JP2014137985A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池に関する。詳しくは車両搭載用電源に適用可能な二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery. Specifically, the present invention relates to a secondary battery applicable to a vehicle-mounted power source.
リチウム二次電池やニッケル水素電池等の二次電池は、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末その他の電気製品等に搭載される電源として好ましく用いられている。このような二次電池のなかには、高温状態における内部短絡の防止等を目的としてセパレータの表面に耐熱層が形成されているものがある。この種の従来技術を開示する文献として特許文献1が挙げられる。また、正負の電極とセパレータとの密着性を向上させることを目的として、該電極とセパレータとの間に樹脂フィルムを介在させることが提案されている。この種の従来技術を開示する文献として特許文献2が挙げられる。特許文献2では、電極とセパレータとの間に介在させる樹脂フィルムとして、非水電解液に接触すると粘着性が発現する配向性ポリスチレンフィルムが用いられている。 A secondary battery such as a lithium secondary battery or a nickel hydride battery is preferably used as a power source mounted on a vehicle using electricity as a driving source or a power source mounted on a personal computer, a portable terminal, or other electrical products. Some of such secondary batteries have a heat-resistant layer formed on the surface of the separator for the purpose of preventing an internal short circuit in a high temperature state. Patent document 1 is mentioned as a literature which discloses this kind of prior art. Further, for the purpose of improving the adhesion between the positive and negative electrodes and the separator, it has been proposed to interpose a resin film between the electrode and the separator. Patent document 2 is mentioned as a literature which discloses this kind of prior art. In Patent Document 2, an oriented polystyrene film that exhibits adhesiveness when contacted with a non-aqueous electrolyte is used as a resin film interposed between an electrode and a separator.
一方、扁平形状の捲回電極体を用いる二次電池では、所定の形状を有する電極体となるように成形した後、捲回状態に緩みが生じることがある。この現象を以下、捲き緩み(スプリングバック)という。上記捲き緩みを防止することを目的として、正負の電極とセパレータとの間に、ポリフッ化ビニリデン等の接着性を有する高分子を配置することが特許文献3に記載されている。 On the other hand, in a secondary battery using a flat-shaped wound electrode body, the wound state may be loosened after being formed into an electrode body having a predetermined shape. This phenomenon is hereinafter referred to as sag loosening (spring back). Patent Document 3 describes that a polymer having adhesive properties such as polyvinylidene fluoride is disposed between positive and negative electrodes and a separator for the purpose of preventing the above-described loosening.
上記のように、耐熱層を有する電極体を扁平形状の捲回電極体として構成して用いる二次電池では、耐熱層の特性(剛性、低接着性等)ゆえ捲き緩みが生じやすく、耐熱層を有しない構成よりも捲き緩みの程度が大きくなることが懸念される。巻き緩みの程度が大きいと、例えば、そのままの状態では捲回電極体を電池ケース内に収容しにくい、集電端子接続作業がしにくい等の不都合が発生することがある。このような不都合が生じた場合、再成形や成形後の形状保持工程等の追加工程が必要となり、生産性が低下する虞がある。 As described above, in a secondary battery in which an electrode body having a heat-resistant layer is configured and used as a flat wound electrode body, the heat-resistant layer tends to be loosened due to the characteristics of the heat-resistant layer (rigidity, low adhesion, etc.). There is a concern that the degree of rolling and loosening will be greater than in a configuration that does not have. If the degree of winding looseness is large, for example, inconveniences such as difficulty in housing the wound electrode body in the battery case and difficulty in connecting the current collecting terminals may occur. When such an inconvenience occurs, additional steps such as re-molding and a shape-holding step after molding are required, which may reduce productivity.
上記捲き緩みについて本発明者らが検討を行ったところ、耐熱層を有する捲回電極体を用いる二次電池における捲き緩みは、セパレータシート表面に耐熱層を形成した場合に顕著であることが明らかになった。しかし、電極表面に耐熱層を形成するとバインダが電極内に浸み込んで電池特性の低下を招く場合があること、セパレータシートに良好な特性(例えば強度や伸び率等)を付与すること等の観点から、セパレータシート表面に耐熱層を形成することへの要請は存在する。そこでさらに検討を進めた結果、セパレータシート表面に耐熱層を形成した場合であっても、捲き緩みの発生を有効に抑制し得る手段を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、上記の問題を解決するために創出されたものであり、その目的は、耐熱層が形成されたセパレータシートを備える扁平形状の捲回電極体を用いる構成において、電池性能を低下させることなく、捲回電極体の捲き緩みを原因とする生産性の低下を回避し得る二次電池を提供することである。 When the present inventors examined the above-described loosening, it is clear that the loosening in the secondary battery using the wound electrode body having the heat-resistant layer is significant when the heat-resistant layer is formed on the separator sheet surface. Became. However, when a heat-resistant layer is formed on the electrode surface, the binder may penetrate into the electrode and cause deterioration of battery characteristics, and impart good characteristics (for example, strength and elongation) to the separator sheet. From the viewpoint, there is a demand for forming a heat-resistant layer on the separator sheet surface. As a result of further investigations, the present inventors have completed the present invention by finding a means that can effectively suppress the occurrence of loosening even when a heat-resistant layer is formed on the separator sheet surface. That is, the present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to improve battery performance in a configuration using a flat wound electrode body having a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed. It is an object of the present invention to provide a secondary battery that can avoid a decrease in productivity due to loosening of a wound electrode body without lowering.
上記の目的を達成するため、本発明により、扁平形状の捲回電極体が電池ケース内に収容されてなる二次電池が提供される。この二次電池において、前記捲回電極体は、正負の電極シートと、該正負の電極シートの間に配置されたセパレータシートと、を備えている。また、前記セパレータシートの表面には、耐熱層が形成されている。さらに、前記電極シートの一方と前記耐熱層との間には、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように樹脂粒子層が配置されている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a secondary battery in which a flat wound electrode body is accommodated in a battery case. In the secondary battery, the wound electrode body includes a positive and negative electrode sheet and a separator sheet disposed between the positive and negative electrode sheets. Further, a heat resistant layer is formed on the surface of the separator sheet. Further, a resin particle layer is disposed between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer.
上述のように、捲き緩み現象は、耐熱層を正負極シート表面ではなくセパレータシート表面に形成した場合に顕著に発生する。その原因としては次のようなことが考えられる。例えば、電極シート−セパレータシート間、あるいは電極シートに形成された耐熱層−セパレータシート間では、捲回電極体の成形時に、セパレータシートが電極シートや耐熱層に食い込み、それによるアンカー効果が発揮されるため良好な接着状態が得られやすいと考えられる。これに対して、セパレータシートに形成された耐熱層−電極シート間では、充分なアンカー効果が得られず良好な接着状態が得られないことが考えられる。そこで本発明では、電極シートの一方(少なくとも一方)と耐熱層との間に樹脂粒子層を配置する。これにより、捲回電極体の成形後、電極シートと耐熱層とが樹脂粒子層を介して良好に接着(間接接着)するため、電極シートと耐熱層とが離れることに起因する捲き緩みが抑制される。その結果、耐熱層が形成されたセパレータシートを備える扁平形状の捲回電極体を用いる二次電池において、上記捲き緩みを原因とする生産性の低下が回避され得る。また、上記の樹脂粒子層は、例えば溶液重合により得られた樹脂フィルムと異なり、電荷担体の通過性に優れる等、電池性能を阻害しないものであり得る。すなわち、本発明によると、耐熱層が形成されたセパレータシートを備える扁平形状の捲回電極体を用いる構成において、良好な電池性能を有し、かつ生産性に優れた二次電池が提供される。 As described above, the loosening phenomenon occurs remarkably when the heat-resistant layer is formed on the separator sheet surface instead of the positive and negative electrode sheet surfaces. The following can be considered as the cause. For example, between the electrode sheet and the separator sheet, or between the heat-resistant layer formed on the electrode sheet and the separator sheet, the separator sheet bites into the electrode sheet or the heat-resistant layer when the wound electrode body is formed, and thereby the anchor effect is exhibited. Therefore, it is considered that a good adhesion state is easily obtained. On the other hand, it is considered that a sufficient anchor effect cannot be obtained and a good adhesion state cannot be obtained between the heat-resistant layer and the electrode sheet formed on the separator sheet. Therefore, in the present invention, a resin particle layer is disposed between one (at least one) of the electrode sheets and the heat-resistant layer. As a result, after forming the wound electrode body, the electrode sheet and the heat-resistant layer are well bonded (indirect bonding) via the resin particle layer, so that the loosening caused by the separation of the electrode sheet and the heat-resistant layer is suppressed. Is done. As a result, in a secondary battery using a flat wound electrode body that includes a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed, a decrease in productivity due to the loosening can be avoided. In addition, the resin particle layer described above may be one that does not impair battery performance, such as being excellent in charge carrier passage, unlike a resin film obtained by solution polymerization, for example. That is, according to the present invention, in a configuration using a flat wound electrode body including a separator sheet with a heat-resistant layer, a secondary battery having good battery performance and excellent productivity is provided. .
ここに開示される二次電池の好適な一態様では、前記セパレータシートは、前記耐熱層が形成された耐熱層形成面と、該耐熱層が形成されていない耐熱層非形成面とを有する。また、前記電極シートの一方と前記耐熱層との間には、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように第1樹脂粒子層としての前記樹脂粒子層が配置されている。さらに、前記電極シートの他方と前記セパレータシートの耐熱層非形成面との間には、該電極シートの他方および該耐熱層非形成面と接触するように第2樹脂粒子層が配置されている。 In a preferred aspect of the secondary battery disclosed herein, the separator sheet has a heat-resistant layer-forming surface on which the heat-resistant layer is formed, and a heat-resistant layer non-formed surface on which the heat-resistant layer is not formed. Further, the resin particle layer as the first resin particle layer is disposed between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer. Further, a second resin particle layer is disposed between the other of the electrode sheets and the heat-resistant layer non-formation surface of the separator sheet so as to be in contact with the other of the electrode sheets and the heat-resistant layer non-formation surface. .
電極シート−セパレータシート間ではアンカー効果により良好な接着状態が得られやすいことは上述のとおりであるが、検討の過程において、耐熱層が形成されたセパレータシートでは、捲回電極体の成形後、セパレータシートの耐熱層非形成面と電極シートとの間でも良好な接着状態が得られ難い事象が確認された。これは、セパレータシートに耐熱層を形成した場合、セパレータシートの物性が変化(例えば圧縮性が低下)し、セパレータシートの耐熱層非形成面におけるアンカー効果をも低下させたことによるものと考えられる。そこで上述の好適な一態様では、セパレータシートの耐熱層非形成面と電極シートとの間にも第2樹脂粒子層を配置する。これにより、電極シートとセパレータシートとが第2樹脂粒子層を介して良好に接着(間接接着)する。その結果、捲回電極体の成形後、電極シート−耐熱層間だけでなく電極シート−セパレータシート間においても良好な接着状態が得られ、捲回電極体の捲き緩みが好適に抑制される。 As described above, it is easy to obtain a good adhesion state due to the anchor effect between the electrode sheet and the separator sheet, but in the process of study, in the separator sheet in which the heat-resistant layer is formed, after forming the wound electrode body, It was confirmed that it was difficult to obtain a good adhesion state between the surface of the separator sheet where the heat-resistant layer was not formed and the electrode sheet. This is considered to be due to the fact that when the heat-resistant layer is formed on the separator sheet, the physical properties of the separator sheet are changed (for example, the compressibility is lowered), and the anchor effect on the non-heat-resistant layer forming surface of the separator sheet is also reduced. . Therefore, in the above-described preferred embodiment, the second resin particle layer is also disposed between the surface of the separator sheet where the heat-resistant layer is not formed and the electrode sheet. Thereby, an electrode sheet and a separator sheet adhere | attach favorably (indirect adhesion | attachment) via a 2nd resin particle layer. As a result, after forming the wound electrode body, a good adhesion state is obtained not only between the electrode sheet and the heat-resistant layer but also between the electrode sheet and the separator sheet, and the winding and loosening of the wound electrode body is suitably suppressed.
ここに開示される二次電池の好適な一態様では、前記樹脂粒子層は、樹脂粒子を含む分散液から形成されたディスパージョン型樹脂粒子層である。このようなディスパージョン型樹脂粒子層は、典型的には、樹脂粒子が所定の空孔(空間)を有しながら積み重なって形成された層であり得るため、電荷担体の通過性に優れ、電池性能を阻害しないものであり得る。したがって、上記のディスパージョン型樹脂粒子層は、電池性能を低下させることなく捲き緩みを防止する機能を好適に発揮することができる。 In a preferred embodiment of the secondary battery disclosed herein, the resin particle layer is a dispersion type resin particle layer formed from a dispersion containing resin particles. Such a dispersion-type resin particle layer is typically a layer in which resin particles are stacked while having predetermined pores (spaces), and therefore has excellent charge carrier permeability and a battery. The performance may not be hindered. Therefore, the above dispersion-type resin particle layer can suitably exhibit the function of preventing the loosening without lowering the battery performance.
また、前記樹脂粒子層を構成する樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴムおよびポリオレフィンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの樹脂は、電極シートと耐熱層とを良好に接着するバインダとして好適な樹脂である。 The resin constituting the resin particle layer is preferably at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, styrene butadiene rubber and polyolefin. These resins are suitable resins as a binder that favorably bonds the electrode sheet and the heat-resistant layer.
ここに開示される二次電池の好適な一態様では、前記耐熱層は、無機フィラーを50質量%以上の割合で含む。無機フィラーを上記の割合で含む耐熱層は、その性質(剛性、低接着性等)ゆえ捲き緩みを生じさせやすい傾向がある。このような耐熱層を有する二次電池に対して、本発明に係る樹脂粒子層を耐熱層−電極シート間に配置することで、捲回電極体の捲き緩みが効果的に抑制される。 In the suitable one aspect | mode of the secondary battery disclosed here, the said heat resistant layer contains an inorganic filler in the ratio of 50 mass% or more. A heat-resistant layer containing an inorganic filler in the above ratio tends to cause loosening due to its properties (rigidity, low adhesion, etc.). By arranging the resin particle layer according to the present invention between the heat-resistant layer and the electrode sheet for the secondary battery having such a heat-resistant layer, the loosening of the wound electrode body is effectively suppressed.
ここに開示される二次電池の好適な一態様では、前記捲回電極体は、扁平部の厚さが10mm以上である。このように捲回量(あるいは捲回数としても把握され得る。)の大きい捲回電極体において捲き緩みは生じやすい傾向がある。このような二次電池に対して本発明の構成を適用することで、捲回電極体の捲き緩みが効果的に抑制される。 In a preferred aspect of the secondary battery disclosed herein, the wound electrode body has a flat portion having a thickness of 10 mm or more. As described above, in a wound electrode body having a large amount of winding (or can be grasped as the number of times of winding), there is a tendency that winding looseness is likely to occur. By applying the configuration of the present invention to such a secondary battery, the loosening of the wound electrode body is effectively suppressed.
また、本発明によると、二次電池を製造する方法が提供される。この製造方法は:正負の電極シートを用意すること;耐熱層が形成されたセパレータシートを用意すること;前記耐熱層が形成されたセパレータシートを前記正負の電極シートの間に配置して捲回することにより捲回電極体を作製すること;前記作製した捲回電極体をプレスすることで扁平形状に成形すること;および前記扁平形状に成形した捲回電極体を電池ケース内に収容すること;を包含する。また、前記捲回電極体の作製において、前記電極シートの一方と前記耐熱層との間に、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように樹脂粒子層を配置することをさらに包含する。上記の工程を含む製造方法によると、捲回電極体の成形後において、電極シートと耐熱層とが樹脂粒子層を介して良好に接着し、電極シートと耐熱層とが離れることに起因する捲き緩みが抑制される。また、上記樹脂粒子層は電池性能を阻害しないものであり得る。要するに、上記樹脂粒子層を所定の領域に配置することによって、耐熱層が形成されたセパレータシートを備える扁平形状の捲回電極体を用いる二次電池において、電池性能を低下させることなく、上記捲き緩みを原因とする生産性の低下を回避することができる。 In addition, according to the present invention, a method for manufacturing a secondary battery is provided. This manufacturing method includes: preparing positive and negative electrode sheets; preparing a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed; winding the separator sheet on which the heat-resistant layer is formed between the positive and negative electrode sheets To produce a wound electrode body; to form the wound electrode body into a flat shape by pressing; and to house the wound electrode body shaped into the flat shape in a battery case. Including. In addition, the production of the wound electrode body further includes disposing a resin particle layer between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer. . According to the manufacturing method including the above steps, after forming the wound electrode body, the electrode sheet and the heat-resistant layer are favorably bonded via the resin particle layer, and the electrode sheet and the heat-resistant layer are separated from each other. Looseness is suppressed. Moreover, the said resin particle layer may be what does not inhibit battery performance. In short, by disposing the resin particle layer in a predetermined region, in a secondary battery using a flat wound electrode body including a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed, the above-mentioned winding is performed without reducing battery performance. A decrease in productivity due to looseness can be avoided.
