JP2009134917A - Electrode plate for nonaqueous secondary batteries, and nonaqueous secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池に代表される非水系二次電池に関し、特にこの非水系二次電池用電極板およびこれを用いた非水系二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery typified by a lithium ion battery, and particularly to an electrode plate for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery using the same.
近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっている非水系二次電池の代表例としてのリチウム二次電池は、負極にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等を用い、正極にLiCoO2等の遷移金属とリチウムの複合酸化物を活物質として用いており、これによって、高電位で高放電容量のリチウム二次電池を実現している。しかし、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って、リチウム二次電池の充放電サイクルに伴う特性劣化の改善が望まれている。 In recent years, a lithium secondary battery as a representative example of a non-aqueous secondary battery that is widely used as a power source for portable electronic devices uses a carbonaceous material that can occlude and release lithium as a negative electrode, and LiCoO as a positive electrode. A composite oxide of a transition metal such as 2 and lithium is used as an active material, thereby realizing a lithium secondary battery having a high potential and a high discharge capacity. However, with the recent multi-functionalization of electronic devices and communication devices, it is desired to improve the characteristic deterioration accompanying the charge / discharge cycle of the lithium secondary battery.
最近では負極として用いられる材料として、リチウムと反応して合金を形成するアルミニウム、シリコン、錫などが報告されている。その中でも特にシリコンは理論容量が大きく負極材料として特に有望であり、種々の非水系二次電池が提案されている。中でも薄膜シリコンを用いた非水系二次電池は良好な充放電サイクル特性を示す。 Recently, aluminum, silicon, tin and the like that react with lithium to form an alloy have been reported as materials used for the negative electrode. In particular, silicon has a large theoretical capacity and is particularly promising as a negative electrode material, and various nonaqueous secondary batteries have been proposed. Among these, non-aqueous secondary batteries using thin film silicon exhibit good charge / discharge cycle characteristics.
しかしながら集電体上に形成した薄膜を活物質として用いるためには、ある程度の厚みが必要であり、最適な薄膜形成条件で活物質薄膜を形成すると、薄膜形成に長時間を要し集電体が長時間高温にさらされることで集電体の機械的強度が低下するため後工程での電池製作が困難になる。 However, in order to use the thin film formed on the current collector as an active material, a certain amount of thickness is required. If an active material thin film is formed under optimum thin film formation conditions, it takes a long time to form the thin film, and the current collector Is exposed to a high temperature for a long time, the mechanical strength of the current collector is reduced, making it difficult to produce a battery in a later step.
また、シリコン薄膜を負極として用いた場合、充放電時のリチウムの吸蔵・放出によるシリコンの体積の膨張・収縮が非常に大きいため、集電体にしわの発生や、シリコン薄膜と集電体とが剥離するという問題があった。このしわや剥離がリチウム二次電池のサイクル特性を悪化させる原因となっている。 In addition, when a silicon thin film is used as the negative electrode, the expansion and contraction of the volume of silicon due to insertion and extraction of lithium during charging and discharging is very large. There was a problem of peeling. This wrinkle and peeling cause deterioration of the cycle characteristics of the lithium secondary battery.
これらの問題を解決する方法として、凹凸のある集電体上に形成されたシリコン薄膜が充放電を行うことによりリチウムの吸蔵・放出がなされ活物質薄膜が膨張収縮することにより、厚み方向に切れ目が形成され柱状に分離され、この柱状部分の周りに形成された隙間により、活物質の膨張収縮により生ずる応力を緩和させ活物質が集電体から剥離することを抑制する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for solving these problems, the silicon thin film formed on the uneven current collector is charged and discharged, so that lithium is absorbed and released, and the active material thin film expands and contracts. Is formed and separated into a columnar shape, and a method has been proposed in which a gap formed around the columnar portion relieves stress caused by expansion and contraction of the active material and suppresses the active material from peeling from the current collector. (For example, refer to Patent Document 1).
