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JP6573312B2 - Current collector for lithium ion secondary battery - Google Patents
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JP6573312B2 - Current collector for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用集電体に関する。   The present invention relates to a current collector for a lithium ion secondary battery.

近年、リチウムイオン二次電池は、携帯電話などの電子機器だけでなく、ハイブリッド自動車や電気自動車にも使用されるようになり、高容量化が進んでいる。それに伴い、電池に貯蔵される化学エネルギー量が増大するため、安全性の確保がより重要になってきている。   In recent years, lithium ion secondary batteries have been used not only for electronic devices such as mobile phones but also for hybrid cars and electric cars, and their capacity has been increasing. As a result, the amount of chemical energy stored in the battery increases, so ensuring safety is becoming more important.

安全性を備えた電池として、双極型リチウムイオン二次電池が提案されている。双極型リチウムイオン二次電池は、一枚の集電体の一方の面に正極、他方の面に負極が形成された双極型電極を用いている。そしてこの双極型電極を、電解質層を含んだセパレータを介して正極と負極とが向かい合うように複数積層した構造となっている。したがって、この双極型二次電池は、集電体と集電体との間の正極、負極およびセパレータ(電解質層)によって一つの電池セル(単電池)が構成されている。   As a battery having safety, a bipolar lithium ion secondary battery has been proposed. A bipolar lithium ion secondary battery uses a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode is formed on the other surface. A plurality of such bipolar electrodes are laminated so that the positive electrode and the negative electrode face each other through a separator including an electrolyte layer. Therefore, in this bipolar secondary battery, one battery cell (single cell) is constituted by the positive electrode, the negative electrode, and the separator (electrolyte layer) between the current collector and the current collector.

このような双極型リチウムイオン二次電池に用いる集電体は、より大きな出力密度を確保するためには、より軽量であって、より導電性に優れた材料からなることが望ましい。そこで、近年、従来の金属箔に代わって導電性材料が添加された高分子材料から構成される集電体が提案されている。   The current collector used in such a bipolar lithium ion secondary battery is preferably made of a material that is lighter and more conductive in order to ensure a higher output density. Therefore, in recent years, a current collector composed of a polymer material to which a conductive material is added instead of a conventional metal foil has been proposed.

しかしながら、集電体に高分子材料を用いると、負極側から集電体内部に電解液中のリチウムイオンを引き込み、トラップしてしまう可能性がある。トラップされたリチウムイオンは集電体の内部から放出されにくいため、結果として電池容量の低下を招くおそれがある。   However, when a polymer material is used for the current collector, lithium ions in the electrolytic solution may be drawn into the current collector from the negative electrode side and trapped. Since the trapped lithium ions are not easily released from the inside of the current collector, the battery capacity may be reduced as a result.

リチウムイオンが高分子材料を用いた集電体内部に侵入することを抑制するために、例えば、特許文献1には、樹脂フィルム上に金属層を設置した、双極型二次電池用集電体が開示されている。   In order to prevent lithium ions from entering the current collector using a polymer material, for example, Patent Document 1 discloses a current collector for a bipolar secondary battery in which a metal layer is provided on a resin film. Is disclosed.

特開2013−026192号公報JP 2013-026192 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、金属層が薄いと欠陥が生じてしまい、リチウムイオンが透過してしまう。ただし内部短絡が生じた場合であっても短絡部位への電流集中を防止して安全性を確保することを考慮すると、金属層を厚くすることは適当ではない。また、リチウムイオンが金属層を透過してしまい、電池容量の低下が生じてしまう場合があることがわかった。   However, in the technique described in Patent Document 1, if the metal layer is thin, defects are generated and lithium ions are transmitted. However, even if an internal short circuit occurs, it is not appropriate to increase the thickness of the metal layer in view of preventing current concentration at the short circuit site and ensuring safety. Further, it has been found that lithium ions may pass through the metal layer, resulting in a decrease in battery capacity.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池において、電池容量の低下を抑制しうる手段を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the means which can suppress the fall of battery capacity in a lithium ion secondary battery.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、導電性を有する樹脂層などの導電層の表面に、めっきによって形成され、結晶粒界がない、または、または、結晶粒界の少なくとも一方の端部が前記リチウムイオンバリア金属層内に存在する、リチウムイオンバリア金属層を設けることにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the surface of a conductive layer such as a resin layer having conductivity is formed by plating, and there is no crystal grain boundary, or at least one end of the crystal grain boundary is in the lithium ion barrier metal layer. It has been found that the above problem can be solved by providing an existing lithium ion barrier metal layer, and the present invention has been completed.

すなわち本発明は、導電層と、前記導電層の表面に配置されるリチウムイオンバリア金属層と、を有し、前記リチウムイオンバリア金属層は、めっきによって形成され、結晶粒界がない、または、結晶粒界の少なくとも一方の端部が前記リチウムイオンバリア金属層内に存在する、リチウムイオン二次電池用集電体である。   That is, the present invention has a conductive layer and a lithium ion barrier metal layer disposed on the surface of the conductive layer, and the lithium ion barrier metal layer is formed by plating and has no crystal grain boundary, or A current collector for a lithium ion secondary battery, wherein at least one end of a crystal grain boundary is present in the lithium ion barrier metal layer.

本発明のリチウムイオン二次電池用集電体は、めっきによって形成され、結晶粒界がない、または、結晶粒界の少なくとも一方の端部がリチウムイオンバリア金属層内に存在する、リチウムイオンバリア金属層を有する。これにより、電解液中のリチウムイオンが結晶粒界を通じて導電層まで到達することを抑制できる。そのため、導電層中にリチウムイオンが取り込まれにくい。その結果、リチウムイオンの導電層への吸蔵に伴う電池容量の低下を抑制することが可能となる。   The current collector for a lithium ion secondary battery of the present invention is formed by plating and has no crystal grain boundary, or at least one end of the crystal grain boundary exists in the lithium ion barrier metal layer. It has a metal layer. Thereby, it can suppress that the lithium ion in electrolyte solution reaches | attains a conductive layer through a crystal grain boundary. Therefore, lithium ions are not easily taken into the conductive layer. As a result, it is possible to suppress a decrease in battery capacity due to occlusion of lithium ions into the conductive layer.

リチウムイオン二次電池の一実施形態である、扁平型(積層型)の双極型でない非水電解質リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that is not a flat type (stacked type) bipolar type, which is an embodiment of a lithium ion secondary battery. リチウムイオン二次電池の他の実施形態である、双極型リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows the basic composition of the bipolar lithium ion secondary battery which is other embodiment of a lithium ion secondary battery. 本実施形態の集電体の断面を模式的に示した概略図である。It is the schematic which showed the cross section of the electrical power collector of this embodiment typically. 本実施形態の集電体の断面を模式的に示した概略図である。It is the schematic which showed the cross section of the electrical power collector of this embodiment typically. 本実施形態の集電体の断面を模式的に示した概略図である。It is the schematic which showed the cross section of the electrical power collector of this embodiment typically. 本実施形態の集電体の断面を模式的に示した概略図である。It is the schematic which showed the cross section of the electrical power collector of this embodiment typically. 実施例および比較例で作製した集電体の断面をSEMで観察した写真である。点線はリチウムイオンバリア金属層の上面、下面および結晶粒界を示す。It is the photograph which observed the cross section of the electrical power collector produced in the Example and the comparative example with SEM. Dotted lines indicate the upper surface, lower surface, and grain boundaries of the lithium ion barrier metal layer.

まず、一実施形態による電極が好適に用いられるリチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   First, a lithium ion secondary battery in which an electrode according to an embodiment is preferably used will be described, but is not limited to the following embodiment. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

本実施形態の対象となるリチウムイオン二次電池は、以下に説明する集電体を用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。   The lithium ion secondary battery that is the subject of the present embodiment is not particularly limited as long as it uses a current collector that will be described below.

例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   For example, when the lithium ion secondary battery is distinguished by form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. Is. By adopting a stacked (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。   Moreover, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. Is.

リチウムイオン二次電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の液体電解質を用いた液体電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用し得るものである。該ポリマー電池は、さらにゲルポリマー電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。   When distinguished by the type of electrolyte layer in the lithium ion secondary battery, a liquid electrolyte type battery using a liquid electrolyte such as a non-aqueous electrolyte in the electrolyte layer, a polymer battery using a polymer electrolyte in the electrolyte layer, etc. It can be applied to any conventionally known electrolyte layer type. The polymer battery is further classified into a gel electrolyte type battery using a gel polymer electrolyte (also simply referred to as a gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as a polymer electrolyte). .

図1は、扁平型(積層型)の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の基本構成を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体である電池外装材29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。正極は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”) that is not a flat (stacked) bipolar type. As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 a of this embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery exterior material 29 that is an exterior body. Have. Here, the power generation element 21 has a configuration in which a positive electrode, an electrolyte layer 17, and a negative electrode are stacked. The positive electrode has a structure in which the positive electrode active material layers 15 are disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 12. The negative electrode has a structure in which the negative electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 11. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. . Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10a shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層15が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。   In addition, although the positive electrode active material layer 15 is arrange | positioned only in the single side | surface in all the outermost layer positive electrode collectors located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. In addition, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed from that in FIG. 1, so that the outermost layer negative electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost layer negative electrode current collector is disposed on one or both surfaces. A negative electrode active material layer may be disposed.

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

図2は、双極型非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「双極型電池」ともいう)10bの基本構成を模式的に表した断面概略図である。図2に示す双極型電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the basic configuration of a bipolar nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “bipolar battery”) 10b. The bipolar battery 10b shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material.

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

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

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

図2に示す双極型電池10bにおいては、通常、各単電池層19の周囲にシール部31が設けられる。このシール部31は、電池内で隣り合う集電体11cどうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かようなシール部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型電池10bが提供されうる。   In the bipolar battery 10 b shown in FIG. 2, a seal portion 31 is usually provided around each single cell layer 19. The purpose of this seal portion 31 is to prevent the adjacent current collectors 11c in the battery from coming into contact with each other and a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the power generation element 21. Provided. By installing such a seal portion 31, long-term reliability and safety can be ensured, and a high-quality bipolar battery 10b can be provided.

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

[集電体]
本実施形態の集電体は、導電層と、前記導電層の表面に配置されるリチウムイオンバリア金属層と、を有する。導電層は、導電性を有し、集電体の一方の面から他方の面へと電子の移動を媒介する機能に寄与する。リチウムイオンバリア金属層は、導電層にリチウムイオンが侵入し吸蔵されてしまうことを防ぐ機能を有する。
[Current collector]
The current collector of this embodiment has a conductive layer and a lithium ion barrier metal layer disposed on the surface of the conductive layer. The conductive layer has conductivity and contributes to the function of mediating the movement of electrons from one surface of the current collector to the other surface. The lithium ion barrier metal layer has a function of preventing lithium ions from entering and occluded into the conductive layer.

