JP2016072236A - Power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極とセパレータとを備えた蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage device including an electrode and a separator.
代表的な蓄電素子であるリチウムイオン電池は、正極及び負極（以下、まとめて「電極」と称する場合がある）をセパレータで隔てて積層した積層体を備えている。ここで、リチウムイオン電池の電極の製造工程において、帯状の基材（集電体）に正極合剤又は負極合剤（以下、まとめて「合剤」と称する場合がある）を塗工して合剤層を形成する工程および合剤密度を高めるためのプレス工程がある。このとき、プレス時の圧力により基材の塗工面が延伸され、その結果、基材に存在する合剤層と端部側に存在する未塗工部との間で長手方向（ＭＤ方向）のサイズに差が生じ、電極が未塗工部の方向に湾曲することがある。電極が湾曲していると、電極をセパレータに積層したときに位置ずれし、その結果、正極と負極とが接触して短絡の原因となることがある。また、湾曲した電極を巻回装置で巻き上げると引張力のバランスが崩れ、特に幅方向において電極が断裂する原因となることがある。 A lithium ion battery, which is a typical power storage element, includes a laminate in which a positive electrode and a negative electrode (hereinafter, sometimes collectively referred to as “electrodes”) are separated by a separator. Here, in the manufacturing process of the electrode of the lithium ion battery, a positive electrode mixture or a negative electrode mixture (hereinafter may be collectively referred to as “mixture”) is applied to the belt-shaped base material (current collector). There are a step of forming a mixture layer and a pressing step for increasing the mixture density. At this time, the coated surface of the substrate is stretched by the pressure during pressing, and as a result, the longitudinal direction (MD direction) between the mixture layer present on the substrate and the uncoated portion present on the end side. There is a difference in size, and the electrode may bend in the direction of the uncoated part. If the electrode is curved, the electrode is displaced when the electrode is laminated on the separator. As a result, the positive electrode and the negative electrode may come into contact with each other, causing a short circuit. Further, when a curved electrode is wound up by a winding device, the balance of tensile force is lost, and this may cause the electrode to tear, particularly in the width direction.
そこで、電極の湾曲を防止するため、基材のうち合剤を塗工しない未塗工部に圧延処理を行うことで、当該未塗工部と合剤の塗工によって延伸した合剤層との間でバランスがとられている。ところが、基材と合剤との密着性が十分でない場合、基材の未塗工部に圧延処理を行うと、圧延処理に伴って発生する応力が合剤層に伝達され、合剤層が未塗工部に近い側から剥離して滑落することがある。このため、電極を形成するにあたっては、未塗工部の圧延処理の影響ができるだけ合剤層に及ばないよう工夫することが求められる。 Therefore, in order to prevent bending of the electrode, by performing a rolling process on the uncoated part of the base material where the mixture is not applied, the uncoated part and the mixture layer stretched by coating the mixture and Is balanced between. However, when the adhesion between the base material and the mixture is not sufficient, when the rolling process is performed on the uncoated part of the base material, the stress generated along with the rolling process is transmitted to the mixture layer, May peel off from the side near the uncoated part. For this reason, when forming an electrode, it is calculated | required to devise so that the influence of the rolling process of an uncoated part may not reach to a mixture layer as much as possible.
従来のリチウムイオン電池において、合剤層の滑落を防止するための技術が幾つか提案されている。その一例として、活物質層が基材から剥離することを防止するため、γ型アルミナ粒子を含むアルミナ含有層を電極に形成したリチウムイオン電池がある（例えば、特許文献１を参照）。 In the conventional lithium ion battery, several techniques for preventing the mixture layer from sliding off have been proposed. As an example, there is a lithium ion battery in which an alumina-containing layer containing γ-type alumina particles is formed on an electrode in order to prevent the active material layer from peeling from the substrate (see, for example, Patent Document 1).
また、リチウムイオン電池用電極において、正極の合剤層と未塗工部との間に短絡防止層を形成したものがある（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、正極、セパレータ、及び負極からなる積層体を巻回してなる発電要素において、正極の未塗工部と負極とが対向して短絡することを防止するため、短絡防止層が設けられている。 Moreover, in the electrode for lithium ion batteries, there exist some which formed the short circuit prevention layer between the mixture layer of a positive electrode, and the uncoated part (for example, refer patent document 2). According to Patent Document 2, in a power generation element formed by winding a laminate composed of a positive electrode, a separator, and a negative electrode, a short-circuit prevention layer is provided to prevent the uncoated portion of the positive electrode and the negative electrode from facing each other and short-circuiting. Is provided.
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されているリチウムイオン電池は、電極の未塗工部の圧延処理に関連して起こり得る合剤層の滑落について検討されたものではない。このように、従来のリチウムイオン電池用電極に関する技術では、電極の未塗工部の圧延処理による合剤層の剥離を防止する技術を開示したものはなかった。 However, the lithium ion batteries described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have not been examined for slipping of the mixture layer that may occur in connection with the rolling treatment of the uncoated part of the electrode. As described above, there is no technology relating to the conventional lithium ion battery electrode that discloses a technique for preventing the peeling of the mixture layer due to the rolling treatment of the uncoated portion of the electrode.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、特に、リチウムイオン電池等の蓄電素子の製造時において、電極の湾曲を抑制しながら、電極の基材から合剤層が剥離して滑落することを抑制し、品質の優れた蓄電素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, during the manufacture of a storage element such as a lithium ion battery, the mixture layer is peeled off from the base material of the electrode while suppressing the bending of the electrode. An object of the present invention is to provide a power storage element that suppresses sliding and has excellent quality.
上記課題を解決するための本発明に係る蓄電素子の特徴構成は、
基材に合剤を直接的又は間接的に塗工して形成した合剤層と、前記合剤が塗工されていない未塗工部とを有する電極と、
前記合剤層に面するように、前記電極に積層されたセパレータと、
を備えた蓄電素子であって、
前記未塗工部の少なくとも一部に延伸領域を形成するとともに、少なくとも前記延伸領域と前記合剤層との間に中間層を設けてあることにある。
In order to solve the above problems, the characteristic configuration of the electricity storage device according to the present invention is:
An electrode having a mixture layer formed by directly or indirectly applying a mixture to a base material, and an uncoated part where the mixture is not applied;
A separator laminated on the electrode so as to face the mixture layer;
A power storage device comprising:
A stretched region is formed in at least a part of the uncoated portion, and an intermediate layer is provided at least between the stretched region and the mixture layer.
前述のように、基材から合剤層が滑落する原因は、電極を製造する際に電極が湾曲することを防止するため、基材の未塗工部に圧延処理が行われることが影響していると考えられる。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、未塗工部から合剤層に至る領域の層構造を工夫することで、未塗工部に対して圧延処理を行いながら合剤層の剥離及び滑落を効果的に抑制することに成功し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本構成の蓄電素子によれば、基材のうち、合剤が塗工されていない未塗工部の少なくとも一部に延伸領域を形成するとともに、少なくとも延伸領域と合剤層との間に中間層を設けてある。このため、延伸領域で発生した応力は、合剤層の方に進行すると必ず中間層を通過することになる。このため、延伸領域で発生した応力は、合剤層まで到達しないか、あるいは合剤層に到達したとしても、中間層を経由することで、軽減されたものとなっている。このように、本構成の蓄電素子は、少なくとも延伸領域と合剤層との間に中間層を設けることで、基材からの合剤層の剥離及び滑落を効果的に抑制することができる。
As described above, the cause of the mixture layer sliding off from the base material is that the rolling process is performed on the uncoated part of the base material in order to prevent the electrode from bending when manufacturing the electrode. It is thought that. Therefore, as a result of earnest research, the present inventors have devised the layer structure in the region from the uncoated part to the mixture layer, thereby peeling the mixture layer while rolling the uncoated part. And it succeeded in suppressing sliding off effectively and came to complete this invention.
