる。
The heating temperature in the unit heating and pressing step is set to be equal to or higher than the temperature at which the
ユニット加熱加圧工程における加圧圧力としては、加圧ローラの単位長さ当たりの荷重で、例えば0.1N/cm以上10.0N/cm以下とすることができる。 The pressurizing pressure in the unit heating and pressurizing step can be set to, for example, 0.1 N / cm or more and 10.0 N / cm or less by a load per unit length of the pressing roller.
切断工程では、カッタCによりセパレータ母材1aを切断して所定の長さのセパレータ1とすることによって、サブユニットSを順次分離する。
In the cutting step, the subunit S is sequentially separated by cutting the
ここで、サブユニットSの各構成要素について詳しく説明する。 Here, each component of the subunit S will be described in detail.
セパレータ1は、サブユニットSを用いて製造される蓄電素子において、正極板2と負極板3との間に介在して正極板2と負極板3とが直接接触することを防止するとともに、その内部に電解液が含浸して、正極板2と負極板3との間でイオンを介した電荷の受け渡しを可能にする。
The
セパレータ1の樹脂層4は、主に電解液を保持する層であり、多孔質樹脂フィルムから形成される。
The resin layer 4 of the
この樹脂層4の主成分としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、樹脂層4の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。 Examples of the main component of the resin layer 4 include polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, and chlorinated polyethylene. Polyolefins such as polyolefin derivatives and ethylene-propylene copolymers, and polyesters such as polyethylene terephthalate and copolymerized polyesters can be used. Among these, as the main component of the resin layer 4, polyethylene and polypropylene excellent in electrolytic solution resistance, durability, and weldability are preferably used. The “main component” means a component having the largest mass content.
樹脂層4の平均厚さの下限としては、5μmが好ましく、10μmがより好ましい。一方、樹脂層4の平均厚さの上限としては、30μmが好ましく、20μmがより好ましい。樹脂層4の平均厚さを前記下限以上とすることによって、セパレータ1同士の溶着時に樹脂層4が破断することを防止できる。また、樹脂層4の平均厚さを前記上限以下とすることによって、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
The lower limit of the average thickness of the resin layer 4 is preferably 5 μm and more preferably 10 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the resin layer 4 is preferably 30 μm, and more preferably 20 μm. By setting the average thickness of the resin layer 4 to be equal to or more than the lower limit, it is possible to prevent the resin layer 4 from being broken when the
セパレータ1の耐酸化層5は、主に樹脂層4が酸化して劣化することを抑制するために設けられる層であり、多数の無機粒子とこの無機粒子間を接続するバインダとを含む。
The oxidation-
無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐酸化層5の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。
As the main component of the inorganic particles, for example, oxides such as alumina, silica, zirconia, titania, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide, nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, silicon carbide, carbonate Calcium, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate Etc. Among these, alumina, silica and titania are particularly preferable as the main component of the inorganic particles of the oxidation
耐酸化層5の無機粒子の平均粒子径の下限としては、1nmが好ましく、7nmがより好ましい。一方、無機粒子の平均粒子径の上限としては、5μmが好ましく、1μmがより好ましい。無機粒子の平均粒子径を前記下限以上とすることによって、耐酸化層5中のバインダの比率を小さくして、耐酸化層5の耐熱性を大きくすることができる。また、無機粒子の平均粒子径を前記上限以下とすることによって、均質な耐酸化層5を形成することができる。なお、「平均粒子径」とは、透過電子顕微鏡(TEM)又は走査電子顕微鏡(SEM)を用いてJIS−R1670に準じて測定される値である。
The lower limit of the average particle size of the inorganic particles of the oxidation
耐酸化層5のバインダの主成分としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の合成ゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩等のセルロース誘導体、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド及びその前駆体(ポリアミック酸等)等のポリイミド、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸共重合体、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルなどが挙げられる。
Examples of the main component of the binder of the oxidation-