(リチウムイオンバリア金属層)
図3(a)は、本発明の集電体の一実施形態を示す断面概略図である。図3(a)に示す集電体1は、導電層2の、好ましくは少なくとも負極活物質層側の表面に、めっきによって形成されたリチウムイオンバリア金属層3を有する。ここで、リチウムイオンバリア金属層3は、結晶粒界がない、または、結晶粒界4の少なくとも一方の端部5がリチウムイオンバリア金属層3内に存在する。すなわち、リチウムイオンバリア金属層3の負極活物質層側の表面(上面)から、導電層2との界面(下面)まで、厚さ方向につながる結晶粒界がない。
(Lithium ion barrier metal layer)
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the current collector of the present invention. A current collector 1 shown in FIG. 3A has a lithium ion barrier metal layer 3 formed by plating on the surface of the conductive layer 2, preferably at least on the negative electrode active material layer side. Here, the lithium ion barrier metal layer 3 has no crystal grain boundary, or at least one end 5 of the crystal grain boundary 4 exists in the lithium ion barrier metal layer 3. That is, there is no crystal grain boundary connected in the thickness direction from the surface (upper surface) of the lithium ion barrier metal layer 3 on the negative electrode active material layer side to the interface (lower surface) with the conductive layer 2.

リチウムイオン二次電池の重量当たりの出力密度向上を目的として、金属箔に代えて高分子材料を含む集電体を用いる技術が知られている。この際、リチウムイオンが高分子材料のフィルム中に侵入してしまうことを抑制するために、高分子材料を含むフィルム上に金属層を設置することができる。   For the purpose of improving the power density per weight of a lithium ion secondary battery, a technique using a current collector containing a polymer material instead of a metal foil is known. At this time, in order to prevent lithium ions from entering the polymer material film, a metal layer can be provided on the film containing the polymer material.

しかしながら、このような集電体を用いたリチウムイオン二次電池の耐久性、特に電極の充放電サイクル耐久性が不十分であることがわかった。そこで、本発明者らがこの問題を詳細に検討したところ、リチウムイオンが金属層中を透過して導電層としての高分子材料を含むフィルムに到達し、高分子材料中に吸蔵されてしまうことが原因のひとつであることを見出した。これによって電解液中のリチウムイオンが減少してしまい、容量の低下につながるものと考えられる。そのため、本発明者らは、金属層中をリチウムイオンが透過する経路を検討した。   However, it has been found that the durability of a lithium ion secondary battery using such a current collector, particularly the charge / discharge cycle durability of the electrode, is insufficient. Therefore, when the present inventors examined this problem in detail, lithium ions permeate through the metal layer, reach the film containing the polymer material as the conductive layer, and are occluded in the polymer material. I found that is one of the causes. As a result, lithium ions in the electrolytic solution are reduced, which is thought to lead to a decrease in capacity. Therefore, the present inventors examined a path through which lithium ions permeate through the metal layer.

蒸着、スパッタなどの方法で得られた金属層は、10〜200nm程度の金属微粒子が堆積した層であるため、金属微粒子間に電解液が侵入する流路ができやすい。そのため、金属微粒子間をリチウムイオンが通過して導電層に侵入してリチウムイオンの吸蔵が起こり、電池の容量の低下が生じやすくなってしまうことがわかった。   Since the metal layer obtained by a method such as vapor deposition or sputtering is a layer in which metal fine particles of about 10 to 200 nm are deposited, it is easy to create a flow path for the electrolyte to enter between the metal fine particles. For this reason, it has been found that lithium ions pass between the metal fine particles and enter the conductive layer, and the lithium ions are occluded, so that the capacity of the battery tends to decrease.

電解めっきなどのめっき法によって形成された金属層は、蒸着、スパッタなどの方法よりも安価に製造することができる。また、導電層上に緻密な結晶粒が成長することで金属層が形成されるため、蒸着、スパッタなどの方法で得られた金属層と比較すると、電解液が透過しにくい。   A metal layer formed by a plating method such as electrolytic plating can be manufactured at a lower cost than methods such as vapor deposition and sputtering. In addition, a dense crystal grain grows on the conductive layer to form a metal layer. Therefore, compared with a metal layer obtained by a method such as vapor deposition or sputtering, the electrolytic solution is less permeable.

しかしながら、本発明者らは、めっき法で作製した金属層を用いた場合であっても、電池のサイクル特性の低下を抑制する効果が十分ではないことを見出した。   However, the present inventors have found that even when a metal layer produced by a plating method is used, the effect of suppressing deterioration of the cycle characteristics of the battery is not sufficient.

めっき法においては、結晶粒が核を起点として厚さ方向に柱状に成長する。めっきによって得られる金属層は、結晶粒の集合体であるが、隣接する結晶粒の相が同じときには、これらの界面を結晶粒界(または、粒界、結晶境界)という。通常のめっき法によって得られた金属層は厚さ方向に結晶粒界ができる。例えば図3(b)のように、集電体1bでは、結晶粒界4がリチウムイオンバリア金属層3の上面から下面まで厚さ方向につながり、結晶粒界4の両方の端部5が表面に出てしまう。この場合、電解液中のリチウムイオンが結晶粒界4を通ってリチウムイオンバリア金属層3を通過し、導電層2に侵入してしまう。これによって、リチウムイオンが導電層2にトラップされてしまう。そのため、電池系全体でみたときのリチウムイオン量が減少してしまうことから電池の容量低下につながる。特に、導電層に高分子材料を用いた場合は、リチウムイオンが侵入することで、充放電の繰り返しによる高分子材料の劣化が大きくなり、電池の耐久性が得られなくなる。   In the plating method, crystal grains grow in a columnar shape in the thickness direction starting from the nucleus. The metal layer obtained by plating is an aggregate of crystal grains. When the phases of adjacent crystal grains are the same, these interfaces are called crystal grain boundaries (or grain boundaries, crystal boundaries). The metal layer obtained by a normal plating method has crystal grain boundaries in the thickness direction. For example, as shown in FIG. 3B, in the current collector 1b, the crystal grain boundaries 4 are connected in the thickness direction from the upper surface to the lower surface of the lithium ion barrier metal layer 3, and both ends 5 of the crystal grain boundaries 4 are on the surface. It will come out. In this case, the lithium ions in the electrolytic solution pass through the crystal grain boundary 4, pass through the lithium ion barrier metal layer 3, and enter the conductive layer 2. As a result, lithium ions are trapped in the conductive layer 2. For this reason, the amount of lithium ions when viewed in the entire battery system is reduced, leading to a reduction in battery capacity. In particular, when a polymer material is used for the conductive layer, lithium ions invade, so that deterioration of the polymer material due to repeated charge / discharge increases, and battery durability cannot be obtained.

これに対して、図3(a)に示す本実施形態の集電体1は、結晶粒界がない、または、結晶粒界の少なくとも一方の端部がリチウムイオンバリア金属層の内部に存在する。このようにすることで、電解液中のリチウムイオンが結晶粒界4を介してリチウムイオンバリア金属層3に侵入しても、結晶粒界4の端部5がリチウムイオンバリア金属層3内に存在することでリチウムイオンの侵入経路が断たれ、容易に導電層2まで到達しない。その結果、電池容量の低下を抑制することができる。   On the other hand, the current collector 1 of this embodiment shown in FIG. 3A has no crystal grain boundary, or at least one end of the crystal grain boundary exists inside the lithium ion barrier metal layer. . In this way, even if lithium ions in the electrolyte enter the lithium ion barrier metal layer 3 through the crystal grain boundaries 4, the end portions 5 of the crystal grain boundaries 4 are in the lithium ion barrier metal layer 3. The presence of the lithium ion breaks the lithium ion intrusion path and does not easily reach the conductive layer 2. As a result, a decrease in battery capacity can be suppressed.

リチウムイオンバリア金属層中の結晶粒界は、集電体の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)観察することで確認することができる。   The crystal grain boundary in the lithium ion barrier metal layer can be confirmed by observing the cross section of the current collector with a scanning electron microscope (SEM).

結晶性試料に電子が入射すると、結晶格子面と入射電子との角度によって侵入深さが変わり、ブラッグ角の前後で大きく変化する(電子チャネリング)。これによって、結晶方位の違いによって、入射電子の侵入深さに差が出る。電子が深く侵入した部分は反射電子量が少なくなり、電子の侵入深さが浅い部分は反射電子量が多くなる。そのため、SEMで測定される反射電子像において、結晶粒の結晶方位の違いによって明暗のコントラストが観察される。そのため、SEM画像から、結晶粒界の位置および形状を確認することができる。   When electrons enter a crystalline sample, the penetration depth changes depending on the angle between the crystal lattice plane and the incident electrons, and changes greatly before and after the Bragg angle (electron channeling). As a result, the penetration depth of incident electrons varies depending on the crystal orientation. The amount of reflected electrons decreases in the portion where the electrons penetrate deeply, and the amount of reflected electrons increases in the portion where the depth of penetration of the electrons is shallow. Therefore, in the reflected electron image measured by SEM, contrast between light and dark is observed due to the difference in crystal orientation of crystal grains. Therefore, the position and shape of the crystal grain boundary can be confirmed from the SEM image.

本明細書中、リチウムイオンバリア金属層中の結晶粒界の有無やその数、端部の位置は、断面をSEM観察した際に、リチウムイオンバリア金属層の厚さd0と同じ幅の領域に観察される結晶粒界の有無やその数、端部の位置を意味する。   In this specification, the presence / absence, the number of crystal grain boundaries in the lithium ion barrier metal layer, and the positions of the end portions are observed in a region having the same width as the thickness d0 of the lithium ion barrier metal layer when the cross section is observed by SEM. It means the presence / absence and number of crystal grain boundaries to be observed, and the positions of the ends.