That is, according to the electricity storage device of this configuration, the stretched region is formed in at least a part of the uncoated portion of the base material that is not coated with the mixture, and at least between the stretched region and the mixture layer. Is provided with an intermediate layer. For this reason, the stress generated in the stretching region always passes through the intermediate layer as it progresses toward the mixture layer. For this reason, the stress generated in the stretched region does not reach the mixture layer, or even if it reaches the mixture layer, it is reduced by passing through the intermediate layer. As described above, the power storage device having this configuration can effectively suppress peeling and slipping of the mixture layer from the base material by providing the intermediate layer at least between the stretched region and the mixture layer.
本発明に係る蓄電素子において、
前記中間層は、少なくとも前記延伸領域と前記合剤層との間に存在する露出部と、前記合剤層の下に存在する非露出部とを備えていることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The intermediate layer preferably includes at least an exposed portion that exists between the stretched region and the mixture layer and a non-exposed portion that exists under the mixture layer.
本構成の蓄電素子によれば、中間層は、少なくとも延伸領域と合剤層との間に単層で存在する露出部と、合剤層の下に存在する非露出部とを備えている。このため、中間層は、延伸領域と合剤層との間で、その一部が合剤層の下に潜り込むような形態で配置されることになる。従って、延伸領域で発生した応力の伝達経路に接するように中間層が存在し、基材からの合剤層の剥離及び滑落をより効果的に抑制することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, the intermediate layer includes at least an exposed portion that exists as a single layer between the stretched region and the mixture layer, and an unexposed portion that exists under the mixture layer. For this reason, an intermediate | middle layer will be arrange | positioned in the form from which the one part will dive under a mixture layer between an extending | stretching area | region and a mixture layer. Therefore, the intermediate layer exists so as to be in contact with the transmission path of the stress generated in the stretching region, and the peeling and sliding off of the mixture layer from the base material can be more effectively suppressed.
本発明に係る蓄電素子において、
前記中間層は、前記露出部における層の厚みＤ１が前記非露出部における層の厚みＤ２より大きく設定され、前記合剤層は、前記中間層と面する側の縁部が前記露出部の表面の高さより下方に位置することが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The intermediate layer is set such that the layer thickness D1 in the exposed portion is larger than the layer thickness D2 in the non-exposed portion, and the mixture layer has an edge on the side facing the intermediate layer on the surface of the exposed portion. It is preferable that it is located below the height of.
本構成の蓄電素子によれば、露出部における層の厚みＤ１が非露出部における層の厚みＤ２より大きく設定され、合剤層は、中間層と面する側の縁部が露出部の表面の高さより下方に位置するため、中間層は、合剤層の縁部を包み込むような形態で配置されることになる。このため、延伸領域で発生した応力は、合剤層に伝達されるまでに中間層でブロックされ、基材からの合剤層の剥離及び滑落をより確実に抑制することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, the layer thickness D1 in the exposed portion is set to be larger than the layer thickness D2 in the non-exposed portion, and the mixture layer has an edge on the side facing the intermediate layer on the surface of the exposed portion. Since it is located below the height, the intermediate layer is arranged in such a form as to wrap around the edge of the mixture layer. For this reason, the stress generated in the stretching region is blocked by the intermediate layer before being transmitted to the mixture layer, and the peeling and sliding off of the mixture layer from the base material can be more reliably suppressed.
本発明に係る蓄電素子において、
前記非露出部における層の厚みＤ２は、前記露出部における層の厚みＤ１の３０〜８０％に設定されていることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The layer thickness D2 in the non-exposed portion is preferably set to 30 to 80% of the layer thickness D1 in the exposed portion.
本構成の蓄電素子によれば、非露出部における層の厚みＤ２は、露出部における層の厚みＤ１の３０〜８０％に設定されているため、延伸領域で発生した応力を中間層でブロックする効果が高まり、基材からの合剤層の剥離及び滑落を防止することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, the thickness D2 of the layer in the unexposed portion is set to 30 to 80% of the thickness D1 of the layer in the exposed portion, so that the stress generated in the stretched region is blocked by the intermediate layer. The effect is enhanced, and the mixture layer can be prevented from peeling off and sliding off from the substrate.
本発明に係る蓄電素子において、
前記中間層は、前記合剤層から未塗工部方向への突出幅Ｓ１が０．５〜２．５ｍｍに設定されていることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The intermediate layer preferably has a projecting width S1 from the mixture layer in the direction of the uncoated portion set to 0.5 to 2.5 mm.
本構成の蓄電素子によれば、中間層は、合剤層から未塗工部方向への突出幅Ｓ１が０．５〜２．５ｍｍに設定されているため、延伸領域で発生した応力は、合剤層の突出幅Ｓ１の領域で十分に低減され、基材からの合剤層の剥離及び滑落を防止することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, since the intermediate layer has a protruding width S1 from the mixture layer in the direction of the uncoated portion set to 0.5 to 2.5 mm, the stress generated in the stretching region is It is sufficiently reduced in the region of the protrusion width S1 of the mixture layer, and the mixture layer can be prevented from peeling and sliding off from the base material.
本発明に係る蓄電素子において、
前記突出幅Ｓ１は、延伸領域端から合剤層端までの幅Ｓ２の１５〜８５％に設定されていることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The protrusion width S1 is preferably set to 15 to 85% of the width S2 from the extending region end to the mixture layer end.
本構成の蓄電素子によれば、突出幅Ｓ１は、延伸領域端から合剤層端までの幅Ｓ２の１５〜８５％に設定されているため、延伸領域で発生した応力は、中間層の突出幅Ｓ１の領域で確実に低減され、基材からの合剤層の剥離及び滑落を防止することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, the protrusion width S1 is set to 15 to 85% of the width S2 from the end of the stretched region to the end of the mixture layer. It is reliably reduced in the region of the width S1, and peeling of the mixture layer from the base material and sliding off can be prevented.
本発明に係る蓄電素子において、
前記基材に対する前記中間層の剥離強度は、前記中間層に対する前記合剤層の剥離強度より大きいことが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The peel strength of the intermediate layer with respect to the base material is preferably larger than the peel strength of the mixture layer with respect to the intermediate layer.
本構成の蓄電素子によれば、基材に対する中間層の剥離強度は、中間層に対する合剤層の剥離強度より大きいため、中間層は基材と合剤層との間で接着層として機能し、基材からの合剤層の剥離及び滑落を防止することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, since the peel strength of the intermediate layer with respect to the base material is larger than the peel strength of the mixture layer with respect to the intermediate layer, the intermediate layer functions as an adhesive layer between the base material and the mixture layer. The peeling of the mixture layer from the substrate and the sliding off can be prevented.
本発明に係る蓄電素子において、
前記基材に対する前記中間層の剥離強度は、２００ｇｆ／ｃｍ以上であることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The peel strength of the intermediate layer with respect to the substrate is preferably 200 gf / cm or more.
本構成の蓄電素子によれば、基材に対する中間層の剥離強度を２００ｇｆ／ｃｍ以上とすることで、基材から合剤層が剥離して滑落し難い実用的な蓄電素子を提供することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, by providing the peel strength of the intermediate layer with respect to the base material to 200 gf / cm or more, it is possible to provide a practical electricity storage device in which the mixture layer is peeled off from the base material and hardly slides down. it can.
