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JP2011034891A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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JP2011034891A
JP2011034891A JP2009181904A JP2009181904A JP2011034891A JP 2011034891 A JP2011034891 A JP 2011034891A JP 2009181904 A JP2009181904 A JP 2009181904A JP 2009181904 A JP2009181904 A JP 2009181904A JP 2011034891 A JP2011034891 A JP 2011034891A
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JP
Japan
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current collector
secondary battery
active material
battery
negative electrode
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Application number
JP2009181904A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Honda
崇 本田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

【課題】非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させる手段を提供する。
【解決手段】集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなる正極と、集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる負極と、が電解質を含むセパレータを介して積層されてなる単電池層を含む発電要素を有する非水電解質二次電池であって、前記集電体が生分解性ポリマーおよび導電性粒子を含む、非水電解質二次電池である。
【選択図】図1
A means for improving cycle characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
A positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on the surface of a current collector; a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on the surface of a current collector; Is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element including a single battery layer laminated via a separator including an electrolyte, wherein the current collector includes a biodegradable polymer and conductive particles. It is a secondary battery.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、活物質等がバインダとともに集電体に塗布されてなる活物質層を有する正極および負極が、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode having an active material layer in which an active material or the like is applied to a current collector together with a binder are connected via an electrolyte layer and stored in a battery case. is doing.

上述したような自動車等のモータ駆動用電源として用いられる非水電解質二次電池には、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用非水電解質二次電池と比較して極めて高い出力特性を有することが求められており、かような要求に応えるべく鋭意研究開発が進められているのが現状である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery used as a motor drive power source for automobiles and the like as described above has extremely high output characteristics compared to consumer non-aqueous electrolyte secondary batteries used in mobile phones, notebook computers, etc. At present, it is required to have such research, and eager research and development is underway to meet such demands.

上記非水電解質二次電池は、集電体を構成部材として含む。この集電体の軽量化を目的として、樹脂を含む集電体(以下、単に樹脂集電体とも称する)が用いられる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery includes a current collector as a constituent member. For the purpose of reducing the weight of the current collector, a current collector containing a resin (hereinafter also simply referred to as a resin current collector) is used.

ここで、一般的に、樹脂は表面自由エネルギーが金属に比べて非常に小さいという性質を有している(例えば、非特許文献1参照)。   Here, in general, the resin has a property that the surface free energy is very small compared to the metal (see, for example, Non-Patent Document 1).

「商品知識シリーズ 接着剤の実際知識」2版、沖津俊直著、東洋経済新報社刊、43頁、1996年5月23日発行"Product Knowledge Series: Practical Knowledge of Adhesives" 2nd edition, written by Toshinao Okitsu, published by Toyo Keizai Inc., 43 pages, published on May 23, 1996

非特許文献1に記載されているような表面自由エネルギーが小さい樹脂を非水電解質二次電池の集電体へ適用する場合、金属集電体と比べて、集電体表面の電極との濡れ性が低下し、電極と集電体との界面において接着力が不足する。そのため、充放電に伴い、電極と集電体との界面における抵抗が増大し、非水電解質二次電池のサイクル特性が低下するという問題があった。   When a resin having a small surface free energy as described in Non-Patent Document 1 is applied to the current collector of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the wettability of the current collector surface with the electrode compared to the metal current collector And the adhesive strength is insufficient at the interface between the electrode and the current collector. Therefore, with charging / discharging, there is a problem that the resistance at the interface between the electrode and the current collector increases, and the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery deteriorate.

そこで、本発明は、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させる手段を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the means to improve the cycling characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、生分解性ポリマーおよび導電性粒子を含む集電体を備えた非水電解質二次電池が上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above problems. As a result, it has been found that a nonaqueous electrolyte secondary battery provided with a current collector containing a biodegradable polymer and conductive particles solves the above problems, and has completed the present invention.

生分解性ポリマーは表面自由エネルギーが大きいため、生分解性ポリマーおよび導電性粒子を含む集電体の表面における電極との濡れ性が良くなり、電極と集電体との接着がより強固になる。したがって、充放電に伴う電極と樹脂集電体との界面の抵抗増大を抑制することができ、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができる。   Since the biodegradable polymer has a large surface free energy, the wettability with the electrode on the surface of the current collector including the biodegradable polymer and the conductive particles is improved, and the adhesion between the electrode and the current collector is further strengthened. . Therefore, the increase in resistance at the interface between the electrode and the resin current collector accompanying charging / discharging can be suppressed, and the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved.

積層型リチウムイオン二次電池の構造を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a stacked lithium ion secondary battery. 双極型リチウムイオン二次電池の構造を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a bipolar lithium ion secondary battery. 非水電解質二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

まず、好ましい実施形態である非水電解質リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   First, although the nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery which is preferable embodiment is demonstrated, it is not restrict | limited only to the following embodiment. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

非水電解質二次電池の構造・形態で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。   When distinguished by the structure and form of the nonaqueous electrolyte secondary battery, it is not particularly limited, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery, and can be applied to any conventionally known structure. .

また、電池の電極材料または電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。   Moreover, when it sees in the electrode material of a battery, or the metal ion which moves between electrodes, it does not restrict | limit in particular, It can apply to any well-known electrode material. Examples include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, and the like, preferably lithium ion secondary batteries. . This is because in the lithium ion secondary battery, the voltage of the cell (single cell layer) is large, high energy density and high output density can be achieved, and it is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source.

[電池の全体構造]
図1は、扁平型(積層型)の非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の一実施形態の基本構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。
[Battery overall structure]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of an embodiment of a flat (stacked) nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”). As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 a of this embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior body. . Here, in the power generation element 21, the positive electrode in which the positive electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer 15 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 12. It has a configuration in which a negative electrode is laminated. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. .

これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、本実施形態の積層型電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10a of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, although the positive electrode active material layer 13 is arrange | positioned only at one side in the outermost layer positive electrode collector located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. In addition, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 1, so that the outermost layer negative electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost layer negative electrode current collector is disposed on one or both surfaces. A negative electrode active material layer may be disposed.

正極集電体11および負極集電体12は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板25および負極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25および負極集電板27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。   The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are attached to a positive electrode current collector plate 25 and a negative electrode current collector plate 27 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode), and are sandwiched between end portions of the laminate sheet 29. Thus, it has a structure led out of the laminate sheet 29. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode, respectively, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown) as necessary. Or resistance welding or the like.

図2は、非水電解質双極型リチウムイオン二次電池10bの全体構造を模式的に表した断面概略図である。図2に示す非水電解質双極型リチウムイオン二次電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of the non-aqueous electrolyte bipolar lithium ion secondary battery 10b. The nonaqueous electrolyte bipolar lithium ion secondary battery 10b shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular power generating element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material. Have.

図2に示すように、双極型リチウムイオン二次電池10bの発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。   As shown in FIG. 2, the power generation element 21 of the bipolar lithium ion secondary battery 10 b is formed with a positive electrode active material layer 13 that is electrically coupled to one surface of the current collector 11, and is opposite to the current collector 11. It has a plurality of bipolar electrodes 23 formed with a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the side surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via the electrolyte layer 17 to form the power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a configuration in which an electrolyte is held at the center in the surface direction of a separator as a base material. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other through the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is interposed between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型リチウムイオン二次電池10bは、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層15が形成されてもよい。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar lithium ion secondary battery 10b has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. Further, for the purpose of preventing liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17, a seal portion (insulating layer) 31 is disposed on the outer peripheral portion of the unit cell layer 19. A positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the positive electrode outermost layer current collector 11 a located in the outermost layer of the power generation element 21. The negative electrode active material layer 15 is formed only on one surface of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. However, the positive electrode active material layer 13 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side. Similarly, the negative electrode active material layer 15 may be formed on both surfaces of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side.

さらに、図2に示す双極型リチウムイオン二次電池10bでは、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム29から導出している。   Further, in the bipolar lithium ion secondary battery 10b shown in FIG. 2, a positive electrode current collector plate 25 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to be a laminate film as a battery outer packaging material. 29. On the other hand, the negative electrode current collector plate 27 is disposed so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and similarly, this is extended and led out from the laminate film 29 which is an exterior of the battery.

図2に示す非水電解質双極型リチウムイオン二次電池10bにおいては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁部31が設けられる。この絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型リチウムイオン二次電池10bが提供されうる。   In the nonaqueous electrolyte bipolar lithium ion secondary battery 10 b shown in FIG. 2, an insulating part 31 is usually provided around each single cell layer 19. The insulating part 31 prevents the adjacent current collectors 11 in the battery from coming into contact with each other and a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided. By installing such an insulating portion 31, long-term reliability and safety can be ensured, and a high-quality bipolar lithium ion secondary battery 10b can be provided.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型リチウムイオン二次電池10bでは、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型リチウムイオン二次電池10bでも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止する必要がある。よって、発電要素21を電池外装材であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。   Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. In the bipolar lithium ion secondary battery 10b, the number of stacks of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is reduced as much as possible. Even in the bipolar lithium ion secondary battery 10b, it is necessary to prevent external impact and environmental degradation during use. Therefore, the power generation element 21 is preferably sealed in a laminate film 29 that is a battery exterior material, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are taken out of the laminate film 29.

本実施形態の集電体は、生分解性ポリマーを含む。生分解性ポリマーは、表面自由エネルギーが大きいため、これを集電体に適用した場合、電極の濡れ性が良好になり、電極−樹脂集電体の接着力がより強固となる。そのため、充放電に伴う電極と樹脂集電体との界面の抵抗の増大を抑制することが可能となり、非水電解質二次電池のサイクル特性(耐久性)を向上させることができる。さらに、生分解性ポリマーは、非水電解質二次電池に通常使用される電解液との溶解度パラメータ(SP値)との差が大きいため、耐溶媒性が良好となり、サイクル特性(耐久性)向上にはさらに有利となる。また、生分解性ポリマーを含む樹脂集電体を備えた二次電池が不法投棄されたとしても、自然界において微生物が関与して、樹脂集電体は低分子化合物を経て最終的には水と二酸化炭素とに分解され得、環境に対して優しい電池となりうる。   The current collector of this embodiment includes a biodegradable polymer. Since the biodegradable polymer has a large surface free energy, when it is applied to a current collector, the wettability of the electrode becomes good, and the adhesive force of the electrode-resin current collector becomes stronger. Therefore, it is possible to suppress an increase in resistance at the interface between the electrode and the resin current collector due to charge / discharge, and the cycle characteristics (durability) of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. Furthermore, the biodegradable polymer has a large difference in solubility parameter (SP value) from the electrolyte solution normally used for nonaqueous electrolyte secondary batteries, so that the solvent resistance is good and the cycle characteristics (durability) are improved. Is even more advantageous. In addition, even if a secondary battery equipped with a resin current collector containing a biodegradable polymer is illegally dumped, microorganisms are involved in nature, and the resin current collector eventually passes through a low-molecular compound and then water. It can be decomposed into carbon dioxide and can be an environmentally friendly battery.

以下、本実施形態の集電体について、詳細に説明する。   Hereinafter, the current collector of the present embodiment will be described in detail.