なお、前記リチウムイオンバリア金属層3は、好ましくは導電層2の少なくとも負極活物質層側の表面に形成される。電解液中のリチウムイオンは主に負極活物質層と導電層2との接合面から導電層2の内部に侵入する。そのため、負極活物質層の側にリチウムイオンバリア金属層3を形成すれば、電解液中のリチウムイオンの侵入を防ぐ効果がより高くなり、電池の容量維持率が向上する。さらに、双極型電極であれば、正極活物質層側、負極活物質層側の両方の表面に形成されていることがより好ましい。双極型ではない電極であれば、負極集電体において、導電層2の両方の表面にリチウムイオンバリア金属層3が形成されていることがより好ましい。ここで、「導電層の表面に配置される」とは、導電層の表面に接して配置される場合、および他の材料を介して配置される場合のいずれをも含む。例えば、後述するように、導電層2とリチウムイオンバリア金属層3との間に下地層を設けると、導電層2とリチウムイオンバリア金属層3との接着性がさらに向上しうる。また、導電層2が樹脂層である場合、導電性を向上させることができる。   The lithium ion barrier metal layer 3 is preferably formed on the surface of the conductive layer 2 at least on the negative electrode active material layer side. Lithium ions in the electrolyte enter into the conductive layer 2 mainly from the joint surface between the negative electrode active material layer and the conductive layer 2. Therefore, if the lithium ion barrier metal layer 3 is formed on the negative electrode active material layer side, the effect of preventing intrusion of lithium ions in the electrolytic solution becomes higher, and the capacity retention rate of the battery is improved. Furthermore, if it is a bipolar type electrode, it is more preferable that it is formed on both surfaces of the positive electrode active material layer side and the negative electrode active material layer side. If the electrode is not a bipolar type, it is more preferable that the lithium ion barrier metal layer 3 is formed on both surfaces of the conductive layer 2 in the negative electrode current collector. Here, “arranged on the surface of the conductive layer” includes both the case where it is disposed in contact with the surface of the conductive layer and the case where it is disposed via another material. For example, as will be described later, when a base layer is provided between the conductive layer 2 and the lithium ion barrier metal layer 3, the adhesion between the conductive layer 2 and the lithium ion barrier metal layer 3 can be further improved. Moreover, when the conductive layer 2 is a resin layer, the conductivity can be improved.

また、図4に示すように、リチウムイオンバリア金属層3は、面内方向にずれている結晶粒界を有することが好ましい。厚さ方向に生成する結晶粒界4a、4bが面内方向にずれていることで、電解液中のリチウムイオンが負極活物質層側の表面からリチウムイオンバリア金属層3に侵入した場合であっても、面内方向のずれを有する部分で結晶粒界が断絶されるため、導電層2に到達しない。   Moreover, as shown in FIG. 4, it is preferable that the lithium ion barrier metal layer 3 has a crystal grain boundary shifted in the in-plane direction. This is a case where the crystal grain boundaries 4a and 4b generated in the thickness direction are shifted in the in-plane direction, so that lithium ions in the electrolyte enter the lithium ion barrier metal layer 3 from the surface on the negative electrode active material layer side. However, the crystal grain boundary is interrupted at the portion having the deviation in the in-plane direction, so that it does not reach the conductive layer 2.

好ましくは、前記リチウムイオンバリア金属層は、図4のように、2層以上の金属層3a、3bから構成され、最表面の金属層3aの結晶粒界4aと、導電層2に接した金属層3bの結晶粒界4bとが、面内方向にずれていることが好ましい。このようにすることで、電池の容量低下をより効果的に抑制することができる。金属層は、例えば、2〜5層、好ましくは2〜3層積層して用いられうる。各金属層を構成する金属は互いに同一であっても異なっていてもよいが、後述するように、同一の金属から構成されることが好ましい。   Preferably, the lithium ion barrier metal layer is composed of two or more metal layers 3 a and 3 b as shown in FIG. 4, and is in contact with the crystal grain boundary 4 a of the outermost metal layer 3 a and the conductive layer 2. It is preferable that the crystal grain boundary 4b of the layer 3b is shifted in the in-plane direction. By doing in this way, the capacity | capacitance fall of a battery can be suppressed more effectively. For example, the metal layer may be used by laminating 2 to 5 layers, preferably 2 to 3 layers. The metals constituting each metal layer may be the same or different from each other, but are preferably composed of the same metal as described later.

図4の形態のリチウムイオンバリア金属層において、リチウムイオンバリア金属層3を構成する結晶粒の大きさの平均は、特に制限されないが、例えば、0.01〜4μmであり、好ましくは0.1〜1μmである。結晶粒の大きさは、リチウムイオンバリア金属層の断面をSEM観察し、結晶粒の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。結晶粒の大きさの平均の値としては、数〜数十視野中に観察される結晶粒の大きさの平均値として算出される値を採用するものとする。   In the lithium ion barrier metal layer in the form of FIG. 4, the average size of crystal grains constituting the lithium ion barrier metal layer 3 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 4 μm, and preferably 0.1. ˜1 μm. The size of the crystal grain means a maximum distance L among distances between arbitrary two points on the contour line of the crystal grain by observing a cross section of the lithium ion barrier metal layer by SEM. As an average value of crystal grain size, a value calculated as an average value of crystal grain size observed in several to several tens of fields is adopted.

本発明の集電体の他の好ましい形態としては、図5のように、リチウムイオンバリア金属層の内部に、両方の端部が含まれる結晶粒界を有する。リチウムイオンバリア金属層3の内部に結晶粒界4の両方の端部5を含むことで、リチウムイオンを遮断する効果が高くなり、電池の容量低下を効果的に抑制することができる。   As another preferred embodiment of the current collector of the present invention, as shown in FIG. 5, the lithium ion barrier metal layer has a crystal grain boundary including both ends. By including both ends 5 of the crystal grain boundary 4 inside the lithium ion barrier metal layer 3, the effect of blocking lithium ions is enhanced, and a reduction in battery capacity can be effectively suppressed.

具体的には、リチウムイオンバリア金属層3の断面において、厚さd0と同等の幅の領域を観察したときに、両方の端部5が含まれる結晶粒界4が少なくとも1つ含まれることが好ましい。   Specifically, in the cross section of the lithium ion barrier metal layer 3, when a region having a width equivalent to the thickness d0 is observed, at least one crystal grain boundary 4 including both end portions 5 is included. preferable.

本発明の集電体の他の好ましい形態としては、図6のように、リチウムイオンバリア金属層の断面において厚さと同等の幅の領域に観察される結晶粒界の数が5以下である。リチウムイオンバリア金属層3の内部に含まれる結晶粒界が少ないほど、リチウムイオンバリア金属層から導電層まで透過するリチウムイオンが少なくなるため、電池の容量低下を効果的に抑制することができる。厚さと同等の幅d0の範囲に観察される結晶粒界の数が3以下であることが好ましく、1以下であることがより好ましく、結晶粒界がみられないことがさらに好ましい。   As another preferred embodiment of the current collector of the present invention, as shown in FIG. 6, the number of crystal grain boundaries observed in a region having a width equivalent to the thickness in the cross section of the lithium ion barrier metal layer is 5 or less. As the crystal grain boundary contained in the lithium ion barrier metal layer 3 is smaller, the lithium ions that permeate from the lithium ion barrier metal layer to the conductive layer are reduced, so that the capacity reduction of the battery can be effectively suppressed. The number of crystal grain boundaries observed in the range of the width d0 equivalent to the thickness is preferably 3 or less, more preferably 1 or less, and still more preferably no crystal grain boundary is observed.

なお、本実施形態の集電体において、リチウムイオンバリア金属層は、図4〜6に示されるリチウムイオンバリア金属層の構造が組み合わされた形態であってもよい。   In the current collector of the present embodiment, the lithium ion barrier metal layer may have a form in which the structures of the lithium ion barrier metal layers shown in FIGS.

前記リチウムイオンバリア金属層は、単一材料から構成されていることが好ましい。リチウムイオンバリア金属層が2層以上の金属層から構成される場合、すべての金属層が、同じ単一の材料から構成されていることが好ましい。リチウムイオンバリア金属層の材料を1種類にすることで、工程を簡素化できる。また、リチウムイオンバリア金属層内で各金属層が剥離してしまうことを防ぎ、強度の高いリチウムイオンバリア金属層を作製することができる。   The lithium ion barrier metal layer is preferably composed of a single material. When the lithium ion barrier metal layer is composed of two or more metal layers, it is preferable that all the metal layers are composed of the same single material. By using a single material for the lithium ion barrier metal layer, the process can be simplified. Moreover, it can prevent that each metal layer peels in a lithium ion barrier metal layer, and can produce a lithium ion barrier metal layer with high intensity | strength.

また、リチウムイオンバリア金属層は、リチウムと合金化しない金属である銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、これらの金属の酸化物、窒化物、およびこれらの金属を主成分とする合金からなる群から選択される少なくとも1種から構成されてなることが好ましい。これらの材料は、リチウムと合金化しないため、負極電位雰囲気でも合金化することなく安定して使用することができる。なかでも、リチウムイオン遮断性を考慮すると、銅が好ましい。なお、上記「主成分」とは、合金の総質量に対する、上記特定の金属成分の総質量の割合が50質量%以上であることを意味する。当該割合は、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上、最も好ましくは95質量%以上である。   In addition, the lithium ion barrier metal layer is mainly composed of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), oxides and nitrides of these metals, and these metals which are not alloyed with lithium. Preferably, it is composed of at least one selected from the group consisting of alloys. Since these materials are not alloyed with lithium, they can be used stably without being alloyed even in a negative electrode potential atmosphere. Among these, copper is preferable in consideration of the lithium ion barrier property. The “main component” means that the ratio of the total mass of the specific metal component to the total mass of the alloy is 50% by mass or more. The proportion is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and most preferably 95% by mass or more.

リチウムイオンバリア金属層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは0.01〜3μmであり、より好ましくは0.1〜1μmである。0.01μm以上であれば、リチウムイオンの遮断性に優れる。また、3μm以下であれば、リチウムイオンバリア金属層中に厚さ方向につながる結晶粒界が生じにくい。また、このような範囲であれば、電池重量を抑えつつも、電池の内部抵抗を十分に低くすることが可能である。さらに、3μm以下であれば、もし内部短絡が生じた場合でも集電体の面方向に沿って短絡部位に電流が集中することを防止できる。なお、リチウムイオンバリア金属層が2層以上の金属層から構成される場合は、合計の厚みが上記範囲であることが好ましい。   Although the thickness of a lithium ion barrier metal layer is not specifically limited, Preferably it is 0.01-3 micrometers, More preferably, it is 0.1-1 micrometer. If it is 0.01 micrometer or more, it is excellent in the interruption | blocking property of lithium ion. Moreover, if it is 3 micrometers or less, the crystal grain boundary connected to the thickness direction will not arise easily in a lithium ion barrier metal layer. Moreover, if it is such a range, it is possible to fully reduce the internal resistance of the battery while suppressing the battery weight. Furthermore, if it is 3 μm or less, even if an internal short circuit occurs, it is possible to prevent current from concentrating on the short circuit region along the surface direction of the current collector. In addition, when a lithium ion barrier metal layer is comprised from 2 or more metal layers, it is preferable that total thickness is the said range.

