Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2011048991A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2011048991A
JP2011048991A JP2009195695A JP2009195695A JP2011048991A JP 2011048991 A JP2011048991 A JP 2011048991A JP 2009195695 A JP2009195695 A JP 2009195695A JP 2009195695 A JP2009195695 A JP 2009195695A JP 2011048991 A JP2011048991 A JP 2011048991A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
current collector
electrode layer
layer
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009195695A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunari Hisamitsu
泰成 久光
Tokuichi Mineo
徳一 峰尾
Kazuyuki Sakamoto
和幸 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2009195695A priority Critical patent/JP2011048991A/en
Publication of JP2011048991A publication Critical patent/JP2011048991A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery having superior cycle characteristics by which battery life can be extended. <P>SOLUTION: A positive electrode current collector 28, a positive electrode layer 22 which comes into electrical contact with the positive electrode current collector 28 and contains an active material capable of intercalating and releasing lithium, an electrolyte layer 42 containing a nonaqueous electrolytic solution, a negative electrode layer 32 containing the active material capable of intercalating and releasing lithium, and a negative electrode current collector 38 in electrical contact with the negative electrode layer 32 are laminated in this order. The negative electrode layer 32 is movable against the negative electrode current collector concerning the lateral direction H orthogonal against the laminating direction L. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池においては、充電時、リチウムイオンが正極から負極に移動し、放電時、リチウムイオンが負極から正極に移動することより、活物質が膨張収縮し、集電体に対し機械的なストレスが付加される。機械的なストレスは、集電体の変形や破断を引き起こし、サイクル特性の劣化による電池寿命を低下させる虞がある。そのため、集電体に平面異方性を有する形状の孔部を多数設けることで、活物質の膨張収縮を異方的に吸収している(例えば、特許文献1参照。)。   In lithium ion secondary batteries, lithium ions move from the positive electrode to the negative electrode during charging, and during discharge, the lithium ions move from the negative electrode to the positive electrode, so that the active material expands and contracts, and mechanically acts on the current collector. Stress is added. The mechanical stress may cause deformation or breakage of the current collector, and may reduce battery life due to deterioration of cycle characteristics. Therefore, the current collector is anisotropically absorbed by the expansion and contraction of the active material by providing a large number of holes having a shape having planar anisotropy (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−32524号公報JP 2005-32524 A

しかし、活物質の膨張収縮は、縦方向だけでなく横方向にも発生するため、孔部の存在による吸収効果は、十分ではなく、例えば、集電体の降伏応力を超える横方向の引っ張り応力が生じ、集電体を塑性変形させることにより、集電体の変形や破断を引き起こし、サイクル特性の劣化による電池寿命を低下させる問題を有している。   However, since the expansion and contraction of the active material occurs not only in the longitudinal direction but also in the lateral direction, the absorption effect due to the presence of the hole is not sufficient, for example, the lateral tensile stress exceeding the yield stress of the current collector Is generated, and the current collector is plastically deformed to cause deformation and breakage of the current collector, resulting in a problem of reducing battery life due to deterioration of cycle characteristics.

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好なサイクル特性を有し、電池寿命を延長し得るリチウムイオン二次電池を、提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery that has good cycle characteristics and can extend the battery life.

上記目的を達成するための本発明は、正極集電体と、前記正極集電体に電気的に接触し、リチウムを挿入および脱離可能な活物質を含有する正極層と、非水電解液と、リチウムを挿入および脱離可能な活物質を含有する負極層と、前記負極層に電気的に接触している負極集電体と、が順次積層されて構成されるリチウムイオン二次電池である。そして、積層方向に対して直交する横方向に関し、前記正極層は、前記正極集電体に対して可動であり、および/又は、前記負極層は、前記負極集電体に対して可動である。   To achieve the above object, the present invention includes a positive electrode current collector, a positive electrode layer containing an active material that is in electrical contact with the positive electrode current collector and capable of inserting and removing lithium, and a non-aqueous electrolyte. And a negative electrode layer containing an active material capable of inserting and extracting lithium, and a negative electrode current collector in electrical contact with the negative electrode layer. is there. The positive electrode layer is movable with respect to the positive electrode current collector and / or the negative electrode layer is movable with respect to the negative electrode current collector in a lateral direction perpendicular to the stacking direction. .

本発明によれば、正極層および負極層の少なくとも一方の電極層が、集電体から独立して横方向に可動(接触はしているが、接着していない状態)であるため、リチウムイオンの移動に伴って活物質が膨張収縮し、横方向の引っ張り応力が生じる場合、せん断力が摩擦に勝つことにより、集電体に対して電極層は横方向に移動する(ずれる)。これにより、集電体の変形や破断が抑制されるため、サイクル特性の劣化による電池寿命の低下が避けられる。したがって、良好なサイクル特性を有し、電池寿命を延長し得るリチウムイオン二次電池を、提供することが可能である。   According to the present invention, since at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer is movable in the lateral direction independently of the current collector (contacted but not adhered), the lithium ion When the active material expands and contracts as the electrode moves, and a tensile stress is generated in the lateral direction, the shear force overcomes the friction, so that the electrode layer moves (shifts) in the lateral direction with respect to the current collector. As a result, deformation and breakage of the current collector are suppressed, so that a reduction in battery life due to deterioration of cycle characteristics can be avoided. Therefore, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that has good cycle characteristics and can extend the battery life.

本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention. 図2に示される負極層を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the negative electrode layer shown by FIG. 本発明の実施形態に係る変形例1を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the modification 1 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変形例2を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the modification 2 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変形例3を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the modification 3 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変形例4を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the modification 4 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変形例5を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the modification 5 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る変形例6を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the modification 6 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の性能評価結果を説明するための図表である。It is a graph for demonstrating the performance evaluation result of the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明するための斜視である。   FIG. 1 is a perspective view for explaining a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

リチウムイオン二次電池10は、積層型の非水電解質二次電池であり、外装ケース16、外装ケース16の内部に配置される電池本体部、正極端子プレート12および負極端子プレート14を有する。   The lithium ion secondary battery 10 is a laminated nonaqueous electrolyte secondary battery, and includes an outer case 16, a battery main body disposed inside the outer case 16, a positive terminal plate 12, and a negative terminal plate 14.

外装ケース16は、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために使用されており、シート材の外周部の一部または全部を、熱融着により接合することで形成される。シート材は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムから構成されることが好ましい。   The exterior case 16 is used to prevent external impacts and environmental degradation, and is formed by joining a part or all of the outer peripheral portion of the sheet material by thermal fusion. The sheet material is composed of a polymer-metal composite laminate film in which metals (including alloys) such as aluminum, stainless steel, nickel, and copper are covered with an insulator such as a polypropylene film from the viewpoint of weight reduction and thermal conductivity. It is preferable.