本発明に係る蓄電素子において、
前記中間層は、前記延伸領域から伝達される応力を緩和する緩衝部であることが好ましい。
In the electricity storage device according to the present invention,
The intermediate layer is preferably a buffer portion that relieves stress transmitted from the stretched region.
本構成の蓄電素子によれば、中間層は、延伸領域から伝達される応力を緩和する緩衝部であるため、延伸領域で発生した応力は、中間層を通過するときに緩和され、基材からの合剤層の剥離及び滑落を防止することができる。 According to the electricity storage device of this configuration, since the intermediate layer is a buffer portion that relieves stress transmitted from the stretched region, the stress generated in the stretched region is relaxed when passing through the intermediate layer, and from the base material. It is possible to prevent the mixture layer from peeling off and sliding down.
以下、本発明の蓄電素子に関する実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、蓄電素子として、特にリチウムイオン電池を例に挙げて説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment relating to a power storage element of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following embodiments, a lithium ion battery will be specifically described as an example of a power storage element. However, the present invention is not intended to be limited to the configurations described in the following embodiments and drawings.
〔リチウムイオン電池〕
図１は、本実施形態のリチウムイオン電池１００の一部切欠き斜視図である。図２は、図１に示したリチウムイオン電池１００において、電池ケース６０に収容されている発電要素５０の斜視図である。図２では、発電要素５０の構成を分かり易く説明するため、巻回状態の発電要素５０を一部巻き戻した状態で示してある。なお、図１及び図２は、いずれも概略的に示したものであり、本発明の説明に不要な細部の構成は省略してある。
[Lithium ion battery]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a lithium ion battery 100 of the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the power generation element 50 housed in the battery case 60 in the lithium ion battery 100 shown in FIG. In FIG. 2, in order to explain the configuration of the power generation element 50 in an easy-to-understand manner, the wound power generation element 50 is shown in a partially unwound state. FIG. 1 and FIG. 2 are both schematically shown, and detailed configurations unnecessary for the description of the present invention are omitted.
図１に示すように、リチウムイオン電池１００は、正極端子６１及び負極端子６２を備えた筐体としての電池ケース６０に発電要素５０を収容し、さらに電池ケース６０内に非水電解質を含む電解液Ｅを充填することによって構成される。発電要素５０は、図２に示すように、セパレータ３０、正極１０、セパレータ３０、及び負極２０を順に積層して積層物を構成し、当該積層物を巻回したものである。この積層物において、正極１０と負極２０とは隣接するセパレータ３０によって隔離されているため、積層物を巻回した状態でも正極１０と負極２０とが互いに接触することはなく、両者は物理的に絶縁されている。発電要素５０は、正極１０が正極端子６１に、負極２０が負極端子６２に夫々接続される。電池ケース６０に充填された電解液Ｅは、発電要素５０を構成する正極１０、負極２０、及びセパレータ３０によって吸収され、発電要素５０は湿潤状態となる。その結果、電解液Ｅ中のＬｉイオンは、セパレータ３０を介して、正極１０と負極２０との間で移動可能な状態となる。電池ケース６０への電解液Ｅの充填量は、少なくとも発電要素５０が電解液Ｅを吸収して略完全に湿潤状態となる程度であればよいが、発電要素５０を構成する正極１０及び負極２０は充放電過程によって体積変化を伴うことがあるため、図１に示すように、電池ケース６０内で発電要素５０の一部が浸漬する程度まで余剰の電解液Ｅを充填しておくことが好ましい。電池ケース６０への電解液Ｅの充填量は、発電要素５０における液枯れ防止と、電池ケース内の圧力とのバランスを考慮して適宜調整することができる。以下、リチウムイオン電池１００の構成について、詳細に説明する。 As shown in FIG. 1, a lithium ion battery 100 includes a power generation element 50 housed in a battery case 60 as a housing having a positive electrode terminal 61 and a negative electrode terminal 62, and further includes an electrolysis that includes a nonaqueous electrolyte in the battery case 60. It is configured by filling the liquid E. As shown in FIG. 2, the power generation element 50 is configured by laminating a separator 30, a positive electrode 10, a separator 30, and a negative electrode 20 in order to form a laminate, and winding the laminate. In this laminate, since the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are separated by the adjacent separator 30, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 do not contact each other even when the laminate is wound. Insulated. In the power generation element 50, the positive electrode 10 is connected to the positive electrode terminal 61, and the negative electrode 20 is connected to the negative electrode terminal 62. The electrolyte E filled in the battery case 60 is absorbed by the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the separator 30 that constitute the power generation element 50, and the power generation element 50 becomes wet. As a result, Li ions in the electrolytic solution E can move between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 via the separator 30. The filling amount of the electrolytic solution E into the battery case 60 may be at least enough that the power generation element 50 absorbs the electrolytic solution E and becomes almost completely wetted, but the positive electrode 10 and the negative electrode 20 constituting the power generation element 50 are sufficient. 1 may be accompanied by a change in volume depending on the charging / discharging process. Therefore, as shown in FIG. 1, it is preferable to fill excess electrolytic solution E to the extent that a part of the power generation element 50 is immersed in the battery case 60. . The filling amount of the electrolytic solution E into the battery case 60 can be adjusted as appropriate in consideration of the balance between the prevention of liquid drainage in the power generation element 50 and the pressure in the battery case. Hereinafter, the configuration of the lithium ion battery 100 will be described in detail.
〔発電要素〕
図３は、リチウムイオン電池１００の要部となる発電要素５０の構成を模式的に示した断面図である。発電要素５０は、基本構成として、正極１０、負極２０、及びセパレータ３０を備えている。
[Power generation element]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the power generation element 50 that is a main part of the lithium ion battery 100. The power generation element 50 includes a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a separator 30 as a basic configuration.
＜正極＞
正極１０は、正極集電体（正極基材）１１の表面に正極合剤層１２を形成したものである。正極集電体１１は、導電性材料からなる箔又はフィルムが使用される。導電性材料としては、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、銀、銅、白金、金、鉄、ステンレス、炭素、及び導電性ポリマー等が挙げられる。正極集電体１１の好ましい形態は、アルミニウム箔である。アルミニウム箔は、通常、表面が酸化物（アルミナ）で被覆された安定な状態となっており、さらに折り曲げや巻回等の加工が容易であるため、リチウムイオン電池の正極用部材として好適である。正極集電体１１は、他の導電性材料で表面処理したものであっても構わない。正極集電体１１の厚みは、１０〜３０μｍであり、好ましくは１５〜２０μｍである。正極集電体１１の厚みが１０μｍ未満の場合、正極１０の機械的強度が不足する虞がある。正極集電体１１の厚みが３０μｍを超えると、リチウムイオン電池全体の容量や重量が増加し、パッケージ効率が低下する。
<Positive electrode>
The positive electrode 10 is obtained by forming a positive electrode mixture layer 12 on the surface of a positive electrode current collector (positive electrode base material) 11. The positive electrode current collector 11 is a foil or film made of a conductive material. Examples of the conductive material include aluminum, titanium, nickel, tantalum, silver, copper, platinum, gold, iron, stainless steel, carbon, and a conductive polymer. A preferred form of the positive electrode current collector 11 is an aluminum foil. The aluminum foil is usually in a stable state in which the surface is coated with an oxide (alumina), and is easy to bend and wind, and thus is suitable as a member for a positive electrode of a lithium ion battery. . The positive electrode current collector 11 may be surface-treated with another conductive material. The thickness of the positive electrode current collector 11 is 10 to 30 μm, and preferably 15 to 20 μm. When the thickness of the positive electrode current collector 11 is less than 10 μm, the mechanical strength of the positive electrode 10 may be insufficient. When the thickness of the positive electrode current collector 11 exceeds 30 μm, the capacity and weight of the entire lithium ion battery increase, and the package efficiency decreases.