(導電層)
導電層は、導電性を有する樹脂層、または金属材料などを用いた他の導電層でありうる。以下に導電層の具体的な形態を説明する。
(Conductive layer)
The conductive layer may be a conductive resin layer or another conductive layer using a metal material or the like. A specific form of the conductive layer will be described below.

(導電性を有する樹脂層)
集電体は、電池の軽量化の観点から好ましくは導電性を有する樹脂層を含む。当該導電性を有する樹脂層を構成する材料としては、導電性高分子または導電性を有しない高分子に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。
(Conductive resin layer)
The current collector preferably includes a resin layer having conductivity from the viewpoint of reducing the weight of the battery. Examples of the material constituting the conductive resin layer include a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer or a non-conductive polymer as necessary.

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

導電性を有しない高分子材料の例としては、例えば、ポリエチレン(PE)(高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、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)、ポリアミドイミド(PAI)、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)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定であり、また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。なかでも、使用する電解液に対する耐久性の観点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等の種々のポリオレフィンやそれらの共重合体ならびに混合物が好ましい。また、耐正極電位性の観点から、ポリイミドが好ましく用いられうる。ポリイミドはリチウムイオンを吸蔵しやすく、リチウムイオンに接することでイミド環が開環することによる劣化が生じやすい。したがって高分子材料の劣化に伴う電池容量の低下および電池の耐久性の低下が大きく、発明の効果がより顕著に得られうる。   Examples of the polymer material having no electrical conductivity include, for example, polyethylene (PE) (high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET). ), Polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamide imide (PAI), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVDC), or mixtures thereof. These materials have a very wide potential window, are stable with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and are lightweight, so that the output density of the battery can be increased. Of these, various polyolefins such as polypropylene and polyethylene, copolymers thereof and mixtures thereof are preferable from the viewpoint of durability against the electrolytic solution used. Further, from the viewpoint of positive electrode potential resistance, polyimide can be preferably used. Polyimide is easy to occlude lithium ions, and is liable to deteriorate due to ring opening of an imide ring when in contact with lithium ions. Therefore, the battery capacity and the battery durability are greatly reduced due to deterioration of the polymer material, and the effects of the invention can be obtained more remarkably.

導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、導電性を有する樹脂層内のイオン透過を抑制する観点から、イオンに関して伝導性を有しない材料を用いるのが好ましい。   The conductive filler is selected from materials having conductivity. Preferably, from the viewpoint of suppressing ion permeation in the resin layer having conductivity, it is preferable to use a material that does not have conductivity with respect to ions.

具体的には、カーボン材料、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、白金(Pt)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、ステンレス(SUS)等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはAl、SUS、カーボン材料、Ni、より好ましくはカーボン材料、Niである。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や高分子材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。   Specifically, carbon materials, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), iron (Fe), platinum (Pt), chromium (Cr), tin (Sn), indium ( In), antimony (Sb), titanium (Ti), nickel (Ni), and the like, but are not limited thereto. These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these alloy materials, such as stainless steel (SUS), may be used. From the viewpoint of corrosion resistance, Al, SUS, carbon material, and Ni are preferable, and carbon material and Ni are more preferable. In addition, these conductive fillers may be obtained by coating the metal shown above with a plating or the like around a particulate ceramic material or a polymer material.

上記カーボン材料としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、ハードカーボン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。これらのカーボン材料は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン材料は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン材料は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン材料を導電性フィラーとして用いる場合には、カーボン材料の表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。   Examples of the carbon material include at least selected from the group consisting of acetylene black, carbon black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, hard carbon, and fullerene. One type is mentioned. These carbon materials have a very wide potential window, are stable in a wide range with respect to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and are excellent in conductivity. Also, since the carbon material is very light, the increase in mass is minimized. Further, since carbon materials are often used as conductive aids for electrodes, even if they come into contact with these conductive aids, the contact resistance is very low because of the same material. When carbon materials are used as conductive fillers, it is possible to reduce the compatibility of the electrolyte by applying a hydrophobic treatment to the surface of the carbon material, making it possible for the electrolyte to hardly penetrate into the current collector holes. It is.

なお、負極活物質の充放電電位がLiの析出電位に近い場合には、カーボン材料等の導電性フィラーは、充放電でLiイオンの挿入が起こり膨張するために集電体を痛める(集電体に損傷を与える)危険性がある。そのため、負極に対面する集電体の導電性フィラーはLi化が起こらないNi、Cu、Fe、SUSなどの材料が好ましい。また、カーボン材料等がこれらの材料で表面を被覆された導電性フィラーも好ましく使用できる。   When the charge / discharge potential of the negative electrode active material is close to the deposition potential of Li, the conductive filler such as a carbon material hurts the current collector because Li ions are inserted and expanded by charge / discharge (current collection). There is a risk of injury to the body). Therefore, the conductive filler of the current collector that faces the negative electrode is preferably a material such as Ni, Cu, Fe, or SUS that does not cause Li formation. In addition, a conductive filler whose surface is coated with a carbon material or the like can be preferably used.

導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒子状、粉末状、繊維状、板状、塊状、布状、またはメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒子状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の、形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。   The shape of the conductive filler is not particularly limited, and a known shape such as a particle shape, a powder shape, a fiber shape, a plate shape, a lump shape, a cloth shape, or a mesh shape can be appropriately selected. For example, when it is desired to impart conductivity over a wide range, it is preferable to use a particulate conductive filler. On the other hand, when it is desired to further improve the conductivity in a specific direction, it is preferable to use a conductive filler having a certain direction in the shape, such as a fibrous shape.

導電性フィラーの平均粒子径(一次粒子の平均粒子径)は、特に限定されるものではないが、0.01〜10μm、より好ましくは0.01〜1μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。   The average particle size of the conductive filler (average particle size of primary particles) is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm, more preferably about 0.01 to 1 μm. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the contour line of the conductive filler. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted.

導電性フィラーが繊維状である場合、その平均繊維長は特に制限されるものではないが、0.1〜100μmであることが好ましい。なお、本明細書中において、平均繊維長は、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される繊維の繊維長の平均値として算出される値を採用するものとする。また、導電性フィラーが繊維状である場合の、その平均直径もまた特に制限されるものではないが、0.01〜1μmであることが好ましい。   When the conductive filler is fibrous, the average fiber length is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 μm. In addition, in this specification, average fiber length is the fiber length of the fiber observed in several to several dozen visual fields using observation means, such as a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM). A value calculated as an average value shall be adopted. Moreover, the average diameter in case a conductive filler is fibrous is not specifically limited, However, It is preferable that it is 0.01-1 micrometer.

導電性を有する樹脂層中の高分子材料の含有量は特に制限されないが、導電性を有する樹脂層中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を100質量部として、好ましくは10〜95質量部であり、より好ましくは12〜90質量部である。   The content of the polymer material in the conductive resin layer is not particularly limited, but preferably 10 to 95, with the total amount of the polymer material and the conductive filler in the conductive resin layer being 100 parts by mass. It is a mass part, More preferably, it is 12-90 mass parts.

また、導電性を有する樹脂層中の導電性フィラーの含有量も特に制限はない。しかしながら、導電性フィラーの含有量は、導電性樹脂層中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を100質量部として、好ましくは5〜90質量部であり、より好ましくは10〜88質量部である。かような量の導電性フィラーを高分子材料に添加することにより、集電体の質量増加を抑制しつつ、集電体に十分な導電性を付与することができる。   Further, the content of the conductive filler in the resin layer having conductivity is not particularly limited. However, the content of the conductive filler is preferably 5 to 90 parts by mass, more preferably 10 to 88 parts by mass, with the total amount of the polymer material and the conductive filler in the conductive resin layer being 100 parts by mass. Part. By adding such an amount of the conductive filler to the polymer material, it is possible to impart sufficient conductivity to the current collector while suppressing an increase in the mass of the current collector.

上記導電性を有する樹脂層には、高分子材料および導電性フィラー以外の、他の添加剤を含んでいてもよい。他の添加剤の例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等のカルボン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。他の添加剤の添加量としては、特に制限されないが、高分子材料と導電性フィラーとの合計100質量部に対して、1〜25質量部が好ましい。   The resin layer having conductivity may contain other additives other than the polymer material and the conductive filler. Examples of other additives include carboxylic acid-modified polypropylene such as maleic anhydride-modified polypropylene. Although it does not restrict | limit especially as addition amount of another additive, 1-25 mass parts is preferable with respect to a total of 100 mass parts of a polymeric material and a conductive filler.

導電性を有する樹脂層の厚さは、好ましくは1〜200μm、より好ましくは3〜150μm、さらに好ましくは5〜100μmである。なお、導電性を有する樹脂層は、単層構造であってもよいしあるいはこれらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。   The thickness of the resin layer having conductivity is preferably 1 to 200 μm, more preferably 3 to 150 μm, and still more preferably 5 to 100 μm. Note that the conductive resin layer may have a single layer structure or a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined.

導電性を有する樹脂層の製造方法は、特に制限されず、例えば、押し出し機等により、高分子材料、および必要に応じて導電性フィラー、添加剤の各成分を溶融混練した後、溶融混練済材料を熱プレス機により圧延する方法が挙げられる。   The method for producing the resin layer having conductivity is not particularly limited. For example, after melt-kneading the polymer material and, if necessary, each component of the conductive filler and additive with an extruder, etc., the melt-kneaded The method of rolling a material with a hot press machine is mentioned.

(他の導電層)
本実施形態の集電体において、導電層の材質は特に制限されず、従来公知の材料を用いてもよい。例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位などの観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。特に、アルミニウムのようにリチウムと合金化しやすい金属を導電層に用いると、リチウムと合金化することで電解液中のリチウムイオンを取り込んでしまい、これによって電池容量が低下しうる。しかしながら本実施形態のリチウムイオンバリア金属層を用いることでリチウムイオンが導電層に取り込まれることを効率的に抑制することができる。
(Other conductive layers)
In the current collector of the present embodiment, the material of the conductive layer is not particularly limited, and a conventionally known material may be used. For example, metal materials, such as aluminum, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential. In particular, when a metal that is easily alloyed with lithium, such as aluminum, is used for the conductive layer, lithium ions in the electrolytic solution are taken in by alloying with lithium, which may reduce battery capacity. However, by using the lithium ion barrier metal layer of the present embodiment, lithium ions can be efficiently suppressed from being taken into the conductive layer.

金属材料を用いた導電層の厚さは特に制限されないが、通常1〜500μm程度であり、好ましくは2〜100μmである。   The thickness of the conductive layer using a metal material is not particularly limited, but is usually about 1 to 500 μm, preferably 2 to 100 μm.