端子プレート12,14は、高導電性部材からなり、外装ケース16の内部から外部に向かって延長しており、電池本体部から電流を引き出すために使用される。高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス、これらの合金である。端子プレート12,14は、例えば、耐熱絶縁性の熱収縮チューブにより被覆することで、周辺機器(例えば、自動車部品、特に電子機器等)や配線などへの電気的接触を、確実に防止することが好ましい。   The terminal plates 12 and 14 are made of a highly conductive member, extend from the inside of the exterior case 16 to the outside, and are used to draw current from the battery body. The highly conductive member is, for example, aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, or an alloy thereof. The terminal plates 12 and 14 are covered with, for example, a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube to reliably prevent electrical contact with peripheral devices (for example, automobile parts, particularly electronic devices) and wiring. Is preferred.

図2は、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明するための断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

電池本体部は、複数の単電池からなる電池要素20によって構成される。電池要素20は、正極層22、正極集電体28、負極層32、負極集電体38、電解質層42、負極リード46および正極リード44を有する。   A battery main-body part is comprised by the battery element 20 which consists of a several cell. The battery element 20 includes a positive electrode layer 22, a positive electrode current collector 28, a negative electrode layer 32, a negative electrode current collector 38, an electrolyte layer 42, a negative electrode lead 46, and a positive electrode lead 44.

正極層22は、リチウムを挿入および脱離可能な正極活物質を含有し、正極集電体28の両面に配置され、正極集電体28に電気的に接触している。負極層32は、リチウムを挿入および脱離可能な負極活物質を含有し、負極集電体38の両面に配置され、負極集電体38に電気的に接触している。   The positive electrode layer 22 contains a positive electrode active material into which lithium can be inserted and removed, is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 28, and is in electrical contact with the positive electrode current collector 28. The negative electrode layer 32 contains a negative electrode active material into which lithium can be inserted and desorbed. The negative electrode layer 32 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 38 and is in electrical contact with the negative electrode current collector 38.

電解質層42は、例えば、非水電解液を含有するセパレータからなり、正極層22と負極層32との間に配置される。セパレータは、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性シート(膜)である。   The electrolyte layer 42 is made of, for example, a separator containing a nonaqueous electrolytic solution, and is disposed between the positive electrode layer 22 and the negative electrode layer 32. The separator is, for example, a microporous sheet (film) made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

電池要素20は、正極層22、正極集電体28、正極層22、電解質層42、負極層32、負極集電体38、負極層32、電解質層42、正極層22・・・の順で積層することを繰返すことにより、構成されている。また、隣接する正極層22、電解質層42および負極層32により、1つの単電池層が構成される。   The battery element 20 includes a positive electrode layer 22, a positive electrode current collector 28, a positive electrode layer 22, an electrolyte layer 42, a negative electrode layer 32, a negative electrode current collector 38, a negative electrode layer 32, an electrolyte layer 42, a positive electrode layer 22. It is configured by repeating the stacking. The adjacent positive electrode layer 22, electrolyte layer 42 and negative electrode layer 32 constitute one single battery layer.

正極リード44は、高導電性部材からなり、正極集電体28と連続的に一体化している一端部と、外部に導出される正極端子プレート12に固定される他端部とを有し、正極集電体28と正極端子プレート12とを電気的に接続するために使用される。負極リード46は、高導電性部材からなり、負極集電体38と連続的に一体化している一端部と、外部に導出される負極端子プレート14に固定される他端部とを有し、負極集電体38と負極端子プレート14とを電気的に接続するために使用される。固定方法は、例えば、超音波溶接や抵抗溶接が適用される。   The positive electrode lead 44 is made of a highly conductive member, and has one end portion that is continuously integrated with the positive electrode current collector 28 and the other end portion that is fixed to the positive electrode terminal plate 12 that is led out to the outside. It is used to electrically connect the positive electrode current collector 28 and the positive electrode terminal plate 12. The negative electrode lead 46 is made of a highly conductive member, and has one end portion continuously integrated with the negative electrode current collector 38 and the other end portion fixed to the negative electrode terminal plate 14 led out to the outside. It is used to electrically connect the negative electrode current collector 38 and the negative electrode terminal plate 14. As the fixing method, for example, ultrasonic welding or resistance welding is applied.

正極層22が含有する正極活物質としては、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。リチウム−遷移金属複合酸化物は、例えば、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiFeOである。 As the positive electrode active material contained in the positive electrode layer 22, it is preferable to apply a lithium-transition metal composite oxide from the viewpoint of capacity and output characteristics. Lithium - transition metal composite oxide, for example, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, LiFeO 2 .

負極層32が含有する負極活物質としては、容量および出力特性の観点から、炭素材料および合金系負極材料を適用することが好ましい。炭素材料は、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバ、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボンである。   As the negative electrode active material contained in the negative electrode layer 32, it is preferable to apply a carbon material and an alloy-based negative electrode material from the viewpoint of capacity and output characteristics. Examples of the carbon material include graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon.

合金系負極材料は、例えば、ケイ素、酸化ケイ素、二酸化錫、炭化ケイ素、錫であり、リチウムと合金化し得る元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化し得る元素を含む合金系材料からなる負極活物質は、合金化しない負極活物質と比べて、膨張率が大きいため、負極層の可動性が向上するためである。   The alloy-based negative electrode material is, for example, silicon, silicon oxide, tin dioxide, silicon carbide, or tin, and preferably includes an element that can be alloyed with lithium. This is because a negative electrode active material made of an alloy-based material containing an element that can be alloyed with lithium has a larger expansion coefficient than a non-alloyed negative electrode active material, so that the mobility of the negative electrode layer is improved.

正極層22および負極層32は、バインダや導電助剤等の添加剤をさらに含有する。   The positive electrode layer 22 and the negative electrode layer 32 further contain additives such as a binder and a conductive additive.

バインダは、例えば、ポリアミック酸、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、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)、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)、またはこれらの混合物である。   The binder is, for example, polyamic acid, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene. Butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or mixtures thereof.

導電助剤は、正極層22および負極層32の導電性を向上させるために配合される添加物であり、例えば。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である。   The conductive additive is an additive blended to improve the conductivity of the positive electrode layer 22 and the negative electrode layer 32, for example. Carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber.

正極集電体28および負極集電体38の素材は、例えば、鉄、ステンレス鋼、クロム、ニッケル、マンガン、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、銅、銀、金、白金およびカーボンである。電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウムや銅が好ましい。   The materials of the positive electrode current collector 28 and the negative electrode current collector 38 are, for example, iron, stainless steel, chromium, nickel, manganese, titanium, molybdenum, vanadium, niobium, aluminum, copper, silver, gold, platinum, and carbon. From the viewpoint of electron conductivity and battery operating potential, aluminum and copper are preferred.

電解質層42が含有する非水電解液は、例えば、液体電解質、ポリマー電解質である。   The nonaqueous electrolytic solution contained in the electrolyte layer 42 is, for example, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte.

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。可塑剤として適用される有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)などの鎖状カーボネート類である。支持塩は、例えば、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩や、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩である。 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 used as the plasticizer include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate (DEC). . Supporting salt is, for example, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 or an inorganic acid anion salts 10 such as Cl, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 Organic acid anion salts such as SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N.