また、集電体と薄膜との密着性を向上させるため、集電体材料及び活物質材料との間で合金を形成するような物質で集電体と薄膜との間に中間層を設ける方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述した従来技術においては、充放電によって発生する切れ目は不規則であり薄膜の柱状の形状を制御するのが困難であるため切れ目が少ないところでは膨張収縮による集電体からのはがれが発生する。中間層の合金形成も拡散状態を制御することが困難であるため合金形成の状態に差が生じて密着強度の弱い部分が発生する。 However, in the above-described prior art, the breaks generated by charging / discharging are irregular, and it is difficult to control the columnar shape of the thin film, so peeling occurs from the current collector due to expansion and contraction where there are few breaks. To do. Since it is difficult to control the diffusion state in the formation of the alloy of the intermediate layer, a difference occurs in the state of alloy formation, and a portion having a low adhesion strength is generated.
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、充放電時の膨張収縮による剥がれを
抑制し、安定した品質で信頼性の高い非水系二次電池用電極板を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an electrode plate for a non-aqueous secondary battery that suppresses peeling due to expansion and contraction during charge and discharge and has a stable quality and high reliability. To do.
上記従来の課題を解決するために本発明の非水系二次電池用電極板は、帯状の金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を含む電極活物質の薄膜を担持させた非水系二次電池用電極板であって、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を二段以上に積層させて多層構造としたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the electrode plate for a non-aqueous secondary battery according to the present invention includes a thin film of an electrode active material containing at least a positive electrode active material or a negative electrode active material on a current collector made of a strip-shaped metal foil. An electrode plate for a non-aqueous secondary battery supported, characterized in that a multilayer structure is formed by laminating a thin film of electrode active material grown in a columnar shape on a convex portion of a current collector in two or more stages. To do.
本発明の非水系二次電池用電極板によると、集電体の凸部の上に形成された電極活物質の薄膜の形状が先太りにならないため、充放電時の活物質の膨張収縮で柱同士が干渉することなく集電体から活物質の剥がれを抑制できる。また、薄膜を多層に形成するため膜形成時の熱負荷が軽減され集電体の機械的強度の低下を抑制することができる。 According to the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention, since the shape of the thin film of the electrode active material formed on the convex portion of the current collector does not taper, the expansion and contraction of the active material during charge / discharge The separation of the active material from the current collector can be suppressed without interference between the columns. Further, since the thin film is formed in multiple layers, the thermal load during film formation is reduced, and the reduction in mechanical strength of the current collector can be suppressed.
本発明の第1の発明においては、帯状の金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を含む電極活物質の薄膜を担持させた非水系二次電池用電極板であって、集電体の凸部の上に電極活物質の薄膜を柱状に二段以上形成することにより、充放電時の活物質の膨張収縮で柱同士が干渉することなく集電体から活物質の剥がれを抑制できる。また、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を二段以上積層させて多層構造としたことで膜形成時の熱負荷が軽減され集電体の機械的強度の低下を抑制することができる。 In the first invention of the present invention, there is provided an electrode plate for a non-aqueous secondary battery in which a thin film of an electrode active material containing at least a positive electrode active material or a negative electrode active material is supported on a current collector made of a strip-shaped metal foil. In addition, by forming two or more electrode active material thin films on the convex portions of the current collector in a columnar shape, the active material can be activated from the current collector without interfering with each other due to the expansion and contraction of the active material during charging and discharging. Material peeling can be suppressed. In addition, a multilayer structure is formed by stacking two or more electrode active material thin films on the convex portions of the current collector to reduce the thermal load during film formation, and the current collector's mechanical strength Can be suppressed.
本発明の第2の発明においては、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を同一方向に傾斜させて二段以上積層して多層構造としたことにより、活物質の膨張時に柱同士の干渉が抑制され剥がれによるサイクル寿命の低下を抑制することができる。 In the second invention of the present invention, a thin film of electrode active material grown in a columnar shape on the convex portion of the current collector is inclined in the same direction and laminated in two or more stages to form a multilayer structure. Interference between the columns during the expansion of the substance can be suppressed, and a reduction in cycle life due to peeling can be suppressed.
本発明の第3の発明においては、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を奇数段と偶数段が交互に逆方向に傾斜するように二段以上積層させて多層構造としたことにより、活物質の膨張収縮による基材の伸縮を抑制し基材切れによるサイクル寿命の低下を抑制する。 In the third aspect of the present invention, the electrode active material thin film grown in a columnar shape on the convex portion of the current collector is laminated in two or more stages so that the odd and even stages are alternately inclined in the opposite direction. By adopting a multilayer structure, the expansion and contraction of the base material due to the expansion and contraction of the active material is suppressed, and the decrease in cycle life due to the shortage of base material is suppressed.