正極合剤層１２は、正極活物質と結着剤とを含む。正極活物質は、Ｌｉイオンを吸蔵又は吸着可能であるとともに、Ｌｉイオンを放出可能な材料が使用される。正極活物質として、例えば、一般式ＬｉＭＰＯ4（Ｍは、遷移金属の中から選択される少なくとも一種）で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物、スピネル型リチウム遷移金属化合物であるＬｉＭｎ2Ｏ4等が挙げられる。オリビン型リン酸リチウム化合物を例示すると、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＭｎＰＯ4、ＬｉＮｉＰＯ4、及びＬｉＣｏＰＯ4等の遷移金属リン酸リチウム化合物が挙げられる。このうち、ＬｉＦｅＰＯ4は、資源として豊富に存在する鉄を材料の一部に使用しながら、従来のリチウムイオン電池と同等のエネルギー密度が期待できるため、正極活物質として好適に使用することができる。また、正極活物質として、例えば、ＬｉｘＣｏｙＮｉｚＭｎ（１−ｙ−ｚ）Ｏ２（ただし、０．９５≦ｘ≦１．２、０．１≦ｙ≦０．３４、０＜ｚ、１−ｙ−ｚ＞０）で表されるリチウム遷移金属酸化物でもよく、これに限定されない。 The positive electrode mixture layer 12 includes a positive electrode active material and a binder. As the positive electrode active material, a material capable of occluding or adsorbing Li ions and releasing Li ions is used. As the positive electrode active material, for example, an olivine type lithium phosphate compound represented by the general formula LiMPO 4 (M is at least one selected from transition metals), LiMn 2 O 4 which is a spinel type lithium transition metal compound, etc. Is mentioned. Examples of olivine-type lithium phosphate compounds include transition metal lithium phosphate compounds such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , and LiCoPO 4 . Among them, LiFePO 4 can be suitably used as a positive electrode active material because it can be expected to have an energy density equivalent to that of a conventional lithium ion battery while using abundant iron as a resource as a part of the material. . Further, as the positive electrode active material, for example, LixCoyNizMn (1-yz) O2 (however, 0.95 ≦ x ≦ 1.2, 0.1 ≦ y ≦ 0.34, 0 <z, 1-yz) It may be a lithium transition metal oxide represented by> 0), but is not limited thereto.
結着剤は、正極活物質を結合するバインダーであり、親水性バインダー又は疎水性バインダーを使用することができる。親水性バインダーとして、例えば、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、及びこれらのポリマーの塩又は誘導体が挙げられる。上掲の親水性バインダーは、単独で使用可能であるが、２種以上の混合物として使用することも可能である。疎水性バインダーとして、例えば、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）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンプロピレンジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、スルホン化エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、及びこれらのポリマーの塩又は誘導体が挙げられる。上掲の疎水性バインダーは、単独で使用可能であるが、２種以上の混合物として使用することも可能である。 The binder is a binder that binds the positive electrode active material, and a hydrophilic binder or a hydrophobic binder can be used. Examples of the hydrophilic binder include polyacrylic acid (PAA), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), and salts or derivatives of these polymers. The hydrophilic binders listed above can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more. Examples of the hydrophobic binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene propylene diene terpolymer (EPDM), sulfonated ethylene propylene rubber, Examples include styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, and salts or derivatives of these polymers. The above-mentioned hydrophobic binder can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more.
正極集電体１１の表面に正極合剤層１２を形成するにあたっては、正極活物質とバインダーとの混合物に溶媒を添加し、これを混合して調製した正極用ペーストが使用される。正極用ペーストの調製に使用される溶媒は、正極活物質と組み合わせるバインダーの種類に応じて決定される。正極用ペーストの調製に親水性バインダーが使用される場合、溶媒として、例えば、水、アルコール、酢酸等の水溶性溶媒が使用される。疎水性バインダーが使用される場合、溶媒として、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、キシレン、及びトルエン等の親油性溶媒が使用される。 In forming the positive electrode mixture layer 12 on the surface of the positive electrode current collector 11, a positive electrode paste prepared by adding a solvent to a mixture of the positive electrode active material and the binder and mixing them is used. The solvent used for the preparation of the positive electrode paste is determined according to the type of the binder combined with the positive electrode active material. When a hydrophilic binder is used for preparing the positive electrode paste, a water-soluble solvent such as water, alcohol, acetic acid or the like is used as the solvent. When a hydrophobic binder is used, a lipophilic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), xylene, and toluene is used as the solvent.
正極１０の導電性を高めるため、正極用ペーストに導電助剤を添加しておくことができる。導電助剤は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料が使用される。そのような導電助剤として、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、金属粉、及び導電性セラミックス等が挙げられる。上掲の導電助剤は、単独で使用可能であるが、２種以上の混合物として使用することも可能である。 In order to increase the conductivity of the positive electrode 10, a conductive additive can be added to the positive electrode paste. As the conductive assistant, an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance is used. Examples of such conductive assistants include acetylene black, ketjen black, carbon black, carbon whisker, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, metal powder, and conductive ceramics. The conductive aids listed above can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more.
正極集電体１１の表面への正極用ペーストの塗工は、バーコーター、ロールコーター、ダイコーター、及びグラビアコーター等の塗工装置を用いて実施することができる。ペーストの粘度が十分に小さい場合は、噴霧機を使用し、正極集電体１１の表面に正極用ペーストをスプレーすることによって塗工することも可能である。塗工された正極用ペーストを乾燥することによって、ペーストに含まれる溶媒を揮発させて除去する。その後、プレス機等を用いて正極１０を所定の厚みに圧延する。 The positive electrode paste can be applied to the surface of the positive electrode current collector 11 using a coating apparatus such as a bar coater, a roll coater, a die coater, or a gravure coater. When the viscosity of the paste is sufficiently small, it is also possible to apply the paste by spraying the positive electrode paste onto the surface of the positive electrode current collector 11 using a sprayer. By drying the coated positive electrode paste, the solvent contained in the paste is volatilized and removed. Thereafter, the positive electrode 10 is rolled to a predetermined thickness using a press machine or the like.
＜負極＞
負極２０は、負極集電体２１の表面に負極合剤層２２を形成したものである。負極集電体２１の材質及び厚みは、正極１０に使用する正極集電体１１と同様である。従って、詳細な説明は省略する。
<Negative electrode>
The negative electrode 20 is obtained by forming a negative electrode mixture layer 22 on the surface of a negative electrode current collector 21. The material and thickness of the negative electrode current collector 21 are the same as those of the positive electrode current collector 11 used for the positive electrode 10. Therefore, detailed description is omitted.
負極合剤層２２は、負極活物質と結着剤とを含む。負極活物質は、Ｌｉイオンを吸蔵又は吸着可能であるとともに、Ｌｉイオンを放出可能な材料が使用される。負極活物質として、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、及びスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等が挙げられる。 The negative electrode mixture layer 22 includes a negative electrode active material and a binder. As the negative electrode active material, a material capable of occluding or adsorbing Li ions and releasing Li ions is used. Examples of the negative electrode active material include hard carbon, soft carbon, graphite, and lithium titanate having a spinel crystal structure.