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。   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、液体電解質が注入されてなる構成を有する。イオン伝導性ポリマーは、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である。   The gel electrolyte has a configuration in which a liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. The ion conductive polymer is, for example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and a copolymer thereof.

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ため、電池からの液漏れが抑制される。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the above matrix polymer and does not contain an organic solvent that is a plasticizer, so that leakage from the battery is suppressed.

図3は、図2に示される負極層を説明するための断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the negative electrode layer shown in FIG.

負極層32は、非水電解液側に配置され、負極活物質を含有する活物質層33と、集電体側に配置され、充放電に寄与していない電子伝導性層34とを有する。電子伝導性層34は、金属から構成され、電気的に接触している負極集電体38に対し、積層方向Lに対して直交する横方向Hに関し、可動である。   The negative electrode layer 32 includes an active material layer 33 that is disposed on the non-aqueous electrolyte side and contains a negative electrode active material, and an electron conductive layer 34 that is disposed on the current collector side and does not contribute to charge / discharge. The electron conductive layer 34 is made of a metal and is movable with respect to a lateral direction H perpendicular to the stacking direction L with respect to the negative electrode current collector 38 that is in electrical contact.

負極層32は、負極集電体38から独立して横方向に可動(接触はしているが、接着していない状態)であるため、リチウムイオンの移動に伴って負極活物質が膨張収縮し、横方向の引っ張り応力が生じる場合、せん断力が摩擦に勝つことにより、負極集電体38に対して負極層32は横方向に移動する(ずれる)。これにより、例えば、負極活物質として酸化ケイ素を使用し、リチウムイオン二次電池10の高容量化を図る場合であっても、負極集電体38の変形や破断が抑制されるため、サイクル特性の劣化による電池寿命の低下が避けられる。   Since the negative electrode layer 32 is movable in the lateral direction independently of the negative electrode current collector 38 (in contact with but not adhered), the negative electrode active material expands and contracts as lithium ions move. When a tensile stress is generated in the lateral direction, the shearing force overcomes the friction, so that the negative electrode layer 32 moves (displaces) in the lateral direction with respect to the negative electrode current collector 38. Thereby, for example, even when silicon oxide is used as the negative electrode active material and the capacity of the lithium ion secondary battery 10 is increased, deformation and breakage of the negative electrode current collector 38 are suppressed. A decrease in battery life due to deterioration of the battery can be avoided.

活物質の膨張率は、正極層22に比較し、負極層32が総じて大きいため、負極層32のみを横方向Hに関し可動とすることで、構造を単純化しながらも、集電体の変形や破断を効率的に抑制することが可能である。   Since the expansion rate of the active material is generally larger than that of the positive electrode layer 22, the negative electrode layer 32 alone is movable in the lateral direction H, thereby simplifying the structure and reducing the deformation of the current collector. It is possible to suppress breakage efficiently.

電子伝導性層34は、集電体側に配置されているため、負極集電体38との電気的接触を良好に維持することが可能である。   Since the electron conductive layer 34 is disposed on the current collector side, it is possible to maintain good electrical contact with the negative electrode current collector 38.

電子伝導性層34が金属から構成されるため、良好な電子伝導性を容易に得ることが可能である。   Since the electron conductive layer 34 is made of metal, it is possible to easily obtain good electron conductivity.

負極集電体38のサイズは、可動である負極層32のサイズより大きく、横方向に移動する負極層32がはみでないように、設定されている。したがって、可動である負極層32は、横方向Hに移動しても、対応する負極集電体38からはみでることはなく、接触が確実に保たれ、また、破断も防止することが可能である。   The size of the negative electrode current collector 38 is set so that it is larger than the size of the movable negative electrode layer 32 and the negative electrode layer 32 moving in the lateral direction is not covered. Therefore, even if the movable negative electrode layer 32 moves in the horizontal direction H, it does not protrude from the corresponding negative electrode current collector 38, and the contact can be reliably maintained, and breakage can be prevented. .

図4は、本発明の実施形態に係る変形例1を説明するための断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining Modification 1 according to the embodiment of the present invention.

可動である電極層は、負極層32に限定されず、正極層22を可動とすることも可能である。この場合、負極層32と同様に、非水電解液側に配置され、正極活物質を含有する活物質層23と、集電体側に配置され、充放電に寄与していない電子伝導性層24とを、正極層22が有するように構成する。   The movable electrode layer is not limited to the negative electrode layer 32, and the positive electrode layer 22 may be movable. In this case, similarly to the negative electrode layer 32, the active material layer 23 that is disposed on the non-aqueous electrolyte side and contains the positive electrode active material, and the electron conductive layer 24 that is disposed on the collector side and does not contribute to charge / discharge. And the positive electrode layer 22 is configured.

これにより、正極層22は、正極集電体28から独立して横方向Hに可動(接触はしているが、接着していない状態)であるため、リチウムイオンの移動に伴って正極活物質が膨張収縮し、横方向の引っ張り応力が生じる場合、せん断力が摩擦に勝つことにより、正極集電体28に対して正極層22は横方向Hに移動する(ずれる)。これにより、正極集電体28の変形や破断が抑制されるため、サイクル特性の劣化による電池寿命の低下が避けられる。なお、必要に応じ、正極層22のみを可動とすることも可能である。   Thereby, since the positive electrode layer 22 is movable in the lateral direction H independently of the positive electrode current collector 28 (in a state where it is in contact but not bonded), the positive electrode active material accompanies the movement of lithium ions. Is expanded and contracted and a tensile stress is generated in the lateral direction, the shear force overcomes the friction, so that the positive electrode layer 22 moves (displaces) in the lateral direction H with respect to the positive electrode current collector 28. Thereby, since the deformation | transformation and fracture | rupture of the positive electrode electrical power collector 28 are suppressed, the fall of the battery life by deterioration of cycling characteristics is avoided. If necessary, only the positive electrode layer 22 can be made movable.

図5および図6は、本発明の実施形態に係る変形例2および変形例3を説明するための平面図である。   5 and 6 are plan views for explaining the second modification and the third modification according to the embodiment of the present invention.

電子伝導性層34は、平坦な金属プレートによって構成する形態に限定されず、必要に応じて、貫通孔35を有するように構成することも可能である。貫通孔35は、例えば、図5に示される発泡金属や、図6に示されるエキスパンドメタルを適用することで、形成することも可能である。なお、貫通孔35は、機械加工によって、形成することも可能である。   The electron conductive layer 34 is not limited to a form formed by a flat metal plate, and may be configured to have a through hole 35 as necessary. The through-hole 35 can also be formed by applying, for example, a foam metal shown in FIG. 5 or an expanded metal shown in FIG. The through hole 35 can also be formed by machining.

図7は、本発明の実施形態に係る変形例4を説明するための断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the modification 4 according to the embodiment of the present invention.