ここに開示される製造方法の好適な一態様では、前記捲回電極体の作製において:前記セパレータシートの両面のうち一方の表面にのみ前記耐熱層を形成することによって、該セパレータシートが耐熱層形成面と耐熱層非形成面とを有するように構成すること;前記電極シートの一方と前記耐熱層との間に、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように第1樹脂粒子層としての樹脂粒子層を配置すること;および前記電極シートの他方と前記セパレータシートの耐熱層非形成面との間に、該電極シートの他方および該耐熱層非形成面と接触するように第2樹脂粒子層を配置すること;をさらに包含する。これにより、電極シート−耐熱層間だけでなく電極シート−セパレータシート間の接着状態も良好なものとなり、捲回電極体の捲き緩みが好適に抑制される。 In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, in the production of the wound electrode body: the separator sheet is formed on only one surface of both surfaces of the separator sheet, whereby the separator sheet And a first resin particle layer between the electrode sheet and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer. A resin particle layer as the second electrode sheet and a second heat-resistant layer non-formation surface of the separator sheet between the other of the electrode sheets and the non-heat-resistant layer non-formation surface. Disposing a resin particle layer. Thereby, not only the electrode sheet-heat resistant layer but also the adhesion state between the electrode sheet-separator sheet becomes favorable, and the loosening of the wound electrode body is suitably suppressed.
ここに開示される製造方法の好適な一態様では、前記捲回電極体は、前記プレス直後の捲回電極体扁平部の厚さTAと該プレス終了から5分後の捲回電極体扁平部の厚さTBとを測定し、式:(TB−TA)/TA×100;から求められるスプリングバック率が5%以下である。上記のスプリングバック率を有する捲回電極体は、捲き緩みが好適に抑制されたものであることから、上記捲き緩みを原因とする生産性の低下がより好適に回避され得る。 In one preferred embodiment of the manufacturing method disclosed herein, the wound electrode body, wherein the wound electrode body pars plana immediately after the press thickness T A and the press completion from 5 minutes after wound electrode plana the thickness T B of the part is measured, the formula: (T B -T a) / T a × 100; a sought spring back ratio is 5% or less. Since the wound electrode body having the above-described springback rate is one in which the loosening is preferably suppressed, the reduction in productivity due to the loosening can be more preferably avoided.
ここに開示される二次電池は、捲回電極体作製後の捲き緩みが抑制されている。上記捲き緩みはより大型の電池で起こりやすいことを考慮すると、より大型の電池が適用され得る車両の駆動電源(例えば、ハイブリッド自動車(HV)やプラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)等の車両の駆動電源)として好適に利用され得る。本発明によると、ここに開示されるいずれかの二次電池(複数の電池が接続された組電池の形態であり得る。)を搭載した車両が提供される。 As for the secondary battery disclosed here, the loosening after winding electrode body preparation is suppressed. Considering that the above-mentioned loosening is likely to occur with a larger battery, a driving power source of a vehicle to which a larger battery can be applied (for example, a hybrid vehicle (HV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), an electric vehicle (EV)) It can be suitably used as a vehicle drive power source. According to the present invention, there is provided a vehicle equipped with any of the secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected).
以下、図面を参照しながら、本発明による一実施形態を説明する。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、正極および負極を備えた電極体の構成および製法、セパレータの構成および製法、電池(ケース)の形状等、電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Further, matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, the configuration and manufacturing method of an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, the configuration and manufacturing method of a separator, a battery ( The general technology related to the construction of the battery, such as the shape of the case), etc. can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the conventional technology in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted or simplified.
ここに開示される二次電池に係る好適な実施形態として、リチウム二次電池を例にして説明するが、本発明の適用対象を当該電池に限定することを意図したものではない。例えば、リチウムイオン(Liイオン)以外の金属イオン(例えばナトリウムイオン)を電荷担体とする非水電解質二次電池に本発明を適用することも可能である。なお、本発明の適用対象は、扁平形状を有する捲回電極体を用いる電池であればよく、非水電解質二次電池に限定されるものでもない。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な電池一般をいい、リチウム二次電池等の蓄電池(すなわち化学電池)のほか、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてLiイオンを利用し、正負極間におけるLiイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池と称される電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。 As a preferred embodiment of the secondary battery disclosed herein, a lithium secondary battery will be described as an example, but the application target of the present invention is not intended to be limited to the battery. For example, the present invention can also be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery that uses a metal ion (for example, sodium ion) other than lithium ion (Li ion) as a charge carrier. In addition, the application object of this invention should just be a battery using the wound electrode body which has a flat shape, and is not limited to a nonaqueous electrolyte secondary battery. In the present specification, “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged and discharged. In addition to a storage battery (ie, a chemical battery) such as a lithium secondary battery, a capacitor (ie, a physical battery) such as an electric double layer capacitor. ). Further, in this specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses Li ions as electrolyte ions and is charged / discharged by the movement of charges accompanying Li ions between the positive and negative electrodes. A battery generally called a lithium ion secondary battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.
図1,2に示すように、第1実施形態によるリチウム二次電池100は、箱状の電池ケース10と、電池ケース10内に収容される捲回電極体20とを備える。電池ケース10は上面に開口部12を有している。この開口部12は、捲回電極体20を開口部12から電池ケース10内に収容した後、蓋体14によって封止される。電池ケース10内にはまた、非水電解液25が収容されている。蓋体14には、外部接続用の外部正極端子38と外部負極端子48とが設けられており、それら端子38,48の一部は蓋体14の表面側に突出している。また、外部正極端子38の一部は電池ケース10内部で内部正極端子37に接続されており、外部負極端子48の一部は電池ケース10内部で内部負極端子47に接続されている。なお、電池ケースは、所定以上の剛性を有する金属(アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等)製の部材であることが好ましい。好適例としては、厚さ0.3mm以上(例えば0.3〜3mm、典型的には0.5〜2mm)の軽金属製(例えばアルミニウム製)電池ケースが挙げられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium
図3に示すように、捲回電極体20は、長尺シート状の正極(正極シート)30と、長尺シート状の負極(負極シート)40とを備える。正極シート30は、長尺状の正極集電体32とその少なくとも一方の表面(典型的には両面)に形成された正極活物質層34とを備える。負極シート40は、長尺状の負極集電体42とその少なくとも一方の表面(典型的には両面)に形成された負極活物質層44とを備える。捲回電極体20はまた、長尺シート状の2枚のセパレータ(セパレータシート)50A,50Bを備える。正極シート30および負極シート40は、2枚のセパレータシート50A,50Bを介して積層されている。具体的には、正極シート30、セパレータシート50A、負極シート40、セパレータシート50Bの順に積層されている。該積層体は、長尺方向に捲回されることによって捲回体とされ、さらにこの捲回体を側面方向からプレスして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。得られた扁平形状の捲回電極体20は、例えば図4に示すように、捲回軸に直交する断面において、略角丸長方形状を有しており、中央側に位置する扁平部21と、扁平部21の両側に位置する半円形状のR部22とを有する。なお、プレス前の捲回体の形状は特に限定されず、その断面において円形状、楕円形状、矩形状等であり得る。
As shown in FIG. 3, the
捲回電極体20の幅方向(捲回方向に直交する方向)の中心部には、正極集電体32の表面に形成された正極活物質層34と、負極集電体42の表面に形成された負極活物質層44とが重なり合って密に積層された部分が形成されている。また、正極シート30の幅方向の一方の端部には、正極活物質層34が形成されずに正極集電体32が露出した部分(正極活物質層非形成部36)が設けられている。この正極活物質層非形成部36は、セパレータシート50A,50Bおよび負極シート40からはみ出た状態となっている。すなわち、捲回電極体20の幅方向の一端には、正極集電体32の正極活物質層非形成部36が重なり合った正極集電体積層部35が形成されている。また、捲回電極体20の幅方向の他端にも、上記一端の正極シート30の場合と同様に、負極集電体42の負極活物質層非形成部46が重なり合った負極集電体積層部45が形成されている。なお、セパレータシート50A,50Bは、正極活物質層34および負極活物質層44の積層部分の幅より大きく、捲回電極体20の幅より小さい幅を有する。これを正極活物質層34および負極活物質層44の積層部分に挟むように配することで、正極活物質層34および負極活物質層44が互いに接触して内部短絡が生じることを防いでいる。
The positive electrode
セパレータシート50Aは多孔質の樹脂層から構成されている。図5に示すように、セパレータシート50Aの正極シート30(正極活物質層34)側表面50Aaには、耐熱層51が形成されている。耐熱層51はセパレータシート50Aの表面全体に、すなわちセパレータシート50Aの長手方向(捲回方向)および幅方向の全体に亘って形成されている。なお、セパレータシート50Aの正極シート30側表面50Aaを以下、耐熱層形成面50Aaともいう。
また、耐熱層51の表面(正極シート30(正極活物質層34)に対向する面)51aには、樹脂粒子層(第1樹脂粒子層)52Aが形成されている。第1樹脂粒子層52Aは、正極シート30(正極活物質層34)と耐熱層51との間に配置されており、捲回電極体20の扁平部21において正極シート30と耐熱層51の両方に接触している。また、第1樹脂粒子層52Aは接着性を有する樹脂粒子から構成されている。これにより、捲回電極体20の成形後、第1樹脂粒子層52Aを介して正極シート30と耐熱層51とは良好に接着し、捲回電極体20の捲き緩みは防止される。第1樹脂粒子層52Aは、耐熱層51の表面全体に形成されている。
A resin particle layer (first resin particle layer) 52A is formed on the surface of the heat-resistant layer 51 (surface facing the positive electrode sheet 30 (positive electrode active material layer 34)) 51a. The first
セパレータシート50Aの耐熱層形成面50Aaとは反対側の面50Abは、負極シート40(負極活物質層44)と対向しており、当該面50Abには耐熱層は形成されていない。当該面50Abを以下、耐熱層非形成面50Abともいう。本実施形態では、セパレータシート50Aの耐熱層非形成面50Abにも、樹脂粒子層(第2樹脂粒子層)52Bが形成されている。第2樹脂粒子層52Bは、セパレータシート50Aの耐熱層非形成面50Abと負極シート40(負極活物質層44)との間に配置されており、捲回電極体20の扁平部21においてセパレータシート50Aと負極シート40の両方に接触している。また、第2樹脂粒子層52Bは、第1樹脂粒子層52Aと同様に接着性を有する樹脂粒子から構成されている。これにより、負極シート40とセパレータシート50Aとは、第2樹脂粒子層52Bを介して良好に接着した状態となり、捲回電極体20の捲き緩みは防止される。第2樹脂粒子層52Bは、セパレータシート50Aの耐熱層非形成面50Abの全体に形成されている。なお、セパレータシート50Bの構成およびその周辺構成(典型的には耐熱層、樹脂粒子層の配置等)も、セパレータシート50Aの構成およびその周辺構成と基本的に同じであるため、説明は繰り返さない。
The surface 50Ab of the
図6は、第2実施形態に係る捲回電極体の扁平部における正負極間の一部を拡大して示す模式断面図である。第2実施形態の構成は上記第1実施形態の構成と基本的に同じであるため、相違点を中心に説明する。第2実施形態では、耐熱層51の表面51aに樹脂粒子層52が形成されているが、セパレータシート50Aと負極シート40との間に樹脂粒子層が配置されていない点で上記第1実施形態と異なる。捲回電極体20の捲き緩みは、電極シート(正極シート30)と耐熱層51とが離れることが主たる原因であるため、第2実施形態の構成によっても、捲き緩みは抑制され得る。
FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view showing a part between the positive and negative electrodes in the flat portion of the wound electrode body according to the second embodiment. Since the configuration of the second embodiment is basically the same as the configuration of the first embodiment, differences will be mainly described. In the second embodiment, the
なお、上記実施形態では、樹脂粒子層(第1樹脂粒子層)は耐熱層の表面に形成されていたが、これに限定されるものではなく、樹脂粒子層は正負の電極シートの一方と耐熱層との間に配置されていればよい。例えば、正負の電極シート(典型的には活物質層)の一方の表面に樹脂粒子層を形成してもよい。同様に、上記第1実施形態では、第2樹脂粒子層はセパレータシートの表面に形成されていたが、これに限定されるものではなく、第2樹脂粒子層は正負の電極シートの他方とセパレータシートとの間に配置されていればよい。例えば、正負の電極シート(典型的には活物質層)の他方の表面に樹脂粒子層を形成してもよい。また、第1樹脂粒子層と第2樹脂粒子層の構成(例えば組成や厚さ)は同じであってもよく異なっていてもよい。 In the above embodiment, the resin particle layer (first resin particle layer) is formed on the surface of the heat-resistant layer. However, the present invention is not limited to this, and the resin particle layer is heat-resistant to one of the positive and negative electrode sheets. What is necessary is just to be arrange | positioned between layers. For example, a resin particle layer may be formed on one surface of a positive and negative electrode sheet (typically an active material layer). Similarly, in the said 1st Embodiment, although the 2nd resin particle layer was formed in the surface of a separator sheet, it is not limited to this, A 2nd resin particle layer is the other of a positive / negative electrode sheet, and a separator. What is necessary is just to arrange | position between sheets. For example, a resin particle layer may be formed on the other surface of the positive and negative electrode sheets (typically the active material layer). Moreover, the structure (for example, composition and thickness) of a 1st resin particle layer and a 2nd resin particle layer may be the same, and may differ.
また、上記の実施形態では耐熱層は1層のみであったが、これに限定されるものではなく、正負の電極シート間に2層以上の耐熱層が配置されていてもよい。その典型例としては、セパレータシートの両面に耐熱層が形成された構成が挙げられる。あるいは例えば、セパレータシートの一方の面(片面)および正負の電極シートの一方の表面に耐熱層が形成された構成であってもよい。そのような構成として、例えば、セパレータシートの他方の面(耐熱層非形成面)に対向する電極シートの表面に耐熱層が形成されているものが挙げられる。複数の耐熱層を設ける場合、それら複数の耐熱層の構成(例えば組成や厚さ等)は同じであってもよく異なっていてもよい。 In the above embodiment, the heat resistant layer is only one layer. However, the present invention is not limited to this, and two or more heat resistant layers may be disposed between the positive and negative electrode sheets. A typical example is a structure in which heat-resistant layers are formed on both sides of a separator sheet. Alternatively, for example, a configuration in which a heat-resistant layer is formed on one surface (one surface) of the separator sheet and one surface of the positive and negative electrode sheets may be employed. As such a configuration, for example, a structure in which a heat-resistant layer is formed on the surface of the electrode sheet facing the other surface (heat-resistant layer non-formed surface) of the separator sheet can be mentioned. When a plurality of heat-resistant layers are provided, the structures (for example, composition and thickness) of the plurality of heat-resistant layers may be the same or different.