本発明の第4の発明においては、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を同一方向に傾斜させて二段以上積層した薄膜を交互に逆方向に傾斜するように二段以上に積層させて多層構造としたことにより、充放電時の活物質の膨張収縮で柱同士が干渉することなく集電体のしわの発生を抑制する。 In the fourth invention of the present invention, the thin films of the electrode active material grown in a columnar shape on the convex portion of the current collector are inclined in the same direction, and the thin films laminated in two or more stages are alternately inclined in the opposite direction. As described above, the multi-layer structure is formed by stacking in two or more stages, so that wrinkles of the current collector are suppressed without interfering with each other due to expansion and contraction of the active material during charge and discharge.
本発明の第5の発明においては、集電体の凸部の上に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を二段以上に積層させて多層構造とした非水系二次電池用電極板と対極となる電極板とをセパレータを介して巻回または積層して構成した電極板を非水系電解液とともに電池ケースに封入して非水系二次電池を構成したことにより、サイクル特性の良い非水系二次電池が得られる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electrode plate for a non-aqueous secondary battery in which a thin film of an electrode active material grown in a columnar shape on a convex portion of a current collector is laminated in two or more stages to form a multilayer structure; Non-aqueous secondary battery with good cycle characteristics by constructing a non-aqueous secondary battery by enclosing an electrode plate that is formed by winding or laminating a counter electrode with a non-aqueous electrolyte together with a non-aqueous electrolyte. A secondary battery is obtained.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明における集電体の上に活物質薄膜を二段以上積層させて形成した電極板の断面図をSEM観察した模式図である。表面に一定の間隔で形成された集電体1の凸部2の上に柱状に成長させた電極活物質3を同一方向に傾斜させて二段以上積層して構成した。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram obtained by SEM observation of a cross-sectional view of an electrode plate formed by laminating two or more active material thin films on a current collector in the present invention. The electrode
本発明の非水系二次電池用電極板において、集電体1の凸部2上に少なくとも正極活物
質または負極活物質を担持させる手段としては、集電体1の特定部位へこれらの電極活物質3の選択的担持が可能である真空プロセスを用いるのが好ましく、またこの際に電極活物質3は主として凸部2における平面上に柱状に形成するのがより好ましい。これは柱状に電極活物質3の薄膜を形成することでリチウムを吸蔵した際における電極活物質3の薄膜の体積膨張を緩和する効果があるからである。
In the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention, as a means for supporting at least the positive electrode active material or the negative electrode active material on the
まず、集電体1の凸部2の平面上に電極活物質3の薄膜を形成する手段としては、真空プロセスであれば特に限定はされないが、蒸着法、スッパッタリング法、CVD法などのドライプロセスを用いることができる。このときの電極活物質3としては、例えば負極用活物質としてSi,Sn,Ge,Alやこれらの合金、SiOxやSnOx等の酸化物、SiSxやSnS等を用いることができ非晶質または低結晶性であることが好ましい。
First, a means for forming a thin film of the electrode
次に、集電体1の凸部2の平面上に形成する電極活物質3の薄膜の厚みとしては、作製する非水系二次電池の要求特性によっても異なるが、概ね5〜30μmの範囲が好ましく、さらに10〜25μmの範囲であることがより好ましい。
Next, the thickness of the thin film of the electrode
本発明の一実施の形態では真空蒸着法にて薄膜を形成した。図2は本発明の一実施の形態における電極板の製造装置の概略図である。コイル状に巻かれた表面に複数個の凸部2を形成した帯状の金属箔からなる集電体1を巻き出し部4より繰り出し、蒸着源6に対して放射状に配置されたサポートロール5aと5bの間を交互に通し巻き取り部8でコイル状に巻き取られていく構成とし、遮蔽板9で蒸着の範囲を規制している。
In one embodiment of the present invention, a thin film is formed by vacuum deposition. FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for manufacturing an electrode plate in one embodiment of the present invention. A