可動である負極層32と負極集電体38との間に、金属リチウムを含有する層(金属リチウム含有層)34を配置することも可能である。この場合、非水電解液の注液時において、金属リチウム含有層からのリチウムイオンが、負極層32に含有される負極活物質にドープされるので、リチウムイオン二次電池10の充放電効率を向上させることが可能である。また、金属リチウムは、ずり応力が小さく、横方向に強い力がかかると、簡単に可動を許すため、負極層32の可動性が向上する。なお、金属リチウム含有層を配置する方法は、特に限定されないが、例えば、負極集電体38に対するリチウムの蒸着を適用することが可能である。   Between the movable negative electrode layer 32 and the negative electrode current collector 38, a layer (metal lithium-containing layer) 34 containing metallic lithium can be disposed. In this case, when the non-aqueous electrolyte is injected, lithium ions from the metal lithium-containing layer are doped into the negative electrode active material contained in the negative electrode layer 32, so that the charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery 10 is improved. It is possible to improve. In addition, since lithium metal has a small shear stress and a strong force is applied in the lateral direction, the metal lithium is easily allowed to move, so that the mobility of the negative electrode layer 32 is improved. The method for disposing the metal lithium-containing layer is not particularly limited. For example, lithium deposition on the negative electrode current collector 38 can be applied.

負極層32の電子伝導性層34は、貫通孔35を有することが好ましい。非水電解液の注液時において、金属リチウム含有層からのリチウムイオンが、貫通孔35を通過するため、負極層32に含有される負極活物質に、容易にドープすることが可能であるためである。   The electron conductive layer 34 of the negative electrode layer 32 preferably has a through hole 35. Since lithium ions from the metal lithium-containing layer pass through the through-hole 35 when the non-aqueous electrolyte is injected, the negative electrode active material contained in the negative electrode layer 32 can be easily doped. It is.

図8は、本発明の実施形態に係る変形例5を説明するための断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a modification 5 according to the embodiment of the present invention.

可動である負極層32の電子伝導性層は、金属から構成される形態に限定されず、必要に応じて、導電性弾性体を適用することも可能である。この場合、可動である負極層32は、導電性弾性体から構成される電子伝導性層34Aを有するため、負極活物質の膨張収縮によって引き起こされる亀裂を、容易に抑制することが可能である。導電性弾性体は、例えば、微多孔性ポリエチレン等の導電性ポリマーである。   The movable electron conductive layer of the negative electrode layer 32 is not limited to a form made of metal, and a conductive elastic body can be applied as necessary. In this case, since the movable negative electrode layer 32 has the electron conductive layer 34A composed of a conductive elastic body, cracks caused by expansion and contraction of the negative electrode active material can be easily suppressed. The conductive elastic body is, for example, a conductive polymer such as microporous polyethylene.

図9は、本発明の実施形態に係る変形例6を説明するための平面図である。   FIG. 9 is a plan view for explaining the modification 6 according to the embodiment of the present invention.

可動である負極層32は、複数に分割され(例えば、矩形状で4分割)、電気的に接触している負極集電体38の表面に、互いに離間して間欠的に配置することも可能である。この場合は、負極層32A〜32Dの内側に隙間Sが存在し、当該隙間に向かって移動(膨張)することができるため、外側への移動量を抑制することが可能である。なお、負極層32の分割数および分割形状、隙間Sの幅は、適宜設定することが可能である。   The movable negative electrode layer 32 is divided into a plurality of parts (for example, rectangular and divided into four parts), and can be intermittently disposed on the surface of the negative electrode current collector 38 that is in electrical contact with each other. It is. In this case, since the gap S exists inside the negative electrode layers 32A to 32D and can move (expand) toward the gap, the amount of movement to the outside can be suppressed. The number and shape of the negative electrode layer 32 and the width of the gap S can be set as appropriate.

図10は、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の性能評価結果を説明するための図表である。   FIG. 10 is a chart for explaining the performance evaluation results of the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention.

初期充放電を実行した後における放電容量維持率およびゆがみに関し、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の性能評価を実施した。   The performance evaluation of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment was performed with respect to the discharge capacity retention rate and distortion after the initial charge / discharge.

初期充放電においては、(1)一定電流(0.1C)で4.2Vまで充電後、4.2Vで保持するトータル12時間の充電、(2)開放状態で30分の放電休止、(3)一定電流(0.1C)で2.5Vまで放電(カットオフ)、(4)開放状態で30分の放電休止を、順次実施した。   In the initial charge / discharge, (1) charging to 4.2 V at a constant current (0.1 C) and charging at 4.2 V for a total of 12 hours, (2) 30 minutes of discharge pause in an open state, (3 ) Discharge (cut-off) to 2.5 V at a constant current (0.1 C), and (4) 30 minutes of discharge rest in the open state.

ゆがみは、外観観察で評価した。   The distortion was evaluated by appearance observation.

放電容量維持率は、50回および100回のサイクル試験後における初期の放電容量に対する容量変化の比率で評価した。サイクル試験の1サイクルにおいては、(1)一定電流(0.5C)で4.2Vまで充電後、4.2Vで保持するトータル4時間の充電、(2)開放状態で30分の放電休止、(3)一定電流(0.5C)で2.5Vまで放電(カットオフ)、(4)開放状態で30分の放電休止を、順次実施した。   The discharge capacity maintenance rate was evaluated by the ratio of the capacity change to the initial discharge capacity after 50 and 100 cycle tests. In one cycle of the cycle test, (1) charging to 4.2 V at a constant current (0.5 C), charging for a total of 4 hours held at 4.2 V, (2) 30-minute discharge pause in the open state, (3) Discharge (cutoff) to 2.5 V at a constant current (0.5 C), (4) Discharge pause for 30 minutes in the open state was sequentially performed.

次に、性能評価に適用された実施例1〜6および比較例の構成を説明する。   Next, configurations of Examples 1 to 6 and a comparative example applied to performance evaluation will be described.

(実施例1)
実施例1に係る電子伝導性層は、図3に示される電子伝導性層のように、負極層にのみ配置されており、以下、実施例1の作成方法を順次説明する。
Example 1
The electron conductive layer according to Example 1 is disposed only on the negative electrode layer as in the case of the electron conductive layer shown in FIG. 3, and the production method of Example 1 will be sequentially described below.

<負極スラリーの調製>
粒子径2μmの酸化ケイ素およびバインダとなるポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を含む溶液を用意した。次いでNMP(N−メチル−2−ピロリドン)をスラリー粘度調製溶媒として用い、酸化ケイ素、およびポリアミック酸を含む溶液を加え、負極スラリーを調製した。混合比は、質量比で酸化ケイ素:ポリアミック酸=85:15であった。
<Preparation of negative electrode slurry>
A solution containing a silicon oxide having a particle diameter of 2 μm and a polyamic acid that is a precursor of polyimide serving as a binder was prepared. Next, using NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a slurry viscosity adjusting solvent, a solution containing silicon oxide and polyamic acid was added to prepare a negative electrode slurry. The mixing ratio was silicon oxide: polyamic acid = 85: 15 by mass ratio.