次に、上述のリチウム二次電池を構成する各構成要素について説明する。リチウム二次電池の正極(正極シート)を構成する正極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。そのような導電性部材としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、シート状、箔状、メッシュ状等の形態であり得る。正極集電体の厚さは特に限定されず、例えば5〜30μmとすることができる。正極活物質層は、正極活物質の他、必要に応じて導電材、結着剤(バインダ)等の添加材を含有し得る。 Next, each component which comprises the above-mentioned lithium secondary battery is demonstrated. As the positive electrode current collector constituting the positive electrode (positive electrode sheet) of the lithium secondary battery, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. As such a conductive member, for example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector may be a sheet shape, a foil shape, a mesh shape, or the like. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, and can be, for example, 5 to 30 μm. In addition to the positive electrode active material, the positive electrode active material layer can contain additives such as a conductive material and a binder as necessary.
正極活物質としては、リチウム(Li)および少なくとも1種の遷移金属元素(好ましくはニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種)を含むリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。上記複合酸化物としては、例えば、上記遷移金属元素を1種含むいわゆる一元系リチウム遷移金属複合酸化物、上記遷移金属元素を2種含むいわゆる二元系リチウム遷移金属複合酸化物、遷移金属元素としてNi、CoおよびMnを構成元素として含むいわゆる三元系リチウム遷移金属複合酸化物、固溶型のリチウム過剰遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、正極活物質として、一般式がLiMAO4(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVからなる群から選択される元素である。)で表されるポリアニオン型化合物も好ましく用いられる。なかでも、遷移金属元素としてNi、CoおよびMnを構成元素として含む三元系リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。この三元系リチウム遷移金属複合酸化物の典型例としては、一般式:
Li(LiaNixCoyMnz)O2
(上記一般式中のa、x、y、zはa+x+y+z=1を満足する実数);で表される三元系リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
As the positive electrode active material, lithium transition metal composite oxide containing lithium (Li) and at least one transition metal element (preferably at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn)) Is mentioned. Examples of the composite oxide include so-called binary lithium transition metal composite oxides containing one kind of the transition metal element, so-called binary lithium transition metal composite oxides containing two kinds of the transition metal elements, and transition metal elements. Examples include so-called ternary lithium transition metal composite oxides containing Ni, Co and Mn as constituent elements, and solid solution lithium-excess transition metal composite oxides. These can be used alone or in combination of two or more. As the positive electrode active material, the general formula is LiMAO 4 (where M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is P, Si, S and A polyanionic compound represented by the following formula is also preferably used: an element selected from the group consisting of V. Among these, a ternary lithium transition metal composite oxide containing Ni, Co, and Mn as transition metal elements as constituent elements is preferable. Typical examples of the ternary lithium transition metal composite oxide include a general formula:
Li (Li a Ni x Co y Mn z ) O 2
(A, x, y, and z in the above general formula are real numbers satisfying a + x + y + z = 1); and a ternary lithium transition metal composite oxide represented by:
また、正極活物質は、Al,Cr,V,Mg,Ca,Ti,Zr,Nb,Mo,Cu,Zn,Ga,In,Sn,La,WおよびCeからなる群から選択される1種または2種以上の金属元素がさらに添加されたものであってもよい。これらの金属元素の添加量(配合量)は特に限定されないが、0.01〜5質量%(例えば0.05〜2質量%、典型的には0.1〜0.8質量%)とするのが適当である。 Further, the positive electrode active material is selected from the group consisting of Al, Cr, V, Mg, Ca, Ti, Zr, Nb, Mo, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, W, and Ce, or Two or more kinds of metal elements may be further added. The addition amount (blending amount) of these metal elements is not particularly limited, but is 0.01 to 5% by mass (for example, 0.05 to 2% by mass, typically 0.1 to 0.8% by mass). Is appropriate.
導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、例えばアセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、グラファイト粉末が好ましい。また、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル等の金属粉末類およびポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等を、1種を単独でまたは2種以上の混合物として用いることができる。 As the conductive material, a conductive powder material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, and graphite powder are preferable. Also, conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper and nickel, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used singly or as a mixture of two or more. .
結着剤としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等、従来から正極活物質層形成用組成物に用いられている結着剤の1種または2種以上を単独でまたは組み合わせて用いればよい。なお、上記で例示した結着剤は、増粘剤その他の添加剤として使用されることもあり得る。 As the binder, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene fluoride (PVdF), and the like conventionally used in compositions for forming a positive electrode active material layer. One kind or two or more kinds of agents may be used alone or in combination. In addition, the binder illustrated above may be used as a thickener and other additives.
正極活物質層に占める正極活物質の割合は、凡そ50質量%を超え、例えば70〜97質量%(典型的には75〜95質量%)であることが好ましい。また、正極活物質層に占める添加材の割合は特に限定されないが、導電材の割合は、正極活物質100質量部に対して凡そ1〜20質量部(例えば2〜10質量部、典型的には3〜7質量部)とすることが好ましい。結着剤の割合は、正極活物質100質量部に対して凡そ0.8〜10質量部(例えば1〜7質量部、典型的には2〜5質量部)とすることが好ましい。 The ratio of the positive electrode active material to the positive electrode active material layer is preferably more than about 50% by mass, for example, 70 to 97% by mass (typically 75 to 95% by mass). Further, the ratio of the additive to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the ratio of the conductive material is about 1 to 20 parts by mass (for example, 2 to 10 parts by mass, typically 100 parts by mass of the positive electrode active material). 3-7 parts by mass). The ratio of the binder is preferably about 0.8 to 10 parts by mass (for example, 1 to 7 parts by mass, typically 2 to 5 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
正極集電体上への正極活物質層の単位面積当たりの目付量(正極活物質層形成用組成物の固形分換算の塗付量)は特に限定されるものではないが、充分な導電経路(導電パス)を確保する観点から、正極集電体の片面当たり3mg/cm2以上(例えば6mg/cm2以上、典型的には12mg/cm2以上)であり、45mg/cm2以下(例えば28mg/cm2以下、典型的には22mg/cm2以下)とすることが好ましい。正極活物質層の密度も特に限定されないが、電池性能や対向する材料(例えばセパレータシート、樹脂粒子層)との接着性等を考慮して、1.0g/cm3以上(例えば1.5g/cm3以上、典型的には2.0g/cm3以上)、3.8g/cm3以下(例えば3.5g/cm3以下、典型的には3.0g/cm3以下)とすることが好ましい。正極活物質層の密度が上記の範囲となるように正極シートを作製することが好ましい。 The basis weight per unit area of the positive electrode active material layer on the positive electrode current collector (the coating amount in terms of solid content of the composition for forming the positive electrode active material layer) is not particularly limited, but a sufficient conductive path From the viewpoint of securing (conductive path), it is 3 mg / cm 2 or more (for example, 6 mg / cm 2 or more, typically 12 mg / cm 2 or more) per side of the positive electrode current collector, and 45 mg / cm 2 or less (for example, 28 mg / cm 2 or less, typically 22 mg / cm 2 or less). The density of the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is 1.0 g / cm 3 or more (for example, 1.5 g / cm) in consideration of battery performance and adhesiveness with a facing material (for example, a separator sheet or a resin particle layer). cm 3 or more, and typically 2.0 g / cm 3 or more), 3.8 g / cm 3 or less (e.g., 3.5 g / cm 3 or less, typically be 3.0 g / cm 3 or less) preferable. It is preferable to produce the positive electrode sheet so that the density of the positive electrode active material layer falls within the above range.
正極活物質層の多孔度(空孔率)は特に限定されず、上記密度と同様の観点から、20%以上(例えば25%以上、典型的には35%以上)とすることが適当であり、60%以下(例えば50%以下、典型的には40%以下)程度とすることが好ましい。上記多孔度は、正極活物質層の見かけの体積、質量、真密度から算出したものを採用すればよい。正極活物質層の密度や多孔度は、構成成分の組成、塗付方法、乾燥方法、圧縮方法等により調整し得る。正極活物質層の多孔度が上記の範囲となるように正極シートを作製することが好ましい。 The porosity (porosity) of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and is suitably 20% or more (for example, 25% or more, typically 35% or more) from the same viewpoint as the density. 60% or less (for example, 50% or less, typically 40% or less). What is necessary is just to employ | adopt what was computed from the apparent volume, mass, and true density of the positive electrode active material layer for the said porosity. The density and porosity of the positive electrode active material layer can be adjusted by the composition of the constituent components, the coating method, the drying method, the compression method, and the like. The positive electrode sheet is preferably prepared so that the porosity of the positive electrode active material layer falls within the above range.
負極(負極シート)を構成する負極集電体としては、従来のリチウム二次電池と同様に、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。そのような導電性部材としては、例えば銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。負極集電体の形状は、シート状、箔状、メッシュ状等の形態であり得る。負極集電体の厚さは特に限定されず、例えば5〜30μm程度とすることができる。 As the negative electrode current collector constituting the negative electrode (negative electrode sheet), a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used as in the conventional lithium secondary battery. As such a conductive member, for example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. The shape of the negative electrode current collector may be a sheet shape, a foil shape, a mesh shape, or the like. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, and can be, for example, about 5 to 30 μm.
負極活物質層には、電荷担体となるLiイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質が含まれる。負極活物質の組成や形状に特に制限はなく、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の1種または2種以上を使用することができる。そのような負極活物質としては、例えばリチウム二次電池で一般的に用いられる炭素材料が挙げられる。上記炭素材料の代表例としては、グラファイトカーボン(黒鉛)、アモルファスカーボン等が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましく用いられる。なかでも天然黒鉛を主成分とする炭素材料の使用が好ましい。上記天然黒鉛は鱗片状の黒鉛を球形化したものであり得る。また、黒鉛の表面にアモルファスカーボンがコートされた炭素質粉末を用いてもよい。その他、負極活物質として、チタン酸リチウム等の酸化物、ケイ素材料、スズ材料等の単体、合金、化合物、上記材料を併用した複合材料を用いることも可能である。負極活物質として金属リチウムを用いてもよい。負極活物質層に占める負極活物質の割合は、凡そ50質量%を超え、凡そ90〜99質量%(例えば95〜99質量%、典型的には97〜99質量%)であることが好ましい。 The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material capable of occluding and releasing Li ions serving as charge carriers. There is no restriction | limiting in particular in a composition and a shape of a negative electrode active material, The 1 type (s) or 2 or more types of the material conventionally used for a lithium secondary battery can be used. Examples of such a negative electrode active material include carbon materials that are generally used in lithium secondary batteries. Representative examples of the carbon material include graphite carbon (graphite) and amorphous carbon. A particulate carbon material (carbon particles) containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferably used. Of these, the use of a carbon material mainly composed of natural graphite is preferred. The natural graphite may be a spheroidized graphite. Alternatively, a carbonaceous powder having a graphite surface coated with amorphous carbon may be used. In addition, as the negative electrode active material, it is also possible to use oxides such as lithium titanate, simple substances such as silicon materials and tin materials, alloys, compounds, and composite materials using the above materials in combination. Metal lithium may be used as the negative electrode active material. The proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably more than about 50% by mass and about 90 to 99% by mass (for example, 95 to 99% by mass, typically 97 to 99% by mass).
負極活物質層は、負極活物質の他に、一般的なリチウム二次電池の負極活物質層に配合され得る1種または2種以上の結着剤や増粘剤その他の添加剤を必要に応じて含有することができる。結着剤としては各種のポリマー材料が挙げられる。例えば、水系の組成物または溶剤系の組成物に対して、正極活物質層に含有され得るものを好ましく用いることができる。そのような結着剤は、結着剤として用いられる他に増粘剤その他の添加剤として使用されることもあり得る。負極活物質層に占めるこれら添加剤の割合は特に限定されないが、凡そ0.8〜10質量%(例えば凡そ1〜5質量%、典型的には1〜3質量%)であることが好ましい。 In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer requires one or more binders, thickeners, and other additives that can be incorporated into the negative electrode active material layer of a typical lithium secondary battery. It can be contained accordingly. Examples of the binder include various polymer materials. For example, what can be contained in the positive electrode active material layer can be preferably used with respect to the aqueous composition or the solvent-based composition. Such a binder may be used as a thickener or other additives in addition to being used as a binder. The ratio of these additives in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably about 0.8 to 10% by mass (for example, about 1 to 5% by mass, typically 1 to 3% by mass).
負極集電体上への負極活物質層の単位面積当たりの目付量(負極活物質層形成用組成物の固形分換算の塗付量)は特に限定されるものではないが、充分な導電経路(伝導パス)を確保する観点から、負極集電体の片面当たり2mg/cm2以上(例えば3mg/cm2以上、典型的には4mg/cm2以上)であり、40mg/cm2以下(例えば22mg/cm2以下、典型的には10mg/cm2以下)とすることが好ましい。負極活物質層の密度も特に限定されないが、電池性能や対向する材料(例えばセパレータシート、樹脂粒子層)との接着性等を考慮して、1.0g/cm3以上(例えば1.2g/cm3以上、典型的には1.3g/cm3以上)、3.0g/cm3以下(例えば2.0g/cm3以下、典型的には1.5g/cm3以下)とすることが好ましい。負極活物質層の密度が上記の範囲となるように負極シートを作製することが好ましい。 The basis weight per unit area of the negative electrode active material layer on the negative electrode current collector (the coating amount in terms of solid content of the composition for forming the negative electrode active material layer) is not particularly limited, but a sufficient conductive path From the viewpoint of securing a (conduction path), it is 2 mg / cm 2 or more (for example, 3 mg / cm 2 or more, typically 4 mg / cm 2 or more) per side of the negative electrode current collector, and 40 mg / cm 2 or less (for example, 22 mg / cm 2 or less, typically 10 mg / cm 2 or less). The density of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is 1.0 g / cm 3 or more (for example, 1.2 g / cm 2) in consideration of battery performance and adhesiveness with a facing material (for example, a separator sheet or a resin particle layer). cm 3 or more, typically 1.3 g / cm 3 or more), 3.0 g / cm 3 or less (for example, 2.0 g / cm 3 or less, typically 1.5 g / cm 3 or less). preferable. It is preferable to prepare the negative electrode sheet so that the density of the negative electrode active material layer falls within the above range.
負極活物質層の多孔度(空孔率)は特に限定されず、上記密度と同様の観点から、20%以上(例えば25%以上、典型的には35%以上)とすることが適当であり、55%以下(例えば50%以下、典型的には40%以下)程度とすることが好ましい。なお、負極活物質層の多孔度は正極活物質層の多孔度と同様の手法により算出すればよい。また、負極活物質層の密度や多孔度は、構成成分の組成、塗付方法、乾燥方法、圧縮方法等により調整し得る。負極活物質層の多孔度が上記の範囲となるように負極シートを作製することが好ましい。 The porosity (porosity) of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and is suitably 20% or more (for example, 25% or more, typically 35% or more) from the same viewpoint as the density. 55% or less (eg, 50% or less, typically 40% or less). In addition, what is necessary is just to calculate the porosity of a negative electrode active material layer with the method similar to the porosity of a positive electrode active material layer. In addition, the density and porosity of the negative electrode active material layer can be adjusted by the composition of the constituent components, the coating method, the drying method, the compression method, and the like. The negative electrode sheet is preferably prepared so that the porosity of the negative electrode active material layer is in the above range.
正極シートと負極シートとを隔てるように配置されるセパレータ(セパレータシート)は、正極活物質層と負極活物質層とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する部材であればよい。上記セパレータシートとしては、従来のリチウム二次電池におけるセパレータシートと同様のものを用いることができる。そのような部材としては、例えば、多孔質体や不織布状体、布状体等が挙げられる。なかでも、樹脂からなる多孔性シート(多孔性樹脂シート)を好ましく用いることができる。 The separator (separator sheet) disposed so as to separate the positive electrode sheet and the negative electrode sheet may be a member that insulates the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and allows the electrolyte to move. As said separator sheet, the thing similar to the separator sheet in the conventional lithium secondary battery can be used. Examples of such a member include a porous body, a nonwoven fabric, and a cloth. Especially, the porous sheet (porous resin sheet) which consists of resin can be used preferably.