ここで、サポートロール5aと5bの間を交互に集電体1が走行すると、一つの蒸発源6に対して複数の蒸着形成部7a〜7dに蒸着を行なうことが可能となる。サポートロール5a、5bの配置を蒸発源6に対して放射状に同じ角度で配置した。このことにより蒸発源6に対する蒸着形成部の角度θ1,θ2,θ3,θ4,に同じ角度となるように構成した。
Here, when the
まず、巻き出し部4より繰り出された集電体1が蒸着形成部7aを通過することで電極活物質の薄膜層3aが集電体1の凸部2の平面上に蒸着形成され、蒸着形成部7bで電極活物質の薄膜層3bが、蒸着形成部7cで電極活物質の薄膜層3c、さらに蒸着形成部7dで電極活物質の薄膜層3dがそれぞれ蒸着される。非水系二次電池の特性上必要な膜厚を一度に蒸着すると集電体1の凸部2に形成された柱状の電極活物質3が先太りになり、充放電による電極活物質3の膨張時に柱同士が干渉し集電体1からはがれサイクル特性が悪くなる。
First, the
本発明の非水系二次電池用電極板は電極活物質3を二段以上の薄膜を積層する構成にすることで、柱状の電極活物質3の薄膜の先太りを抑制し充放電による電極活物質3の膨張時に柱同士の干渉がなく集電体1からの電極活物質3の剥れが抑制され、サイクル特性の良い非水系二次電池が得られる。
The electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention has a structure in which the electrode
図3は本発明における集電体の上に電極活物質の薄膜10を二段以上積層させて形成した電極板の断面をSEM観察した模式図である。集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜10を奇数段と偶数段が互いに逆方向に傾斜するように鉛直方向に二段以上積層し構成した。
FIG. 3 is a schematic view obtained by SEM observation of a cross section of an electrode plate formed by laminating two or more layers of electrode active material
図4は図3に示す電極板の製造装置の概略図である。サポートロール5c、5dの配置を蒸発源6に対して放射状に同じ角度で配置した。このことにより蒸発源6に対する蒸着形成部の角度θ5,θ7,θ9が正方向に、θ6,θ8,θ10を逆方向に同じ角度となるように構成した。
4 is a schematic view of the electrode plate manufacturing apparatus shown in FIG. The support rolls 5 c and 5 d were arranged radially at the same angle with respect to the
ここで、サポートロール5cと5dの間を交互に集電体1が走行すると、一つの蒸発源6に対して複数の蒸着形成部11a〜11fに蒸着を行なうことが可能となる。
Here, when the
まず、巻き出し部4より繰り出された集電体1が蒸着形成部11aを通過することで電極活物質の薄膜層10aが集電体1の凸部2の平面上に蒸着形成され、蒸着形成部11bで電極活物質の薄膜層10bが、蒸着形成部11cで電極活物質の薄膜層10c、蒸着形成部11dで電極活物質の薄膜層10dが、蒸着形成部11eで電極活物質の薄膜層10e、さらに蒸着形成部11fで電極活物質の薄膜層10fがそれぞれ蒸着される。
First, when the
図5は本発明における集電体の上に電極活物質の薄膜12を二段以上積層させて形成した電極板の断面をSEM観察した模式図である。集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜12を同一方向に傾斜させて二段以上積層した薄膜を交互に逆方向に傾斜するように二段以上に積層させて多層構造とした。
FIG. 5 is a schematic view obtained by SEM observation of a cross section of an electrode plate formed by laminating two or more electrode active material thin films 12 on a current collector in the present invention. The thin film 12 of the electrode active material grown in a columnar shape on the
図6は図5に示す電極板の製造装置の概略図である。表面に複数個の凸部2を形成した帯状の金属箔からなる集電体1を巻き出し部4より繰り出し、蒸着形成部13で薄膜を形成し、巻き取り部8でコイル状に巻き取られていく構成とした。また、この製造装置は巻き取り部8から繰り出し蒸着形成部13で薄膜を形成し、巻き出し部4で巻き取ることも可能である。
6 is a schematic view of the electrode plate manufacturing apparatus shown in FIG. A
集電体1の走行方向をサポートロール5eからサポートロール5fに向かって走行させて薄膜を形成した。次に、真空破壊をすることなく集電体2の走行方向をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成した。次に真空破壊をして成膜された電極板を巻き取り部8から巻き出し部4に付け替えた後、先ほどと同様に集電体1の走行方向をサポートロール5eからサポートロール5fに向かって走行させて薄膜を形成した。
The traveling direction of the
次に、真空破壊をすることなく集電体2の走行方向をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成した。さらに真空破壊をして成膜された電極板を巻き取り部8から巻き出し部4に付け替えた後、先ほどと同様に集電体1の走行方向をサポートロール5eからサポートロール5fに向かって走行させて薄膜を形成した。
Next, a thin film was formed by running the
次に、真空破壊をすることなく集電体2の走行方向をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成した。集電体1をサポートロール5eからサポートロール5fに向かって走行させて薄膜を形成すると、図5に示すように、1層目12aが形成される。次いで、集電体1をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成すると2層目12bが形成されることになる。