結着剤は、負極活物質を結合するバインダーであり、親水性バインダー又は疎水性バインダーを使用することができる。結着剤の種類及び選択は、正極１０に使用する結着剤と同様である。従って、詳細な説明は省略する。 The binder is a binder that binds the negative electrode active material, and a hydrophilic binder or a hydrophobic binder can be used. The type and selection of the binder are the same as the binder used for the positive electrode 10. Therefore, detailed description is omitted.
負極集電体２１の表面に負極合剤層２２を形成するにあたっては、負極活物質とバインダーとの混合物に溶媒を添加し、これを混合して調製した負極用ペーストが使用される。負極用ペーストの調製に使用される溶媒は、負極活物質と組み合わせるバインダーの種類に応じて決定され、これは正極用ペーストの調製に使用される溶媒と同様である。従って、詳細な説明は省略する。 In forming the negative electrode mixture layer 22 on the surface of the negative electrode current collector 21, a paste for negative electrode prepared by adding a solvent to a mixture of the negative electrode active material and the binder and mixing them is used. The solvent used for the preparation of the negative electrode paste is determined according to the type of the binder combined with the negative electrode active material, and this is the same as the solvent used for the preparation of the positive electrode paste. Therefore, detailed description is omitted.
負極集電体２１の表面への負極用ペーストの塗工は、正極用ペーストの塗工で使用する塗工装置と同じ装置を使用することができる。従って、詳細な説明は省略する。 Application of the negative electrode paste to the surface of the negative electrode current collector 21 can be performed by using the same apparatus as that used in the application of the positive electrode paste. Therefore, detailed description is omitted.
＜セパレータ＞
セパレータ３０は、正極１０と負極２０とを隔離するとともに、電解液Ｅに含まれる非水電解質を透過させる機能を有するように、多孔質材料で構成される。多孔質材料は、電解液Ｅの吸上能力を十分に確保するため、ＪＩＳ Ｐ ８１１７に準拠して測定される透気度として、１５０秒／ｃｃ以上の性能を有するものが好ましい。セパレータ３０の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、並びにフッ素樹脂などが挙げられる。セパレータ３０は、界面活性剤等で表面処理したものであっても構わない。
<Separator>
The separator 30 is made of a porous material so as to have a function of separating the positive electrode 10 and the negative electrode 20 and transmitting a nonaqueous electrolyte contained in the electrolytic solution E. The porous material preferably has a performance of 150 seconds / cc or more as an air permeability measured in accordance with JIS P 8117 in order to sufficiently secure the suction ability of the electrolytic solution E. Examples of the material of the separator 30 include polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT), polyacrylonitrile resins, polyphenylene sulfide resins, Examples thereof include polyimide resins and fluorine resins. The separator 30 may be surface-treated with a surfactant or the like.
〔電解液〕
Ｌｉイオンの移動を媒介する電解液Ｅは、非水溶媒に電解質塩を溶解させたものである。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、及びビニレンカーボネート等の環状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、及びγ−バレロラクトン等の環状エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類が挙げられる。これらの非水溶媒は、単独で使用可能であるが、２種以上の混合物として使用することも可能である。電解質塩としては、Ｌｉイオン塩が使用され、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、及びＬｉＳｂＦ6等が挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用可能であるが、２種以上の混合物として使用することも可能である。
[Electrolyte]
The electrolytic solution E that mediates the movement of Li ions is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent. Non-aqueous solvents include, for example, cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, and γ-valerolactone, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate. And chain carbonates such as ethyl methyl carbonate. These non-aqueous solvents can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more. As the electrolyte salt, it is used Li-ion salts, e.g., LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, and LiSbF 6, and the like. These electrolyte salts can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more.
〔電極の層構造〕
本発明のリチウムイオン電池１００は、電極の層構造を工夫することで、基材からの合剤層の剥離及び滑落を抑制するものである。そこで、本発明のリチウムイオン電池１００の電極の層構造について、正極１０を例に挙げて説明する。図４は、リチウムイオン電池１００の正極１０の構成を模式的に示した平面図である。正極１０は、基材となる正極集電体１１の中央側１１ａに正極合剤層１２を備えている。正極合剤層１２は、正極活物質、バインダー、及び溶媒を混合した正極用ペーストを塗工することにより形成される。正極集電体１１の端部側１１ｂは、図示しない端子等に接続するため、少なくとも一部が正極用ペーストを塗工しない未塗工部１３として維持されている。未塗工部１３には、正極１０の湾曲を防止するため、圧延処理によって延伸領域である延伸部１４が形成されている。延伸部１４は、圧延処理を行っていない周囲の部分と比べて表面粗さＲａが異なるため、外観上判別可能である。例えば、未塗工部１３に圧延処理を行うと、延伸部１４とその他の部分とでは表面粗さＲａが１０％以上異なるものとなり、その結果、延伸部１４は、表面粗さＲａの値が異なる領域が連続的に配列したものとして認識される。表面粗さRa値の算出方法としては、例えば、箔延伸領域において1mm2の範囲で任意の5点の表面粗さ測定をおこない、その値を平均する、未延伸領域でも同様の測定をおこなうことで表面粗さを比較できる。なお、図４の延伸部１４は、一例として、正極集電体１１の長手方向（ＭＤ方向）に沿って一定間隔で形成されているが、連続的に帯状に形成することも可能である。すなわち、延伸部１４は、未塗工部１３の少なくとも一部に形成されていればよい。
[Layer structure of electrode]
The lithium ion battery 100 of the present invention suppresses peeling and slipping of the mixture layer from the base material by devising the layer structure of the electrode. Therefore, the electrode layer structure of the lithium ion battery 100 of the present invention will be described by taking the positive electrode 10 as an example. FIG. 4 is a plan view schematically showing the configuration of the positive electrode 10 of the lithium ion battery 100. The positive electrode 10 includes a positive electrode mixture layer 12 on the central side 11a of the positive electrode current collector 11 serving as a base material. The positive electrode mixture layer 12 is formed by applying a positive electrode paste in which a positive electrode active material, a binder, and a solvent are mixed. Since the end portion 11b of the positive electrode current collector 11 is connected to a terminal or the like (not shown), at least a part thereof is maintained as an uncoated portion 13 where the positive electrode paste is not applied. In the uncoated part 13, in order to prevent the curvature of the positive electrode 10, the extending part 14 which is an extending | stretching area | region is formed by the rolling process. Since the extending portion 14 has a surface roughness Ra different from that of the surrounding portion not subjected to the rolling process, it can be distinguished in appearance. For example, when the uncoated portion 13 is subjected to a rolling process, the stretched portion 14 and other portions have a surface roughness Ra that differs by 10% or more. As a result, the stretched portion 14 has a surface roughness Ra value. Different areas are recognized as being continuously arranged. As a method of calculating the surface roughness Ra value, for example, by measuring the surface roughness of any 5 points in the range of 1 mm2 in the foil stretched region, and averaging the values, the same measurement is also performed in the unstretched region The surface roughness can be compared. In addition, although the extending | stretching part 14 of FIG. 4 is formed in the longitudinal direction (MD direction) of the positive electrode collector 11 as an example, it is also possible to form continuously in strip | belt shape. That is, the extending portion 14 only needs to be formed on at least a part of the uncoated portion 13.