<負極層の作製>
調製された負極スラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔上にドクターブレードを使用して塗布した。負極スラリーとアルミニウム箔との積層体を、80℃で10分間で保持してNMPを蒸発させた後、120℃で5時間真空乾燥した。そして、120℃の条件下で、厚さ20μmの微多孔性ポリエチレン膜(電子伝導性層)に転写し、負極層を得た。なお、微多孔性ポリエチレン膜は、空孔率が32%であり、平均粒径0.1μmのケッチェンブラック(導電剤)を含有していた。
<Preparation of negative electrode layer>
The prepared negative electrode slurry was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a doctor blade. The laminate of the negative electrode slurry and the aluminum foil was held at 80 ° C. for 10 minutes to evaporate NMP, and then vacuum dried at 120 ° C. for 5 hours. And it transferred to a 20-micrometer-thick microporous polyethylene film | membrane (electron conductive layer) on 120 degreeC conditions, and obtained the negative electrode layer. The microporous polyethylene film had a porosity of 32% and contained ketjen black (conductive agent) having an average particle size of 0.1 μm.

<負極シートの作製>
作成された負極層を、20mm×100mmになるように切り出し、これを、2枚用意した。また、厚さ20μmの圧延銅箔(集電体)を、60mm×115mmに切り出した。
<Preparation of negative electrode sheet>
The produced negative electrode layer was cut out so that it might become 20 mm x 100 mm, and two this was prepared. Further, a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm was cut out to 60 mm × 115 mm.

両面負極シートは、圧延銅箔の両面に、負極層を短軸側が5mmずつ、長軸側はタブ部とは反対側の端から10mmになるように配置して、作製した。また。圧延銅箔と負極層とは、タブ溶接部側の負極層部分のコーナー部を、ポリイミドフィルム(例えば、カプトン(登録商標))によって圧延銅箔に固定した。片面負極シートは、圧延銅箔の両面に負極層を短軸側が5mmずつ、長軸側は端からそれぞれ5mm、10mmになるように配置して、作製した。圧延銅箔における10mm側は、タブ用溶接部分である。なお、タブは、負極リード(負極端子プレート)に対応する。   The double-sided negative electrode sheet was prepared by arranging the negative electrode layer on both sides of the rolled copper foil so that the negative axis side was 5 mm on the short axis side and the long axis side was 10 mm from the end opposite to the tab part. Also. The rolled copper foil and the negative electrode layer were fixed to the rolled copper foil with a polyimide film (for example, Kapton (registered trademark)) at the corner of the negative electrode layer portion on the tab welded portion side. The single-sided negative electrode sheet was prepared by arranging negative electrode layers on both sides of the rolled copper foil so that the minor axis side was 5 mm each, and the major axis side was 5 mm and 10 mm respectively from the end. The 10 mm side in the rolled copper foil is a tab welded portion. The tab corresponds to the negative electrode lead (negative electrode terminal plate).

<正極シートの作製>
正極活物質としてニッケル酸リチウムと導電助剤としてアセチレンブラックとバインダとなるPVdFを用意した。次いでNMPを溶媒として用い、ニッケル酸リチウム、アセチレンブラック、PVdFを加え、正極スラリーを調製した。混合比は、質量比でニッケル酸リチウム:アセチレンブラック:PVdF=90:5:5であった。
<Preparation of positive electrode sheet>
Lithium nickelate as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive auxiliary agent, and PVdF serving as a binder were prepared. Next, using NMP as a solvent, lithium nickelate, acetylene black, and PVdF were added to prepare a positive electrode slurry. The mixing ratio was lithium nickelate: acetylene black: PVdF = 90: 5: 5 by mass ratio.

調製した正極スラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)上に塗布した。得られた正極スラリーとアルミニウム箔との積層体を、80℃で乾燥した後で、室温(25℃)で、プレスを実行し、空孔率が35%になるように調整した。そして、100℃で5時間真空乾燥し、幅49mm、塗布部長さ99mm、未塗布部分が10mmになるように切り出し、未塗布部をタブ用溶接部分とした正極シートを得た。タブは、正極リード(正極端子プレート)に対応する。   The prepared positive electrode slurry was applied onto an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm. The resulting positive electrode slurry and aluminum foil laminate was dried at 80 ° C. and then pressed at room temperature (25 ° C.) to adjust the porosity to 35%. And it vacuum-dried at 100 degreeC for 5 hours, it cut out so that a width | variety 49mm, an application part length 99mm, and an uncoated part might be 10 mm, and the positive electrode sheet which used the uncoated part as the welding part for tabs was obtained. The tab corresponds to the positive electrode lead (positive electrode terminal plate).

<電解液の調製>
ECおよびDECを50:50の体積比で混合し、電解液の可塑剤(有機溶媒)とした。次いで、この可塑剤に、リチウム塩であるLiPFを、1Mの濃度になるように添加して、電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
EC and DEC were mixed at a volume ratio of 50:50 to obtain a plasticizer (organic solvent) for the electrolytic solution. Next, LiPF 6 that is a lithium salt was added to the plasticizer so as to have a concentration of 1 M to prepare an electrolytic solution.

<セパレータの作製>
ポリプロピレンシートを、62mm×102mmに切り出し、セパレータとした。ポリプロピレンシートは、厚さ25μmかつ空孔率30%である。
<Preparation of separator>
A polypropylene sheet was cut into 62 mm × 102 mm and used as a separator. The polypropylene sheet has a thickness of 25 μm and a porosity of 30%.

<評価用二次電池の組立て>
負極シートおよび正極シートに、ニッケル箔およびアルミニウム箔をそれぞれ溶接し、リード(端子プレート)に対応するタブを形成した。ニッケル箔およびアルミニウム箔は、変性ポリプロピレンからなる樹脂が先付けされており、厚さ300μm、幅60mmかつ長さ50mmである。
<Assembly of secondary battery for evaluation>
Nickel foil and aluminum foil were welded to the negative electrode sheet and the positive electrode sheet, respectively, to form tabs corresponding to the leads (terminal plates). The nickel foil and the aluminum foil are preliminarily provided with a resin made of modified polypropylene, and have a thickness of 300 μm, a width of 60 mm, and a length of 50 mm.

正極シート、ポリプロピレンセパレータ、負極シート、ポリプロピレンセパレータ、正極シートを、この順で積層した。なお、負極シートのタブと正極シートのタブとが、反対側に位置するように、負極シートおよび正極シートを位置決めしている。その後、アルミニウムラミネートフィルム(外装ケース)中に配置し、調整した電解液を注液して、タブの先付けの樹脂部位置で真空シールすることで、評価用二次電池を完成させた。   A positive electrode sheet, a polypropylene separator, a negative electrode sheet, a polypropylene separator, and a positive electrode sheet were laminated in this order. In addition, the negative electrode sheet and the positive electrode sheet are positioned so that the tab of the negative electrode sheet and the tab of the positive electrode sheet are located on the opposite side. Then, the secondary battery for evaluation was completed by arrange | positioning in an aluminum laminate film (exterior case), injecting the adjusted electrolyte solution, and vacuum-sealing in the resin part position of the tip of a tab.