Next, a thin film was formed by running the
次いで、真空破壊をして成膜された電極板を巻き取り部8から巻き出し部4に付け替えた後、集電体1をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成すると4層目12cが形成される。次いで、集電体1をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成すると4層目12dが形成されることになる。
Next, after changing the electrode plate formed by vacuum breakage from the winding
さらにもう一度真空破壊をして成膜された電極板を巻き取り部8から巻き出し部4に付け替えた後、集電体1をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成すると5層目12eが形成される。次いで、集電体1をサポートロール5fからサポートロール5eに向かって走行させて薄膜を形成すると6層目12fが形成されることになる。
Further, after the vacuum break is performed again and the electrode plate formed is changed from the winding
本発明の一実施の形態では、集電体1の凸部2の陰になり平坦部には電極活物質12は堆積されず凸部2の表面にのみ堆積される。
In one embodiment of the present invention, the electrode active material 12 is not deposited on the flat portion behind the
ここで本発明の対極となる非水系二次電池用電極板を作製する手段としては、一般的に金属箔からなる集電体1の上に活物質を担持してこれらの電極活物質を含有した塗料を集電体に塗布乾燥させる方法がある。具体的には、まず真空蒸着法にて作成した本発明の負極板に対向する正極板については特に限定されないが、アルミニウムやアルミニウム合金製の箔や不織布等を用いることができ、厚みが5μm〜30μmを有する正極集電体の片面または両面に正極活物質、導電材、結着剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた正極合剤塗料を塗布、乾燥、圧延して正極活物質合剤層を形成することにより作製される。
Here, as a means for producing an electrode plate for a non-aqueous secondary battery as a counter electrode of the present invention, an active material is generally supported on a
正極活物質としてはコバルト酸リチウム、導電材としてはアセチレンブラック、正極用結着剤としてはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を使用した。 Lithium cobaltate was used as the positive electrode active material, acetylene black was used as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the positive electrode binder.
一方、真空蒸着法にて作成した本発明の正極板を使用したときの負極板についても特に限定されないが、圧延銅箔、電解銅箔等を用いることができ、厚みが5μm〜25μmを有する負極集電体の片面または両面に負極活物質、結着剤、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた負極の合剤塗料を塗布、乾燥、圧延して負極活物質合剤層を形成することにより作製される。 On the other hand, although it does not specifically limit about the negative electrode plate when using the positive electrode plate of this invention created by the vacuum evaporation method, Rolled copper foil, electrolytic copper foil, etc. can be used, and the negative electrode which has thickness of 5 micrometers-25 micrometers Apply the negative electrode active material, binder, and if necessary, conductive material and thickener to one or both sides of the current collector in a dispersion medium and disperse the negative electrode mixture paint using a planetary mixer or other dispersing machine. The negative electrode active material mixture layer is formed by drying and rolling.
負極用活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、このときの負極用結着剤としてはPVdF、増粘剤としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、カルボキシメチルセルロース(CMC)をはじめとするセルロース系樹脂およびその変性体が、合剤塗料の分散性,増粘性の観点から好ましい。 As the negative electrode active material, various natural graphites and artificial graphite, at this time, the negative electrode binder is PVdF, and the thickeners are cellulose resins such as polyethylene oxide (PEO) and carboxymethyl cellulose (CMC). And its modified body is preferable from the viewpoint of dispersibility and thickening of the mixture paint.