また、本実施形態の集電体は、上述の導電性を有する樹脂層およびリチウムイオンバリア金属層以外にも、他の層を有していてもよい。   Further, the current collector of the present embodiment may have other layers in addition to the above-described conductive resin layer and lithium ion barrier metal layer.

(下地層)
導電性を有する樹脂層などの導電層とリチウムイオンバリア金属層との接着性をより高めるために、導電層とリチウムイオンバリア金属層との間に下地層をさらに形成することができる。下地層を形成することによって、導電層が樹脂層である場合、リチウムイオンバリア金属層を構成する金属種が樹脂層にマイグレーションすることを防ぐことができる。また、導電性を有する樹脂層において、導電性をさらに高めることができる。
(Underlayer)
In order to further improve the adhesion between the conductive layer such as a resin layer having conductivity and the lithium ion barrier metal layer, an underlayer can be further formed between the conductive layer and the lithium ion barrier metal layer. By forming the base layer, when the conductive layer is a resin layer, it is possible to prevent the metal species constituting the lithium ion barrier metal layer from migrating to the resin layer. Further, the conductivity can be further increased in the resin layer having conductivity.

下地層を構成する材料としては、リチウムと合金化しない材料であれば特に制限されない。好ましくは、リチウムイオンバリア金属層とは異なる金属材料が用いられ、例えば、銅、ニッケル、コバルト、金、銀、スズ、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウムなどが挙げられる。これらの中でも、一般的にめっき技術が確立していることから、金、銀、銅、ニッケルおよびコバルトからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ニッケルが特に好ましい。   The material constituting the underlayer is not particularly limited as long as it is a material that is not alloyed with lithium. Preferably, a metal material different from the lithium ion barrier metal layer is used, and examples thereof include copper, nickel, cobalt, gold, silver, tin, palladium, platinum, rhodium, and ruthenium. Among these, since plating techniques are generally established, at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel and cobalt is preferable, and nickel is particularly preferable.

下地層の厚さとしては特に制限されないが、例えば、0.01〜1μmであり、好ましくは0.05〜0.2μmである。   Although it does not restrict | limit especially as thickness of a base layer, For example, it is 0.01-1 micrometer, Preferably it is 0.05-0.2 micrometer.

下地層は、無電解めっき法、電解めっき法などのめっき法で、導電性上に形成することができる。   The underlayer can be formed on the conductive layer by a plating method such as an electroless plating method or an electrolytic plating method.

[集電体の製造方法]
本実施形態の集電体の製造方法について特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、結晶粒界がない、または、内部に結晶粒界の少なくとも一方の端部が存在するリチウムイオンバリア金属層を形成するためには、結晶を大粒径化することが好ましい。すなわち、結晶が成長する基点を少なくすることで、めっきによって作製されるリチウムイオンバリア金属層における結晶数を減らすことができる。その結果、粒界の数が減り、上記の構成を有するリチウムイオンバリア金属層が得られうる。リチウムイオンバリア金属層が上述のような特定の構造の結晶粒界を含むものとするための製造方法の一例として、以下のような方法がある。
[Current collector manufacturing method]
There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the electrical power collector of this embodiment, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. For example, in order to form a lithium ion barrier metal layer having no crystal grain boundary or having at least one end of the crystal grain boundary inside, it is preferable to increase the crystal grain size. That is, the number of crystals in the lithium ion barrier metal layer produced by plating can be reduced by reducing the number of base points on which crystals grow. As a result, the number of grain boundaries is reduced, and a lithium ion barrier metal layer having the above configuration can be obtained. As an example of a manufacturing method for making the lithium ion barrier metal layer include a crystal grain boundary having a specific structure as described above, there is the following method.

(面内方向にずれている結晶粒界を有するリチウムイオンバリア金属層)
上記の図4のように、面内方向にずれている結晶粒界を有するリチウムイオンバリア金属層を形成するためには、めっき工程を2段階以上に分けて、2層以上の積層構造を形成する方法が挙げられる。リチウムイオンバリア層を構成する金属層は、例えば、2〜5層でありうる。
(Lithium ion barrier metal layer with grain boundaries shifted in the in-plane direction)
As shown in FIG. 4 above, in order to form a lithium ion barrier metal layer having a grain boundary shifted in the in-plane direction, the plating process is divided into two or more steps to form a laminated structure of two or more layers. The method of doing is mentioned. The metal layer constituting the lithium ion barrier layer may be 2 to 5 layers, for example.

例えば、導電層上に、リチウムイオンバリア金属層を構成する金属を、例えば所望の厚さの1/2の厚さまで、電解めっきを行って金属層(図4の3b)を形成する。その後、試料をめっき液から取り出して、洗浄を行う。その後、再度電解めっきを行って、例えば所望の厚さの1/2の厚さで、最表面の金属層(図4の3a)を形成する。   For example, a metal layer (3b in FIG. 4) is formed on the conductive layer by electroplating the metal constituting the lithium ion barrier metal layer to, for example, half the desired thickness. Thereafter, the sample is taken out from the plating solution and washed. Thereafter, electroplating is performed again to form an outermost metal layer (3a in FIG. 4) having a thickness that is ½ of a desired thickness, for example.

電解めっきでは、通常、起点となる粒から結晶が厚さ方向に成長する。そのため、得られる金属層において、厚さ方向に結晶粒界ができる。電解めっき工程において、途中で電流を止めたとしても、その後電流を流してめっきを再開すると、電流を止める前にできた粒界に沿って結晶が成長してしまい、結果的に、厚さ方向に、金属層の上面から下面までつながった結晶粒界ができる。しかしながら、試料をめっき液から一度取り出すことで、下層の結晶粒界の位置とは異なる位置の起点から結晶が成長するようになり、2つの金属層の間で結晶粒界が断絶される。   In electrolytic plating, crystals usually grow in the thickness direction from the starting grains. Therefore, a crystal grain boundary is formed in the thickness direction in the obtained metal layer. In the electroplating process, even if the current is stopped halfway, if the current is subsequently applied and the plating is restarted, crystals will grow along the grain boundaries created before the current was stopped, resulting in the thickness direction. In addition, a crystal grain boundary connected from the upper surface to the lower surface of the metal layer is formed. However, once the sample is taken out of the plating solution, the crystal grows from a starting point different from the position of the lower grain boundary, and the crystal grain boundary is cut off between the two metal layers.

特に、下層の金属層を形成し、めっき液から取り出して洗浄した後、熱をかけて乾燥することが好ましい。さらに、その後、時間をおくと、より効率的に、結晶粒界が断絶したリチウムイオンバリア金属層を得ることができる。これは、熱をかけることによって金属酸化膜が形成されて表面が安定化され、強度が高められるためと考えられる。   In particular, it is preferable to form a lower metal layer, remove it from the plating solution, wash it, and dry it by applying heat. Furthermore, if time is passed thereafter, a lithium ion barrier metal layer in which crystal grain boundaries are broken can be obtained more efficiently. This is presumably because the metal oxide film is formed by applying heat, the surface is stabilized, and the strength is increased.

めっき法によって金属層を作製する具体的な方法としては、従来公知の知見を適宜採用することができる。   As a specific method for producing a metal layer by a plating method, conventionally known knowledge can be appropriately employed.

一般的には、はじめに、めっき層を形成しようとする導電層について、クリーナー(脱脂)、水洗などの前処理を行う。クリーナー(脱脂)としては、例えば、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウムなどに界面活性剤を加えた洗浄液を用いて洗浄を行う。金属材料の導電層の場合は、その後、酸洗浄を行って表面の酸化膜を除去してもよい。   In general, first, pretreatment such as cleaning (degreasing) and washing is performed on a conductive layer on which a plating layer is to be formed. As the cleaner (degreasing), for example, cleaning is performed using a cleaning liquid obtained by adding a surfactant to sodium hydroxide, sodium silicate, sodium phosphate or the like. In the case of a conductive layer made of a metal material, the surface oxide film may be removed by acid cleaning.

その後、水洗を行って導電層表面の処理液などを除去する。水洗の具体的な形態は特に制限されないが、例えば、25〜45℃の水で1〜5分間水洗する。この水洗の操作を複数回、例えば2〜5回繰り返してもよい。   Thereafter, washing with water is performed to remove the treatment liquid on the surface of the conductive layer. Although the specific form of the water washing is not particularly limited, for example, it is washed with water at 25 to 45 ° C. for 1 to 5 minutes. This washing operation may be repeated a plurality of times, for example, 2 to 5 times.

導電層とリチウムイオンバリア金属層との間に、下地層を形成する場合、下地層は、例えば、無電解めっき、または電解めっきで形成される。   When forming an underlayer between the conductive layer and the lithium ion barrier metal layer, the underlayer is formed by, for example, electroless plating or electrolytic plating.

無電解めっきでは、下地層を構成する金属種の金属イオンおよび還元剤を含むめっき液を導電層に接触させ、金属イオンを還元させる。還元剤としては、特に制限されないが、例えば、ホルムアルデヒド、ホスフィン酸塩、テトラヒドロホウ酸塩、次亜リン酸塩などを用いることができる。   In electroless plating, a plating solution containing metal ions of a metal species constituting a base layer and a reducing agent is brought into contact with a conductive layer to reduce metal ions. Although it does not restrict | limit especially as a reducing agent, For example, formaldehyde, a phosphinate, a tetrahydroborate, a hypophosphite etc. can be used.

特に導電性を有する樹脂層を導電層として用いる場合は、還元剤の酸化反応に対する触媒を用いることで、無電解めっき層を効率的に形成することができる。触媒としては、パラジウム、銀、銅などが挙げられる。例えば、無電解めっきを行う前に、導電層を塩化パラジウム、塩化スズを含むコロイド溶液に浸漬し、樹脂層の表面に触媒を付与する。その後、好ましくは、硫酸溶液(10〜20mL/L、30〜40℃)などのアクセレータ溶液に浸漬し、表面の塩素やスズを溶解させることで触媒であるパラジウムを活性化させる。このような触媒付与および活性化を行った後、無電解めっき液に浸漬して無電解めっきを行うことが好ましい。   In particular, when a conductive resin layer is used as the conductive layer, the electroless plating layer can be efficiently formed by using a catalyst for the oxidation reaction of the reducing agent. Examples of the catalyst include palladium, silver, copper and the like. For example, before performing electroless plating, the conductive layer is immersed in a colloidal solution containing palladium chloride and tin chloride to give a catalyst to the surface of the resin layer. Thereafter, preferably, the catalyst palladium is activated by immersing it in an accelerator solution such as a sulfuric acid solution (10 to 20 mL / L, 30 to 40 ° C.) and dissolving chlorine and tin on the surface. After performing such catalyst application and activation, it is preferable to perform electroless plating by immersing in an electroless plating solution.