(実施例2)
実施例2は、変形例2に概して対応しており、電子伝導性層として、空孔率70%かつ厚さ100μmの発泡銅箔(図5参照)が適用され、負極層の作製の際の真空乾燥条件が、350℃で5時間である点で、実施例1と異なっている。
(Example 2)
Example 2 generally corresponds to Modification 2, and a foamed copper foil (see FIG. 5) having a porosity of 70% and a thickness of 100 μm is applied as the electron conductive layer, and the negative electrode layer is produced. The vacuum drying condition is different from Example 1 in that it is 350 hours at 5 hours.

(実施例3)
実施例3は、変形例3に概して対応しており、電子伝導性層として、発泡銅箔の代わりに、エキスパンドメタル(図6参照)を使用した点で、実施例2と異なっている。
(Example 3)
Example 3 generally corresponds to Modification 3, and differs from Example 2 in that expanded metal (see FIG. 6) is used instead of the foamed copper foil as the electron conductive layer.

(実施例4)
実施例4は、電子伝導性層として、発泡銅箔の代わりに、厚さ10μmの圧延銅箔を使用した点で、実施例2と異なっている。
Example 4
Example 4 differs from Example 2 in that a rolled copper foil having a thickness of 10 μm was used as the electron conductive layer instead of the foamed copper foil.

(実施例5)
実施例5は、変形例6(図9参照)に概して対応しており、可動である負極層は、4分割されており、以下に示すように負極シートの作製に関し、実施例1と異なっている。
(Example 5)
Example 5 generally corresponds to modification 6 (see FIG. 9), and the negative electrode layer that is movable is divided into four parts, and the production of the negative electrode sheet is different from that of Example 1 as shown below. Yes.

<負極シートの作製>
実施例3と同様に作製した負極層を、24.5mm×49mmになるように切り出し、これを、8枚用意した。また、実施例1と同様に、厚さ20μmの圧延銅箔(集電体)を、60mm×115mmに切り出した。
<Preparation of negative electrode sheet>
A negative electrode layer produced in the same manner as in Example 3 was cut out to be 24.5 mm × 49 mm, and 8 sheets thereof were prepared. Further, in the same manner as in Example 1, a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm was cut into 60 mm × 115 mm.

両面負極シートは、圧延銅箔の両面(裏および表)に、負極層をそれぞれ4枚ずつ配置して、作製した。この際、各面において、4枚の分割負極層を短軸側が5mmずつ、長軸側はタブ溶接部とは反対側の端から5mmになるように配置した。また、分割電極層の4つのコーナー部のうち、圧延銅箔の4つのコーナー部に近い1つのコーナー部のみを、ポリイミドフィルムで固定した。   The double-sided negative electrode sheet was prepared by arranging four negative electrode layers on each side (back and front) of the rolled copper foil. At this time, on each surface, the four divided negative electrode layers were arranged so that the minor axis side was 5 mm at a time, and the major axis side was 5 mm from the end opposite to the tab weld. Moreover, among the four corner portions of the divided electrode layer, only one corner portion close to the four corner portions of the rolled copper foil was fixed with a polyimide film.

(実施例6)
実施例6は、変形例4に概して対応しており、エキスパンドメタル(電子伝導性層)と圧延銅箔(集電体)との間に、金属リチウム含有層36(図7参照)をさらに有する点で、実施例3と異なっている。金属リチウム含有層は、圧延銅箔に、厚さ5μm、幅50mmかつ長さ100mmになるようにリチウムを蒸着することにより、形成した。
(Example 6)
Example 6 generally corresponds to Modification 4, and further includes a metallic lithium-containing layer 36 (see FIG. 7) between the expanded metal (electron conductive layer) and the rolled copper foil (current collector). This is different from the third embodiment. The metallic lithium-containing layer was formed by evaporating lithium on a rolled copper foil so as to have a thickness of 5 μm, a width of 50 mm, and a length of 100 mm.

(比較例)
比較例は、電子伝導性層を有しておらず、以下に示すように負極層の作製および負極シートの作製に関し、実施例1と異なっている。
(Comparative example)
The comparative example does not have an electron conductive layer, and is different from Example 1 regarding the production of the negative electrode layer and the production of the negative electrode sheet as shown below.

<負極層の作製>
実施例1と同様に作製した負極スラリーを、実施例1と同様に作製した厚さ20μmの圧延銅箔(集電体)上に、ドクターブレードを使用して塗布した。負極スラリーと圧延銅箔との積層体を、80℃で10分間で保持してNMPを蒸発させた。その後、裏面にも同様に負極スラリーを塗布した後、350℃で5時間真空乾燥し、負極層を得た。
<Preparation of negative electrode layer>
The negative electrode slurry produced in the same manner as in Example 1 was applied on a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm produced in the same manner as in Example 1 using a doctor blade. The laminate of the negative electrode slurry and the rolled copper foil was held at 80 ° C. for 10 minutes to evaporate NMP. Then, after apply | coating the negative electrode slurry similarly to the back surface, it vacuum-dried at 350 degreeC for 5 hours, and obtained the negative electrode layer.

<負極シートの作製>
作成された負極層を、塗布部が幅50mm×長さ100mm、未塗布部が幅50mm×長さ10になるように切り出し、負極シートとした。
<Preparation of negative electrode sheet>
The prepared negative electrode layer was cut out so that the applied portion had a width of 50 mm × length of 100 mm, and the uncoated portion had a width of 50 mm × length of 10 to obtain a negative electrode sheet.

次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の性能評価結果を説明する。   Next, the performance evaluation result of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described.

図10に示されるように、実施例1〜6に関し、50サイクル後の放電容量維持率(%)は、63〜75、100サイクル後の放電容量維持率(%)は、55〜71である。一方、比較例に関し、50サイクル後の放電容量維持率(%)は、48、100サイクル後の放電容量維持率(%)は、12である。つまり、実施例1〜6は、比較例と異なり、良好な放電容量維持率を有し、かつ、その差異は、サイクル数の増加に伴って顕著となっている。   As shown in FIG. 10, for Examples 1 to 6, the discharge capacity retention rate (%) after 50 cycles is 63 to 75, and the discharge capacity retention rate (%) after 100 cycles is 55 to 71. . On the other hand, regarding the comparative example, the discharge capacity retention rate (%) after 50 cycles is 48, and the discharge capacity retention rate (%) after 100 cycles is 12. That is, Examples 1-6 differ from a comparative example, have a favorable discharge capacity maintenance factor, and the difference becomes remarkable with the increase in the number of cycles.

また、ゆがみに関し、比較例のみに発生しており、実施例1〜6は、良好な結果を示している。   In addition, distortion occurs only in the comparative example, and Examples 1 to 6 show good results.