(集電体)
集電体は、生分解性ポリマーおよび導電性粒子を含む。以下、生分解性ポリマーおよび導電性粒子について説明する。
(Current collector)
The current collector includes a biodegradable polymer and conductive particles. Hereinafter, the biodegradable polymer and the conductive particles will be described.

<生分解性ポリマー>
本発明で用いられる生分解性ポリマーは、特に制限されず、公知のものから適宜選択可能であり、天然物由来のものであってもよいし、化学合成されたものであってもよい。また、これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Biodegradable polymer>
The biodegradable polymer used in the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected from known ones, and may be derived from natural products or chemically synthesized. Moreover, these may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

天然物由来の生分解性ポリマーの例としては、例えば、キチン、キトサン、アルギン酸、グルテン、コラーゲン、ポリアミノ酸、バクテリアセルロース、プルラン、デンプンなどが挙げられる。   Examples of biodegradable polymers derived from natural products include chitin, chitosan, alginic acid, gluten, collagen, polyamino acids, bacterial cellulose, pullulan, starch and the like.

化学合成された生分解性ポリマーの例としては、例えば、ポリヒドロキシブチレート、ポリε−カプロラクトン、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンサクシネートアジベート、ポリヒドロキシバリレート、ポリジオキサノン、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグラクチン、ポリグリコネート、ポリグレカプロンなどの脂肪族ポリエステル;ポリブチレンアジペートテレフタレート、ポリブチレンサクシネートテレフタレートなどの芳香族ポリエステル;ポリビニルアルコ−ル;ポリウレタン;ポリトリメチレンカーボネートなどの脂肪族ポリカーボネートなどが挙げられる。   Examples of chemically synthesized biodegradable polymers include, for example, polyhydroxybutyrate, polyε-caprolactone, polyethylene succinate, polybutylene succinate, polyethylene adipate, polybutylene succinate adipate, polyhydroxyvalylate, polydioxanone. , Polyglycolic acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglactin, polyglyconate, polygrecapron and other aliphatic polyesters; polybutylene adipate terephthalate, polybutylene succinate terephthalate and other aromatic polyesters; polyvinyl alcohol; polyurethane; Examples thereof include aliphatic polycarbonates such as trimethylene carbonate.

これら生分解性ポリマーの中でも、脂肪族ポリエステルが好ましい。脂肪族ポリエステルは、表面自由エネルギーが大きいため、電極−樹脂集電体間の接着力が強固となり、充放電に伴う電極と樹脂集電体との界面における抵抗をより低減しやすくなる。より好ましくは、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸である。   Of these biodegradable polymers, aliphatic polyesters are preferred. Since aliphatic polyester has a large surface free energy, the adhesive force between the electrode and the resin current collector is strengthened, and the resistance at the interface between the electrode and the resin current collector due to charge / discharge is more easily reduced. More preferred are polybutylene succinate and polylactic acid.

<導電性粒子>
また、本実施形態の集電体は導電性粒子を含む。用いられる導電性粒子は、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが望ましい。前記導電性粒子は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Conductive particles>
In addition, the current collector of this embodiment includes conductive particles. The conductive particles used are selected from materials having conductivity. Preferably, from the viewpoint of suppressing ion permeation in the conductive resin layer, it is desirable to use a material that does not have conductivity with respect to ions used as the charge transfer medium. The said electroconductive particle may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

具体的には、アルミニウム材、ステンレス(SUS)材、グラファイトやカーボンブラックなどのカーボン材、銀材、金材、銅材、チタン材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの導電性フィラーは1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金材が用いられてもよい。好ましくはアルミニウム材、ステンレス材、カーボン材、銀材、金材、さらに好ましくは金材、カーボン材である。またこれらの導電性粒子は、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料をめっき等でコーティングしたものでもよい。   Specific examples include, but are not limited to, aluminum materials, stainless steel (SUS) materials, carbon materials such as graphite and carbon black, silver materials, gold materials, copper materials, and titanium materials. These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these alloy materials may be used. An aluminum material, a stainless steel material, a carbon material, a silver material, and a gold material are preferable, and a gold material and a carbon material are more preferable. These conductive particles may be those obtained by coating a conductive material around a particle ceramic material or resin material with plating or the like.

また、導電性粒子の形状(形態)は、粒子形態で用いればよいが、粒子形態に限られず、カーボンナノチューブなど、いわゆるフィラー系導電性樹脂組成物として実用化されている粒子形態以外の形態であってもよい。   In addition, the shape (form) of the conductive particles may be used in the form of particles, but is not limited to the form of particles, and in a form other than the form of particles practically used as a so-called filler-based conductive resin composition such as carbon nanotube. There may be.

前記カーボン材の例としては、例えば、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、シングルウォールカーボンナノチューブ、ダブルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブカーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、またはフラーレンなどが挙げられる。カーボン材は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン材は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン材は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン材を導電性粒子として用いる場合には、カーボンの表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。   Examples of the carbon material include, for example, acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, single wall carbon nanotube, double wall carbon nanotube, multi-wall carbon nanotube carbon nanohorn, carbon nanoballoon, or fullerene. Is mentioned. The carbon material has a very wide potential window, is stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and is excellent in conductivity. Also, since the carbon material is very lightweight, the increase in mass is minimized. Furthermore, since carbon materials are often used as conductive aids for electrodes, even if they come into contact with these conductive aids, the contact resistance is very low because of the same material. When carbon materials are used as conductive particles, it is possible to reduce the compatibility of the electrolyte by applying a hydrophobic treatment to the surface of the carbon, making it difficult for the electrolyte to penetrate into the current collector holes. is there.