耐酸化層5の平均厚さの下限としては、2μmが好ましく、4μmがより好ましい。一方、耐酸化層5の平均厚さの上限としては、10μmが好ましく、6μmがより好ましい。耐酸化層5の平均厚さを前記下限以上とすることによって、耐酸化層5がセパレータ1の接着固定時に破断することを防止できる。また、耐酸化層5の平均厚さを前記上限以下とすることによって、セパレータ1同士の溶着時に耐酸化層5が容易に破壊されるので樹脂層4同士を確実に一体化することができる。
The lower limit of the average thickness of the oxidation-
セパレータ1の接着層6は、正極板2及び負極板3における電極反応を可能にすることができるようイオン伝導性を有するとともに、セパレータ1を正極板2及び負極板3に接着する層である。具体的には、接着層6は、常温を超えて例えば60℃以上かつセパレータ1のシャットダウン温度(樹脂層4が溶融する温度)未満の温度に加熱することにより接着性を発現することができるよう構成される。
The
接着層6は、イオン伝導性を発現する粒子と、バインダとを含む混合材料から形成することができる。具体的には、接着層6は、電解液を含んでイオン伝導性を担保する固体電解液粒子と、例えば加熱、超音波振動等により接着性を発現するバインダとを含む材料から形成することができる。接着層6は、液体及び気体が通過できるよう、連続気孔を有することが好ましい。
The
接着層6の平均厚さの下限としては、0.1μmが好ましく、0.2μmがより好ましく、0.4μmがさらに好ましい。一方、接着層6の平均厚さの上限としては、5μmが好ましく、3μmがより好ましく、1.2μmがさらに好ましい。接着層6の平均厚さを前記下限以上とすることによって、十分な接着性を得ることができる。また、接着層6の平均厚さを前記上限以下とすることによって、十分なイオン伝導性を得ることができる。
The lower limit of the average thickness of the
接着層6の固体電解液粒子の材質としては、例えば無機固体電解液、純正固体高分子電解液、高分子ゲル電解液(Gel Polymer Electrolyte)等が挙げられるが、中でもイオン伝導度を大きくできるとともに均質で粒子径を調節し易い高分子ゲル電解液が特に好適に用いられる。
Examples of the material of the solid electrolyte particles of the
高分子ゲル電解液は、電解液を高分子によってゲル化することによって取り扱いを容易化したものである。電解液をゲル化する高分子としては、例えばフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリメチルメタクリル酸、ポリアクリロニトリル等を挙げることができる。 The polymer gel electrolyte is one that is made easy to handle by gelling the electrolyte with a polymer. Examples of the polymer that gels the electrolytic solution include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polymethylmethacrylic acid, polyacrylonitrile, and the like.
高分子ゲル電解液の電解液としては、有機溶媒に支持電解液を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解液としては、リチウム塩が好適に用いられる。リチウム塩としては、特に制限はないが、例えばLiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLi等が挙げられる。中でも、有機溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが特に好ましい。
As the electrolytic solution of the polymer gel electrolytic solution, an organic electrolytic solution in which a supporting electrolytic solution is dissolved in an organic solvent is used. A lithium salt is preferably used as the supporting electrolyte. The lithium salt is not particularly limited, for example LiPF 6, LiAsF 6, LiBF 4 ,
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解液を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のカーボネート類、例えばγ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類、例えば1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類など一種又は複数種を組み合わせて用いることができる。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いカーボネート類が特に好適に用いられる。 The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolytic solution. For example, dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), Carbonates such as butylene carbonate (BC) and methyl ethyl carbonate (MEC), esters such as γ-butyrolactone, methyl formate, ethers such as 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, sulfolane, dimethyl sulfoxide, etc. One or a plurality of sulfur compounds can be used in combination. Among these, carbonates having a high dielectric constant and a wide stable potential region are particularly preferably used.
電解液中における支持電解液の濃度の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、電解液中における支持電解液の濃度の上限としては、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましい。電解液中における支持電解液の濃度を上記範囲内とすることによって、比較的大きいイオン伝導性を得ることができる。 As a minimum of the density | concentration of the support electrolyte solution in electrolyte solution, 1 mass% is preferable and 5 mass% is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the density | concentration of the support electrolyte solution in electrolyte solution, 30 mass% is preferable and 20 mass% is more preferable. By setting the concentration of the supporting electrolyte in the electrolyte within the above range, relatively high ion conductivity can be obtained.