セパレータについては、リチウムイオン二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの微多孔フィルムを用いるのが一般的でありまた態様として好ましい。このセパレータの厚みは特に限定されないが、10〜25μmとすれば良い。 The separator is not particularly limited as long as it can withstand the range of use of the lithium ion secondary battery, but a microporous film such as polyethylene or polypropylene is generally used and is preferable as an embodiment. The thickness of the separator is not particularly limited, but may be 10 to 25 μm.
さらに、電解液については、電解質塩としてLiPF6およびLIBF4などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)を単独および組み合わせて用いることができる。 Moreover, for the electrolytic solution, it is possible to use various lithium compounds such as LiPF 6 and LiBF 4 as an electrolyte salt. Further, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate (MEC) can be used alone or in combination as a solvent.
さらに本発明の非水系二次電池としては、例えば図7に示したように複合リチウム酸化物を活物質とする正極板18と真空蒸着法により作成した本発明の構成の負極板20とをセパレータ22を介して渦巻状に巻回した電極群17を作製した後、この電極群17を有底円筒形の電池ケース14の内部に絶縁板23と共に収容し、電極群17の下部より導出した負極リード21を電池ケース14の底部に接続し、次いで電極群17の上部より導出した正極リード19を封口板15に接続し、電池ケース14に所定量の非水溶媒からなる電解液(図示せず)を注液した後、電池ケース14の開口部に封口ガスケット16を周縁に取り付けた封口板15を挿入し電池ケース14の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口して構成することができる。以下、具体的な実施の形態についてさらに詳しく説明する。
Further, as the non-aqueous secondary battery of the present invention, for example, as shown in FIG. 7, a positive electrode plate 18 using a composite lithium oxide as an active material and a
本発明における非水系二次電池用電極板の実施例1として、真空蒸着法を使い負極板を
作製した。図1は本発明における集電体の上に活物質薄膜を二段以上積層させて形成した電極板の断面をSEM観察した模式図である。集電体1の凸部2に電極活物質を同一方向から傾斜させて二段以上積層し構成した。
As Example 1 of the electrode plate for a non-aqueous secondary battery in the present invention, a negative electrode plate was produced using a vacuum deposition method. FIG. 1 is a schematic view obtained by SEM observation of a cross section of an electrode plate formed by laminating two or more active material thin films on a current collector in the present invention. Two or more layers of electrode active materials were laminated on the
凸部2の表面上に形成された薄膜層3a〜3dは同一方向に同じ角度で形成され、柱状に積層された活物質薄膜は空隙を持っていることがわかる。この空隙が充放電時のリチウム吸蔵で活物質の膨張による柱同士の干渉を抑制し集電体からの活物質の剥れを防止する。
It can be seen that the thin film layers 3a to 3d formed on the surface of the
次いで、帯状の集電体1の凸部2に負極活物質薄膜を同一方向に多層に形成した電極板を円筒形のリチウムイオン二次電池(図示せず)で規定する幅にスリット加工してリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。
Next, an electrode plate in which negative electrode active material thin films are formed in multiple layers in the same direction on the
本発明における非水系二次電池用電極板の実施例2として、真空蒸着法を使い負極板を作製した。図3は本発明における集電体の上に活物質薄膜を二段以上積層させて形成した電極板の断面をSEM観察した模式図である。集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜10を奇数段と偶数段が互い違いとなるよう基材に対して鉛直方向に二段以上積層し構成した。
As Example 2 of the electrode plate for a non-aqueous secondary battery in the present invention, a negative electrode plate was produced using a vacuum deposition method. FIG. 3 is a schematic diagram obtained by SEM observation of a cross section of an electrode plate formed by laminating two or more active material thin films on the current collector in the present invention. The electrode active material
凸部2の表面上に形成された電極活物質の薄膜10である薄膜層10a〜10fは互い違いに逆方向に形成され、柱状に積層された活物質薄膜は空隙を持っていることがわかる。この空隙が充放電時のリチウム吸蔵で活物質の膨張による柱同士の干渉を抑制し集電体の伸縮を抑制し集電体の切れを防止する。
It can be seen that the thin film layers 10a to 10f, which are the
次いで、帯状の集電体1の凸部2に電極活物質の薄膜を交互に多層に形成した電極板を円筒形のリチウムイオン二次電池(図示せず)で規定する幅にスリット加工してリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。