導電性粒子の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、0.01〜10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。後述する活物質粒子などの粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。   The average particle diameter of the conductive particles is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the conductive filler. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted. Particle diameters and average particle diameters of active material particles to be described later can be defined similarly.

集電体における導電性粒子の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、集電体の総質量に対して、1〜30質量%の導電性粒子が存在する。十分な量の導電性粒子を存在させることにより、樹脂層における導電性を十分に確保できる。   Although content of the electroconductive particle in a collector is not specifically limited, Preferably, 1-30 mass% electroconductive particle exists with respect to the total mass of a collector. By allowing a sufficient amount of conductive particles to be present, sufficient conductivity in the resin layer can be secured.

上記集電体は、生分解性ポリマー以外に、導電性高分子や導電性のない高分子など、他の高分子を含んでもよい。   In addition to the biodegradable polymer, the current collector may include other polymers such as a conductive polymer and a non-conductive polymer.

導電性高分子は、導電性を有し、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料から選択される。これらの導電性高分子は、共役したポリエン系がエネルギー帯を形成し伝導性を示すと考えられている。代表的な例としては電解コンデンサなどで実用化が進んでいるポリエン系導電性高分子を用いることができる。具体的には、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール、またはこれらの混合物などが好ましい。電子伝導性および電池内で安定に使用できるという観点から、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレンがより好ましい。   The conductive polymer is selected from materials that are conductive and have no conductivity with respect to ions used as charge transfer media. These conductive polymers are considered to be conductive because the conjugated polyene system forms an energy band. As a typical example, a polyene-based conductive polymer that has been put into practical use in an electrolytic capacitor or the like can be used. Specifically, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole, or a mixture thereof is preferable. Polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacetylene are more preferable from the viewpoint of electronic conductivity and stable use in the battery.

導電性のない高分子の例としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンなどのオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、またはこれらの混合物などが挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定である。また、軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。   Examples of non-conductive polymers include low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), polypropylene (PP), polybutylene and other olefin resins, ethylene-acetic acid Vinyl copolymer (EVA), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-butadiene block copolymer, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polycarbonate Boneto (PC), epoxy resin, or a mixture thereof, and the like. These materials have a very wide potential window and are stable to both positive and negative electrode potentials. Moreover, since it is lightweight, the output density of a battery can be increased.

集電体が他の高分子を含む場合の他の高分子の含有量は、集電体の総質量に対して、好ましくは0.1〜10質量%である。上記他の高分子は、生分解性ポリマーと混合されて1つの層を形成してもよいし、生分解性ポリマーとは別の層を形成してもよい。   When the current collector contains another polymer, the content of the other polymer is preferably 0.1 to 10% by mass with respect to the total mass of the current collector. The other polymer may be mixed with the biodegradable polymer to form one layer, or may form another layer from the biodegradable polymer.

集電体は、生分解性ポリマー、導電性粒子、および必要に応じて含まれる他の高分子の他に、他の添加剤を含んでいてもよい。   The current collector may contain other additives in addition to the biodegradable polymer, the conductive particles, and other polymers included as necessary.

以上のように、本実施形態の集電体は、生分解性ポリマーを含む。生分解性ポリマーは、表面自由エネルギーが大きいため、これを集電体に適用した場合、電極との濡れ性が良好になり、電極−樹脂集電体の接着力がより強固となる。そのため、充放電に伴う電極と樹脂集電体との界面の抵抗増大を抑制することが可能となり、非水電解質二次電池のサイクル特性(耐久性)を向上させることができる。さらに、生分解性ポリマーは、非水電解質二次電池に通常使用される電解液との溶解度パラメータ(SP値)との差が大きいため、耐溶媒性が良好となり、耐久性向上にはさらに有利となる。また、生分解性ポリマーを用いた樹脂集電体を含む二次電池が不法投棄されたとしても、自然界において微生物が関与して、樹脂集電体は低分子化合物を経て最終的には水と二酸化炭素とに分解され得、環境に対して優しい電池となりうる。   As described above, the current collector of this embodiment includes a biodegradable polymer. Since the biodegradable polymer has a large surface free energy, when it is applied to a current collector, the wettability with the electrode is improved, and the adhesion between the electrode and the resin current collector is further strengthened. Therefore, it is possible to suppress an increase in resistance at the interface between the electrode and the resin current collector due to charge / discharge, and the cycle characteristics (durability) of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. Furthermore, since the biodegradable polymer has a large difference in solubility parameter (SP value) from the electrolyte solution normally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, the solvent resistance is good and the durability is further improved. It becomes. In addition, even if a secondary battery including a resin current collector using a biodegradable polymer is illegally dumped, microorganisms are involved in nature, and the resin current collector eventually passes through a low-molecular compound and then water. It can be decomposed into carbon dioxide and can be an environmentally friendly battery.

上記で説明した非水電解質二次電池は、集電体の構成に特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。   The non-aqueous electrolyte secondary battery described above is characterized by the configuration of the current collector. Hereinafter, other main components will be described.

(活物質層)
[正極(正極活物質層)および負極(負極活物質層)]
活物質層13または15は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
(Active material layer)
[Positive electrode (positive electrode active material layer) and negative electrode (negative electrode active material layer)]
The active material layer 13 or 15 contains an active material, and further contains other additives as necessary.