固体電解液粒子の平均粒子径の下限としては、0.1μmが好ましく、0.2μmがより好ましい。一方、固体電解液粒子の平均粒子径の上限としては、2μmが好ましく、1μmがより好ましい。固体電解液粒子の平均粒子径を前記下限以上とすることによって、固体電解液粒子同士を接触させて接着層6にイオン伝導性を付与することが容易となる。また、固体電解液粒子の平均粒子径を前記上限以下とすることによって、接着層6を均一な膜状に形成することが容易となる。
The lower limit of the average particle diameter of the solid electrolyte particles is preferably 0.1 μm, and more preferably 0.2 μm. On the other hand, the upper limit of the average particle diameter of the solid electrolyte solution particles is preferably 2 μm, and more preferably 1 μm. By setting the average particle diameter of the solid electrolyte solution particles to be equal to or larger than the lower limit, the solid electrolyte solution particles can be brought into contact with each other to easily impart ion conductivity to the
固体電解液粒子の形状としては、固体電解液粒子同士の接触を促進してイオン伝導性を大きくできるよう、例えば棒状、錐状、板状等の真球度が小さい形状が好ましい。 The shape of the solid electrolyte solution particles is preferably a shape having a small sphericity such as a rod shape, a cone shape, or a plate shape so that the contact between the solid electrolyte solution particles can be promoted to increase the ion conductivity.
接着層6のバインダとしては、固体電解液粒子及び正極活物質層8に対して接着性を有するものであればよいが、比較的低い温度で加熱することによって、正極活物質層8に対して粘着可能な樹脂、つまり比較的低いガラス転移点を有し、粘着性を発現する高分子材料が好適に用いられる。
The binder of the
バインダのガラス転移点の下限としては、−50℃が好ましく、−45℃がより好ましい。一方、バインダのガラス転移点の上限としては、50℃が好ましく、45℃がより好ましい。バインダのガラス転移点を前記下限以上とすることによって、接着層6の強度を確保できる。また、バインダのガラス転移点を前記上限以下とすることによって、樹脂層4を損傷しない温度でセパレータ1を正極板2及び対向するセパレータ1に接着することができる。
As a minimum of the glass transition point of a binder, -50 degreeC is preferable and -45 degreeC is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the glass transition point of a binder, 50 degreeC is preferable and 45 degreeC is more preferable. By setting the glass transition point of the binder to the lower limit or more, the strength of the
バインダの主成分としては、例えばアクリル系重合体等が挙げられる。アクリル重合体としては、ニトリル基を有する単量体単位及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含むニトリル基含有アクリル重合体が好適に用いられる。ここで、ニトリル基を有する単量体単位とは、例えばアクリロニトリル、メタアクリロニトリル等を重合して得られる構造単位であり、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位とは、CH2=CR1−COOR2(式中、R1は水素原子又はメチル基を、R2はアルキル基又はシクロアルキル基を表す。)で表される化合物由来の単量体単位である。ニトリル基含有アクリル重合体は、ニトリル基を有する単量体単位及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位に加えて、エチレン性不飽和酸単量体を重合して形成されるエチレン性不飽和酸単量体単位を含んでいてもよい。また、ニトリル基含有アクリル重合体は、架橋されていてもよい。 Examples of the main component of the binder include an acrylic polymer. As the acrylic polymer, a nitrile group-containing acrylic polymer containing a monomer unit having a nitrile group and a (meth) acrylic acid ester monomer unit is suitably used. Here, the monomer unit having a nitrile group is a structural unit obtained by polymerizing acrylonitrile, methacrylonitrile, or the like, for example, and the (meth) acrylic acid ester monomer unit is CH 2 ═CR 1 − It is a monomer unit derived from a compound represented by COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group). A nitrile group-containing acrylic polymer is an ethylenically unsaturated compound formed by polymerizing an ethylenically unsaturated acid monomer in addition to a monomer unit having a nitrile group and a (meth) acrylic acid ester monomer unit. An acid monomer unit may be included. The nitrile group-containing acrylic polymer may be cross-linked.
接着層6における固体電解液粒子の割合の下限としては、70質量%が好ましく、80質量%がより好ましい。一方、接着層6における固体電解液粒子の割合の上限としては、95質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。接着層6における固体電解液粒子の割合を前記下限以上とすることによって、接着層6に十分なイオン伝導性を付与することができる。また、接着層6における固体電解液粒子の割合を前記上限以下とすることによって、相対的にバインダの割合を一定以上として接着層6に十分な接着性を付与することができる。
The lower limit of the ratio of the solid electrolyte particles in the
正極板2の正極集電体7の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電体7の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電体7としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H4000(2014)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。
As a material of the positive electrode
正極集電体7の平均厚さの下限としては、5μmが好ましく、10μmがより好ましい、一方、正極集電体7の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、40μmがより好ましい。正極集電体7の平均厚さを前記下限以上とすることによって、正極集電体7に十分な強度を付与することができる。また、正極集電体7の平均厚さを前記上限以下とすることによって、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
The lower limit of the average thickness of the positive electrode
正極活物質層8は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層8を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。
The positive electrode
前記正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiαCo(1−α)O2、LixNiαMnβCo(1−α−β)O2、LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層8においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。
Examples of the positive electrode active material include complex oxides (Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x ) represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal). MnO 3, Li x Ni α Co (1-α)
正極活物質層8における正極活物質の含有量の下限としては、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、94質量%がより好ましい。正極活物質粒子の含有量を前記範囲とすることで、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of content of the positive electrode active material in the positive electrode
前記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect battery performance. Examples of such a conductive agent include carbon black such as natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber.