Next, an electrode plate in which thin films of electrode active materials are alternately formed in multiple layers on the
本発明における非水系二次電池用電極板の実施例3として、真空蒸着法を使い負極板を作製した。図5は本発明における集電体の上に活物質薄膜を二段以上積層させて形成した電極板の断面をSEM観察した模式図である。集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜12を同一方向に傾斜させて二段以上積層した薄膜を交互に逆方向に傾斜するように二段以上に積層させて多層構造とした。
As Example 3 of the electrode plate for a non-aqueous secondary battery in the present invention, a negative electrode plate was produced using a vacuum deposition method. FIG. 5 is a schematic view obtained by SEM observation of a cross section of an electrode plate formed by laminating two or more active material thin films on the current collector in the present invention. The thin film 12 of the electrode active material grown in a columnar shape on the
次いで、集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜12を同一方向に傾斜させて二段以上積層した薄膜を厚み方向に交互に逆方向に傾斜するように二段以上に積層させて電極活物質の薄膜12を多層に形成した電極板を円筒形のリチウムイオン二次電池(図示せず)で規定する幅にスリット加工してリチウムイオン二次電池用電極板を作製した。
Next, the electrode active material thin film 12 grown in a columnar shape on the
本発明の非水系二次電池用電極板を用いた非水系二次電池における一実施の形態について以下に説明する。 An embodiment of a non-aqueous secondary battery using the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention will be described below.
まず、負極板として実施例1で作製した負極板を用い、次に正極活物質としてコバルトの一部をニッケルおよびマンガンで置換したコバルト酸リチウムを100重量部、導電材としてアセチレンブラックを活物質100重量部に対して2重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを活物質100重量部に対して2重量部とを適量のN−メチル−2−ピロ
リドンと共に双腕式練合機にて攪拌し混練することで、正極合剤塗料を作製した後にこの正極合剤塗料を上記集電体の両面に塗布乾燥した後に総厚が126μmとなるようにプレスすることで、合剤片面厚みが58μmとなるように正極集電体上に正極活物質合剤層を形成した後、図1に示した円筒形のリチウムイオン二次電池で規定する幅にスリッタ加工し正極板18を作製した。
First, the negative electrode plate produced in Example 1 was used as the negative electrode plate, and then 100 parts by weight of lithium cobaltate in which a part of cobalt was substituted with nickel and manganese as the positive electrode active material, and acetylene black as the active material 100 as the active material. 2 parts by weight with respect to parts by weight, 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone are stirred in a double-arm kneader. By kneading, after preparing the positive electrode mixture paint, the positive electrode mixture paint is applied and dried on both sides of the current collector, and then pressed so that the total thickness becomes 126 μm. After forming a positive electrode active material mixture layer on the positive electrode current collector, slitting was performed to a width defined by the cylindrical lithium ion secondary battery shown in FIG.
さらに、図7に示したように正極板18と負極板20とをセパレータ22を介して渦巻状に巻回した電極群17を作製した後、この電極群17を電池ケース14の内部に絶縁板23と共に収容し、電極群17の下部より導出した負極リード21を電池ケース14の底部に接続し、次いで電極群17の上部より導出した正極リード19を封口板15に接続し、所定量の非水溶媒からなる電解液(図示せず)を注液した後、封口板15を挿入し電池ケース14の開口部をかしめ封口することにより非水系二次電池を作製した。
Further, as shown in FIG. 7, after preparing the
上記非水系二次電池において渦巻状に巻回した電極群17を作製後に、この電極群17を解体して観察したところ正極板18、負極板20ともに電極板切れや電極活物質層の脱落などの不具合は認められなかった。さらにこの非水系二次電池を300サイクル充放電させたが、サイクル劣化もなく300サイクル後に非水系二次電池および電極群17を解体したところリチウム析出や電極活物質層の脱落などの不具合は認められなかった。これは集電体1の凸部2の上面に電極活物質の薄膜3を斜め方向に柱状に形成することでリチウムを吸蔵した際における電極活物質の薄膜の膨張およびリチウムを放出した際における電極活物質の薄膜の収縮による体積変化を緩和する効果により活物質の脱落が発生しなかったために良好な電池特性を維持できたものと考えられる。
After producing the spirally
本発明の非水系二次電池用電極板を用いた非水系二次電池における一実施の形態について以下に説明する。 An embodiment of a non-aqueous secondary battery using the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention will be described below.