正極活物質層13は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Co−Mn)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The positive electrode active material layer 13 includes a positive electrode active material. As the positive electrode active material, for example, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Co—Mn) O 2, and lithium-such as those in which a part of these transition metals are substituted with other elements Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質層15は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 The negative electrode active material layer 15 includes a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, lithium alloy negative electrode materials, and the like. . In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

各活物質層13、15に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmである。   The average particle diameter of each active material contained in each active material layer 13, 15 is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

正極活物質層13および負極活物質層15は、バインダを含む。   The positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 include a binder.

活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、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・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。   Although it does not specifically limit as a binder used for an active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FE) ), Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) , Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluoro rubber (VDF-PFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubber such as (VDF-CTFE-based fluororubber), an epoxy resin, and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.

活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. Yes, more preferably 1 to 10% by mass.

活物質層に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。   Examples of other additives that can be included in the active material layer include a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The mixing ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the non-aqueous solvent secondary battery. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.

(電解質層)
電解質層13を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte constituting the electrolyte layer 13, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

(最外層集電体)
最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
(Outermost layer current collector)
As the material of the outermost layer current collector, for example, a metal or a conductive polymer can be adopted. From the viewpoint of ease of taking out electricity, a metal material is preferably used. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.

(タブおよびリード)
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
(Tabs and leads)
A tab may be used for the purpose of taking out the current outside the battery. The tab is electrically connected to the outermost layer current collector or current collector plate, and is taken out of the laminate sheet which is a battery exterior material.

タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。   The material which comprises a tab in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferred. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used.

正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   The positive terminal lead and the negative terminal lead are also used as necessary. As the material of the positive terminal lead and the negative terminal lead, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. It should be noted that the part taken out from the battery outer packaging material 29 has a heat insulating property so as not to affect the product (for example, automobile parts, particularly electronic devices) by contacting with peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

(電池外装材)
電池外装材29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素(電池要素)を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
(Battery exterior material)
As the battery exterior material 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover a power generation element (battery element) can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV.

(絶縁部)
絶縁部31は、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。
(Insulation part)
The insulating part 31 prevents a liquid junction due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17. In addition, the insulating part 31 prevents the adjacent current collectors in the battery from coming into contact with each other or the occurrence of a short circuit due to a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Is provided.

絶縁部31を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁部31の構成材料として好ましく用いられる。   The material constituting the insulating portion 31 may have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. That's fine. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Among these, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the insulating portion 31 from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

なお、上記の非水電解質二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。   In addition, said non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured with a conventionally well-known manufacturing method.

<非水電解質二次電池の外観構成>
図3は、非水電解質二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
<External configuration of nonaqueous electrolyte secondary battery>
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of a stacked flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

図3に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1および図2に示す非水電解質二次電池10の発電要素(電池要素)21に相当するものである。発電要素(電池要素)57は、正極(正極活物質層)13、電解質層17および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 3, the stacked flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is wrapped by the battery outer packaging material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element (battery element) 57 includes a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59. It is sealed in a state where it is pulled out to the outside. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation element (battery element) 21 of the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 shown in FIGS. 1 and 2 described above. The power generation element (battery element) 57 is formed by laminating a plurality of single battery layers (single cells) 19 including a positive electrode (positive electrode active material layer) 13, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15. .

なお、上記リチウムイオン電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素(電池要素)がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The lithium ion battery is not limited to a stacked flat shape. In the wound type lithium ion battery, it may have a cylindrical shape, or it may be such that the cylindrical shape is transformed into a rectangular flat shape, etc. There is no particular limitation. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element (battery element) is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図3に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Also, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 3 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be drawn out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

上記リチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The lithium ion battery is suitable as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. Can be used.

<組電池>
組電池は、上記非水電解質二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
<Battery assembly>
The assembled battery is formed by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.

組電池は、非水電解質二次電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成する。この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。作製した装脱着可能な小型の組電池は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池は接続治具を用いて複数段積層される。何個の非水電解質二次電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の組電池を積層して組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   The assembled battery forms a small assembled battery in which a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries are connected in series or in parallel to be detachable. A large number of small, detachable assembled batteries can be connected in series or in parallel to provide a large capacity and high output suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery can also be formed. The small assembled batteries that can be attached and detached are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries are stacked in a plurality of stages using a connection jig. How many non-aqueous electrolyte secondary batteries are connected to produce an assembled battery, and how many assembled batteries are laminated to produce an assembled battery depends on the battery capacity of the mounted vehicle (electric vehicle) Depending on the output.

<車両>
車両は、上記非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(四輪車である乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)などに用いることができる。また、二輪車(バイク)や三輪車などにも用いることができる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
<Vehicle>
A vehicle is equipped with the non-aqueous electrolyte secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these. Since a long-life battery excellent in long-term reliability and output characteristics can be configured, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage and an electric vehicle having a long charge mileage when such a battery is mounted. In other words, the non-aqueous electrolyte secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving the vehicle. A non-aqueous electrolyte secondary battery or a combination battery formed by combining a plurality of these batteries, for example, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle (a passenger car that is a four-wheeled vehicle, a commercial vehicle such as a truck or a bus, a light vehicle) Etc.). It can also be used for motorcycles and tricycles. This is because the vehicle has a long life and high reliability. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

組電池を電気自動車のような車両に搭載するには、電気自動車の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池を用いた電気自動車は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。   In order to mount the assembled battery on a vehicle such as an electric vehicle, it is mounted under the seat at the center of the body of the electric vehicle. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery is mounted is not limited to the position under the seat, but may be the lower part of the rear trunk room or the engine room in front of the vehicle. An electric vehicle using the assembled battery as described above has high durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and driving performance.