正極活物質層8における導電剤の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、導電剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。導電剤の含有量を前記範囲とすることで、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of content of a conductive agent in cathode
前記バインダとしては、例えばフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー、多糖類高分子などが挙げられる。 Examples of the binder include thermoplastic resins such as fluorine resin (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyimide, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), and sulfonated EPDM. , Styrene butadiene rubber (SBR), elastomers such as fluorine rubber, polysaccharide polymers, and the like.
正極活物質層8におけるバインダの含有量の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましい。一方、バインダの含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。バインダの含有量を前記範囲とすることで、正極活物質を安定して保持することができる。
As a minimum of content of the binder in the positive electrode
前記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like.
前記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。 The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, and carbon.
正極活物質層8の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、20μmがより好ましい。一方、正極活物質層8の平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましい。正極活物質層8の平均厚さを前記下限以上とすることによって、正極反応を十分に活性化することができる。また、正極活物質層8の平均厚さを前記上限以下とすることによって、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of average thickness of positive electrode
負極板3の負極集電体10は、上述の正極集電体7と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板3の負極集電体10としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
The negative electrode
負極活物質層11は、負極活物質を含むいわゆる負極板合材から形成される。また、負極活物質層11を形成する負極板合材は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層8と同様のものを用いることができる。
The negative electrode
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属、金属酸化物、ポリリン酸化合物、例えば黒鉛、非晶質炭素(易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably used. Specific examples of the negative electrode active material include metals such as lithium and lithium alloys, metal oxides, polyphosphate compounds such as carbon materials such as graphite and amorphous carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Is mentioned.
前記負極活物質の中でも、正極板2と負極板3との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Si、Si酸化物、Sn、Sn酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Si酸化物を用いることが特に好ましい。なお、SiとSnとは、酸化物にした際に、黒鉛の3倍程度の放電容量を持つことができる。
Among the negative electrode active materials, Si, Si oxide, Sn, Sn oxide, or a combination thereof is used from the viewpoint of setting the discharge capacity per unit facing area between the
負極活物質としてSi酸化物を用いる場合、Si酸化物に含まれるOのSiに対する原子数の比としては0超2未満が好ましい。つまり、Si酸化物としては、SiOx(0<x<2)で表される化合物が好ましい。また、前記原子数の比としては、0.5以上1.5以下がより好ましい。 When Si oxide is used as the negative electrode active material, the ratio of the number of atoms of O to Si contained in the Si oxide is preferably more than 0 and less than 2. That is, as the Si oxide, a compound represented by SiO x (0 <x <2) is preferable. The ratio of the number of atoms is more preferably 0.5 or more and 1.5 or less.
なお、負極活物質は上述したものを一種単体で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。例えば、Si酸化物と他の負極活物質とを混合して用いることで、正極板2と負極板3との単位対向面積当たりの放電容量及び後述する負極活物質の質量に対する前記正極活物質の質量の比がともに好適な値となるように調整できる。Si酸化物と混合して用いる他の負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、コークス類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、フラーレン、活性炭等の炭素材料が挙げられる。これらの炭素材料は、一種のみをSi酸化物と混合してもよいし、二種以上を任意の組み合わせ及び比率でSi酸化物と混合してもよい。これらの他の負極活物質の中でも、充放電電位が比較的卑である黒鉛が好ましく、黒鉛を用いることで高いエネルギー密度の二次電池素子が得られる。Si酸化物と混合して用いる黒鉛としては、鱗片状黒鉛、球状黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、充放電を繰り返してもSi酸化物粒子表面との接触を維持し易い鱗片状黒鉛が好ましい。
As the negative electrode active material, those described above may be used singly or in combination of two or more. For example, by using a mixture of Si oxide and another negative electrode active material, the discharge capacity per unit facing area between the
さらに、負極活物質層11は、Si酸化物に加えて少量のB、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。
Furthermore, the negative electrode
前記Si酸化物(一般式SiOxで表される物質)として、SiO2及びSiの両相を含むものを使用することが好ましい。このようなSi酸化物は、SiO2のマトリックス中のSiにリチウムが吸蔵及び放出されるため、体積変化が小さく、かつ充放電サイクル特性に優れる。 As the Si oxide (substance represented by the general formula SiO x ), it is preferable to use a material containing both phases of SiO 2 and Si. Such Si oxide has a small volume change and excellent charge / discharge cycle characteristics because lithium is occluded and released from Si in the SiO 2 matrix.