リチウムイオンバリア金属層は、好ましくは、電解めっきによって形成される。電解めっきの具体的な形態は特に限定されない。   The lithium ion barrier metal layer is preferably formed by electrolytic plating. The specific form of electroplating is not specifically limited.

めっき液の組成としては、一般的なめっき液を用いることができる。例えば、金属イオンの他、酸成分などを含む水溶液に、従来公知の各種添加剤が添加されてもよい。添加剤としては、塩化物イオン、界面活性剤、含窒素化合物、含窒素化合物、変質防止剤としての有機物系添加剤等が適宜添加される。   As a composition of the plating solution, a general plating solution can be used. For example, conventionally known various additives may be added to an aqueous solution containing an acid component in addition to metal ions. As additives, chloride ions, surfactants, nitrogen-containing compounds, nitrogen-containing compounds, organic additives as alteration inhibitors, and the like are appropriately added.

例えば、電解銅めっきのためのめっき液に用いられる銅イオン減としては、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅、アルカンスルホン酸銅、アルカノールスルホン酸銅、有機酸銅等が使用できる。めっき液中の銅イオン濃度は、特に限定されないが、例えば、10〜80g/Lの濃度である。   For example, copper ion reduction used in the plating solution for electrolytic copper plating includes copper sulfate, copper oxide, copper chloride, copper carbonate, copper pyrophosphate, copper alkane sulfonate, copper alkanol sulfonate, and organic acid copper. Can be used. Although the copper ion concentration in a plating solution is not specifically limited, For example, it is a density | concentration of 10-80 g / L.

酸成分としては、特に制限はなく、メタンスルホン酸等のアルカンスルホン酸、アルカノールスルホン酸等の有機酸、硫酸等の無機酸を1種あるいは2種以上使用することができる。   There is no restriction | limiting in particular as an acid component, Organic acids, such as alkanesulfonic acid, such as methanesulfonic acid, alkanolsulfonic acid, and inorganic acids, such as a sulfuric acid, can be used 1 type or 2 types or more.

塩化物イオンとしては、塩酸、塩化ナトリウム等から供給され、濃度は2〜100[mg/L]程度で使用される。   The chloride ion is supplied from hydrochloric acid, sodium chloride or the like and used at a concentration of about 2 to 100 [mg / L].

界面活性剤としては、特に制限されないが、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール、あるいは、これらの共重合体を用いることができる。これらの濃度は、0.01〜10[g/L]程度で使用される。   The surfactant is not particularly limited, and polyoxyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, or copolymers thereof can be used. These concentrations are used at about 0.01 to 10 [g / L].

含硫黄化合物としては、通常ブライトナーと呼ばれるメッキ促進剤で、3−メルカプトプロパンスルホン酸、及びそのナトリウム塩、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド、およびそのナトリウム塩等が使用される。その濃度は、0.01〜200[mg/L]程度で使用される。   The sulfur-containing compound is a plating accelerator usually called brightener, and 3-mercaptopropanesulfonic acid and its sodium salt, bis (3-sulfopropyl) disulfide, and its sodium salt are used. The concentration is about 0.01 to 200 [mg / L].

含窒素有機化合物(レベラー)としては、フェナジン化合物、サフラニン化合物、ポリアルキレン、チオ尿素誘導体、ポリアクリルアミド等が、0.1〜200[mg/L]の濃度で使用される。変質防止剤としては有機物系添加剤が使用される。   As the nitrogen-containing organic compound (leveler), a phenazine compound, a safranin compound, a polyalkylene, a thiourea derivative, polyacrylamide, or the like is used at a concentration of 0.1 to 200 [mg / L]. An organic additive is used as the alteration preventing agent.

有機物系添加剤としては、アルキン化合物としては、プロパルギルアルコール、N,N−ジメチル−3−アミノプロピン−3−アミノブチン−3−オール等のアルキン化合物、 アビニルスルホン酸ナトリウム、ブテン−3−オール、ブテン−4−オール、1−プロペン−3オール等のアルケン化合物が使用される。   As organic additives, alkyne compounds include propargyl alcohol, alkyne compounds such as N, N-dimethyl-3-aminopropyne-3-aminobutyn-3-ol, sodium avinylsulfonate, buten-3-ol Alkene compounds such as buten-4-ol and 1-propen-3ol are used.

電解めっきの条件も特に制限されない。例えば、めっき液の温度を20〜60℃、pHを1以下の範囲に制御し、電流密度を0.5〜5.0A/dmで、めっき時間を0.5〜6分とすることが好ましい。 Electrolytic plating conditions are not particularly limited. For example, the temperature of the plating solution is controlled to 20 to 60 ° C., the pH is controlled to 1 or less, the current density is 0.5 to 5.0 A / dm 2 , and the plating time is 0.5 to 6 minutes. preferable.

電解めっきによってリチウムイオンバリア金属層を得た後、水洗し、乾燥させることが好ましい。   After obtaining a lithium ion barrier metal layer by electrolytic plating, it is preferable to wash with water and dry.

水洗の具体的な形態は特に制限されないが、例えば、25〜45℃の水で1〜5分間水洗する。この水洗の操作を複数回、例えば2〜5回繰り返してもよい。乾燥は、例えば、50〜200℃で、1〜10分間行うことができる。   Although the specific form of the water washing is not particularly limited, for example, it is washed with water at 25 to 45 ° C. for 1 to 5 minutes. This washing operation may be repeated a plurality of times, for example, 2 to 5 times. Drying can be performed, for example, at 50 to 200 ° C. for 1 to 10 minutes.

(内部に両方の端部を有する結晶粒界を有するリチウムイオンバリア金属層)
上記の図5のように、内部に両方の端部を有する結晶粒界を有するリチウムイオンバリア金属層を形成する方法としては、下地層を設け、その際、上述した触媒付与および触媒活性化の工程を3回以上、繰り返して行うことが好ましい。そして、その後、下地層上に無電解めっきによってリチウムイオンバリア金属層を形成することが好ましい。このようにすることで、導電層の表面に吸着する触媒の密度が増加し、導電層との界面に端部をもつ結晶粒界数が少なくなり、その結果、リチウムイオンバリア金属層の内部に、両方の端面をもつ結晶粒界の割合が多くなるものと考えられる。
(Lithium ion barrier metal layer having grain boundaries with both ends inside)
As shown in FIG. 5 above, as a method of forming a lithium ion barrier metal layer having a crystal grain boundary having both ends inside, an underlayer is provided. At that time, the above-described catalyst application and catalyst activation are performed. It is preferable to repeat the process three times or more. And after that, it is preferable to form a lithium ion barrier metal layer on the underlayer by electroless plating. By doing so, the density of the catalyst adsorbed on the surface of the conductive layer is increased, and the number of grain boundaries having edges at the interface with the conductive layer is reduced. As a result, the lithium ion barrier metal layer has an internal structure. It is considered that the ratio of crystal grain boundaries having both end faces increases.

触媒付与および触媒活性化の工程を3回以上繰り返して行うことを除いては、従来公知のめっき方法を採用することができる。   Conventionally known plating methods can be employed except that the catalyst application and catalyst activation steps are repeated three or more times.

(結晶粒界の数が5以下であるリチウムイオンバリア金属層)
上記の図6のように、リチウムイオンバリア金属層の断面において厚さと同等の幅の領域に観察される結晶粒界の数が5以下、より好ましくは3以下、特に好ましくは1以下である、リチウムイオンバリア金属層を形成するためには、下地層を設け、その際、下地層の厚さを、例えば150〜200nmに制御することが好ましい。このようにすることで、導電層の表面に吸着する触媒の密度が増加し、より緻密な下地層ができるため、リチウムイオンバリア金属層中の結晶粒界の数が少なくなるものと考えられる。
(Lithium ion barrier metal layer having 5 or less grain boundaries)
As shown in FIG. 6 above, the number of grain boundaries observed in a region having a width equivalent to the thickness in the cross section of the lithium ion barrier metal layer is 5 or less, more preferably 3 or less, and particularly preferably 1 or less. In order to form the lithium ion barrier metal layer, it is preferable to provide a base layer and control the thickness of the base layer to, for example, 150 to 200 nm. By doing so, the density of the catalyst adsorbed on the surface of the conductive layer is increased, and a denser underlayer can be formed. Therefore, it is considered that the number of crystal grain boundaries in the lithium ion barrier metal layer is reduced.

下地層の厚さを上記範囲に制御することを除いては、従来公知のめっき方法を採用することができる。   A conventionally known plating method can be employed except that the thickness of the underlayer is controlled within the above range.

[活物質層]
活物質層は、活物質を含む。ここで、活物質は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質には、放電時にイオンを吸蔵し充電時にイオンを放出する組成を有する正極活物質と、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質とがある。本形態の活物質層は、活物質として正極活物質を使用する場合は正極活物質層として機能し、負極活物質を使用する場合は負極活物質層として機能する。本明細書では、正極活物質および負極活物質に共通する事項については、単に「活物質」として説明する。
[Active material layer]
The active material layer includes an active material. Here, the active material occludes / releases ions during charge / discharge to generate electrical energy. The active material includes a positive electrode active material having a composition that occludes ions during discharging and releases ions during charging, and a negative electrode active material having a composition that can release ions during discharging and occlude ions during charging. The active material layer of this embodiment functions as a positive electrode active material layer when a positive electrode active material is used as an active material, and functions as a negative electrode active material layer when a negative electrode active material is used. In this specification, the matters common to the positive electrode active material and the negative electrode active material are simply described as “active materials”.