本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The present invention will be described in further detail using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

(実施例1)
1.集電体の作製
ポリ乳酸(95質量%)と、導電性粒子としてケッチェンブラック(5質量%、平均粒子径:30nm)とを混合し、ジクロロメタンを溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーをPETフィルム上にキャストし、60℃で8時間乾燥することで樹脂集電体を作製した。
Example 1
1. Preparation of Current Collector Polylactic acid (95% by mass) and ketjen black (5% by mass, average particle size: 30 nm) as conductive particles were mixed, and a slurry was prepared using dichloromethane as a solvent. The slurry was cast on a PET film and dried at 60 ° C. for 8 hours to prepare a resin current collector.

2.正極層の形成工程
正極活物質として、LiMn(平均粒子径:10μm)85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック 5質量%、およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極スラリーを作製した。
2. Step of forming positive electrode layer As a positive electrode active material, a solid content of 85% by mass of LiMn 2 O 4 (average particle size: 10 μm), 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a positive electrode slurry.

上記正極スラリーを、上記1.で作製された集電体の片側に塗布し乾燥させて正極層を形成した。この正極層の厚みが、36μmになるようにプレスを行った。   The positive electrode slurry is mixed with the 1. The positive electrode layer was formed by applying and drying on one side of the current collector prepared in (1). Pressing was performed so that the thickness of the positive electrode layer was 36 μm.

3.負極層の形成および双極型電極の完成工程
負極活物質として、ハードカーボン(平均粒子径:10μm)90質量%およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、負極スラリーを作製した。
3. Formation of negative electrode layer and completion process of bipolar electrode NMP, which is a slurry viscosity adjusting solvent, is used as a negative electrode active material with respect to a solid content of 90% by mass of hard carbon (average particle size: 10 μm) and 10% by mass of PVdF as a binder. An appropriate amount was added to prepare a negative electrode slurry.

上記負極スラリーを、片面に正極層が形成された上記集電体の、正極層が形成されていない面に塗布し乾燥させて負極層を形成した。この負極層の厚みが、30μmになるようにプレスを行った。これにより集電体の片面に正極層、もう一方の片面に負極層が形成された双極型電極を形成した。   The negative electrode slurry was applied to the surface of the current collector on which one side of the positive electrode layer was formed, on which the positive electrode layer was not formed, and dried to form a negative electrode layer. The negative electrode layer was pressed so that the thickness was 30 μm. This formed a bipolar electrode in which a positive electrode layer was formed on one side of the current collector and a negative electrode layer was formed on the other side.

得られた双極型電極を140mm×90mmに切断し、電極の周辺部10mmはあらかじめ電極層(正極層、負極層ともに)を塗布していない部分のあるものを作成した。これにより、120mm×70mmの電極部と、周辺部に10mmのシールしろができた双極型電極を作製した。   The obtained bipolar electrode was cut into 140 mm × 90 mm, and a peripheral portion of the electrode 10 mm was prepared with a portion to which no electrode layer (both positive electrode layer and negative electrode layer) was previously applied. As a result, a bipolar electrode having a 120 mm × 70 mm electrode portion and a 10 mm seal margin in the peripheral portion was produced.

次に、以下の材料を所定の比で混合して電解質材料(プレゲル溶液)を作製した。   Next, the following materials were mixed at a predetermined ratio to prepare an electrolyte material (pregel solution).

電解液として1.0M LiPFを含有するプロピレンカーボネート(PC)−エチレンカーボネート(EC)(1:1(体積比))90質量%を用いた。ホストポリマーとして、HFP成分を10質量%含むポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVdF−HFP)10質量%を用いた。粘度調整溶媒としてDMCを適量用いた。電解液、ホストポリマー、粘度調整溶媒を混合して電解質材料(プレゲル溶液)を調製した。 As an electrolytic solution, 90% by mass of propylene carbonate (PC) -ethylene carbonate (EC) (1: 1 (volume ratio)) containing 1.0 M LiPF 6 was used. As the host polymer, 10% by mass of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) containing 10% by mass of the HFP component was used. An appropriate amount of DMC was used as a viscosity adjusting solvent. An electrolyte material (pregel solution) was prepared by mixing an electrolyte solution, a host polymer, and a viscosity adjusting solvent.

該電解質材料(プレゲル溶液)を先に形成された双極型電極両面の正極層及び負極層の電極部の全面に塗布し、室温で乾燥することによりDMCを除去することで、ゲル電解質の染み込んだ双極型電極を完成させた。なお、正極層の厚さは36μm、負極層の厚さは30μmのままであった。   The electrolyte material (pregel solution) was applied to the entire surface of the positive electrode layer and the negative electrode layer on both sides of the bipolar electrode formed in advance, and the DMC was removed by drying at room temperature, so that the gel electrolyte was infiltrated. A bipolar electrode was completed. Note that the thickness of the positive electrode layer remained 36 μm, and the thickness of the negative electrode layer remained 30 μm.

4.ゲルポリマー電解質層の作製工程
ポリプロピレン製の多孔質フィルムセパレータ(厚さ20μm)の両面に、前記電解質材料(プレゲル溶液)を塗布し、室温でDMCを乾燥させることで、ゲル電解質が染み込んだゲルポリマー電解質層(厚さ20μm)を得た。
4). Gel Polymer Electrolyte Layer Production Process Gel polymer infiltrated with gel electrolyte by applying the electrolyte material (pregel solution) on both sides of a polypropylene porous film separator (thickness 20 μm) and drying DMC at room temperature. An electrolyte layer (thickness 20 μm) was obtained.