また、前記Si酸化物の平均粒子径は、1μm以上15μm以下が好ましい。Si酸化物の平均粒子径を前記上限以下とすることで、サブユニットSひいては積層電極体Bの充放電サイクル特性を向上できる。 The average particle size of the Si oxide is preferably 1 μm or more and 15 μm or less. By setting the average particle diameter of the Si oxide to be equal to or less than the above upper limit, the charge / discharge cycle characteristics of the subunit S and, consequently, the laminated electrode body B can be improved.
前記Si酸化物は、高結晶性のものからアモルファスのものまで使用することができる。さらに、Si酸化物としては、フッ化水素、硫酸などの酸で洗浄されているものや水素で還元されているものを使用してもよい。 The Si oxide can be used from highly crystalline to amorphous. Further, as the Si oxide, one washed with an acid such as hydrogen fluoride or sulfuric acid or one reduced with hydrogen may be used.
負極活物質におけるSi酸化物の含有量の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%より好ましく、70質量%がさらに好ましい。一方、Si酸化物の含有量の上限としては、通常100質量%であり、90質量%が好ましい。 As a minimum of content of Si oxide in a negative electrode active material, 30 mass% is preferred, 50 mass% is more preferred, and 70 mass% is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the content of Si oxide is usually 100% by mass, and preferably 90% by mass.
負極活物質層11における負極活物質の含有量の下限としては、60質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましい。一方、負極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、98質量%がより好ましい。負極活物質粒子の含有量を前記範囲とすることで、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of content of the negative electrode active material in the negative electrode
負極活物質層11におけるバインダの含有量の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、バインダの含有量の上限としては、20質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。バインダの含有量を前記範囲とすることで、負極活物質を安定して保持することができる。
As a minimum of content of the binder in the negative electrode
負極活物質層11の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、20μmがより好ましい。逆に、負極活物質層11の平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、80μmがより好ましい。負極活物質層11の平均厚さを前記下限以上とすることによって、負極反応を十分に活性化することができる。また、負極活物質層11の平均厚さを前記上限以下とすることによって、サブユニットSひいては積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
As a minimum of average thickness of negative electrode
当該積層電極体の製造方法における電極ユニット形成工程は、サブユニットSを複数積層する工程(サブユニット積層工程)と、積層した複数のサブユニットSそれぞれの正極板2及び負極板3の端部から突出するセパレータ1同士を溶着する工程(溶着工程)とをさらに備える。また、電極ユニット形成工程は、溶着した複数のセパレータ1の外側部分をトリミングする工程(トリミング工程)と、複数のセパレータ1の溶着部分を正極板2及び負極板3の側縁に沿って折り曲げる工程(折り曲げ工程)とをさらに備えてもよい。
The electrode unit forming step in the method for manufacturing the laminated electrode body includes a step of laminating a plurality of subunits S (subunit laminating step), and from the end portions of the
サブユニット積層工程では、複数のサブユニットSを同じ向きに配向して積層する。これにより、複数の正極板2と複数の負極板3とがセパレータ1を介して交互に配置され、最も外側の正極板2のさらに外側にセパレータ1が配置される積層体が形成される。
In the subunit stacking step, a plurality of subunits S are oriented and stacked in the same direction. Thereby, the some
複数のサブユニットSの積層は、例えばセパレータ1の四方の外縁に当接するガイド等を用いて、前記サブユニット形成工程で形成されたサブユニットSを順番にガイド内に投入して重力によりサブユニットSを積み重ねることで、比較的迅速かつ正確に行うことができる。
The plurality of subunits S are stacked by, for example, using a guide that contacts the four outer edges of the