上記多孔性樹脂シートの好適例としては、ポリオレフィン(ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等)、ポリエステル、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を主体に構成されたシートが挙げられる。一好適例として、1種または2種以上のポリオレフィン系樹脂を主体に構成された単層または多層構造のシート(ポリオレフィン系シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された3層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。上記PEは、一般に高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状(線状)低密度ポリエチレン(LLDPE)と称されるいずれのポリエチレンであってもよく、これらの混合物であってもよい。また、上記セパレータシートは、必要に応じて、各種可塑剤、酸化防止剤等の添加剤を含有することもできる。 Preferable examples of the porous resin sheet include a sheet mainly composed of a thermoplastic resin such as polyolefin (polyethylene (PE), polypropylene (PP), etc.), polyester, and polyamide. As a preferred example, a sheet having a single-layer structure or a multilayer structure (polyolefin-based sheet) mainly composed of one or more kinds of polyolefin-based resins can be given. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which a PP layer is laminated on both sides of the PE layer can be suitably used. The PE may be any polyethylene generally referred to as high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), or linear (linear) low-density polyethylene (LLDPE), or a mixture thereof. May be. Moreover, the said separator sheet can also contain additives, such as various plasticizers and antioxidant, as needed.
セパレータシートの多孔度(空孔率)は、概ね20〜70%程度であることが好ましく、例えば30〜60%程度であることがより好ましい。セパレータシートの多孔度が大きすぎると、強度が不足したり、熱収縮が著しくなったりすることがあり得る。一方、上記多孔度が小さすぎると、セパレータシートに保持可能な電解液量が少なくなり、電荷担体(典型的にはイオン)の通過性が低下して、充放電特性が低下傾向となることがあり得る。なお、セパレータシートの多孔度は以下の方法により算出することができる。単位面積(表面積)のセパレータシートが占める見かけの体積をV1[cm3]とし、上記単位面積のセパレータシートの質量をW[g]とする。この質量Wと上記セパレータシートを構成する樹脂材料の真密度ρ[g/cm3]との比、すなわちW/ρをV0とする。なお、V0は質量Wの樹脂材料の緻密体が占める体積である。セパレータシートの多孔度は、[(V1−V0)/V1]×100から算出することができる。セパレータシートの多孔度は樹脂の材質、延伸強度等により調整し得る。 The porosity (porosity) of the separator sheet is preferably about 20 to 70%, and more preferably about 30 to 60%, for example. When the porosity of the separator sheet is too large, the strength may be insufficient or the heat shrinkage may be remarkable. On the other hand, if the porosity is too small, the amount of the electrolyte solution that can be held in the separator sheet decreases, the charge carrier (typically ions) passability decreases, and the charge / discharge characteristics tend to decrease. possible. The porosity of the separator sheet can be calculated by the following method. The apparent volume occupied by the separator sheet of the unit area (surface area) is V1 [cm 3 ], and the mass of the separator sheet of the unit area is W [g]. The ratio between the mass W and the true density ρ [g / cm 3 ] of the resin material constituting the separator sheet, that is, W / ρ is V0. Note that V0 is a volume occupied by a dense body of resin material having a mass W. The porosity of the separator sheet can be calculated from [(V1-V0) / V1] × 100. The porosity of the separator sheet can be adjusted by the material of the resin, the stretching strength, and the like.
セパレータシートの厚さは特に限定されるものではないが、5〜40μm(例えば10〜30μm、典型的には15〜25μm)程度が好ましい。セパレータシートの厚さが上記の範囲内であることにより、セパレータシートの電荷担体通過性がより良好となり、また、破膜がより生じにくくなる。 Although the thickness of a separator sheet is not specifically limited, About 5-40 micrometers (for example, 10-30 micrometers, typically 15-25 micrometers) is preferable. When the thickness of the separator sheet is within the above range, the charge carrier passage property of the separator sheet becomes better, and film breakage is less likely to occur.
セパレータシートの表面には耐熱層が形成されている。この耐熱層は、無機フィラーや有機フィラー等のフィラーを含むものであり得る。典型例としては、フィラーを主成分として含む耐熱層が挙げられる。なお、本明細書において「主成分」とは、配合成分のなかで配合割合(質量基準)の最も大きい成分を指し、典型的には、配合割合が50質量%以上の成分であり得る。上記耐熱層に含まれ得るフィラーは、有機フィラー、無機フィラー、有機フィラーと無機フィラーの併用のいずれであってもよいが、耐熱性や分散性、安定性を考慮すると、無機フィラーを用いることが好ましい。また、一般的に、無機フィラーを主成分とする耐熱層は、その性質(剛性、低接着性等)のため耐熱層に起因する捲き緩みが生じやすい傾向がある。したがって、ここに開示される技術における樹脂粒子層による捲き緩み抑制は、無機フィラーを主成分とする耐熱層を有する構成に対して好適に発揮され得る。 A heat resistant layer is formed on the surface of the separator sheet. This heat-resistant layer may contain a filler such as an inorganic filler or an organic filler. A typical example is a heat-resistant layer containing a filler as a main component. In the present specification, the “main component” refers to a component having the largest blending ratio (mass basis) among the blending components, and typically may be a component having a blending ratio of 50% by mass or more. The filler that can be included in the heat-resistant layer may be an organic filler, an inorganic filler, or a combination of an organic filler and an inorganic filler. However, in consideration of heat resistance, dispersibility, and stability, an inorganic filler may be used. preferable. In general, a heat-resistant layer mainly composed of an inorganic filler tends to cause loosening due to the heat-resistant layer due to its properties (rigidity, low adhesion, etc.). Therefore, the suppression of loosening by the resin particle layer in the technology disclosed herein can be suitably exerted for a configuration having a heat-resistant layer mainly composed of an inorganic filler.
無機フィラーとしては、特に限定されないが、例えば金属酸化物、金属水酸化物等が挙げられる。具体的には、アルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、ジルコニア、カルシア、水酸化マグネシウム、酸化鉄等の無機酸化物や無機水酸化物、窒化アルミニウム等の無機窒化物、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、硫酸バリウム等の硫酸塩、塩化マグネシウム等の塩化物、フッ化バリウム等のフッ化物、シリコン等の共有結合性結晶、タルク、クレー、マイカ、ベントナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、セリサイト等の鉱物系材料あるいはこれらの人造物等が挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、電気化学的安定性が高く、耐熱性および機械的強度にも優れるという理由から、アルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、ジルコニア、カルシア、水酸化マグネシウムが好ましく、ベーマイト、アルミナ、チタニア、水酸化マグネシウムが特に好ましい。 Although it does not specifically limit as an inorganic filler, For example, a metal oxide, a metal hydroxide, etc. are mentioned. Specifically, inorganic oxides such as alumina, boehmite, silica, titania, zirconia, calcia, magnesium hydroxide, and iron oxide, inorganic hydroxides such as aluminum nitride, carbonates such as magnesium carbonate, sulfuric acid Sulfates such as barium, chlorides such as magnesium chloride, fluorides such as barium fluoride, covalent bonds such as silicon, talc, clay, mica, bentonite, montmorillonite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, sericite, etc. Mineral materials or artificial products thereof. These can be used alone or in combination of two or more. Of these, alumina, boehmite, silica, titania, zirconia, calcia, and magnesium hydroxide are preferred because of their high electrochemical stability and excellent heat resistance and mechanical strength. Boehmite, alumina, titania, and hydroxide Magnesium is particularly preferred.
有機フィラーとしては、例えば、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド等の高耐熱性樹脂粒子が挙げられる。 Examples of the organic filler include high heat-resistant resin particles such as aramid, polyimide, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide, polycarbonate, polyacetal, polyetheretherketone, polyphenylene ether, and polyphenylene sulfide.
また、無機フィラーと有機フィラーとを併用する場合、その配合比(無機フィラー:有機フィラー)は特に限定されないが、質量基準で、10:90〜90:10(例えば20:80〜70:30、典型的には30:70〜60:40)とすることが好ましい。 Moreover, when using together an inorganic filler and an organic filler, the compounding ratio (inorganic filler: organic filler) is not particularly limited, but is 10:90 to 90:10 (for example, 20:80 to 70:30, on a mass basis). Typically, it is preferably 30:70 to 60:40).
フィラーの形態は特に限定されず、例えば粒子状、繊維状、板状(フレーク状)等であり得る。フィラーの平均粒径は特に限定されないが、分散性等を考慮して0.1〜15μm(例えば0.1〜5μm、典型的には0.2〜1.5μm)とするのが適当である。フィラーの平均粒径としては、レーザー散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布から導き出せるメジアン径(平均粒径D50:50%体積平均粒径)を採用することができる。 The form of the filler is not particularly limited, and may be, for example, a particle shape, a fiber shape, a plate shape (flake shape) or the like. The average particle size of the filler is not particularly limited, but it is suitably 0.1 to 15 μm (for example, 0.1 to 5 μm, typically 0.2 to 1.5 μm) in consideration of dispersibility and the like. . As the average particle diameter of the filler, a median diameter (average particle diameter D 50 : 50% volume average particle diameter) that can be derived from the particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring apparatus based on a laser scattering / diffraction method can be employed. .
耐熱層全体に占めるフィラー(例えば無機フィラー)の割合は特に限定されないが、凡そ50質量%以上(例えば70〜99.5質量%、典型的には90〜99質量%)であることが好ましい。フィラーの割合が上記の範囲内であることにより、所望の耐熱効果を発揮することができ、耐熱層の投錨性や耐熱層自体の強度(保形性)が向上する。また、耐熱層をセパレータシート上に形成する場合には、セパレータシートの強度や伸び率を好適な範囲に調整しやすい。 The ratio of the filler (for example, inorganic filler) in the entire heat-resistant layer is not particularly limited, but is preferably about 50% by mass or more (for example, 70 to 99.5% by mass, typically 90 to 99% by mass). When the ratio of the filler is within the above range, a desired heat resistance effect can be exhibited, and the anchoring property of the heat resistant layer and the strength (shape retention) of the heat resistant layer itself are improved. Moreover, when forming a heat-resistant layer on a separator sheet, it is easy to adjust the intensity | strength and elongation rate of a separator sheet to a suitable range.
耐熱層はまた、結着剤等の添加剤を含有することが好ましい。耐熱層形成用組成物が水系の溶媒(結着剤の分散媒として水または水を主成分とする混合溶媒を用いた溶液)の場合には、結着剤は水系の溶媒に分散または溶解するポリマーを用いることができる。水系溶媒に分散または溶解するポリマーとしては、例えばアクリル系樹脂(単独重合体、共重合体、変性物が含まれ得る)、SBR、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類;PE等のポリオレフィン系樹脂;CMC等のセルロース系ポリマー;PVA;酢酸ビニル重合体;ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイド;等を用いることができる。これらポリマーは、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、アクリル系樹脂、SBR、ポリオレフィン系樹脂、CMCが好ましい。 The heat-resistant layer preferably also contains an additive such as a binder. When the heat-resistant layer forming composition is an aqueous solvent (a solution using water or a mixed solvent containing water as a main component as a binder dispersion medium), the binder is dispersed or dissolved in the aqueous solvent. Polymers can be used. Examples of the polymer that is dispersed or dissolved in the aqueous solvent include, for example, acrylic resins (including homopolymers, copolymers, and modified products), SBR, acrylic acid-modified SBR resins (SBR latex), rubber such as gum arabic Class: Polyolefin resin such as PE; Cellulose polymer such as CMC; PVA; Vinyl acetate polymer; Polyalkylene oxide such as polyethylene oxide (PEO); These polymers can be used alone or in combination of two or more. Of these, acrylic resins, SBR, polyolefin resins, and CMC are preferable.
また、耐熱層形成用組成物が溶剤系の溶媒(結着剤の分散媒が主として有機溶媒である溶液)の場合には、結着剤は溶剤系の溶媒に分散または溶解するポリマーを用いることができる。溶剤系溶媒に分散または溶解するポリマーとしては、例えばPVdF等のハロゲン化ビニル樹脂が挙げられる。PVdFとしては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、PVdFは、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体であってもよい。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、三塩化フッ化エチレン等が例示される。あるいは、溶剤系溶媒に分散または溶解するポリマーとして、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル等も好ましく用いられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記で例示した材料は、結着剤として用いられる他に増粘剤その他の添加剤として使用されることもあり得る。 When the heat-resistant layer forming composition is a solvent-based solvent (a solution in which the binder dispersion medium is mainly an organic solvent), the binder should be a polymer that is dispersed or dissolved in the solvent-based solvent. Can do. Examples of the polymer dispersed or dissolved in the solvent-based solvent include vinyl halide resins such as PVdF. As PVdF, a homopolymer of vinylidene fluoride is preferably used. Furthermore, PVdF may be a copolymer of a vinyl monomer copolymerizable with vinylidene fluoride. Examples of vinyl monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, and ethylene trichloride fluoride. Alternatively, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or the like is also preferably used as the polymer that is dispersed or dissolved in the solvent solvent. These may be used alone or in combination of two or more. The materials exemplified above may be used as a thickener or other additives in addition to being used as a binder.
耐熱層が結着剤、増粘剤等の添加剤を含有する場合、耐熱層に占める添加剤の割合は凡そ10質量%以下(例えば0.5〜8質量%、典型的には1〜5質量%)とすることが好ましい。フィラー、必要であれば結着剤やその他の添加剤の割合が上記の範囲内であることにより、耐熱層の投錨性や耐熱層自体の強度(保形性)が向上する。また、耐熱層の多孔度を良好な範囲に調整しやすくなり、電荷担体通過性がより向上する傾向がある。さらに、耐熱層が形成されるセパレータシートの強度や伸び率を好適な範囲に調整しやすい。 When the heat-resistant layer contains additives such as a binder and a thickener, the proportion of the additive in the heat-resistant layer is about 10% by mass or less (for example, 0.5 to 8% by mass, typically 1 to 5%). Mass%) is preferred. When the ratio of the filler, if necessary, the binder and other additives is within the above range, the anchoring property of the heat-resistant layer and the strength (shape retention) of the heat-resistant layer itself are improved. Moreover, it becomes easy to adjust the porosity of the heat-resistant layer within a favorable range, and the charge carrier passage tends to be further improved. Furthermore, it is easy to adjust the strength and elongation of the separator sheet on which the heat-resistant layer is formed within a suitable range.
耐熱層の多孔度(空孔率)は特に限定されないが、電池性能や対向する材料(例えば樹脂粒子層)との接着性等を考慮して、40%以上(例えば45%以上、典型的には50%以上)とすることが適当であり、70%以下(例えば65%以下、典型的には60%以下)程度とすることが好ましい。上記多孔度は、セパレータシートの多孔度の算出方法を適宜準用して求めることができる。耐熱層の多孔度は、構成成分の組成、塗付方法、乾燥方法、圧縮方法等により調整し得る。 The porosity (porosity) of the heat-resistant layer is not particularly limited, but 40% or more (for example, 45% or more, typically, in consideration of battery performance, adhesiveness with a facing material (for example, resin particle layer), etc. Is preferably 50% or more), and is preferably about 70% or less (for example, 65% or less, typically 60% or less). The porosity can be determined by appropriately applying the method for calculating the porosity of the separator sheet. The porosity of the heat-resistant layer can be adjusted by the composition of the constituent components, the application method, the drying method, the compression method and the like.
耐熱層の厚さは特に限定されないが、凡そ0.5μm以上(例えば1μm以上、典型的には2μm以上)であることが好ましい。また、該厚さは凡そ12μm以下(例えば8μm以下、典型的には5μm以下)であることが好ましい。耐熱層の厚さが上記の範囲内であることにより、充分な短絡防止効果が得られる。また、耐熱層の厚さが大きくなりすぎると、エネルギー密度の点で不利であり、また、電池抵抗の上昇要因となる虞がある。さらに、耐熱層の厚さを調整することで、該耐熱層が形成されるセパレータシートの強度や伸び率を好適な範囲に調整しやすい。耐熱層の厚さは、SEM(Scanning Electron Microscope)により撮影した画像を解析することにより求めることができる。 The thickness of the heat-resistant layer is not particularly limited, but is preferably about 0.5 μm or more (for example, 1 μm or more, typically 2 μm or more). The thickness is preferably about 12 μm or less (for example, 8 μm or less, typically 5 μm or less). When the thickness of the heat-resistant layer is within the above range, a sufficient short-circuit prevention effect can be obtained. Moreover, if the thickness of the heat-resistant layer becomes too large, it is disadvantageous in terms of energy density, and may increase the battery resistance. Furthermore, by adjusting the thickness of the heat-resistant layer, the strength and elongation of the separator sheet on which the heat-resistant layer is formed can be easily adjusted within a suitable range. The thickness of the heat-resistant layer can be obtained by analyzing an image taken with a SEM (Scanning Electron Microscope).