5.積層工程
上記で得られた双極型電極の正極層上にゲル電解質層をのせ、その周りに幅12mm、厚さ100μmのPE(ポリエチレン)製フィルムをおきシール材とした。このような双極型電極を6層積層したのちにシール材を上下からプレス(熱と圧力)をかけ融着し、各層をシールして(プレス条件:0.2MPa、80℃、5s)、シール部を形成した。
5). Lamination Step A gel electrolyte layer was placed on the positive electrode layer of the bipolar electrode obtained above, and a PE (polyethylene) film having a width of 12 mm and a thickness of 100 μm was placed around it as a sealing material. After laminating 6 layers of such bipolar electrodes, the sealing material is pressed (heat and pressure) from the top and bottom, and each layer is sealed (press conditions: 0.2 MPa, 80 ° C., 5 s) to seal Part was formed.

得られた電池要素の投影面全体を覆うことのできる130mm×80mmの100μm厚さのAl板(電極集電板)の一部が、電池要素の投影面外部まで伸びている部分(電極タブ:幅20mm)がある電極集電板(強電端子)を作製した。この集電板で電池要素を挟み込みこれらを覆うように、電池外装材としてアルミニウムを含むラミネートフィルムで真空密封し、これにより電池要素全体が、大気圧で両面が押され加圧された。そして、電極集電板−電池要素間の接触が高められた5直構造(5セルが直列に接続された構成)の双極型二次電池構造体を作製した。   A part (electrode tab: electrode tab: part of a 130 μm × 80 mm 100 μm thick Al plate (electrode current collector plate) that can cover the entire projection surface of the obtained battery element. An electrode current collector (high voltage terminal) having a width of 20 mm was produced. The battery element was sandwiched between and covered with the current collector plate, and was vacuum-sealed with a laminate film containing aluminum as a battery exterior material, whereby both sides of the battery element were pressed and pressurized at atmospheric pressure. Then, a bipolar secondary battery structure having a five-line structure (a structure in which five cells are connected in series) in which the contact between the electrode current collector plate and the battery element was enhanced was produced.

上記双極型二次電池構造体を、熱プレス機により面圧1kg/cmで1時間熱プレスを行い、未硬化部のシール部を硬化した。これにより、双極型二次電池を完成させた。 The bipolar secondary battery structure was hot pressed with a hot press at a surface pressure of 1 kg / cm 2 for 1 hour to cure the uncured seal portion. Thus, a bipolar secondary battery was completed.

(実施例2)
ケッチェンブラックの代わりに、導電性粒子としてシングルウォールカーボンナノチューブ(以下、単にSWCNTとも称する、平均直径:10nm、平均長さ:300nm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を作製した。
(Example 2)
Bipolar type in the same manner as in Example 1 except that single-walled carbon nanotubes (hereinafter also simply referred to as SWCNT, average diameter: 10 nm, average length: 300 nm) were used instead of ketjen black. A secondary battery was produced.

(実施例3)
ケッチェンブラックの代わりに金微粒子(平均粒子径:15nm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を作製した。
(Example 3)
A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that gold fine particles (average particle size: 15 nm) were used instead of ketjen black.

(実施例4)
ポリブチレンサクシネート(95質量%)と、導電性粒子としてケッチェンブラック(5質量%)とを混合し、ジクロロメタンを溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーをPETフィルム上にキャストし、60℃で8時間乾燥することで樹脂集電体を作製した。
Example 4
Polybutylene succinate (95% by mass) and ketjen black (5% by mass) as conductive particles were mixed, and a slurry was prepared using dichloromethane as a solvent. The slurry was cast on a PET film and dried at 60 ° C. for 8 hours to prepare a resin current collector.

この樹脂集電体を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、双極型二次電池を作製した。   A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that this resin current collector was used.

(実施例5)
ケッチェンブラックの代わりに金微粒子(平均粒子径:15nm)を用いたこと以外は、実施例4と同様にして双極型二次電池を作製した。
(Example 5)
A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4 except that gold fine particles (average particle size: 15 nm) were used instead of ketjen black.

(実施例6)
ポリブチレンサクシネート(47.5質量%)と、ポリ乳酸(47.5質量%)と、導電性粒子としてケッチェンブラック(5質量%、平均粒子径:30nm)とを混合し、ジクロロメタンを溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーをPETフィルム上にキャストし、60℃で8時間乾燥することで樹脂集電体を作製した。
(Example 6)
Polybutylene succinate (47.5% by mass), polylactic acid (47.5% by mass), and ketjen black (5% by mass, average particle size: 30 nm) as conductive particles are mixed, and dichloromethane is used as a solvent. A slurry was prepared. The slurry was cast on a PET film and dried at 60 ° C. for 8 hours to prepare a resin current collector.

この樹脂集電体を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、双極型二次電池を作製した。   A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that this resin current collector was used.

(実施例7)
ケッチェンブラックの代わりに金微粒子(平均粒子径:15nm)を用いたこと以外は、実施例6と同様にして双極型二次電池を作製した。
(Example 7)
A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 6 except that gold fine particles (average particle size: 15 nm) were used instead of ketjen black.

(実施例8)
ポリ乳酸(95質量%)と、導電性粒子としてケッチェンブラック(2.5質量%、平均粒子径:30nm)およびSWCNT(2.5質量%)とを混合し、ジクロロメタンを溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーをPETフィルム上にキャストし、60℃で8時間乾燥することで樹脂集電体を作製した。
(Example 8)
Polylactic acid (95% by mass), ketjen black (2.5% by mass, average particle size: 30 nm) and SWCNT (2.5% by mass) as conductive particles are mixed, and a slurry is prepared using dichloromethane as a solvent. did. The slurry was cast on a PET film and dried at 60 ° C. for 8 hours to prepare a resin current collector.

この樹脂集電体を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、双極型二次電池を作製した。   A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that this resin current collector was used.