積層するサブユニットSの数としては、例えば5以上15以下とすることができる。サブユニットSの積層数をこの範囲とすることによって、両外側のセパレータ1間の距離が大きくなり過ぎない、これにより、各サブユニットSの正極板2及び負極板3の端部から突出するセパレータ1の長さを小さくしても、セパレータ1の端部同士を束ねて溶着し、複数のサブユニットSを一体化することができるので、セパレータ1の使用量を低減することができる。
The number of subunits S to be stacked can be, for example, 5 or more and 15 or less. By setting the number of stacked subunits S within this range, the distance between the
溶着工程では、全てのセパレータ1の端部を互いに密着させるよう束ねて溶着する。具体的には、セパレータ1の耐酸化層5を破壊して樹脂層4同士を溶着させる。このため、セパレータ1の溶着は、超音波振動圧子(ホーン)を用いて行うことが好ましい。また、超音波振動圧子として、当接面に例えば多数の微細な突起が形成されたものを使用することで、耐酸化層5を破壊し、耐酸化層5の破片を掻き分けるようにして樹脂層4同士を効率よく溶着することができる。
In the welding step, the end portions of all the
トリミング工程では、セパレータ1の溶着領域R1,R2の外側に突出する部分を切り落とす。セパレータ1は、溶着領域R1,R2を形成できる最小限の大きさに設計されるが、溶着工程で複数のセパレータ1を互いに密着するよう束ねたことによって、図3に二点鎖線で図示するように、正極板2及び負極板3の厚さによりセパレータ1の端部が階段状に位置ずれするため、全てのセパレータ1が積層される部分に形成される溶着領域R1,R2の外側にセパレータ1が突出することになる。従って、このトリミング工程では、溶着領域R1,R2の外側に階段状に突出する部分を主に切除する。これにより、積層電極体Bを形成したときに溶着領域R1,R2の外側のセパレータ1が占有するデッドスペースを小さくして、積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
In the trimming step, the portions protruding outside the welding regions R1, R2 of the
折り曲げ工程では、セパレータ1の正極板2及び負極板3から突出する部分を、正極板2及び負極板3の側縁に沿って折り曲げる。これにより、積層電極体Bを形成したときにセパレータ1の正極板2及び負極板3から突出する部分が占有するデッドスペースを小さくして、積層電極体Bのエネルギー密度を大きくすることができる。
In the bending step, portions of the
当該積層電極体の製造方法における一体化工程は、電極ユニットUを複数積層する工程(電極ユニット積層工程)と、最も外層に配置されるセパレータ1上に1枚の負極板3を配置する工程(負極板配置工程)と、複数の電極ユニットU及び負極板3を積層した状態で加熱及び加圧する工程(電極体加熱加圧工程)とを備える。また、この一体化工程は、前記電極体加熱加圧工程の前に、複数の電極ユニットU及び負極板3の積層体の外周を樹脂フィルム13で覆う工程(樹脂フィルムラッピング工程)をさらに備えることが好ましい。
The integration step in the method for manufacturing the laminated electrode body includes a step of laminating a plurality of electrode units U (electrode unit laminating step) and a step of disposing one
電極ユニット積層工程では、複数の電極ユニットUを同じ向きに配向して積層する。つまり、隣接する2つの電極ユニットU間では、一方の電極ユニットUの負極板3に他方の電極ユニットUのセパレータ1が当接する。これにより、複数の正極板2及び負極板3がセパレータ1を介して積層された積層体を形成する。
In the electrode unit lamination step, the plurality of electrode units U are oriented and laminated in the same direction. That is, between two adjacent electrode units U, the
負極板配置工程では、最も外層に配置されるセパレータ1の外側にさらなる負極板3を積層することで、両外側に負極板3が配置され、複数の正極板2と負極板3とがそれぞれセパレータ1を介して交互に積層された積層体を形成する。
In the negative electrode plate arranging step, a further
なお、「セパレータ上に1枚の負極板を配置する」とは、複数の電極ユニットUとさらなる負極板3との上下関係を限定することは意図せず、最も外側に積層される2つの電極ユニットUのうち隣接する電極ユニットUのセパレータ1に負極板3を当接させている方の電極ユニットUの負極板3と反対側のセパレータ1のさらに外側にさらなる負極板3を積層することを意味する。従って、1枚の負極板3を最初に配置し、その上に複数の電極ユニットを積層してもよい。
Note that “arranging one negative electrode plate on the separator” is not intended to limit the vertical relationship between the plurality of electrode units U and the further
樹脂フィルムラッピング工程では、複数の電極ユニットU及び1枚のさらなる負極板3の積層体を樹脂フィルム13で覆うことによって、次の電極体加熱加圧工程において複数の電極ユニットU及び負極板3が位置ずれしないよう保持する。
In the resin film wrapping step, the plurality of electrode units U and the
このように、樹脂フィルム13によって電極体加熱加圧工程におけるセパレータ1、正極板2及び負極板3の位置ずれを防止することで、正極板2及び負極板3の位置ずれに対するマージンを小さくして正極板2及び負極板3の対向面積をより大きくし、積層電極体Bのエネルギー密度をさらに向上することができる。