未塗工部１３に延伸部１４を形成すると、当該延伸部１４の周囲に圧延処理に伴う応力が発生する。この応力が正極集電体１１の１１ａに示す端部方向に伝達されると、正極集電体１１と正極合剤層１２との接合界面で剥離が発生し、正極合剤層１２が正極集電体１１から滑落する原因となることがある。そこで、本発明者らは、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落を抑制するべく、鋭意研究を行ったところ、延伸部１４と正極合剤層１２との間に中間層１５を設けると、延伸部１４で発生した応力は当該中間層１５で低減され、正極合剤層１２に影響し難くなることを見出した。 When the stretched portion 14 is formed in the uncoated portion 13, stress accompanying the rolling process is generated around the stretched portion 14. When this stress is transmitted in the end direction indicated by 11a of the positive electrode current collector 11, peeling occurs at the bonding interface between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode mixture layer 12, and the positive electrode mixture layer 12 is removed from the positive electrode current collector layer 12. It may cause sliding off of the electric body 11. Therefore, the present inventors conducted extensive research to suppress the peeling and slipping of the positive electrode mixture layer 12 from the positive electrode current collector 11, and as a result, an intermediate between the stretched portion 14 and the positive electrode mixture layer 12 was obtained. It has been found that when the layer 15 is provided, the stress generated in the extending portion 14 is reduced in the intermediate layer 15 and hardly affects the positive electrode mixture layer 12.
中間層１５は、正極集電体１１（未塗工部１３）及び正極合剤層１２に同時に接触するように設けられる。また、中間層１５は、正極集電体１１に対する中間層１５の剥離強度が、中間層１５に対する正極合剤層１２の剥離強度より大きくなるように設定される。例えば、正極集電体１１に対する中間層１５の剥離強度は２００ｇｆ／ｃｍ以上、好ましくは２３０ｇｆ／ｃｍ以上に設定され、中間層１５に対する正極合剤層１２の剥離強度は９０〜６００ｇｆ／ｃｍ、好ましくは１３０〜３５０ｇｆ／ｃｍに設定される。この場合、中間層１５は、延伸部１４で発生した応力を緩和する緩衝部として機能し、延伸部１４で発生した応力は中間層１５を通過するときに緩和されることになる。従って、延伸部１４で発生した応力は、直接正極合剤層１２には作用せず、正極合剤層１２まで到達しないか、あるいは正極合剤層１２に到達したとしても、中間層１５を経由することで、ある程度軽減されたものとなっている。その結果、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落を効果的に防止又は抑制することができる。剥離強度の測定方法の例としては、幅２０mmのメンディングテープ等を剥離強度測定をしたい面に貼り付け、１８０°方向に引っ張る方法や、市販の表面切削試験機でも良い（測定条件例：切刃移動速度として、 水平速度 1〜10μm/sec、垂直速度 0.1〜1μm/sec、測定長 ： 1〜10mm）。 The intermediate layer 15 is provided so as to contact the positive electrode current collector 11 (uncoated portion 13) and the positive electrode mixture layer 12 simultaneously. The intermediate layer 15 is set such that the peel strength of the intermediate layer 15 with respect to the positive electrode current collector 11 is greater than the peel strength of the positive electrode mixture layer 12 with respect to the intermediate layer 15. For example, the peel strength of the intermediate layer 15 with respect to the positive electrode current collector 11 is set to 200 gf / cm or more, preferably 230 gf / cm or more, and the peel strength of the positive electrode mixture layer 12 with respect to the intermediate layer 15 is preferably 90 to 600 gf / cm. Is set to 130 to 350 gf / cm. In this case, the intermediate layer 15 functions as a buffer portion that relaxes the stress generated in the extending portion 14, and the stress generated in the extending portion 14 is relaxed when passing through the intermediate layer 15. Therefore, the stress generated in the extending portion 14 does not directly act on the positive electrode mixture layer 12 and does not reach the positive electrode mixture layer 12 or even if it reaches the positive electrode mixture layer 12, it passes through the intermediate layer 15. By doing so, it has been reduced to some extent. As a result, peeling and sliding off of the positive electrode mixture layer 12 from the positive electrode current collector 11 can be effectively prevented or suppressed. As an example of a method for measuring the peel strength, a 20 mm wide mending tape or the like may be attached to the surface where the peel strength is to be measured and pulled in a 180 ° direction, or a commercially available surface cutting tester (measurement condition example: cutting) As the blade movement speed, horizontal speed 1-10μm / sec, vertical speed 0.1-1μm / sec, measurement length: 1-10mm).
中間層１５は、緩衝部として機能するように、ポリフッ化ビニリデン、キトサンおよびその誘導体、セルロースおよびその誘導体、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリエチレンオキサイド等のダンピング特性を有する材料を含むように調製される。また、中間層１５にリチウムイオン電池１００の充放電の一部を担わせることも可能である。この場合、中間層１５は、正極活物質と結着剤とを含むように調製されるが、上述の剥離強度の条件を満たすため、中間層１５に使用する結着剤は、正極合剤層１２に使用する結着剤よりも接着力が大きいものが選択される。例えば、正極合剤層１２の結着剤として親水性バインダーであるポリアクリル酸（ＰＡＡ）を使用する場合、中間層１５の結着剤には疎水性バインダーである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）、ポリエチレン（ＰＥ）等を使用することが好ましい。中間層１５の正極活物質は、正極合剤層１２に使用する正極活物質と同様のものを使用することができる。 The intermediate layer 15 is prepared so as to include a material having damping characteristics such as polyvinylidene fluoride, chitosan and derivatives thereof, cellulose and derivatives thereof, acrylic resin, polyimide, and polyethylene oxide so as to function as a buffer portion. It is also possible to cause the intermediate layer 15 to carry part of charge / discharge of the lithium ion battery 100. In this case, the intermediate layer 15 is prepared so as to include a positive electrode active material and a binder. However, in order to satisfy the above-described peel strength condition, the binder used for the intermediate layer 15 is a positive electrode mixture layer. A material having an adhesive force larger than that of the binder used for the material 12 is selected. For example, when polyacrylic acid (PAA), which is a hydrophilic binder, is used as the binder for the positive electrode mixture layer 12, polyvinylidene fluoride (PVDF), which is a hydrophobic binder, is used as the binder for the intermediate layer 15. It is preferable to use tetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene (PE) or the like. As the positive electrode active material of the intermediate layer 15, the same positive electrode active material as that used for the positive electrode mixture layer 12 can be used.
以下、本発明の蓄電素子において特徴的な中間層１５を備えた電極の構成について、代表的な二つの実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においても、電極として正極１０を例に挙げて説明するが、負極２０についても同様の構成を備えることができる。 Hereinafter, two typical embodiments of the configuration of the electrode including the intermediate layer 15 which is characteristic in the electricity storage device of the present invention will be described. In the following embodiments, the positive electrode 10 will be described as an example of the electrode, but the negative electrode 20 can have the same configuration.