ここに開示される技術では、正負の電極シートの少なくとも一方(典型的にはいずれか一方)と耐熱層との間に樹脂粒子層が配置されている。樹脂粒子層は、正負の電極シート(典型的には正負の活物質層)のいずれか一方および耐熱層と接触している。これにより、捲回電極体の成形時に、樹脂粒子層を介して電極シートと耐熱層とが良好に接着(間接的に接着)し、電極シートと耐熱層とが離れることに起因する捲き緩みが抑制される。また樹脂粒子層は、典型的には樹脂粒子が所定の空孔(空間)を有しながら積み重なった構造(多孔構造)を有する。このような樹脂粒子層は、電荷担体の通過性に優れ、また、電池抵抗の上昇を招きにくいものであり得る。したがって、正負極間に上記樹脂粒子層が存在しても電池性能の低下は防止または抑制される。 In the technology disclosed herein, a resin particle layer is disposed between at least one (typically either) of the positive and negative electrode sheets and the heat-resistant layer. The resin particle layer is in contact with either one of the positive and negative electrode sheets (typically the positive and negative active material layers) and the heat-resistant layer. Thereby, at the time of forming the wound electrode body, the electrode sheet and the heat-resistant layer are well bonded (indirectly bonded) through the resin particle layer, and the loosening due to the separation of the electrode sheet and the heat-resistant layer is prevented. It is suppressed. The resin particle layer typically has a structure (porous structure) in which resin particles are stacked while having predetermined pores (spaces). Such a resin particle layer has excellent charge carrier permeability, and can hardly increase battery resistance. Therefore, even if the resin particle layer is present between the positive and negative electrodes, a decrease in battery performance is prevented or suppressed.
樹脂粒子層を構成する樹脂は特に限定されない。例えば、アクリル系樹脂(変性アクリル樹脂を含む)や、SBR、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類;PE、PP等のポリオレフィン系樹脂;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンと他の共重合成分(例えば、エチレン、プロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等)との共重合体(PTFE系共重合体)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル重合体;PEO等のポリアルキレンオキサイド;等を用いることができる。これらの樹脂は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、PTFE、SBR、ポリオレフィン系樹脂が好ましい。また、捲回電極体成形時のプレスにより繊維化する樹脂は、繊維化することで接着作用が向上するため特に好ましい。そのような樹脂の典型例としてはPTFEが挙げられる。さらに、電極シートと耐熱層との接着性を向上する観点から、上記樹脂は、耐熱層に用いられる結着剤と異なる材料であることが好ましい。 The resin constituting the resin particle layer is not particularly limited. For example, acrylic resins (including modified acrylic resins), SBR, acrylic acid-modified SBR resins (SBR latex), rubbers such as gum arabic; polyolefin resins such as PE and PP; polytetrafluoroethylene (PTFE) , Fluorine resins such as copolymers (PTFE copolymers) of tetrafluoroethylene and other copolymerization components (for example, ethylene, propylene, perfluoroalkyl vinyl ether, etc.); vinyl acetate polymers; poly, such as PEO Alkylene oxide; etc. can be used. These resins can be used alone or in combination of two or more. Of these, PTFE, SBR, and polyolefin resin are preferable. In addition, a resin that is made into a fiber by pressing at the time of forming the wound electrode body is particularly preferable because the bonding action is improved by making it into a fiber. A typical example of such a resin is PTFE. Furthermore, from the viewpoint of improving the adhesion between the electrode sheet and the heat-resistant layer, the resin is preferably a material different from the binder used for the heat-resistant layer.
また、上記樹脂は、セパレータシートの融点付近の温度では、溶融または燃焼しないものであることが好ましい。例えば、上記樹脂の融点はセパレータシートの融点より高いことが好ましく、セパレータシートの融点より凡そ10℃以上(例えば30℃以上、典型的には50〜100℃)高いことがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the resin does not melt or burn at a temperature near the melting point of the separator sheet. For example, the melting point of the resin is preferably higher than the melting point of the separator sheet, and more preferably about 10 ° C. or higher (for example, 30 ° C. or higher, typically 50 to 100 ° C.) higher than the melting point of the separator sheet.
上記樹脂粒子の平均粒径は特に限定されないが、電池性能を阻害せず、良好な接着作用を発現する観点から、凡そ0.01〜1μm程度とすることが適当である。樹脂粒子の平均粒径は0.05〜0.8μm(例えば0.1〜0.6μm、典型的には0.15〜0.4μm)程度であることが好ましい。樹脂粒子の平均粒径は、光散乱法に基づいて求めることができる。 Although the average particle diameter of the resin particles is not particularly limited, it is suitably about 0.01 to 1 μm from the viewpoint of not exerting the battery performance and exhibiting a good adhesive action. The average particle diameter of the resin particles is preferably about 0.05 to 0.8 μm (for example, 0.1 to 0.6 μm, typically 0.15 to 0.4 μm). The average particle diameter of the resin particles can be obtained based on the light scattering method.
樹脂粒子層は、樹脂粒子を含む分散液から形成されたディスパージョン型樹脂粒子層であることが好ましい。ディスパージョン型樹脂粒子層は、樹脂粒子が分散した分散液を、例えば電極シートまたは耐熱層に塗付、乾燥することにより形成され得る。上記ディスパージョン型樹脂粒子層は、電池性能がより低下しにくい層であり得るため、樹脂粒子層としてより好ましい。上記ディスパージョン型樹脂粒子層の好適例としては、エマルション重合により得られた樹脂粒子含有エマルションから形成された水分散型樹脂粒子層が挙げられる。また、溶液重合法等で重合した樹脂を適当な乳化剤とともに水に分散させた水分散型樹脂粒子であってもよい。上記分散液には、樹脂粒子の他に従来公知の乳化剤等の添加剤を任意の割合(例えば10質量%以下、典型的には0.01〜8質量%の割合)で含み得る。 The resin particle layer is preferably a dispersion type resin particle layer formed from a dispersion containing resin particles. The dispersion type resin particle layer can be formed by applying a dispersion liquid in which resin particles are dispersed to, for example, an electrode sheet or a heat-resistant layer and drying. The dispersion type resin particle layer is more preferable as the resin particle layer because it can be a layer in which the battery performance is more difficult to deteriorate. Preferable examples of the dispersion type resin particle layer include an aqueous dispersion type resin particle layer formed from a resin particle-containing emulsion obtained by emulsion polymerization. Alternatively, water-dispersed resin particles in which a resin polymerized by a solution polymerization method or the like is dispersed in water together with an appropriate emulsifier may be used. In addition to the resin particles, the dispersion may contain conventionally known additives such as emulsifiers in an arbitrary ratio (for example, 10 mass% or less, typically 0.01 to 8 mass%).
樹脂粒子層を含む分散液は、作業性や膜形成性等の観点から、JIS K6893に準拠して測定される固形分が凡そ20〜80質量%(例えば30〜75質量%、典型的には40〜65質量%)であることが好ましい。粘度についても、上記固形分の場合と同様の理由から、凡そ1〜150mPa・s(例えば10〜80mPa・s、典型的には15〜60mPa・s)であることが好ましい。粘度はB型粘度計により測定すればよい。 The dispersion containing the resin particle layer has a solid content of approximately 20 to 80% by mass (for example, 30 to 75% by mass, typically, measured in accordance with JIS K6893 from the viewpoint of workability, film formation, and the like. 40 to 65% by mass). The viscosity is preferably about 1 to 150 mPa · s (for example, 10 to 80 mPa · s, typically 15 to 60 mPa · s) for the same reason as in the case of the solid content. The viscosity may be measured with a B-type viscometer.
樹脂粒子層の厚さは特に限定されないが、凡そ0.1〜10μmであることが好ましい。上記厚さを0.1μm以上とすることで、良好な接着作用を発揮することができる。ここで良好な接着作用とは、樹脂粒子自体の接着作用(バインダ効果)に加えて、成形時のプレスにより、対向する電極シートに樹脂粒子層が食い込む、いわゆるアンカー効果による接着作用を包含する意味で用いられる。上記厚さが10μmを超えると、エネルギー密度の点で不利であり、また、樹脂粒子層が電池抵抗の上昇要因となる虞がある。樹脂粒子層の厚さは0.5μm以上(例えば0.8μm以上、典型的には1μm以上)であり、8μm以下(例えば6μm以下、典型的には5μm以下)であることがより好ましい。捲き緩み防止の観点からは樹脂粒子層の厚さを1.2μm以上(例えば1.5μm以上、典型的には2μm以上)とすることが特に好ましい。樹脂粒子層の厚さは、SEMにより撮影した画像を解析することにより求めることができる。 The thickness of the resin particle layer is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 10 μm. By setting the thickness to 0.1 μm or more, a good adhesive action can be exhibited. Here, in addition to the adhesive action (binder effect) of the resin particles themselves, the term “adhesive action” includes the adhesive action by the so-called anchor effect in which the resin particle layer bites into the opposing electrode sheet by pressing during molding. Used in When the thickness exceeds 10 μm, it is disadvantageous in terms of energy density, and the resin particle layer may cause an increase in battery resistance. The thickness of the resin particle layer is 0.5 μm or more (for example, 0.8 μm or more, typically 1 μm or more), and more preferably 8 μm or less (for example, 6 μm or less, typically 5 μm or less). From the standpoint of preventing loosening, the thickness of the resin particle layer is particularly preferably 1.2 μm or more (for example, 1.5 μm or more, typically 2 μm or more). The thickness of the resin particle layer can be obtained by analyzing an image photographed by SEM.
ここに開示される樹脂粒子層の形成方法としては、例えば以下の方法が採用される。上記樹脂粒子を含む分散液(以下、樹脂粒子分散液ともいう。)を用意する。この樹脂粒子分散液は市販の分散液を入手してもよく、樹脂粒子等の配合成分を混合、分散することにより調製してもよい。混合、分散操作は、ディスパーミル、クレアミックス、フィルミックス、ボールミル、ホモディスパー、超音波分散機等の適当な混練機を用いて行うことができる。さらに必要に応じて溶媒を添加、除去する等して固形分濃度、粘度を調整してもよい。上記分散液に用いられる溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒が好ましい。混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(エタノール等の低級アルコール、低級ケトン等)の1種または2種以上を適宜選択して用いることができる。 As a method for forming the resin particle layer disclosed herein, for example, the following method is employed. A dispersion containing the resin particles (hereinafter also referred to as a resin particle dispersion) is prepared. This resin particle dispersion may be a commercially available dispersion or may be prepared by mixing and dispersing compounding components such as resin particles. Mixing and dispersing operations can be performed using an appropriate kneader such as a disper mill, a clear mix, a fill mix, a ball mill, a homodisper, or an ultrasonic disperser. Furthermore, the solid content concentration and viscosity may be adjusted by adding or removing a solvent as necessary. As the solvent used in the dispersion, water or a mixed solvent mainly containing water is preferable. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol such as ethanol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used.
次いで、上記樹脂粒子分散液を、塗付対象部材(正負の電極シートまたは耐熱層、第2樹脂粒子層の場合は、正負の電極シートまたはセパレータシート)の表面に適当量塗付し、さらに乾燥することによって、樹脂粒子層を形成することができる。樹脂粒子分散液を塗付する操作は、従来の一般的な塗付手段を特に限定することなく使用することができる。例えば、適当な塗付装置(グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、ディップコート等)を使用して、塗付対象部材の表面に所定量の上記樹脂粒子分散液を均一な厚さに塗付する。その後、適当な乾燥手段で塗付物を乾燥することによって樹脂粒子分散液中の溶媒を除去する。上記の乾燥は、セパレータシートを構成する材料の融点よりも低い温度(例えば110℃以下、典型的には30〜80℃)で行われ得る。あるいは低温減圧下に保持して乾燥させてもよい。このようにして樹脂粒子層が形成され得る。 Next, an appropriate amount of the resin particle dispersion is applied to the surface of a member to be applied (positive or negative electrode sheet or heat-resistant layer, in the case of the second resin particle layer, positive or negative electrode sheet or separator sheet), and further dried. By doing so, a resin particle layer can be formed. The operation of applying the resin particle dispersion can be performed without any particular limitation on conventional general application means. For example, using a suitable coating device (gravure coater, slit coater, die coater, comma coater, dip coat, etc.), a predetermined amount of the above resin particle dispersion is uniformly formed on the surface of the coating target member. Apply. Thereafter, the solvent in the resin particle dispersion is removed by drying the coated product by an appropriate drying means. The drying may be performed at a temperature lower than the melting point of the material constituting the separator sheet (for example, 110 ° C. or lower, typically 30 to 80 ° C.). Or you may hold | maintain under low temperature pressure reduction, and may make it dry. In this way, a resin particle layer can be formed.
また、ここに開示される技術では、正負の電極シートのいずれか一方とセパレータシートの耐熱層非形成面との間に、第2樹脂粒子層が配置されていることが好ましい。第2樹脂粒子層が電極シート−セパレータシート間に介在することで、捲回電極体の成形後、電極シートとセパレータシートとが第2樹脂粒子層を介して接着されることで、電極シート−耐熱層間だけでなく電極シート−セパレータシート間においても良好な接着状態が得られ、捲回電極体の捲き緩みが好適に抑制される。なお、第2樹脂粒子層の構成(組成、厚さ等)、形成方法等は、上述の樹脂粒子層(第1樹脂粒子層)と同様であるので、説明は繰り返さない。また、第2樹脂粒子層の構成は、第1樹脂粒子層と同じであってもよく異なっていてもよい。 Moreover, in the technique disclosed here, it is preferable that the 2nd resin particle layer is arrange | positioned between either one of the positive and negative electrode sheets, and the heat resistant layer non-formation surface of a separator sheet. By interposing the second resin particle layer between the electrode sheet and the separator sheet, the electrode sheet and the separator sheet are bonded via the second resin particle layer after forming the wound electrode body, so that the electrode sheet A good adhesion state is obtained not only between the heat-resistant layers but also between the electrode sheet and the separator sheet, and the loosening of the wound electrode body is suitably suppressed. In addition, since the structure (composition, thickness, etc.) of the 2nd resin particle layer, the formation method, etc. are the same as that of the above-mentioned resin particle layer (1st resin particle layer), description is not repeated. The configuration of the second resin particle layer may be the same as or different from that of the first resin particle layer.
また、図5を参照して、第1樹脂粒子層の厚さT1と第2樹脂粒子層の厚さT2の合計厚さ(T1+T2)は、2μm以上(例えば3μm以上、典型的には5μm以上)であることが好ましい。これにより、樹脂粒子層の接着作用が好適に発揮される。また、上記合計厚さ(T1+T2)は10μm以下(例えば8μm以下、典型的には6μm以下)であることが好ましい。上記合計厚さが大きすぎると、エネルギー密度の点で不利であり、また、樹脂粒子層が電池抵抗の上昇要因となる虞がある。 Referring to FIG. 5, the total thickness (T1 + T2) of the first resin particle layer thickness T1 and the second resin particle layer thickness T2 is 2 μm or more (eg, 3 μm or more, typically 5 μm or more). ) Is preferable. Thereby, the adhesive action of the resin particle layer is suitably exhibited. The total thickness (T1 + T2) is preferably 10 μm or less (for example, 8 μm or less, typically 6 μm or less). If the total thickness is too large, it is disadvantageous in terms of energy density, and the resin particle layer may cause an increase in battery resistance.