(比較例)
ポリエチレン(95質量%)と、ケッチェンブラック(5質量%、平均粒子径:30nm)とを混合し、ジクロロメタンを溶媒としてスラリーを調製した。このスラリーをPETフィルム上にキャストし、60℃で8時間乾燥することで樹脂集電体を作製した。
(Comparative example)
Polyethylene (95% by mass) and ketjen black (5% by mass, average particle size: 30 nm) were mixed to prepare a slurry using dichloromethane as a solvent. The slurry was cast on a PET film and dried at 60 ° C. for 8 hours to prepare a resin current collector.

この樹脂集電体を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、双極型二次電池を作製した。   A bipolar secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that this resin current collector was used.

(評価1:充放電試験)
実施例および比較例で得られたそれぞれの双極型二次電池で充放電試験を行った。試験は、0.5mAの電流で21.0Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧で充電(CV)し、あわせて10時間充電し、その後1Cの放電容量で25サイクルの耐久試験の容量測定を行った。その際の初充電時の容量に対する25サイクル後の容量を容量維持率とした。
(Evaluation 1: charge / discharge test)
A charge / discharge test was performed on each of the bipolar secondary batteries obtained in Examples and Comparative Examples. The test is a constant current charge (CC) up to 21.0 V with a current of 0.5 mA, then a constant voltage (CV), and a total of 10 hours, and then a 25-cycle endurance test with a discharge capacity of 1 C. Capacitance measurement was performed. The capacity after 25 cycles with respect to the capacity at the time of initial charge at that time was defined as the capacity retention rate.

(評価2:表面自由エネルギーの算出)
表面自由エネルギーが既知である3つのプローブ液体(水、ジヨードメタン、1ブロモナフタレン)と樹脂集電体との接触角を測定した。その結果から、Young−Dupreの式(下記数式1参照)を用いて、各プローブ液体−樹脂集電体間の界面相互作用エネルギーW、W、およびWを求めた。
(Evaluation 2: Calculation of surface free energy)
The contact angles of three probe liquids (water, diiodomethane, 1 bromonaphthalene) with known surface free energy and the resin current collector were measured. From the results, the interface interaction energies W 1 , W 2 , and W 3 between the probe liquid and the resin current collector were obtained using the Young-Dupre equation (see Equation 1 below).

Figure 2011034891
Figure 2011034891

ここで、γnは各プローブ液体の表面自由エネルギーを表し、θnは接触角を表す。さらに、拡張Fowkesの式(下記数式2参照)から得られる3元連立方程式を解いて、樹脂集電体の表面エネルギーの分散力(ファンデルワールス力)成分γ、双極子力成分γ、および水素結合力成分γを求めた。 Here, γn represents the surface free energy of each probe liquid, and θn represents the contact angle. Further, by solving the ternary simultaneous equation obtained from the extended Fowkes equation (see the following equation 2), the surface energy dispersion force (van der Waals force) component γ d , dipole force component γ p , The hydrogen bonding force component γ h was determined.

Figure 2011034891
Figure 2011034891

最後に、樹脂集電体の表面自由エネルギーを3つの成分の和、すなわち、γ=γ+γ+γで求めた。 Finally, the surface free energy of the resin current collector was obtained by the sum of three components, that is, γ = γ d + γ p + γ h .

評価結果を下記表1に示す。   The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 2011034891
Figure 2011034891

実施例の双極型二次電池においては、生分解性ポリマーを含む樹脂集電体を用いることにより、樹脂集電体の表面自由エネルギーが大きくなり、電極(充放電時に電解液が侵入してくる)と樹脂集電体との接着力が強固になった。したがって、充放電に伴う樹脂集電体と電極との界面の抵抗増大を抑制することができ、容量維持率が向上した。   In the bipolar secondary battery of the example, by using a resin current collector containing a biodegradable polymer, the surface free energy of the resin current collector is increased, and an electrode (electrolyte enters during charging / discharging). ) And the resin current collector became stronger. Therefore, the increase in resistance at the interface between the resin current collector and the electrode due to charge / discharge can be suppressed, and the capacity retention rate is improved.

比較例の双極型二次電池においては、樹脂集電体の表面自由エネルギーが小さいことから、電極と樹脂集電体の接着力が弱くなり、充放電に伴う電極と樹脂集電体との界面の抵抗増大が見られ、容量維持率が小さくなった。   In the bipolar secondary battery of the comparative example, since the surface free energy of the resin current collector is small, the adhesive force between the electrode and the resin current collector is weakened, and the interface between the electrode and the resin current collector due to charge / discharge is reduced. Resistance increase was observed, and the capacity retention rate was reduced.

10a、10b、50 非水電解質二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部、
52 電池外装材、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10a, 10b, 50 non-aqueous electrolyte secondary battery,
11 Current collector,
11a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21, 57 power generation element,
23 Bipolar electrode,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminated film,
31 seal part,
52 Battery exterior material,
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (4)

集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなる正極と、集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる負極と、が電解質を含むセパレータを介して積層されてなる単電池層を含む発電要素を有する非水電解質二次電池であって、
前記集電体が生分解性ポリマーおよび導電性粒子を含む、非水電解質二次電池。
A positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on the surface of the current collector, and a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on the surface of the current collector include an electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element including a single battery layer laminated via a separator,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the current collector includes a biodegradable polymer and conductive particles.
前記生分解性ポリマーが脂肪族ポリエステルである、請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the biodegradable polymer is an aliphatic polyester. 前記導電性粒子がカーボン粒子または金属粒子である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the conductive particles are carbon particles or metal particles. 双極型である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which is a bipolar type.
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