以上のように、本実施の形態において、正極層および負極層の少なくとも一方の電極層が、集電体から独立して横方向に可動(接触はしているが、接着していない状態)であるため、リチウムイオンの移動に伴って活物質が膨張収縮し、横方向の引っ張り応力が生じる場合、せん断力が摩擦に勝つことにより、集電体に対して電極層は横方向に移動する(ずれる)。これにより、集電体の変形や破断が抑制されるため、サイクル特性の劣化による電池寿命の低下が避けられる。したがって、良好なサイクル特性を有し、電池寿命を延長し得るリチウムイオン二次電池を、提供することが可能である。   As described above, in the present embodiment, at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer is movable in the lateral direction independently of the current collector (in contact with but not adhered). Therefore, when the active material expands and contracts along with the movement of lithium ions and a lateral tensile stress is generated, the shear force overcomes the friction, so that the electrode layer moves laterally with respect to the current collector ( Shift). As a result, deformation and breakage of the current collector are suppressed, so that a reduction in battery life due to deterioration of cycle characteristics can be avoided. Therefore, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that has good cycle characteristics and can extend the battery life.

活物質の膨張率は、正極層に比較し、負極層が総じて大きいため、負極層のみを横方向に関し可動とする場合、構造を単純化しながらも、集電体の変形や破断を効率的に抑制することが可能である。   Since the expansion rate of the active material is generally larger than that of the positive electrode layer, when only the negative electrode layer is movable in the lateral direction, the current collector is efficiently deformed or broken while simplifying the structure. It is possible to suppress.

電子伝導性層は、集電体側に配置されているため、負極集電体との電気的接触を良好に維持することが可能である。   Since the electron conductive layer is disposed on the current collector side, it is possible to maintain good electrical contact with the negative electrode current collector.

電子伝導性層を金属から構成する場合、良好な電子伝導性を容易に得ることが可能である。一方、電子伝導性層を導電性弾性体から構成する場合、負極活物質の膨張収縮によって引き起こされる亀裂を、容易に抑制することが可能である。   When the electron conductive layer is made of metal, it is possible to easily obtain good electron conductivity. On the other hand, when the electron conductive layer is composed of a conductive elastic body, it is possible to easily suppress cracks caused by expansion and contraction of the negative electrode active material.

負極集電体のサイズは、可動である負極層のサイズより大きく、横方向に移動する負極層がはみでないように、設定されている。したがって、可動である負極層は、横方向に移動しても、対応する負極集電体からはみでることはなく、接触が確実に保たれ、また、破断も防止することが可能である。   The size of the negative electrode current collector is set to be larger than the size of the movable negative electrode layer so that the negative electrode layer moving in the lateral direction is not covered. Therefore, even if the movable negative electrode layer moves in the lateral direction, it does not protrude from the corresponding negative electrode current collector, and the contact can be reliably maintained and breakage can be prevented.

可動である負極層を、複数に分割し、電気的に接触している負極集電体表面に、互いに離間し配置する場合は、負極層の内側に隙間が存在し、当該隙間に向かって移動(膨張)することができるため、外側への移動量を抑制することが可能である。   When the movable negative electrode layer is divided into a plurality of parts and arranged on the surface of the negative electrode current collector that is in electrical contact with each other, the gap exists inside the negative electrode layer and moves toward the gap. Since it can expand (expand), the amount of outward movement can be suppressed.

可動である負極層に含まれる負極活物質は、リチウムと合金化し得る元素を含む合金系材料からなることが好ましい。リチウムと合金化し得る元素を含む合金系材料からなる負極活物質は、合金化しない負極活物質と比べて、膨張率が大きいため、負極層の可動性が向上するためである。   The negative electrode active material contained in the movable negative electrode layer is preferably made of an alloy-based material containing an element that can be alloyed with lithium. This is because a negative electrode active material made of an alloy-based material containing an element that can be alloyed with lithium has a larger expansion coefficient than a non-alloyed negative electrode active material, so that the mobility of the negative electrode layer is improved.

可動である負極層と負極集電体との間に、金属リチウム含有層を配置することも可能である。この場合、非水電解液の注液時において、金属リチウム含有層からのリチウムイオンが、負極層に含有される負極活物質にドープされるので、リチウムイオン二次電池の充放電効率を向上させることが可能である。また、金属リチウムは、ずり応力が小さく、横方向に強い力がかかると、簡単に可動を許すため、負極層の可動性を向上させることが可能である。   It is also possible to arrange a metallic lithium-containing layer between the movable negative electrode layer and the negative electrode current collector. In this case, when the non-aqueous electrolyte is injected, lithium ions from the metal lithium-containing layer are doped into the negative electrode active material contained in the negative electrode layer, thereby improving the charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery. It is possible. In addition, since metallic lithium has a small shear stress and a strong force is applied in the lateral direction, it can easily be moved, so that the mobility of the negative electrode layer can be improved.

また、金属リチウム含有層を配置する場合、負極層の電子伝導性層は、貫通孔を有することが好ましい。非水電解液の注液時において、金属リチウム含有層からのリチウムイオンが、貫通孔を通過するため、負極層に含有される負極活物質に、容易にドープすることが可能であるためである。   Moreover, when arrange | positioning a metal lithium content layer, it is preferable that the electron conductive layer of a negative electrode layer has a through-hole. This is because the lithium ion from the metal lithium-containing layer passes through the through-hole when the non-aqueous electrolyte is injected, and thus the negative electrode active material contained in the negative electrode layer can be easily doped. .

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、変形例1〜5を適宜組み合わせることが可能である。また、双極型二次電池に適用することも可能である。この場合、例えば、集電体材料として、ステンレスや、アルミニウムと銅とを接着させて構成されるクラッド材を、適用する。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, the modifications 1 to 5 can be appropriately combined. It is also possible to apply to a bipolar secondary battery. In this case, for example, a clad material formed by bonding stainless steel or aluminum and copper is used as the current collector material.

10 リチウムイオン二次電池、
12 正極端子プレート、
14 負極端子プレート、
16 外装ケース、
20 電池要素、
22 正極層、
23 活物質層、
24 電子伝導性層、
28 正極集電体、
32,32A 負極層、
33 活物質層、
34,34A 電子伝導性層、
35 貫通孔、
38 負極集電体、
42 電解質層、
44 正極リード、
46 負極リード、
50 組電池、
H 横方向、
L 積層方向、
S 隙間。
10 Lithium ion secondary battery,
12 Positive terminal plate,
14 negative terminal plate,
16 exterior case,
20 battery elements,
22 positive electrode layer,
23 active material layer,
24 electron conductive layer,
28 positive electrode current collector,
32, 32A negative electrode layer,
33 active material layer,
34, 34A electron conductive layer,
35 through holes,
38 negative electrode current collector,
42 electrolyte layer,
44 positive lead,
46 Negative lead,
50 battery packs,
H lateral direction,
L stacking direction,
S Clearance.