ここに開示される技術における扁平形状の捲回電極体は、正負の電極シートの一方と耐熱層とが樹脂粒子層(第1樹脂粒子層)を介して良好に接着したものであり、さらには正負の電極シートの他方とセパレータシートとが第2樹脂粒子層を介して良好に接着したものであり得るため、捲回電極体の捲き緩みが充分に抑制されている。具体的には、上記捲回電極体は、後述する実施例に記載の方法で測定されるスプリングバック率が15%以下(例えば0〜10%、典型的には0〜5%)であることが好ましい。上記スプリングバック率は、実質的に0%であることが特に好ましい。 The flat-shaped wound electrode body in the technique disclosed herein is one in which one of the positive and negative electrode sheets and the heat-resistant layer are well bonded via the resin particle layer (first resin particle layer), Since the other of the positive and negative electrode sheets and the separator sheet can be well bonded via the second resin particle layer, the loosening of the wound electrode body is sufficiently suppressed. Specifically, the wound electrode body has a springback rate of 15% or less (for example, 0 to 10%, typically 0 to 5%) as measured by the method described in Examples described later. Is preferred. The springback rate is particularly preferably substantially 0%.
捲回電極体の大きさは特に限定されない。しかし一般に、捲回電極体のサイズが大きいほど、それに比例して捲回量(あるいは捲回数としても把握され得る。)も大きくなるため、捲き緩みが生じやすい傾向がある。そのようなことから、扁平部の厚さが10mm以上(例えば12mm以上、典型的には15mm以上)の捲回電極体に本発明の構成を適用することが好ましい。また同様の理由で、電池サイズ(典型的には電池容量)が大きいほど捲き緩みの発生が懸念される。これを効果的に回避する観点から、定格容量(設計容量)が5Ah以上(例えば10Ah以上、典型的には15Ah以上)の二次電池に本発明の構成を適用することが好ましい。なお、本明細書において「捲回電極体の扁平部の厚さ」とは、扁平形状の捲回電極体の扁平部の最大厚さを指すものとする。具体的には、図4に模式的に示す捲回電極体の断面において、符号Tで示される厚さを指すものとする。 The size of the wound electrode body is not particularly limited. However, in general, the larger the size of the wound electrode body, the larger the amount of winding (or it can be grasped as the number of times of winding) proportionally. Therefore, it is preferable to apply the configuration of the present invention to a wound electrode body having a flat portion thickness of 10 mm or more (for example, 12 mm or more, typically 15 mm or more). For the same reason, the larger the battery size (typically the battery capacity), the greater the risk of whispering and loosening. From the viewpoint of effectively avoiding this, it is preferable to apply the configuration of the present invention to a secondary battery having a rated capacity (design capacity) of 5 Ah or more (for example, 10 Ah or more, typically 15 Ah or more). In the present specification, the “thickness of the flat portion of the wound electrode body” refers to the maximum thickness of the flat portion of the flat wound electrode body. Specifically, the thickness indicated by the symbol T in the cross section of the wound electrode body schematically shown in FIG.
ここに開示される非水電解質を構成する非水溶媒と支持塩としては、従来からリチウム二次電池に用いられるものを特に制限なく使用することができる。上記非水電解質は、典型的には適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する電解液(典型的には、25℃程度の室温において液状を呈する電解質、すなわち電解液)である。 As the nonaqueous solvent and the supporting salt constituting the nonaqueous electrolyte disclosed herein, those conventionally used for lithium secondary batteries can be used without particular limitation. The non-aqueous electrolyte is typically an electrolytic solution having a composition in which a supporting salt is contained in an appropriate non-aqueous solvent (typically, an electrolyte that exhibits a liquid state at room temperature of about 25 ° C., that is, an electrolytic solution). .
非水溶媒としては、一般的なリチウム二次電池の電解液と同様、各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等を用いることができる。上記カーボネート類とは、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを包含する意味である。また、上記エーテル類とは、環状エーテルおよび鎖状エーテルを包含する意味である。非水溶媒として使用し得る化合物の具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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)、ビニレンカーボネート(VC)や、これらのフッ素化物(好ましくは、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)のようなフッ素化カーボネート)等が例示される。これらは、1種を単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。なかでも、EC、DMCおよびEMCの混合溶媒が好ましい。 As the non-aqueous solvent, various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones, and the like can be used as in the electrolyte solution of a general lithium secondary battery. The carbonates mean to include cyclic carbonates and chain carbonates. The ethers mean to include cyclic ethers and chain ethers. Specific examples of the compound that can be used as the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and vinylene carbonate (VC). And fluorinated products thereof (preferably, fluorinated carbonates such as monofluoroethylene carbonate (MFEC) and difluoroethylene carbonate (DFEC)) and the like. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Of these, a mixed solvent of EC, DMC and EMC is preferable.
また、支持塩としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiI等のリチウム化合物(リチウム塩)の1種または2種以上を用いることができる。なお、支持塩の濃度は特に限定されないが、凡そ0.1〜5mol/L(例えば0.5〜3mol/L、典型的には0.8〜1.5mol/L)の濃度とすることができる。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , One or more lithium compounds (lithium salts) such as LiI can be used. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but it may be about 0.1 to 5 mol / L (for example, 0.5 to 3 mol / L, typically 0.8 to 1.5 mol / L). it can.
また、非水電解液は、本発明の目的を大きく損なわない限度で、必要に応じて任意の添加剤を含んでもよい。上記添加剤は、例えば、電池の出力性能の向上、保存性の向上(保存中における容量低下の抑制等)、サイクル特性の向上、初期充放電効率の向上等の目的で使用され得る。好ましい添加剤の例として、フルオロリン酸塩(好ましくはジフルオロリン酸塩。例えば、LiPO2F2で表されるジフルオロリン酸リチウム)や、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)等が挙げられる。また例えば、過充電対策で用いられ得るシクロヘキシルベンゼン、ビフェニル等の添加剤が使用されていてもよい。 Further, the nonaqueous electrolytic solution may contain an optional additive as required, as long as the object of the present invention is not significantly impaired. The additive may be used for the purpose of, for example, improving the output performance of the battery, improving the storage stability (suppressing the decrease in capacity during storage, etc.), improving the cycle characteristics, improving the initial charge / discharge efficiency. Examples of preferable additives include fluorophosphate (preferably difluorophosphate, for example, lithium difluorophosphate represented by LiPO 2 F 2 ), lithium bisoxalate borate (LiBOB), and the like. Further, for example, additives such as cyclohexylbenzene and biphenyl that can be used as a countermeasure against overcharge may be used.
次に、ここに開示される二次電池の製造方法の好適例として、リチウム二次電池の製造方法について説明するが、本発明の適用対象を当該製造方法に限定することを意図したものではない。ここに開示される製造方法は、正負の電極シートを用意すること、耐熱層が形成されたセパレータシートを用意すること、耐熱層が形成されたセパレータシートを正負の電極シートの間に配置して捲回することにより捲回電極体を作製すること(捲回工程)、作製した捲回電極体をプレスすることで扁平形状に成形すること(成形工程)、および扁平形状に成形した捲回電極体を電池ケース内に収容すること、を包含する。なお、この製造方法における扁平形状の捲回電極体の作製工程は、少なくとも上述の捲回工程と成形工程とを含むものであり得る。この製造方法は、その他にも、例えば、正極シート、負極シート、セパレータシート、電池ケースを作製すること等の工程を包含し得るが、これらについては、従来から用いられている手法を適宜採用して行うことができるので、ここでは特に説明しない。また、二次電池の構築一般についても上記と同様であるので、ここでは特に説明しない。 Next, as a preferred example of the method for manufacturing a secondary battery disclosed herein, a method for manufacturing a lithium secondary battery will be described, but the application target of the present invention is not intended to be limited to the method. . The manufacturing method disclosed herein includes preparing positive and negative electrode sheets, preparing a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed, and placing the separator sheet on which a heat-resistant layer is formed between the positive and negative electrode sheets. Making a wound electrode body by winding (winding step), forming the wound electrode body into a flat shape by pressing (molding step), and winding electrode formed into a flat shape Housing the body in a battery case. In addition, the production process of the flat wound electrode body in this manufacturing method may include at least the winding process and the molding process described above. In addition to this, the manufacturing method may include, for example, steps of producing a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator sheet, a battery case, and the like. This is not specifically described here. Further, since the construction of the secondary battery in general is the same as described above, it will not be particularly described here.
ここに開示される技術では、上記捲回電極体の作製において、電極シートと耐熱層との間に、電極シートおよび耐熱層と接触するように樹脂粒子層を配置することをさらに包含することが好ましい。上記樹脂粒子層は、捲回電極体の成形時に良好な接着作用を発現する。そのため、樹脂粒子層を介して電極シートと耐熱層とが良好に接着する。これにより、電極シートと耐熱層とが離れることに起因する捲き緩みを抑制することができる。例えば、耐熱層の表面、または耐熱層と対向する電極シート(正負の電極シートのいずれか一方)の表面に樹脂粒子層を形成することにより上記の配置とすることができる。なかでも、耐熱層表面に樹脂粒子層を形成することが特に好ましい。その組成等については上述のとおりであるので、ここでは説明は繰り返さない。 In the technique disclosed herein, the production of the wound electrode body may further include disposing a resin particle layer in contact with the electrode sheet and the heat-resistant layer between the electrode sheet and the heat-resistant layer. preferable. The resin particle layer exhibits a good adhesive action when the wound electrode body is molded. Therefore, the electrode sheet and the heat-resistant layer are favorably bonded via the resin particle layer. Thereby, the loosening resulting from the separation of the electrode sheet and the heat-resistant layer can be suppressed. For example, the above-described arrangement can be obtained by forming a resin particle layer on the surface of the heat-resistant layer or on the surface of the electrode sheet (either one of the positive and negative electrode sheets) facing the heat-resistant layer. Among these, it is particularly preferable to form a resin particle layer on the surface of the heat-resistant layer. Since the composition and the like are as described above, description thereof will not be repeated here.
ここに開示される製造方法では、捲回電極体の作製において、セパレータシートの両面のうち一方の表面にのみ耐熱層を形成することが好ましい。それによって、セパレータシートは、耐熱層形成面と耐熱層非形成面とを有するように構成される。また、この構成では、上述のように、電極シートの一方と耐熱層との間に、電極シートの一方および耐熱層と接触するように樹脂粒子層(第1樹脂粒子層)が配置されている。そして、上記の構成において、電極シートの他方とセパレータシートの耐熱層非形成面との間に、電極シートの他方およびセパレータシートの耐熱層非形成面と接触するように第2樹脂粒子層を配置することが好ましい。これにより、電極シート−耐熱層間だけでなく電極シート−セパレータシート間の接着状態も良好なものとなり、捲回電極体の捲き緩みが好適に抑制される。第2樹脂粒子層の構成、配置方法等は上述のとおりなので、ここでは説明は繰り返さない。 In the production method disclosed herein, in the production of the wound electrode body, it is preferable to form the heat-resistant layer only on one surface of both surfaces of the separator sheet. Thereby, the separator sheet is configured to have a heat-resistant layer forming surface and a heat-resistant layer non-forming surface. In this configuration, as described above, the resin particle layer (first resin particle layer) is disposed between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer. . And in said structure, a 2nd resin particle layer is arrange | positioned so that the other side of an electrode sheet and the heat-resistant layer non-formation surface of a separator sheet may contact between the other of an electrode sheet and the heat-resistant layer non-formation surface of a separator sheet It is preferable to do. Thereby, not only the electrode sheet-heat resistant layer but also the adhesion state between the electrode sheet-separator sheet becomes favorable, and the loosening of the wound electrode body is suitably suppressed. Since the configuration and arrangement method of the second resin particle layer are as described above, description thereof will not be repeated here.
ここに開示される技術では、耐熱層が形成されたセパレータシートを正負の電極シートの間に配置して捲回することにより捲回電極体を作製した後、作製した捲回電極体をプレスすることで扁平形状に成形する。プレス条件は電池サイズ等によって異なり得るため特に制限はないが、例えば1つの捲回電極体に対して常温にて側面から凡そ100〜100000kgf(例えば500〜50000kgf、典型的には1000〜10000kgf)で凡そ5〜600秒(例えば10〜300秒)の条件でプレスを行えばよい。 In the technique disclosed herein, a separator electrode on which a heat-resistant layer is formed is placed between positive and negative electrode sheets and wound to produce a wound electrode body, and then the produced wound electrode body is pressed. To form a flat shape. The pressing conditions may vary depending on the battery size and the like, but are not particularly limited. For example, about 100 to 100000 kgf (for example, 500 to 50000 kgf, typically 1000 to 10000 kgf) from the side surface at normal temperature with respect to one wound electrode body. The press may be performed under a condition of about 5 to 600 seconds (for example, 10 to 300 seconds).
このようにして成形された扁平形状の捲回電極体は、扁平部において、正負の電極シートと耐熱層とが樹脂粒子層を介して接着した状態で保持されている。好適には、上記扁平部(典型的にはプレスによって扁平形状となった扁平部)において、耐熱層と対向して接触し得る正負の電極シートの一方と耐熱層とが樹脂粒子層を介して密着したものとなり得る。また好適には、正負の電極シートの他方とセパレータシートの耐熱層非形成面とが第2樹脂粒子層を介して密着したものとなり得る。このような捲回電極体は、典型的には、上述のスプリングバック率を有するものとなり得る。 The flat-shaped wound electrode body formed in this way is held in a state where the positive and negative electrode sheets and the heat-resistant layer are bonded via the resin particle layer in the flat portion. Preferably, in the flat portion (typically a flat portion that has been flattened by pressing), one of the positive and negative electrode sheets that can be opposed to the heat-resistant layer and the heat-resistant layer are interposed via the resin particle layer. It can be in close contact. Preferably, the other of the positive and negative electrode sheets and the surface of the separator sheet where the heat-resistant layer is not formed can be in close contact with each other via the second resin particle layer. Such a wound electrode body can typically have the above-described springback rate.
また、ここに開示される製造方法は、捲回電極体が扁平形状に成形された後、再成形工程や形状保持工程を有しないものであり得る。ここに開示される樹脂粒子層を正負の電極シート−耐熱層間に備える捲回電極体は、樹脂粒子層が良好な接着性を有することから、捲き緩みが抑制されている。したがって、捲き緩みが生じた場合に行われ得る再成形工程や形状保持工程を必要としない。ここで再成形工程とは、上述の成形工程と同様の工程(例えば同条件のプレスを行う工程)であり得る。形状保持工程とは、捲き緩みが生じないようにプレス後の形状に保持する工程であり、その条件等については特に限定されない。例えば、凡そ40℃以上(例えば50〜90℃、典型的には60〜80℃)で1時間以上(例えば2〜8時間)、必要に応じて所定のプレス圧を付与することにより上記プレス後の形状に保持する工程であり得る。 Moreover, the manufacturing method disclosed here may not have a remolding process or a shape holding process after the wound electrode body is formed into a flat shape. In the wound electrode body provided with the resin particle layer disclosed herein between the positive and negative electrode sheets and the heat-resistant layer, the loosening of the winding is suppressed because the resin particle layer has good adhesiveness. Therefore, there is no need for a re-molding step or a shape holding step that can be performed when the loosening occurs. Here, the re-molding step may be a step similar to the above-described molding step (for example, a step of pressing under the same conditions). The shape holding step is a step of holding the shape after pressing so that no loosening occurs, and the conditions and the like are not particularly limited. For example, after the pressing by applying a predetermined pressing pressure as necessary at about 40 ° C. or higher (for example, 50 to 90 ° C., typically 60 to 80 ° C.) for 1 hour or longer (for example, 2 to 8 hours). It may be a step of maintaining the shape.