まず負極板として実施例2で作製した負極板を用い、次に実施例4と同様に作成した正極板を用いて実施例4同様に非水系二次電池を作成した。 First, the negative electrode plate produced in Example 2 was used as the negative electrode plate, and then a non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 using the positive electrode plate produced in the same manner as in Example 4.
上記非水系二次電池を300サイクル充放電させたが、サイクル劣化もなく300サイクル後に非水系二次電池および電極群17を解体したところ集電体の切れや電極活物質層の脱落などの不具合は認められなかった。これは集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜3を奇数段と偶数段が互い違いとなるよう基材に対して鉛直方向に二段以上積層し柱状に形成することでリチウムを吸蔵した際における電極活物質の薄膜の膨張およびリチウムを放出した際における電極活物質の薄膜の収縮による集電体の伸縮が緩和され集電体の切れが発生しなかったため良好な電池特性を維持できたものと考えられる。
The above non-aqueous secondary battery was charged and discharged for 300 cycles, but the non-aqueous secondary battery and the
本発明の非水系二次電池用電極板を用いた非水系二次電池における一実施の形態について以下に説明する。まず負極板として実施例3で作製した負極板を用い、次に実施例4と同様に作成した正極板を用いて実施例4同様に非水系二次電池を作成した。 An embodiment of a non-aqueous secondary battery using the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention will be described below. First, the negative electrode plate produced in Example 3 was used as the negative electrode plate, and then the nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 using the positive electrode plate produced in the same manner as in Example 4.
上記非水系二次電池を300サイクル充放電させたが、サイクル劣化もなく300サイクル後に非水系二次電池および電極群17を解体したところ集電体の切れやしわ、電極活物質層の脱落などの不具合は認められなかった。これは集電体1の凸部2に柱状に成長させた電極活物質の薄膜を同一方向に傾斜させて二段以上積層した薄膜を交互に逆方向に傾斜するように二段以上に積層させて多層構造としたことでリチウムを吸蔵した際における電極活物質の薄膜の膨張およびリチウムを放出した際における電極活物質の薄膜の収縮による集電体の伸縮が緩和され集電体の切れが発生しなかったため良好な電池特性を維持で
きたものと考えられる。
The non-aqueous secondary battery was charged and discharged for 300 cycles, but the non-aqueous secondary battery and the
本発明に係る非水系二次電池用電極板は、集電体上に形成した凸部の上に電極活物質合剤層を効率良く担持することができ、信頼性の高い非水系二次電池が得られるため、電子機器および通信機器の多機能化に伴って、高容量化が望まれている携帯用電源等として有用である。 The electrode plate for a non-aqueous secondary battery according to the present invention can efficiently support the electrode active material mixture layer on the convex portion formed on the current collector, and is a highly reliable non-aqueous secondary battery. Therefore, it is useful as a portable power source or the like for which higher capacity is desired along with multifunctionalization of electronic devices and communication devices.
1 集電体
2 凸部
3,10,12 電極活物質
3a,3b,3c,3d,10a,10b,10c,10d,10e,10f,12a,12b,12c,12d,12e,12f 電極活物質の薄膜層
4 巻き出し部
5a,5b,5c,5d,5e,5f サポートロール
6 蒸発源
7a,7b,7c,7d,11a,11b,11c,11d,11e,11f,13 薄膜形成部
8 巻取り部
9 遮蔽板
14 電池ケース
15 封口板
16 封口ガスケット
17 電極群
18 正極板
19 正極リード
20 負極板
21 負極リード
22 セパレータ
23 絶縁板
θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7,θ8,θ9,θ10 蒸着源に対する蒸着面の角度
DESCRIPTION OF
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