In this way, the
また、複数の電極ユニットU及び負極板3の積層体を覆う樹脂フィルム13は、両外側の負極板3を保護し、特に後述する蓄電素子の製造を容易にすることができる。
Moreover, the
樹脂フィルム13の主成分としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等を挙げることができる。中でも、樹脂フィルム13の主成分としては、ヒートシール性が良好なポリプロピレンが特に好適である。
Examples of the main component of the
樹脂フィルム13の平均厚さの下限としては、20μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、樹脂フィルム13の平均厚さの上限としては、150μmが好ましく、100μmがより好ましい。樹脂フィルム13の平均厚さを上記下限以上とすることによって、破れることなく複数の電極ユニットU及び負極板3の位置ずれを防止すると共に負極板3を保護することができる。また、樹脂フィルム13の平均厚さを上記上限以下にすることによって、複数の電極ユニットU及び負極板3の積層体を容易かつ隙間なくタイトに被覆することができるので、電極ユニットU及び負極板3の位置ずれを防止する効果を確実にすることができ、積層電極体Bのエネルギー密度向上に貢献する。
As a minimum of average thickness of
電極体加熱加圧工程では、好ましくは樹脂フィルム13で覆った複数の電極ユニットU及び1枚の負極板3の積層体を加熱及び加圧することにより、隣接するサブユニットS間及び最も外側の電極ユニットUの外側のセパレータ1と負極板3との間を接合する。これにより、全てのセパレータ1、正極板2及び負極板3が互いに接着固定された積層電極体Bが得られる。
In the electrode body heating and pressing step, the outermost electrodes between adjacent subunits S and the outermost electrodes are preferably heated and pressed by heating and pressing a laminated body of a plurality of electrode units U and one
本発明の一実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、上述の積層電極体の製造方法により得られる積層電極体Bを図7に示すようにケース14に収容する工程(積層電極体収容工程)と、ケース14内に電解液を充填する工程(電解液充填工程)とを備える。
The method for manufacturing a storage element according to an embodiment of the present invention is a process of storing the stacked electrode body B obtained by the above-described stacked electrode body manufacturing method in the
ケース14は、有底四角筒状のケース本体15と、このケース本体15の開口を封止する板状の蓋体16とを有する。図7に示す蓄電素子は、蓋体16を貫通するよう設けられる正極外部端子17及び負極外部端子18と、ケース14の内側で正極外部端子17及び負極外部端子18に取り付けられ、積層電極体Bの正極タブ9及び負極タブ12が接続される正極接続部材19及び負極接続部材20とを備える。
The
ケース14は、積層電極体Bを収容し、内部に電解液が封入される密閉容器である。
The
ケース14の材質としては、電解液を封入できるシール性と、積層電極体Bを保護できる強度とを備えるものであれば、例えば樹脂等であってもよいが、金属が好適に用いられる。換言すると、ケース14としては、例えばラミネートフィルムから形成され、可撓性を有する袋体等であってもよいが、積層電極体Bをより確実に保護できる堅固な金属ケースを用いることが好ましい。
The material of the
ケース14に積層電極体Bと共に封入される電解液としては、当該蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6)等を溶解した溶液を用いることができる。
As the electrolytic solution enclosed in the
積層電極体収容工程では、正極タブ9及び負極タブ12を正極接続部材19及び負極接続部材20にそれぞれ接続してから、積層電極体Bをケース本体15内に挿入して、蓋体16でケース本体15の開口を封止する。
In the laminated electrode body accommodation step, the
正極タブ9及び負極タブ12の正極接続部材19及び負極接続部材20への接続方法としては、例えば超音波溶接、レーザー溶接、かしめ等を採用することができる。
As a method for connecting the
電解液充填工程では、ケース14内に電解液を注入する。このために、ケース14には、封止可能な注入口が形成されることが好ましい。
In the electrolytic solution filling step, an electrolytic solution is injected into the
当該蓄電素子の製造方法によれば、上述の積層電極体の製造方法によってエネルギー密度が大きい積層電極体Bを効率よく製造し、この積層電極体Bを用いて蓄電素子を製造するので、エネルギー密度が大きい蓄電素子を効率よく製造することができる。 According to the method for manufacturing a storage element, the stacked electrode body B having a large energy density is efficiently manufactured by the above-described manufacturing method of the stacked electrode body, and the storage element is manufactured using the stacked electrode body B. Can be manufactured efficiently.