その後、扁平形状に成形された捲回電極体を電池ケース内に収容する。ここに開示される樹脂粒子層は正負の電極シート−耐熱層間において良好な接着性を示すことから、捲き緩みが防止または抑制されている。そのため、巻き緩みの程度が大きいことにより捲回電極体を電池ケース内に収容できないというような不都合が生じにくい。また、捲き緩みの程度が大きいと、捲回電極体の捲回中心の空隙が小さくなるため、集電端子溶接用の治具が入らず、集電端子接続作業に支障を来たす場合があるが、上記樹脂粒子層を適用することにより、そのような不都合が生じにくい。そのため、上記捲き緩みを原因とする生産性の低下が回避され得る。その前後の適切なタイミング(典型的には電極体を電池ケース内に収容した後)で非水電解液を電池ケース内に収容(典型的には注入)し、電池ケース内部を封止することによりリチウム二次電池は構築される。 Thereafter, the wound electrode body formed into a flat shape is accommodated in the battery case. Since the resin particle layer disclosed here exhibits good adhesion between the positive and negative electrode sheets and the heat-resistant layer, the loosening is prevented or suppressed. For this reason, the winding electrode body cannot be accommodated in the battery case due to the large degree of loosening of the winding. In addition, if the degree of loosening is large, the gap at the winding center of the wound electrode body becomes small, so there is a possibility that the current collector terminal welding work will be hindered because the current collector terminal welding jig does not enter. By applying the resin particle layer, such inconvenience is unlikely to occur. Therefore, a decrease in productivity due to the loosening can be avoided. A non-aqueous electrolyte is accommodated (typically injected) in the battery case at an appropriate timing before and after (typically after the electrode body is accommodated in the battery case), and the inside of the battery case is sealed. Thus, a lithium secondary battery is constructed.
上述のように、ここに開示される技術におけるリチウム二次電池は、捲回電極体作製後の捲き緩みが抑制されているので生産性に優れる。そのため、各種用途向けの電池として好ましく利用され得る。また、上記捲き緩みはより大型の電池で起こりやすいことを考慮すると、上記捲き緩みを抑制する効果は、より大型の電池においてより好適に発揮され得る。そのようなことから、例えば図7に示すように、リチウム二次電池100は、自動車等の車両1に搭載され、車両1を駆動するモータ等の駆動源用の電源として好適に利用され得る。したがって、本発明は、上記リチウム二次電池(典型的には複数直列接続してなる組電池)100を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)1を提供することができる。
As described above, the lithium secondary battery according to the technology disclosed herein is excellent in productivity because the loosening after the wound electrode body is manufactured is suppressed. Therefore, it can be preferably used as a battery for various applications. Further, considering that the above-mentioned loosening is likely to occur in a larger battery, the effect of suppressing the above-mentioned loosening can be more suitably exhibited in a larger battery. Therefore, for example, as shown in FIG. 7, the lithium
次に、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をこれらの実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「%」は、特に断りがない限り質量基準である。 Next, several examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in these examples. In the following description, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
<参考例1>
[正極シートの作製]
正極活物質としてニッケルマンガンコバルト酸リチウム(Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2)粉末と、導電材としてアセチレンブラックと、結着剤としてPVdFとを、これらの材料の質量比が93:4:3となるようにN−メチル−2−ピロリドンで混合して、ペースト状の正極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を、長尺シート状のアルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に、片面当たりの塗付量が15mg/cm2(固形分基準)となるように均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによって、シート状の正極(正極シート)を作製した。正極活物質層の密度は2.8g/cm3であった。
<Reference Example 1>
[Preparation of positive electrode sheet]
Lithium nickel manganese cobaltate (Li [Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ] O 2 ) powder as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive material, PVdF as a binder, A paste-like composition for forming a positive electrode active material layer was prepared by mixing with N-methyl-2-pyrrolidone so that the mass ratio was 93: 4: 3. This composition was uniformly applied to both sides of a long sheet-like aluminum foil (thickness 15 μm) so that the coating amount per side was 15 mg / cm 2 (solid content basis), and after drying, By compressing, a sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) was produced. The density of the positive electrode active material layer was 2.8 g / cm 3 .
[負極シートの作製]
負極活物質として、天然黒鉛粉末にアモルファスカーボンがコートされた球形化黒鉛粒子(炭素被覆球形化黒鉛粒子)を用意した。この黒鉛粒子と、結着剤としてSBRと、増粘剤としてCMCとを、これらの材料の質量比が98:1:1となるようにイオン交換水で混合して、ペースト状の負極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を、長尺シート状の銅箔(厚さ10μm)の両面に均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによって、片面当たりの目付量(固形分基準)が7.5mg/cm2のシート状の負極(負極シート)を作製した。負極活物質層の密度は1.4g/cm3であった。
[Preparation of negative electrode sheet]
As the negative electrode active material, spherical graphite particles (carbon-coated spherical graphite particles) in which natural graphite powder was coated with amorphous carbon were prepared. The graphite particles, SBR as a binder, and CMC as a thickener are mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio of these materials becomes 98: 1: 1, and a paste-like negative electrode active material A layer forming composition was prepared. The composition is uniformly applied to both sides of a long sheet-like copper foil (
[耐熱層付きセパレータシートの作製]
セパレータシートとして、PEからなる長尺シート状の単層フィルム(厚さ:16μm)を用いた。このセパレータシートの片面に耐熱層を形成した。具体的には、フィラーとしてベーマイトと結着剤としてアクリル系バインダとを質量比95:5でイオン交換水で混合することによってペースト状の組成物を調製した。混合は、エム・テクニック(株)製の超音波分散機「クレアミックス」を用いて、予備分散を15000rpmで5分行い、本分散を20000rpmで15分行った。得られた耐熱層形成用組成物を、セパレータシートの片面全体を覆うようにグラビア塗工方法により塗付し、温度70℃で乾燥させて耐熱層を形成した。このようにして厚さ3μmの耐熱層が片面に形成された耐熱層付きセパレータシートを作製した。
[Preparation of separator sheet with heat-resistant layer]
As the separator sheet, a long sheet-like single layer film (thickness: 16 μm) made of PE was used. A heat resistant layer was formed on one side of the separator sheet. Specifically, a paste-like composition was prepared by mixing boehmite as a filler and an acrylic binder as a binder at a mass ratio of 95: 5 with ion-exchanged water. Mixing was performed using an ultrasonic disperser “CLEAMIX” manufactured by M Technique Co., Ltd. for 5 minutes at 15000 rpm and for 15 minutes at 20000 rpm. The obtained composition for forming a heat-resistant layer was applied by a gravure coating method so as to cover the entire surface of the separator sheet, and dried at a temperature of 70 ° C. to form a heat-resistant layer. In this way, a separator sheet with a heat-resistant layer in which a heat-resistant layer having a thickness of 3 μm was formed on one side was produced.
[扁平形状の捲回電極体の作製]
作製した正極シートと負極シートとを、2枚の耐熱層付きセパレータシートが正極シートと負極シートの間に1枚づつ配置されるように積層し、この積層体を捲回することにより捲回体を作製した(捲回工程)。セパレータシートは、耐熱層が正極シートと対向するように配置した。得られた捲回体を側面方向からプレスして拉げさせることにより、参考例1に係る扁平形状の捲回電極体(扁平部の厚さ:12mm)を作製した(成形工程)。上記プレスは、常温にて1000kgfで300秒間行った。
[Production of flat wound electrode body]
The produced positive electrode sheet and negative electrode sheet are laminated so that two separator sheets with a heat-resistant layer are arranged one by one between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and the laminate is wound to wind the wound body (Winding step). The separator sheet was disposed so that the heat-resistant layer faced the positive electrode sheet. The flat wound electrode body (thickness of the flat part: 12 mm) according to Reference Example 1 was produced by pressing the obtained wound body from the side direction and causing it to be bent (molding step). The press was performed at 1000 kgf at room temperature for 300 seconds.
[角型リチウム二次電池の作製]
上記扁平形状の捲回電極体に対して、捲き緩みを抑制するために70℃で4時間、扁平面を拘束した(形状保持工程)。このようにして得た扁平形状の捲回電極体について、正負の電極集電体の端部にそれぞれ電極端子を接合し、非水電解液とともにアルミ製の角型電池ケースに収容した後、電池ケースを密封した。非水電解液としては、ECとEMCとDMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPF6を約1モル/Lの濃度で含有させたものを使用した。このようにして参考例1に係る角型リチウム二次電池(設計容量:5Ah)を作製した。
[Preparation of prismatic lithium secondary battery]
In order to suppress the loosening of the flat wound electrode body, the flat surface was restrained at 70 ° C. for 4 hours (shape holding step). For the flat wound electrode body thus obtained, the electrode terminals were joined to the ends of the positive and negative electrode current collectors, respectively, and accommodated in an aluminum square battery case together with the non-aqueous electrolyte, and then the battery The case was sealed. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing EC, EMC, and DMC at a volume ratio of 3: 3: 4 and containing LiPF 6 as a supporting salt at a concentration of about 1 mol / L was used. . In this manner, a prismatic lithium secondary battery (design capacity: 5 Ah) according to Reference Example 1 was produced.
<参考例2>
[耐熱層付き正極シートの作製]
参考例1で作製した正極シートの片面に耐熱層を形成した。具体的には、参考例1で調製した耐熱層形成用組成物を、正極シートの片面全体を覆うようにグラビア塗工方法により塗付し、温度70℃で乾燥させて耐熱層を形成した。このようにして厚さ3μmの耐熱層が片面に形成された耐熱層付き正極シートを作製した。
<Reference Example 2>
[Production of positive electrode sheet with heat-resistant layer]
A heat-resistant layer was formed on one side of the positive electrode sheet produced in Reference Example 1. Specifically, the heat-resistant layer forming composition prepared in Reference Example 1 was applied by a gravure coating method so as to cover the entire surface of the positive electrode sheet, and dried at a temperature of 70 ° C. to form a heat-resistant layer. In this way, a positive electrode sheet with a heat-resistant layer in which a heat-resistant layer having a thickness of 3 μm was formed on one side was produced.
[扁平形状の捲回電極体の作製]
上記で作製した耐熱層付き正極シートと、参考例1と同様の方法で作製した負極シートとを、2枚のセパレータシート(PEからなる長尺シート状の単層フィルム(厚さ:16μm))が正極シートと負極シートの間に1枚づつ配置されるように積層し、この積層体を捲回することにより捲回体を作製した。この捲回体を用いた他は参考例1と同様にして参考例2に係る扁平形状の捲回電極体を作製した。
[Production of flat wound electrode body]
The positive electrode sheet with the heat-resistant layer produced above and the negative electrode sheet produced by the same method as in Reference Example 1 were separated into two separator sheets (long sheet-like single-layer film made of PE (thickness: 16 μm)). Were laminated so that one sheet was placed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and the laminate was wound to produce a wound body. A flat wound electrode body according to Reference Example 2 was produced in the same manner as Reference Example 1 except that this wound body was used.
[スプリングバック率の測定]
上記捲回電極体の作製の際に、プレス直後の捲回電極体扁平部の厚さTAとプレス終了(プレス開放)から5分後の捲回電極体扁平部の厚さTBとを測定した。測定した厚さは、具体的には図4に模式的に示す捲回電極体20の扁平部21の厚さTである。式:スプリングバック率(%)=(TB−TA)/TA×100;からスプリングバック率を求めた。その結果を表1に示す。なお、参考例1では形状保持工程を行う前のサンプルについて測定を行った。
[Measurement of springback rate]
During manufacturing the wound electrode body, and a thickness T B of the wound electrode body flat portion after 5 minutes from the winding thickness T A and press the end of the electrode body pars plana immediately after the press (press opening) It was measured. The measured thickness is specifically the thickness T of the
表1に示されるように、セパレータシート表面に耐熱層を形成した参考例1ではスプリングバック率が29.2%という高い値であったのに対し、正極シート表面に耐熱層を形成した参考例2では、スプリングバック率は0%であった。この結果から、この構成の二次電池では、正極シート表面に耐熱層を形成しても捲き緩みは生じず、捲き緩みは、セパレータシート表面に耐熱層を形成した場合に顕著に発生することがわかる。 As shown in Table 1, in Reference Example 1 in which a heat-resistant layer was formed on the separator sheet surface, the springback rate was a high value of 29.2%, whereas in Reference Example, a heat-resistant layer was formed on the positive electrode sheet surface. In 2, the springback rate was 0%. From this result, in the secondary battery of this configuration, even if a heat-resistant layer is formed on the surface of the positive electrode sheet, no loosening occurs, and the loosening occurs remarkably when the heat-resistant layer is formed on the separator sheet surface. Recognize.
<例1>
参考例1で作製した耐熱層付きセパレータシートにつき、セパレータシートの耐熱層非形成面と耐熱層表面の両面にPTFE水分散液(固形分60質量%、粘度25mPa・s、樹脂粒子の平均粒径0.20〜0.25μm)をグラビア塗工方法により塗付し、温度70℃で乾燥させることにより、PTFE樹脂粒子からなる厚さ1μmの樹脂粒子層を各面に形成した。上記樹脂粒子層が形成された耐熱層付きセパレータシートを用いた他は参考例1と同様にして扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。なお、耐熱層表面に形成された樹脂粒子層を第1樹脂粒子層と表記し、セパレータシートの耐熱層非形成面に形成された樹脂粒子層を第2樹脂粒子層と表記する。また、簡便のため、表中、第1樹脂粒子層の厚さを第1厚さ、第2樹脂粒子層の厚さを第2厚さと表記する。
<Example 1>
About the separator sheet with a heat-resistant layer produced in Reference Example 1, a PTFE aqueous dispersion (solid content: 60% by mass, viscosity: 25 mPa · s, average particle diameter of resin particles on both surfaces of the separator sheet where the heat-resistant layer is not formed and the surface of the heat-resistant layer. 0.20 to 0.25 μm) was applied by a gravure coating method and dried at a temperature of 70 ° C., thereby forming a 1 μm-thick resin particle layer made of PTFE resin particles on each surface. A flat wound electrode body was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the separator sheet with a heat-resistant layer on which the resin particle layer was formed was used, and the springback rate was measured. The results are shown in Table 2. The resin particle layer formed on the surface of the heat-resistant layer is referred to as a first resin particle layer, and the resin particle layer formed on the surface of the separator sheet where the heat-resistant layer is not formed is referred to as a second resin particle layer. For convenience, in the table, the thickness of the first resin particle layer is expressed as the first thickness, and the thickness of the second resin particle layer is expressed as the second thickness.
<例2〜6>
表2に示す厚さ(2〜5μm)となるように樹脂粒子層を形成した他は例1と同様にして例2〜5に係る扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。また、表2には、対比のため参考例1の概要および結果を例6として示す。また、例3に係る扁平形状の捲回電極体につき、形状保持工程を行わなかった他は参考例1と同様にして例3に係る角型リチウム二次電池を作製した。
<Examples 2 to 6>
A flat wound electrode body according to Examples 2 to 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the resin particle layer was formed to have a thickness (2 to 5 μm) shown in Table 2, and the springback rate was It was measured. The results are shown in Table 2. In Table 2, the outline and results of Reference Example 1 are shown as Example 6 for comparison. In addition, a rectangular lithium secondary battery according to Example 3 was fabricated in the same manner as in Reference Example 1 except that the flattened wound electrode body according to Example 3 was not subjected to the shape holding step.
<例7〜12>
セパレータシートとして、PP/PE/PPからなる長尺シート状の三層構造フィルム(厚さ:20μm)を用いた。このセパレータシートの片面に、例1と同様にして耐熱層を形成し、さらにその上に樹脂粒子層を形成した。その他は例1と同様にして例7に係る扁平形状の捲回電極体を作製した。また、表2に示す厚さ(2〜5μm)となるように樹脂粒子層を形成した他は例7と同様にして例8〜11に係る扁平形状の捲回電極体を作製した。さらに、樹脂粒子層を形成しなかった他は例7と同様にして例12に係る扁平形状の捲回電極体を作製した。各例に係る捲回電極体につき、作製の際にスプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。
<Examples 7 to 12>
A long sheet-like three-layer structure film (thickness: 20 μm) made of PP / PE / PP was used as the separator sheet. A heat resistant layer was formed on one side of the separator sheet in the same manner as in Example 1, and a resin particle layer was further formed thereon. Other than that, a flat wound electrode body according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 1. Moreover, the flat-shaped wound electrode body which concerns on Examples 8-11 was produced like Example 7 except having formed the resin particle layer so that it might become thickness (2-5 micrometers) shown in Table 2. FIG. Further, a flat wound electrode body according to Example 12 was produced in the same manner as Example 7 except that the resin particle layer was not formed. For the wound electrode body according to each example, the springback rate was measured at the time of production. The results are shown in Table 2.