正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられ、さらに好ましくはLi(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれる。よって、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。 Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2, and lithium-such as those obtained by replacing some of these transition metals with other elements. Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used, and more preferably Li (Ni-Mn-Co) O 2 and a part of these transition metals substituted with other elements (hereinafter, Simply referred to as “NMC composite oxide”). The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) are stacked alternately via an oxygen atomic layer. One Li atom is included. Therefore, the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-type lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられる。好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is substituted with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn and the like. Preferred is Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, and more preferred is Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr. More preferably, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr are used.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. And at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr. Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is dissolved, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above is repeated, and that excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位質量あたりの容量が大きい。また、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.26. It is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, etc. that have been proven in general consumer batteries. Compared with, the capacity per unit mass is large. Moreover, it has the advantage that a compact and high capacity | capacitance battery can be produced by enabling improvement of an energy density, and it is preferable also from a viewpoint of cruising distance. In addition, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in terms of a larger capacity, but there are difficulties in life characteristics. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has life characteristics as excellent as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

一方、好ましい負極活物質としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、またはグラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、炭素材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。これらの負極活物質は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。 On the other hand, preferable negative electrode active materials include metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, SnO 2 , and Li 4/3 Ti 5/3 O. 4 or Li 7 MnN and other complex oxides of lithium and transition metals, Li—Pb alloys, Li—Al alloys, Li, or graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke , Carbon materials such as soft carbon and hard carbon. Moreover, it is preferable that a negative electrode active material contains the element alloyed with lithium. By using an element that forms an alloy with lithium, it is possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a carbon material. These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

上記炭素材料以外の活物質材料(以下、「非炭素系活物質材料」とも称する)を使用する場合、当該非炭素系活物質材料の表面を炭素材料で被覆したものを活物質として用いることが好ましい。かような形態によれば、活物質同士間や活物質と後述の導電助剤との間に導電ネットワークが構築され、膨張・収縮の大きい活物質を使用した場合であっても電極内の導電パスを確保することができる。その結果、充放電を繰り返した場合であっても抵抗の上昇を抑制することが可能となる。さらに好ましくは、電極のエネルギー密度を向上させる観点から、高容量のリチウムと合金化する材料を炭素材料で被覆したものを活物質として用いる。この場合の炭素材料の被覆量は、非炭素系活物質材料(粒子)の粒子径に応じて、活物質同士または活物質と導電助剤との間の電気的接触が良好となる量を使用すればよい。好ましくは、被覆された活物質の全質量に対して、2〜20質量%程度とする。なお、本発明において「被覆」とは、活物質の全面が炭素材料に覆われている形態に加えて、活物質の表面の一部に炭素材料が存在(付着)している形態をも含むものとする。   When an active material other than the carbon material (hereinafter also referred to as “non-carbon active material”) is used, a material obtained by coating the surface of the non-carbon active material with a carbon material may be used as the active material. preferable. According to such a configuration, a conductive network is established between the active materials or between the active material and the conductive auxiliary agent described later, and even when an active material having a large expansion / contraction is used, the conductivity in the electrode A pass can be secured. As a result, it is possible to suppress an increase in resistance even when charging and discharging are repeated. More preferably, from the viewpoint of improving the energy density of the electrode, a material that is alloyed with high-capacity lithium and coated with a carbon material is used as the active material. In this case, the coating amount of the carbon material is such that the electrical contact between the active materials or between the active material and the conductive additive is good depending on the particle size of the non-carbon active material (particle). do it. Preferably, it is about 2 to 20% by mass with respect to the total mass of the coated active material. In the present invention, the term “coating” includes not only the form in which the entire surface of the active material is covered with the carbon material but also the form in which the carbon material is present (attached) on a part of the surface of the active material. Shall be.

上記活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、電池の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   The average particle size of the active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, and more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoints of high battery capacity, reactivity, and cycle durability. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. In addition, when the active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited. However, it goes without saying that, depending on the production method, the active material may not be a secondary particle formed by aggregation, lump or the like. As the particle diameter of the active material and the particle diameter of the primary particles, the median diameter obtained using a laser diffraction method can be used. In addition, the shape of the active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powder shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Rather, any shape can be used without problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.

本形態の活物質層は、必要に応じて、導電助剤、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。ただし、活物質層中、活物質として機能しうる材料の含有量は、85〜99.5質量%であることが好ましい。   The active material layer of this embodiment contains other additives such as a conductive additive, a binder, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing ion conductivity as necessary. In addition. However, the content of a material that can function as an active material in the active material layer is preferably 85 to 99.5% by mass.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における導電ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。ここで、導電助剤の含有量は、活物質層の導電性を所望の程度にまで向上できれば特に制限されないが、活物質層全量(固形分換算)に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であることが好ましい。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive aid include carbon materials such as carbon black such as ketjen black and acetylene black, and carbon fibers. When the active material layer contains a conductive additive, a conductive network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery. Here, the content of the conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as the conductivity of the active material layer can be improved to a desired level, but is 0.5 to 15% by mass with respect to the total amount of the active material layer (in terms of solid content). And more preferably 1 to 10% by mass.

バインダは、活物質、導電助剤などを相互に結着させ、活物質層の構造や導電ネットワークを保持する機能を有する。バインダとして使用される材料は、特に限定されないが、負極活物質を含む活物質層に使用する場合は、水系バインダを含むことが好ましい。水系バインダは、結着力が高く、また、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。   The binder has a function of holding the structure of the active material layer and the conductive network by binding the active material, the conductive auxiliary agent, and the like. Although the material used as a binder is not specifically limited, When using for the active material layer containing a negative electrode active material, it is preferable that an aqueous binder is included. A water-based binder has high binding power, and it is easy to procure water as a raw material. In addition, water vapor is generated during drying, which greatly reduces capital investment on the production line and reduces environmental impact. There is an advantage that it is possible to reduce the above.

水系バインダとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The water-based binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically includes a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder containing water as a dispersion medium refers to a polymer that includes all expressed as latex or emulsion and is emulsified or suspended in water. For example, a polymer latex that is emulsion-polymerized in a system that self-emulsifies. Kind.

水系バインダとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=2/98〜30/70モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにマンナンガラクタン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダは1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。   Specific examples of water-based binders include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meta ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate, polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate Rate), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer , Polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably 1000 to 3000, and saponification degree is preferably 80. Mol% or more, more preferably 90 mol% or more) and a modified product thereof (saponified product of 1 to 80 mol% of vinyl acetate units of a copolymer of ethylene / vinyl acetate = 2/98 to 30/70 mol ratio) , Polyvi 1 to 50 mol% partially acetalized alcohol, etc.), starch and modified products thereof (oxidized starch, phosphated starch, cationized starch, etc.), cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, And their salts), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (salt), polyethylene glycol, (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate copolymer [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (Meth) acrylate copolymer, alkyl (meth) acrylate (1 to 4 carbon atoms) ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, polyacrylamide Mannich Denatured body, Lumarin condensation resins (urea-formalin resin, melamine-formalin resin, etc.), polyamide polyamines or dialkylamine-epichlorohydrin copolymers, polyethyleneimine, casein, soy protein, synthetic proteins, and water-soluble polymers such as mannangalactan derivatives Is mentioned. These aqueous binders may be used alone or in combination of two or more.

上記水系バインダは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The aqueous binder contains at least one rubber binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the water-based binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。なかでも、バインダとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロース(塩)とを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有質量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:0.1〜10であることが好ましく、0.5〜2であることがより好ましい。   When styrene-butadiene rubber is used as the aqueous binder, it is preferable to use the water-soluble polymer in combination from the viewpoint of improving the coatability. Water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and modified products thereof, starch and modified products thereof, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and salts thereof), polyvinyl Examples include pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Especially, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose (salt) as a binder. The content mass ratio of the styrene-butadiene rubber and the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: 0.1-10, 0 More preferably, it is 5-2.

上記水系バインダの含有量は、バインダの総量に対して、80〜100質量%であることが好ましく、90〜100質量%であることが好ましく、100質量%であることが好ましい。   The content of the aqueous binder is preferably 80 to 100% by mass, preferably 90 to 100% by mass, and preferably 100% by mass with respect to the total amount of the binder.

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

バインダの含有量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層全量(固形分換算)に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The content of the binder is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the total amount of the active material layer (in terms of solid content). More preferably, it is 1-10 mass%.

(電解質層)
本形態の電解質層に使用される電解質は、特に制限はないが、上述の非水電解質二次電池用活物質層のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、またはイオン液体電解質が用いられる。
(Electrolyte layer)
The electrolyte used in the electrolyte layer of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring the ionic conductivity of the active material layer for the nonaqueous electrolyte secondary battery described above, a liquid electrolyte, a gel polymer electrolyte, or an ionic liquid An electrolyte is used.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、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。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte functions as a lithium ion carrier. The liquid electrolyte constituting the electrolytic solution layer 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 include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 A compound that can be added to the active material layer of the electrode can be similarly employed. The liquid electrolyte may further contain additives other than the components described above. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, diphenyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate. 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylene carbonate, vinyl Oxymethyl ethylene carbonate, allyloxymethyl ethylene carbonate, acryloxymethyl ethylene carbonate, methacrylate Oxy methylethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl carbonate, ethynyloxy methylethylene carbonate, propargyloxy ethylene carbonate, methylene carbonate, etc. 1,1-dimethyl-2-methylene-ethylene carbonate. Among these, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are more preferable. These cyclic carbonates may be used alone or in combination of two or more.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. The use of a gel polymer electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost and the ion conductivity between the layers is easily cut off. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene ( PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA), and copolymers thereof.

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

イオン液体電解質は、イオン液体にリチウム塩が溶解したものである。なお、イオン液体とは、をカチオンおよびアニオンのみから構成される塩であり、常温で液体である一連の化合物をいう。   The ionic liquid electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt in an ionic liquid. In addition, an ionic liquid is a salt comprised only from a cation and an anion, and means a series of compounds which are liquid at normal temperature.

イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The cation component constituting the ionic liquid is substituted or unsubstituted imidazolium ion, substituted or unsubstituted pyridinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolium ion, substituted or unsubstituted Pyrazolium ion, substituted or unsubstituted pyrrolinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion, substituted or unsubstituted piperidinium ion, substituted or unsubstituted tria It is preferably at least one selected from the group consisting of dinium ions and substituted or unsubstituted ammonium ions.

イオン液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、(FSO、AlCl 、乳酸イオン、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CFSO)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((CSO)、BF 、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CFSO)、過塩素酸イオン(ClO )、ジシアンアミドイオン((CN))、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、RCOO、HOOCRCOOOOCRCOO、NHCHRCOO(この際、Rは置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、またはアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。 Specific examples of the anion component constituting the ionic liquid include halide ions such as fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion (NO 3 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), Hexafluorophosphate ion (PF 6 ), (FSO 2 ) 2 N , AlCl 3 , lactate ion, acetate ion (CH 3 COO ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO ), methanesulfone Acid ion (CH 3 SO 3 ), trifluoromethanesulfonic acid ion (CF 3 SO 3 ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N ), bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide ion ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 N ), BF 3 C 2 F 5 , Tris (trifluoromethanesulfonyl) carbonic acid ion ((CF 3 SO 2 ) 3 C ), perchlorate ion (ClO 4 ), dicyanamide ion ((CN) 2 N ), organic sulfate ion, organic sulfone acid ion, R 1 COO -, HOOCR 1 COO -, - OOCR 1 COO -, NH 2 CHR 1 COO - ( Here, R 1 is a substituent, an aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, An aromatic hydrocarbon group, an ether group, an ester group, or an acyl group, and the substituent may include a fluorine atom).