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。 The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, the components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.
当該積層電極体の製造方法では、複数のサブユニットのセパレータを溶着した電極ユニットを形成せず、複数のサブユニットを積層し、このサブユニットの積層体の最も外側のセパレータにさらなる負極板を積層したものを加熱及び加圧することによって積層電極体を形成してもよい。 In the manufacturing method of the laminated electrode body, an electrode unit in which separators of a plurality of subunits are welded is not formed, but a plurality of subunits are laminated, and a further negative electrode plate is laminated on the outermost separator of the laminated body of subunits. The laminated electrode body may be formed by heating and pressurizing the resulting product.
当該積層電極体の製造方法では、1つの電極ユニットに負極板を積層した積層体を加熱及び加圧して積層電極体を製造してもよい。 In the method for manufacturing the laminated electrode body, a laminated electrode body may be produced by heating and pressing a laminated body in which a negative electrode plate is laminated on one electrode unit.
本発明に係る積層電極体の製造方法及び蓄電素子の製造方法は、多様な蓄電素子を製造するために利用することができるが、特に電気自動車やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)といった車両の電力源として用いられる二次電池を製造するために好適に利用される。 The method for manufacturing a laminated electrode body and the method for manufacturing a power storage element according to the present invention can be used for manufacturing various power storage elements, and in particular, the power of a vehicle such as an electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV). It is suitably used for producing a secondary battery used as a source.
1 セパレータ
2 正極板
3 負極板
4 樹脂層
5 耐酸化層
6 接着層
7 正極集電体
8 正極活物質層
9 正極タブ
10 負極集電体
11 負極活物質層
12 負極タブ
13 樹脂フィルム
14 ケース
15 ケース本体
16 蓋体
17 正極外部端子
18 負極外部端子
19 正極接続部材
20 負極接続部材
B 積層電極体
C カッタ
H プレートヒータ
P 加圧ローラ
S サブユニット
U 電極ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を積層した状態で加熱及び加圧することと、
前記1枚の負極板、前記2枚のセパレータの一方、前記1枚の正極板及び前記2枚のセパレータの他方を一体化したサブユニットを得るために、前記2枚のセパレータの両端部が前記正極板及び前記負極板の端部からそれぞれ突出するように前記2枚のセパレータを切断することと
を備える積層電極体の製造方法。 Disposing one positive electrode plate between two separators having adhesive layers on both sides and disposing one negative electrode plate on one of the two separators;
Heating and pressing in a state where one of the one negative electrode plate, one of the two separators, the other one of the positive electrode plate and the two separators are laminated,
In order to obtain a subunit that integrates one of the one negative electrode plate, one of the two separators, the one positive electrode plate, and the other of the two separators, both end portions of the two separators are Cutting the two separators so as to protrude from the end portions of the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively.
積層した前記複数のサブユニットを一体化した電極ユニットを得るために、前記複数のサブユニットそれぞれの前記正極板及び前記負極板の端部から突出するセパレータ同士を溶着することと
をさらに備える請求項1に記載の積層電極体の製造方法。 Laminating a plurality of the subunits;
Welding the separators protruding from the ends of the positive plate and the negative plate of each of the plurality of subunits to obtain an electrode unit in which the plurality of stacked subunits are integrated. 2. A method for producing a laminated electrode body according to 1.
最も外層に配置される前記セパレータ上に1枚の負極板を配置することと、
前記複数の電極ユニット及び前記負極板を積層した状態で加熱及び加圧することと
をさらに備える請求項2に記載の積層電極体の製造方法。 Laminating a plurality of the electrode units;
Disposing one negative electrode plate on the separator disposed on the outermost layer;
The method for producing a laminated electrode body according to claim 2, further comprising heating and pressing in a state where the plurality of electrode units and the negative electrode plate are laminated.
を備える蓄電素子の製造方法。 A laminated electrode body obtained by the production method according to any one of claims 1 to 4, is housed in a case.
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