Claims (10)

正極集電体と、
前記正極集電体に電気的に接触し、リチウムを挿入および脱離可能な活物質を含有する正極層と、
非水電解液と、
リチウムを挿入および脱離可能な活物質を含有する負極層と、
前記負極層に電気的に接触している負極集電体と、
が順次積層されており、
積層方向に対して直交する横方向に関し、前記正極層は、前記正極集電体に対して可動であり、および/又は、前記負極層は、前記負極集電体に対して可動である
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A positive electrode current collector;
A positive electrode layer containing an active material in electrical contact with the positive electrode current collector and capable of inserting and removing lithium; and
A non-aqueous electrolyte,
A negative electrode layer containing an active material capable of inserting and removing lithium;
A negative electrode current collector in electrical contact with the negative electrode layer;
Are sequentially stacked,
The positive electrode layer is movable with respect to the positive electrode current collector and / or the negative electrode layer is movable with respect to the negative electrode current collector in a lateral direction perpendicular to the stacking direction. A featured lithium ion secondary battery.
可動である前記正極層および/又は前記負極層に、電気的に接触している前記正極集電体および/又は前記負極集電体のサイズは、前記横方向に移動する前記正極層および/又は前記負極層がはみでないように、設定されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The size of the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector in electrical contact with the movable positive electrode layer and / or the negative electrode layer is such that the positive electrode layer moving in the lateral direction and / or The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode layer is set so as not to be covered. 可動である前記正極層および/又は前記負極層は、複数に分割され、電気的に接触している前記正極集電体および/又は前記負極集電体の表面に、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   The movable positive electrode layer and / or the negative electrode layer are divided into a plurality of parts, and are arranged on the surfaces of the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector that are in electrical contact with each other and spaced apart from each other. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein 可動である前記正極層および/又は前記負極層は、
非水電解液側に配置され、前記活物質を含有する活物質層と、
集電体側に配置され、電気的に接触している前記正極集電体および/又は前記負極集電体に対して可動であり、充放電に寄与しない電子伝導性層と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode layer and / or the negative electrode layer, which are movable,
An active material layer disposed on the non-aqueous electrolyte side and containing the active material;
An electron conductive layer that is disposed on the current collector side and is movable with respect to the positive electrode current collector and / or the negative electrode current collector in electrical contact, and does not contribute to charge and discharge;
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記電子伝導性層は、金属から構成されることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the electron conductive layer is made of a metal. 前記電子伝導性層は、導電性弾性体から構成されることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the electron conductive layer is made of a conductive elastic body. 前記負極層のみが、前記横方向に関し可動であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池   7. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein only the negative electrode layer is movable in the lateral direction. 可動である前記負極層に含まれる活物質は、リチウムと合金化し得る元素を含む合金系材料からなることを特徴とする請求項7に記載のリチウムイオン二次電池   The lithium ion secondary battery according to claim 7, wherein the active material contained in the movable negative electrode layer is made of an alloy-based material containing an element that can be alloyed with lithium. 金属リチウムを含有する層をさらに有し、当該層は、可動である前記負極層と前記負極集電体との間に配置されることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。   9. The lithium according to claim 7, further comprising a layer containing metallic lithium, wherein the layer is disposed between the movable negative electrode layer and the negative electrode current collector. Ion secondary battery. 可動である前記負極層は、非水電解液側に配置され、前記活物質を含有する活物質層と、負極集電体側に配置され、前記負極集電体に対して可動であり、充放電に寄与しない電子伝導性層と、を有し、
前記電子伝導性層は、貫通孔を有する
ことを特徴とする請求項9に記載のリチウムイオン二次電池。
The movable negative electrode layer is disposed on the non-aqueous electrolyte side, disposed on the active material layer containing the active material, and on the negative electrode current collector side, is movable with respect to the negative electrode current collector, and is charged and discharged. An electron conductive layer that does not contribute to
The lithium ion secondary battery according to claim 9, wherein the electron conductive layer has a through hole.
JP2009195695A 2009-08-26 2009-08-26 Lithium ion secondary battery Pending JP2011048991A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009195695A JP2011048991A (en) 2009-08-26 2009-08-26 Lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009195695A JP2011048991A (en) 2009-08-26 2009-08-26 Lithium ion secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011048991A true JP2011048991A (en) 2011-03-10

Family

ID=43835133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009195695A Pending JP2011048991A (en) 2009-08-26 2009-08-26 Lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011048991A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013114788A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Jsr株式会社 Method for producing electrode for electricity storage devices
WO2014017968A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Lifesize Ab Sustainable current collectors for lithium batteries
WO2017146357A1 (en) * 2016-02-24 2017-08-31 주식회사 엘지화학 Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery and battery module including same
US11024886B2 (en) 2016-02-24 2021-06-01 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly having plurality of lithium metal sheets or lithium alloy sheets for lithium secondary battery, and lithium secondary battery and battery module including same
JP2021131930A (en) * 2020-02-18 2021-09-09 本田技研工業株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013114788A1 (en) * 2012-02-02 2013-08-08 Jsr株式会社 Method for producing electrode for electricity storage devices
WO2014017968A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Lifesize Ab Sustainable current collectors for lithium batteries
CN104584291A (en) * 2012-07-26 2015-04-29 丽视股份有限公司 Sustainable current collectors for lithium batteries
WO2017146357A1 (en) * 2016-02-24 2017-08-31 주식회사 엘지화학 Electrode assembly for lithium secondary battery, and lithium secondary battery and battery module including same
US11024886B2 (en) 2016-02-24 2021-06-01 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly having plurality of lithium metal sheets or lithium alloy sheets for lithium secondary battery, and lithium secondary battery and battery module including same
JP2021131930A (en) * 2020-02-18 2021-09-09 本田技研工業株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP7078658B2 (en) 2020-02-18 2022-05-31 本田技研工業株式会社 Electrodes for lithium-ion secondary batteries and lithium-ion secondary batteries

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5699559B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
KR101843577B1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
JP4927064B2 (en) Secondary battery
US20130177787A1 (en) Current collector and nonaqueous secondary battery
US20140170451A1 (en) Electrode
WO2018180828A1 (en) Cylindrical battery
JP2009038004A (en) Laminated battery
US20120100413A1 (en) Secondary battery and assembled battery
JP2013012405A (en) Nonaqueous secondary battery
JP2011029075A (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery using the same
JP2011096539A (en) Lithium secondary battery
JPWO2010134258A1 (en) Electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4892893B2 (en) Bipolar battery
JP6936670B2 (en) Separator for lithium-ion batteries
JP6260335B2 (en) Bipolar secondary battery
JP2019207750A (en) Lithium ion battery
US10431846B2 (en) Energy storage device
WO2019098056A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP2011048991A (en) Lithium ion secondary battery
JP2016072015A (en) Flexible battery
WO2013137285A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6048477B2 (en) Method for producing non-aqueous electrolyte battery
JP7430665B2 (en) Secondary battery current collector and its manufacturing method, and secondary battery
WO2019151494A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015207362A (en) Manufacturing method for power storage device