＜第一実施形態＞
図５は、第一実施形態に係る正極１０の構成を模式的に示した断面図である。同図は、正極１０の幅方向（ＴＤ方向）における断面を示してある。第一実施形態の正極１０は、正極集電体１１の中央側１１ａに正極合剤層１２を設けているが、正極集電体１１と正極合剤層１２との間に中間層１５を介在させて積層構造としたものである。ここで、中間層１５は、その縁部が正極合剤層１２から突出するように設けられる。これにより、中間層１５は、上面視において、延伸部１４と正極合剤層１２との間に単層で存在する露出部１５ａと、正極合剤層１２の下に存在する非露出部１５ｂとを備えることになる。すなわち、中間層１５は、延伸部１４と正極合剤層１２との間で、その一部が正極合剤層１２の下に潜り込むような形態で配置されることになる。従って、延伸部１４で発生した応力の伝達経路に接するように中間層１５が存在し、当該応力は中間層１５によって低減されるため、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落をより効果的に抑制することができる。また、中間層の露出部１５ａは製造過程でなだらかな山のようにダレる形状となる場合があるが、そのような形状であっても本願発明の効果を保つことができる。尚、中間層の粘度を調整することにより中間層の露出部形状を制御でき、粘度を上げることによって山の形状をなだらかな形状から急峻な形状に変化させることが可能である。
<First embodiment>
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the positive electrode 10 according to the first embodiment. The figure shows a cross section of the positive electrode 10 in the width direction (TD direction). In the positive electrode 10 of the first embodiment, a positive electrode mixture layer 12 is provided on the central side 11 a of the positive electrode current collector 11, but an intermediate layer 15 is interposed between the positive electrode current collector 11 and the positive electrode mixture layer 12. Thus, a laminated structure is obtained. Here, the intermediate layer 15 is provided such that an edge thereof protrudes from the positive electrode mixture layer 12. As a result, the intermediate layer 15 includes, as viewed from above, an exposed portion 15a that exists as a single layer between the extending portion 14 and the positive electrode mixture layer 12, and an unexposed portion 15b that exists under the positive electrode mixture layer 12. Will be provided. That is, the intermediate layer 15 is disposed between the extending portion 14 and the positive electrode mixture layer 12 in such a manner that a part of the intermediate layer 15 sinks under the positive electrode mixture layer 12. Accordingly, the intermediate layer 15 exists so as to be in contact with the transmission path of the stress generated in the extending portion 14, and the stress is reduced by the intermediate layer 15, so that the positive electrode mixture layer 12 is peeled off from the positive electrode current collector 11 and Sliding can be more effectively suppressed. Further, the exposed portion 15a of the intermediate layer may have a shape that sags like a gentle mountain in the manufacturing process, but the effect of the present invention can be maintained even with such a shape. The exposed portion shape of the intermediate layer can be controlled by adjusting the viscosity of the intermediate layer, and the shape of the mountain can be changed from a gentle shape to a steep shape by increasing the viscosity.
図５において、中間層１５の正極合剤層１２から未塗工部方向への突出幅Ｓ１は、０．５〜２.５ｍｍ、好ましくは１．０〜２.０ｍｍに設定される。突出幅Ｓ１を０．５ｍｍより小さくすると、延伸部１４で発生した応力を中間層１５で十分に低減することができない虞がある。また、突出幅を十分に確保していないことにより、合材塗工時に合材端が中間層からはみ出してしまう可能性も高まるという理由から好ましくない。一方、突出幅Ｓ１を２.５ｍｍより大きくしても、剥離抑制効果は変化しない。また、突出部を大きくしすぎると、効果的な箔延伸をおこなうためのスペースが削減されることになる。材料コストの面から考えても、２．５ｍｍ以下とするのが好ましい。また、突出幅Ｓ１は、延伸領域端から合剤層端までの幅Ｓ２の１５〜８５％、好ましくは５０〜８０％に設定される。突出幅Ｓ１を上記範囲に設定すれば、延伸部１４で発生した応力は、中間層１５の突出幅Ｓ１の領域で確実に低減され、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落を防止することができる。尚、Ｓ２は４．０ｍｍ以下が好ましい。これは近過ぎると、未塗工部の圧延処理時に中間層部が接触して合剤剥離が発生する場合がある。さらに、湾曲低減効果が少なくなる場合があるため、上述の範囲が望ましい。 In FIG. 5, the protrusion width S1 of the intermediate layer 15 from the positive electrode mixture layer 12 toward the uncoated portion is set to 0.5 to 2.5 mm, preferably 1.0 to 2.0 mm. If the protrusion width S1 is smaller than 0.5 mm, the stress generated in the extending portion 14 may not be sufficiently reduced by the intermediate layer 15. Moreover, it is not preferable because the possibility that the end of the composite material protrudes from the intermediate layer at the time of coating the composite material is increased because the protrusion width is not sufficiently secured. On the other hand, even if the protrusion width S1 is larger than 2.5 mm, the peeling suppression effect does not change. On the other hand, if the protrusions are too large, the space for effective foil stretching is reduced. Considering the material cost, the thickness is preferably 2.5 mm or less. The protrusion width S1 is set to 15 to 85%, preferably 50 to 80%, of the width S2 from the extending region end to the mixture layer end. If the protrusion width S1 is set in the above range, the stress generated in the extending portion 14 is reliably reduced in the region of the protrusion width S1 of the intermediate layer 15, and the positive electrode mixture layer 12 is peeled off from the positive electrode current collector 11. Sliding can be prevented. S2 is preferably 4.0 mm or less. If this is too close, the intermediate layer portion may come into contact with the uncoated portion during the rolling process, resulting in separation of the mixture. Furthermore, the above-mentioned range is desirable because the curving reduction effect may be reduced.
また、図５において、中間層１５の露出部１５ａにおける層の厚みＤ１は、非露出部１５ｂにおける層の厚みＤ２より大きく設定され、正極合剤層１２は、中間層１５と面する側の縁部１２ａが露出部１５ａの表面の高さより下方に位置するように設けられる。具体的には、非露出部１５ｂにおける層の厚みＤ２は、露出部１５ａにおける層の厚みＤ１の３０〜８０％、好ましくは４０〜６５％に設定される。30％未満では、活物質が中間層を貫通して箔と直接接触する可能性が高まり、剥離抑制効果が落ちる恐れがある。80％よりも大きい場合は（プレス圧が弱く）活物質の充填密度が小さいため、電池性能が落ちる。この場合、中間層１５は、正極合剤層１２の縁部１２ａを包み込むような形態で配置されることになる。このため、延伸部１４で発生した応力は、正極合剤層１２に伝達されるまでに中間層１５でブロックされ、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落を確実に抑制することができる。 5, the layer thickness D1 in the exposed portion 15a of the intermediate layer 15 is set to be larger than the layer thickness D2 in the non-exposed portion 15b, and the positive electrode mixture layer 12 has an edge on the side facing the intermediate layer 15. The part 12a is provided so as to be positioned below the height of the surface of the exposed part 15a. Specifically, the layer thickness D2 in the unexposed portion 15b is set to 30 to 80%, preferably 40 to 65% of the layer thickness D1 in the exposed portion 15a. If it is less than 30%, the possibility of the active material penetrating through the intermediate layer and coming into direct contact with the foil is increased, and the delamination suppressing effect may be reduced. If it is larger than 80% (the press pressure is weak), the packing density of the active material is small, so that the battery performance is lowered. In this case, the intermediate layer 15 is arranged in such a form as to wrap around the edge 12 a of the positive electrode mixture layer 12. For this reason, the stress generated in the extending portion 14 is blocked by the intermediate layer 15 until it is transmitted to the positive electrode mixture layer 12, and the peeling and slipping of the positive electrode mixture layer 12 from the positive electrode current collector 11 are reliably suppressed. can do.
従って、第一実施形態によれば、圧延処理による正極１０の湾曲を防止しながら、正極集電体１１から正極合剤層１２が剥離して滑落することが抑制され、その結果、高品質のリチウムイオン電池１００を製造することが可能となる。尚、中間層１５の露出部１５ａにおける層の厚みＤ１において、Ｄ１は最大となる厚みであってもよく、或いは中間層１５の露出部１５ａの平均的な厚みであってもよい。平均的な厚みの場合、当然ながらその平均値が非露出部１５ｂにおける層の厚みＤ２より大きくなるように設定する必要がある。 Therefore, according to the first embodiment, the positive electrode mixture layer 12 is suppressed from peeling off and sliding down from the positive electrode current collector 11 while preventing the bending of the positive electrode 10 due to the rolling process. The lithium ion battery 100 can be manufactured. In addition, in layer thickness D1 in the exposed part 15a of the intermediate | middle layer 15, D1 may be the thickness which becomes the maximum, or may be an average thickness of the exposed part 15a of the intermediate | middle layer 15. In the case of the average thickness, it is naturally necessary to set the average value to be larger than the layer thickness D2 in the non-exposed portion 15b.