<例13〜15>
フィラーをベーマイトからアルミナ(例13)、チタニア(例14)または水酸化マグネシウム(例15)に代えた他は例3と同様にして例13〜15に係る扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。
<Examples 13 to 15>
A flat wound electrode body according to Examples 13 to 15 was produced in the same manner as in Example 3 except that the filler was changed from boehmite to alumina (Example 13), titania (Example 14) or magnesium hydroxide (Example 15). The springback rate was measured. The results are shown in Table 2.
<例16〜18>
樹脂粒子層形成材料をPTFE水分散液からSBR水分散液(例16)、PE水分散液(例17)、PP水分散液(例18)に代えた他は例3と同様にして例16〜18に係る扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。
<Examples 16 to 18>
Example 16 is the same as Example 3 except that the resin particle layer forming material is changed from the PTFE aqueous dispersion to the SBR aqueous dispersion (Example 16), the PE aqueous dispersion (Example 17), and the PP aqueous dispersion (Example 18). A flat-shaped wound electrode body according to -18 was produced, and the springback rate was measured. The results are shown in Table 2.
<例19>
参考例1で作製した耐熱層付きセパレータシートにつき、耐熱層の表面にのみ厚さ3μmのPTFE樹脂粒子からなる樹脂粒子層を形成した。この耐熱層付きセパレータシートの耐熱層非形成面には樹脂粒子層は形成されていない。この耐熱層付きセパレータシートを用いた他は例1と同様にして扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表2に示す。
<Example 19>
About the separator sheet with a heat-resistant layer produced in Reference Example 1, a resin particle layer made of PTFE resin particles having a thickness of 3 μm was formed only on the surface of the heat-resistant layer. The resin particle layer is not formed on the heat-resistant layer non-formation surface of this separator sheet with a heat-resistant layer. A flat wound electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator sheet with a heat-resistant layer was used, and the springback rate was measured. The results are shown in Table 2.
<例20>
参考例1で作製した耐熱層付きセパレータシートにつき、セパレータシートの耐熱層非形成面と耐熱層表面の両面に、溶液重合により得られたアクリル系樹脂(非ディスパージョン型樹脂)を含む溶液をグラビア塗工方法により塗付し、温度70℃で乾燥させることにより、アクリル系樹脂からなる樹脂層(厚さ3μm)を各面に形成した。上記樹脂層が形成された耐熱層付きセパレータシートを用いた他は例1と同様にして扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表3に示す。また、この捲回電極体を用いた他は例3と同様にして例20に係る角型リチウム二次電池を作製した。なお、乾燥後の上記樹脂層についてSEMによる断面観察を行った結果、上記樹脂層を構成する樹脂は、膜を形成し、被着体表面を覆う形態を有しており、粒子状でないことを確認した。
<Example 20>
For the separator sheet with a heat-resistant layer produced in Reference Example 1, a gravure solution containing an acrylic resin (non-dispersion type resin) obtained by solution polymerization on both the heat-resistant layer non-formation surface and the heat-resistant layer surface of the separator sheet By applying by a coating method and drying at a temperature of 70 ° C., a resin layer (thickness 3 μm) made of an acrylic resin was formed on each surface. A flat wound electrode body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the separator sheet with a heat-resistant layer on which the resin layer was formed was used, and the springback rate was measured. The results are shown in Table 3. Further, a square lithium secondary battery according to Example 20 was produced in the same manner as Example 3 except that this wound electrode body was used. In addition, as a result of performing cross-sectional observation by SEM about the said resin layer after drying, the resin which comprises the said resin layer has a form which forms a film | membrane and covers the to-be-adhered body surface, and is not a particulate form. confirmed.
<例21>
参考例1で作製した耐熱層付きセパレータシートにつき、セパレータシートの耐熱層非形成面と耐熱層表面の両面に、溶液重合により得られたポリアクリルアミド樹脂(非ディスパージョン型樹脂)を含む溶液をグラビア塗工方法により塗付し、温度70℃で乾燥させることにより、ポリアクリルアミド樹脂からなる樹脂層(厚さ3μm)を各面に形成した。上記樹脂層が形成された耐熱層付きセパレータシートを用いた他は例1と同様にして扁平形状の捲回電極体を作製し、スプリングバック率を測定した。その結果を表3に示す。また、この捲回電極体を用いた他は例3と同様にして例21に係る角型リチウム二次電池を作製した。なお、乾燥後の上記樹脂層についてSEMによる断面観察を行った結果、上記樹脂層を構成する樹脂は、膜を形成し、被着体表面を覆う形態を有しており、粒子状でないことを確認した。
<Example 21>
For the separator sheet with a heat-resistant layer produced in Reference Example 1, a solution containing a polyacrylamide resin (non-dispersion type resin) obtained by solution polymerization on both the non-heat-resistant layer surface and the heat-resistant layer surface of the separator sheet is gravure. By applying by a coating method and drying at a temperature of 70 ° C., a resin layer (thickness 3 μm) made of polyacrylamide resin was formed on each surface. A flat wound electrode body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the separator sheet with a heat-resistant layer on which the resin layer was formed was used, and the springback rate was measured. The results are shown in Table 3. Further, a rectangular lithium secondary battery according to Example 21 was produced in the same manner as Example 3 except that this wound electrode body was used. In addition, as a result of performing cross-sectional observation by SEM about the said resin layer after drying, the resin which comprises the said resin layer has a form which forms a film | membrane and covers the to-be-adhered body surface, and is not a particulate form. confirmed.
表2に示されるように、耐熱層付きセパレータシートの耐熱層と電極シート(正極シート)との間に樹脂粒子層を配置した例1〜5,7〜11,13〜19では、スプリングバック率は5%以下という低い値であった。これは、樹脂粒子層が電極シートと耐熱層に接触することにより、該樹脂粒子層を介して電極シートと耐熱層とが良好に接着したためと考えられる。より具体的には、樹脂粒子自体の接着作用に加えて、電極体成形時のプレスにより樹脂粒子層が電極シートに食い込み、いわゆるアンカー効果による接着作用が好適に発揮されたと考えられる。一方、樹脂粒子層を設けなかった例6,12では、スプリングバック率はいずれも25%以上という高い値であった。これらの結果から、樹脂粒子層を電極シートと耐熱層との間に配置することにより、捲き緩みが抑制され得ることがわかる。 As shown in Table 2, in Examples 1 to 5, 7 to 11, and 13 to 19 in which the resin particle layer is disposed between the heat resistant layer of the separator sheet with a heat resistant layer and the electrode sheet (positive electrode sheet), the springback rate Was as low as 5% or less. This is presumably because the electrode sheet and the heat-resistant layer were favorably bonded through the resin particle layer when the resin particle layer was in contact with the electrode sheet and the heat-resistant layer. More specifically, in addition to the adhesive action of the resin particles themselves, it is considered that the resin particle layer bites into the electrode sheet by pressing at the time of molding the electrode body, and the adhesive action due to the so-called anchor effect is suitably exhibited. On the other hand, in Examples 6 and 12 in which the resin particle layer was not provided, the springback rate was a high value of 25% or more. From these results, it can be seen that the loosening can be suppressed by disposing the resin particle layer between the electrode sheet and the heat-resistant layer.
また、樹脂粒子層を構成する樹脂としてSBRやPE、PPを用いた例16〜18では、同じ厚さを有するPTFE樹脂粒子層を配置した例3と比べて、スプリングバック率が高い傾向が見られた。これらの結果から、樹脂粒子層を構成する樹脂としてPTFEが特に好ましいことがわかる。その理由として、PTFEは捲回電極体成形の際のプレスにより繊維化してより良好な接着作用を発揮したことが考えられる。また、電極シートと耐熱層との間にのみ樹脂粒子層を配置した例19は、同じ厚さを有するPTFE樹脂粒子層を電極シートとセパレータシートの耐熱層非形成面との間にも配置した例3と比べて、スプリングバック率が高い傾向が見られた。この結果から、セパレータシートに耐熱層を形成する構成においては、電極シートと耐熱層との間だけでなく、電極シートとセパレータシートの耐熱層非形成面との間にも樹脂粒子層を配置することが望ましいことがわかる。さらに、例7〜11,13〜15の結果から、セパレータの構成や耐熱層の構成を変更しても、樹脂粒子層によるスプリングバック抑制効果が発揮され得ることがわかる。 Further, in Examples 16 to 18 in which SBR, PE, and PP are used as the resin constituting the resin particle layer, the springback rate tends to be higher than that in Example 3 in which the PTFE resin particle layer having the same thickness is disposed. It was. From these results, it can be seen that PTFE is particularly preferable as the resin constituting the resin particle layer. The reason is considered that PTFE was made into a fiber by a press at the time of forming the wound electrode body and exhibited a better adhesive action. Further, in Example 19 in which the resin particle layer was disposed only between the electrode sheet and the heat-resistant layer, the PTFE resin particle layer having the same thickness was disposed also between the electrode sheet and the surface of the separator sheet where the heat-resistant layer was not formed. Compared to Example 3, there was a tendency for the springback rate to be high. From this result, in the configuration in which the heat-resistant layer is formed on the separator sheet, the resin particle layer is disposed not only between the electrode sheet and the heat-resistant layer but also between the electrode sheet and the surface where the heat-resistant layer is not formed on the separator sheet. It is clear that this is desirable. Furthermore, it can be seen from the results of Examples 7 to 11 and 13 to 15 that even if the configuration of the separator and the configuration of the heat-resistant layer are changed, the springback suppressing effect by the resin particle layer can be exhibited.
また、明示しないが、耐熱層付きセパレータシートの耐熱層と電極シートとの間に樹脂粒子層を配置した例3に係る電池では、良好な電池性能(典型的には低抵抗性)を発揮した。換言すると、樹脂粒子層を配置したことによる電池性能の低下は特に認められなかった。これに対して、非ディスパージョン型樹脂からなる層を電極シートと耐熱層との間に配置した例20,21に係る電池では、電池性能が有意に低下する傾向(典型的には低温IV抵抗が有意に上昇する傾向)が認められた。したがって、電極シートと耐熱層との間に配置される樹脂層は、電池性能の観点から、樹脂粒子層(好適にはディスパージョン型樹脂粒子層)であることが望ましい。このように、本発明によると、電池性能を低下させることなく、扁平形状の捲回電極体のスプリングバックを抑制することができる。したがって、本発明によると、電池性能を低下させることなく、捲き緩みを原因とする生産性の低下を回避することができる。 Although not clearly shown, the battery according to Example 3 in which the resin particle layer is disposed between the heat-resistant layer of the separator sheet with a heat-resistant layer and the electrode sheet exhibited good battery performance (typically low resistance). . In other words, no particular deterioration in battery performance due to the arrangement of the resin particle layer was observed. On the other hand, in the batteries according to Examples 20 and 21 in which the layer made of the non-dispersion resin is disposed between the electrode sheet and the heat-resistant layer, the battery performance tends to be significantly reduced (typically, low-temperature IV resistance). Tended to rise significantly). Therefore, the resin layer disposed between the electrode sheet and the heat-resistant layer is desirably a resin particle layer (preferably a dispersion type resin particle layer) from the viewpoint of battery performance. Thus, according to the present invention, the spring back of the flat wound electrode body can be suppressed without deteriorating the battery performance. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid a decrease in productivity due to loosening without reducing battery performance.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここに開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The invention disclosed herein may include various modifications and alterations of the specific examples described above.
1 自動車(車両)
10 電池ケース
12 開口部
14 蓋体
20 捲回電極体
21 扁平部
25 非水電解液
30 正極シート
32 正極集電体
34 正極活物質層
35 正極集電体積層部
36 正極活物質層非形成部
37 内部正極端子
38 外部正極端子
40 負極シート
42 負極集電体
44 負極活物質層
45 負極集電体積層部
46 負極活物質層非形成部
47 内部負極端子
48 外部負極端子
50A,50B セパレータシート
50Aa 耐熱層形成面
50Ab 耐熱層非形成面
51 耐熱層
52 樹脂粒子層
52A 第1樹脂粒子層
52B 第2樹脂粒子層
100 リチウム二次電池
1 Automobile (vehicle)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記捲回電極体は、正負の電極シートと、該正負の電極シートの間に配置されたセパレータシートと、を備えており、
前記セパレータシートの表面には、耐熱層が形成されており、
前記電極シートの一方と前記耐熱層との間には、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように樹脂粒子層が配置されている、二次電池。 A secondary battery in which a flat wound electrode body is housed in a battery case,
The wound electrode body includes a positive and negative electrode sheet, and a separator sheet disposed between the positive and negative electrode sheets,
A heat-resistant layer is formed on the surface of the separator sheet,
A secondary battery in which a resin particle layer is disposed between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer.
前記電極シートの一方と前記耐熱層との間には、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように第1樹脂粒子層としての前記樹脂粒子層が配置されており、
前記電極シートの他方と前記セパレータシートの耐熱層非形成面との間には、該電極シートの他方および該耐熱層非形成面と接触するように第2樹脂粒子層が配置されている、請求項1に記載の二次電池。 The separator sheet has a heat-resistant layer forming surface on which the heat-resistant layer is formed, and a heat-resistant layer non-formed surface on which the heat-resistant layer is not formed,
Between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer, the resin particle layer as the first resin particle layer is disposed so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer,
A second resin particle layer is disposed between the other of the electrode sheets and the non-heat-resistant layer-forming surface of the separator sheet so as to be in contact with the other of the electrode sheets and the non-heat-resistant layer-forming surface. Item 11. The secondary battery according to Item 1.
正負の電極シートを用意すること、
耐熱層が形成されたセパレータシートを用意すること、
前記耐熱層が形成されたセパレータシートを前記正負の電極シートの間に配置して捲回することにより捲回電極体を作製すること、
前記作製した捲回電極体をプレスすることで扁平形状に成形すること、および
前記扁平形状に成形した捲回電極体を電池ケース内に収容すること、
を包含し、
前記捲回電極体の作製において、前記電極シートの一方と前記耐熱層との間に、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように樹脂粒子層を配置することをさらに包含する、二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a secondary battery, comprising:
Preparing positive and negative electrode sheets,
Preparing a separator sheet on which a heat-resistant layer is formed;
Producing a wound electrode body by placing and winding the separator sheet on which the heat-resistant layer is formed between the positive and negative electrode sheets;
Pressing the produced wound electrode body into a flat shape, and accommodating the wound electrode body shaped into the flat shape in a battery case,
Including
The production of the wound electrode body further includes disposing a resin particle layer between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer. A method for manufacturing a secondary battery.
前記セパレータシートの両面のうち一方の表面にのみ前記耐熱層を形成することによって、該セパレータシートが耐熱層形成面と耐熱層非形成面とを有するように構成すること、
前記電極シートの一方と前記耐熱層との間に、該電極シートの一方および該耐熱層と接触するように第1樹脂粒子層としての樹脂粒子層を配置すること、および
前記電極シートの他方と前記セパレータシートの耐熱層非形成面との間に、該電極シートの他方および該耐熱層非形成面と接触するように第2樹脂粒子層を配置すること、
をさらに包含する、請求項7に記載の製造方法。 In producing the wound electrode body,
By forming the heat-resistant layer only on one surface of both surfaces of the separator sheet, the separator sheet is configured to have a heat-resistant layer forming surface and a heat-resistant layer non-forming surface,
Between one of the electrode sheets and the heat-resistant layer, disposing a resin particle layer as a first resin particle layer so as to be in contact with one of the electrode sheets and the heat-resistant layer; and the other of the electrode sheets Disposing the second resin particle layer in contact with the other surface of the electrode sheet and the heat-resistant layer non-formed surface between the heat-resistant layer non-formed surface of the separator sheet;
The manufacturing method of Claim 7 which further includes these.
A vehicle comprising the secondary battery according to claim 1.
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