＜第二実施形態＞
図６は、第二実施形態に係る正極１０の構成を模式的に示した断面図である。同図は、正極１０の幅方向（ＴＤ方向）における断面を示してある。第二実施形態の正極１０は、正極集電体１１の１１ａに正極合剤層１２を設け、正極集電体１１の端部側１１ｂから正極合剤層１２の縁部１２ａにかけて中間層１５を設けたものである。中間層１５は、正極集電体１１の上に直接設けられた単層部１５ｃと、正極合剤層１２の上に積層された積層部１５ｄとを有している。単層部１５ｃは、第一実施形態で説明した露出部１５ａに対応する部位である。ここで示す中間層１５は例えば絶縁層であってもよい。
<Second embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the positive electrode 10 according to the second embodiment. The figure shows a cross section of the positive electrode 10 in the width direction (TD direction). In the positive electrode 10 of the second embodiment, a positive electrode mixture layer 12 is provided on 11 a of the positive electrode current collector 11, and an intermediate layer 15 is formed from the end 11 b of the positive electrode current collector 11 to the edge 12 a of the positive electrode mixture layer 12. It is provided. The intermediate layer 15 has a single layer part 15 c provided directly on the positive electrode current collector 11 and a laminated part 15 d laminated on the positive electrode mixture layer 12. The single layer part 15c is a part corresponding to the exposed part 15a described in the first embodiment. The intermediate layer 15 shown here may be an insulating layer, for example.
図６において、中間層１５の正極合剤層１２から未塗工部方向への突出幅Ｓ１（単層部１５ｃの幅に相当）、及び未塗工部１３の幅Ｓ２は、第一実施形態で説明した突出幅Ｓ１及び幅Ｓ２と同様の範囲とすることが好ましい。これにより、延伸部１４で発生した応力を中間層１５で十分に低減しながら、リチウムイオン電池１００の容量を十分に確保することができる。 In FIG. 6, the protrusion width S1 (corresponding to the width of the single layer portion 15c) of the intermediate layer 15 from the positive electrode mixture layer 12 toward the uncoated portion and the width S2 of the uncoated portion 13 are the first embodiment. It is preferable to set the same range as the protrusion width S1 and the width S2 described in the above. Thereby, the capacity of the lithium ion battery 100 can be sufficiently secured while the stress generated in the extending portion 14 is sufficiently reduced by the intermediate layer 15.
第二実施形態においても、中間層１５は、延伸部１４で発生した応力の伝達経路に接するように存在するため、当該応力は中間層１５によって低減され、正極集電体１１からの正極合剤層１２の剥離及び滑落を抑制することができる。また、正極１０は、正極集電体１１の上に正極合剤層１２を形成し、さらに正極合剤層１２の一部を覆うように中間層１５を形成したものであるから、中間層１５を設けていないこれまでの正極１０の製造工程に中間層形成工程を追加するだけで製造することができる。 Also in the second embodiment, since the intermediate layer 15 exists so as to be in contact with the transmission path of the stress generated in the extending portion 14, the stress is reduced by the intermediate layer 15, and the positive electrode mixture from the positive electrode current collector 11. The peeling and slipping of the layer 12 can be suppressed. The positive electrode 10 is formed by forming the positive electrode mixture layer 12 on the positive electrode current collector 11 and further forming the intermediate layer 15 so as to cover a part of the positive electrode mixture layer 12. It can be manufactured simply by adding an intermediate layer forming process to the manufacturing process of the positive electrode 10 so far.
従って、第二実施形態によれば、製造設備の大幅な改変やコストアップを伴うことなく、高品質のリチウムイオン電池１００を容易に製造することが可能となる。
尚、第一実施形態および第二実施形態ともに、延伸部１４は、例えば圧力痕（プレッシャーマーク）で判断することができる。また、正極、或いは負極集電体１１の端部側１１ｂにおいて、その端部側１１ｂの縁部（合剤層が塗布された側と反対の端部）が延伸（圧延）された場合も含まれる。さらに、電極上にセパレータを接着させる形態（接着セパレータ）や、絶縁層で電極をコーティングする（集電体上に塗布された合剤層のさらに上部に絶縁層を塗布し、一部あるいは全体を絶縁層でコーティングする）、いわゆるオーバーコートを施した場合であっても、本願発明の作用および効果が期待できる。
Therefore, according to the second embodiment, it is possible to easily manufacture the high-quality lithium ion battery 100 without significantly modifying the manufacturing facility and increasing the cost.
In both the first embodiment and the second embodiment, the extending portion 14 can be determined by, for example, a pressure mark (pressure mark). In addition, in the end portion side 11b of the positive electrode or the negative electrode current collector 11, the case where the edge portion of the end portion side 11b (the end portion opposite to the side on which the mixture layer is applied) is stretched (rolled) is also included. It is. In addition, a configuration in which a separator is adhered on the electrode (adhesive separator), or an electrode is coated with an insulating layer (an insulating layer is applied on the upper part of the mixture layer applied on the current collector, and a part or the whole is coated. Even when a so-called overcoat is applied), the action and effect of the present invention can be expected.
本発明は、主に、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッドカー（ＰＨＥＶ）等の車載用電源として使用される二次電池（リチウムイオン電池等）に適用可能であるが、携帯電話、スマートホン等の移動体通信端末、タブレット型コンピュータ、ノートパソコン等の情報端末の駆動電源として使用される二次電池（リチウムイオン電池等）においても適用可能である。 The present invention is mainly applicable to a secondary battery (such as a lithium ion battery) used as an in-vehicle power source such as an electric vehicle (EV), a hybrid car (HEV), and a plug-in hybrid car (PHEV). The present invention can also be applied to secondary batteries (lithium ion batteries and the like) used as a driving power source for mobile terminals such as mobile phones and smart phones, and information terminals such as tablet computers and notebook computers.
１０ 正極（電極）
１１ 正極集電体（基材）
１２ 正極合剤層（合剤層）
１３ 未塗工部
１４ 延伸部（延伸領域）
１５ 中間層
２０ 負極（電極）
２１ 負極集電体（基材）
２２ 負極合剤層（合剤層）
３０ セパレータ
１００ リチウムイオン電池（蓄電素子）
10 Positive electrode (electrode)
11 Positive current collector (base material)
12 Positive mix layer (mixture layer)
13 Uncoated part 14 Stretched part (stretched area)
15 Intermediate layer 20 Negative electrode (electrode)
21 Negative electrode current collector (base material)
22 Negative electrode mixture layer (mixture layer)
30 Separator 100 Lithium ion battery (storage element)
Claims (12)
前記合剤層に面するように、前記電極に積層されたセパレータと、
を備えた蓄電素子であって、
前記未塗工部の少なくとも一部に延伸領域を形成するとともに、少なくとも前記延伸領域と前記合剤層との間に中間層を設けてある蓄電素子。 An electrode having a mixture layer formed by directly or indirectly applying a mixture to a base material, and an uncoated part where the mixture is not applied;
A separator laminated on the electrode so as to face the mixture layer;
A power storage device comprising:
An energy storage device in which a stretched region is formed in at least a part of the uncoated portion, and an intermediate layer is provided at least between the stretched region and the mixture layer.
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