好ましいイオン液体の例としては、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−メチル−N−プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられる。これらのイオン液体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Examples of preferred ionic liquids include 1-methyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide and N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. As for these ionic liquids, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

イオン液体電解質に用いられるリチウム塩は、上述の液体電解質に使用されるリチウム塩と同様である。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。   The lithium salt used for the ionic liquid electrolyte is the same as the lithium salt used for the liquid electrolyte described above. In addition, it is preferable that the density | concentration of the said lithium salt is 0.1-2.0M, and it is more preferable that it is 0.8-1.2M.

また、イオン液体に以下のような添加剤を加えてもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性およびサイクル特性がより向上しうる。添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。添加剤を使用する場合の使用量は、イオン液体に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。   Moreover, you may add the following additives to an ionic liquid. By including an additive, charge / discharge characteristics and cycle characteristics at a high rate can be further improved. Specific examples of the additive include, for example, vinylene carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyllactone, γ-valerolactone, methyl diglyme, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, methoxymethyl ethyl carbonate, Examples thereof include fluorinated ethylene carbonate. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of the additive used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the ionic liquid.

また、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。特に電解質として液体電解質、イオン液体電解質を使用する場合には、セパレータを用いることが好ましい。   A separator may be used for the electrolyte layer. The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode. In particular, when a liquid electrolyte or an ionic liquid electrolyte is used as the electrolyte, it is preferable to use a separator.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet separator or a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds the electrolyte.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator for a porous sheet made of a polymer or fiber, for example, a microporous (microporous film) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. For example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), it is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Is desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。   As the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known ones such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

上記したようにして製造される本発明の集電体は、リチウムイオン二次電池に好適に用いられる。リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン二次電池であってもよい。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The current collector of the present invention produced as described above is suitably used for a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is not limited to a stacked flat shape, and may be a wound lithium ion secondary battery. The wound lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. There is no particular limitation. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

上記リチウムイオン二次電池において、電極以外の主要な構成部材(活物質層、電解質層、集電板、リード、外装材等)については、従来公知の知見が適宜採用される。また、上記のリチウムイオン二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。   In the lithium ion secondary battery, conventionally known knowledge is appropriately adopted for main constituent members other than the electrodes (active material layer, electrolyte layer, current collector plate, lead, exterior material, etc.). Moreover, said lithium ion secondary battery can be manufactured with a conventionally well-known manufacturing method.

上記電極を有するリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの高質量エネルギー密度、高質量出力密度等が求められる車両駆動用電源や補助電源として好適に用いることができる。   The lithium ion secondary battery having the above electrode is suitable as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high mass energy density, a high mass output density, etc., such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle. Can be used.

本発明のリチウムイオン二次電池用集電体について、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明が以下の実施例のみに限定されるわけではない。なお、特記しない限り、以下の操作は、室温(25℃)で行った。   The current collector for a lithium ion secondary battery of the present invention will be described in more detail using the following examples, but the present invention is not limited to only the following examples. Unless otherwise specified, the following operations were performed at room temperature (25 ° C.).

<比較例1>
[導電性を有する樹脂層]
はじめに、樹脂層であるポリイミド箔を準備した。具体的には、高分子材料であるポリイミド100質量%に対して、導電性フィラーであるカーボン粒子(粒子径10nm)15質量%を分散させた、厚さ25μmのフィルム状の樹脂層を準備した。具体的には、ポリアミック酸を含むポリイミドを溶媒であるN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させ、これにカーボン粒子を分散させて溶融キャスト法によりフィルムを作製し、導電性を有する樹脂層を得た。
<Comparative Example 1>
[Conductive resin layer]
First, a polyimide foil as a resin layer was prepared. Specifically, a film-like resin layer having a thickness of 25 μm was prepared by dispersing 15% by mass of carbon particles (particle diameter: 10 nm) as a conductive filler with respect to 100% by mass of polyimide as a polymer material. . Specifically, a polyimide containing polyamic acid is dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent, carbon particles are dispersed therein, and a film is produced by a melt casting method to obtain a conductive resin layer. It was.

[無電解Niめっき工程]
上記で準備した樹脂層の片方の表面に、下地層として、無電解Niめっき層を0.1μm析出させた。無電解Niめっき工程は、クリーナー、水洗、Pd触媒付与、水洗、Pd触媒活性化、水洗、無電解Niめっき析出(0.1μm)、水洗、乾燥工程の順に行った。各工程の手順は以下の通りである。
[Electroless Ni plating process]
On one surface of the resin layer prepared above, 0.1 μm of an electroless Ni plating layer was deposited as a base layer. The electroless Ni plating step was performed in the order of cleaner, water washing, Pd catalyst application, water washing, Pd catalyst activation, water washing, electroless Ni plating deposition (0.1 μm), water washing, and drying step. The procedure of each process is as follows.

(クリーナー)
アルカリ水溶液を用いて、50℃で2分間洗浄し、試料の表面を清浄化した。
(cleaner)
The surface of the sample was cleaned by washing with an alkaline aqueous solution at 50 ° C. for 2 minutes.

(水洗)
25℃の水で1分間水洗した。
(Washing)
Washed with water at 25 ° C. for 1 minute.

(Pd触媒付与)
試料をPd触媒付与剤に50℃で1分間浸漬し、表面にPd触媒を付与した。
(Pd catalyst provided)
The sample was immersed in a Pd catalyst imparting agent at 50 ° C. for 1 minute to impart a Pd catalyst to the surface.

(水洗)
水洗は上記と同様の手順で行った。
(Washing)
Washing with water was performed in the same procedure as above.

(Pd触媒活性化)
Pd触媒が付与された試料を、活性化剤に40℃で2分間浸漬し、Pdイオンを金属化した(活性化処理)。
(Pd catalyst activation)
The sample provided with the Pd catalyst was immersed in an activating agent at 40 ° C. for 2 minutes to metallize Pd ions (activation treatment).

(水洗)
水洗は上記と同様の手順で行った。
(Washing)
Washing with water was performed in the same procedure as above.

(無電解Niめっき析出)
めっき液として次亜リン酸水溶液を用いた。
(Electroless Ni plating deposition)
A hypophosphorous acid aqueous solution was used as a plating solution.

上記のめっき液に、40℃の液温で、5分間試料を浸漬し、厚さ0.1μmの無電解Niめっき層を析出させた。   The sample was immersed in the plating solution at a temperature of 40 ° C. for 5 minutes to deposit an electroless Ni plating layer having a thickness of 0.1 μm.

(水洗)
水洗は上記と同様の手順で行った。
(Washing)
Washing with water was performed in the same procedure as above.

(乾燥)
試料を180℃で5分間乾燥させた。
(Dry)
The sample was dried at 180 ° C. for 5 minutes.

[電解Cuめっき工程]
次に、この無電解Niめっき層上に、リチウムイオンバリア金属層として、電解Cuめっき層を0.5μm析出させ、集電体を完成させた。電解Cuめっき工程は、脱脂、水洗、硫酸洗、硫酸銅めっき析出(0.5μm)、水洗、乾燥の工程からなる。
[Electrolytic Cu plating process]
Next, 0.5 μm of an electrolytic Cu plating layer was deposited as a lithium ion barrier metal layer on the electroless Ni plating layer to complete a current collector. The electrolytic Cu plating step includes degreasing, water washing, sulfuric acid washing, copper sulfate plating precipitation (0.5 μm), water washing and drying.

各工程の手順は以下の通りである。   The procedure of each process is as follows.

(水洗)
水洗の工程は上記と同様である。
(Washing)
The washing process is the same as above.

(硫酸洗)
試料を0.5mol/Lの硫酸を用いて25℃で0.5分間洗浄した。
(Washing with sulfuric acid)
The sample was washed with 0.5 mol / L sulfuric acid at 25 ° C. for 0.5 minutes.

(硫酸銅めっき析出)
めっき液の組成は以下の通りである。
(Copper sulfate plating deposition)
The composition of the plating solution is as follows.

硫酸銅(0.2mol/L)、
硫酸(2mol/L)、
上記めっき液を用いて、電流密度1A/dm、温度25℃にて3分間電解銅めっきを行い、無電解Niめっき層の表面に、厚さ0.5μmの電解Cuめっき層を析出させた。
Copper sulfate (0.2 mol / L),
Sulfuric acid (2 mol / L),
Using the above plating solution, electrolytic copper plating was performed at a current density of 1 A / dm 2 and a temperature of 25 ° C. for 3 minutes to deposit an electrolytic Cu plating layer having a thickness of 0.5 μm on the surface of the electroless Ni plating layer. .

(水洗)
水洗の工程は上記と同様である。
(Washing)
The washing process is the same as above.

(乾燥)
乾燥の工程は上記と同様である。
(Dry)
The drying process is the same as described above.

<実施例1>
[導電性を有する樹脂層]
導電性を有する樹脂層は上記比較例1と同様のものを用いた。
<Example 1>
[Conductive resin layer]
The resin layer having conductivity was the same as in Comparative Example 1 above.

[無電解Niめっき工程]
無電解Niめっき工程は上記比較例1と同様の手順で行った。
[Electroless Ni plating process]
The electroless Ni plating step was performed in the same procedure as in Comparative Example 1 above.

[電解Cuめっき工程]
上記で作製した無電解Niめっき層上に、電解Cuめっき層を0.3μmと0.2μmとの2回に分け、計0.5μm析出させ、ポリイミド箔の表面にCu金属層を完成させた。
[Electrolytic Cu plating process]
On the electroless Ni plating layer produced above, the electrolytic Cu plating layer was divided into 0.3 μm and 0.2 μm twice, and a total of 0.5 μm was deposited to complete the Cu metal layer on the surface of the polyimide foil. .

具体的には、電解Cuめっき工程は、脱脂、水洗、硫酸洗、硫酸銅めっき析出0.3μm、水洗、硫酸銅めっき0.2μm、水洗、乾燥の工程を順に行った。   Specifically, in the electrolytic Cu plating step, degreasing, water washing, sulfuric acid washing, copper sulfate plating precipitation 0.3 μm, water washing, copper sulfate plating 0.2 μm, water washing, and drying were sequentially performed.

すなわち、硫酸銅めっき析出0.3μmの工程として、比較例1と同様のめっき液を用い、同条件の電流密度、温度にて電解銅めっきを行い、その後、試料をめっき液から取り出して水洗し、次いで、めっき液に戻して0.2μmの硫酸銅めっき工程として、再度比較例1の電流密度、温度にて電解銅めっきを行った。上記以外の各工程の具体的な操作は上記比較例1と同様である。   That is, as a process of copper sulfate plating precipitation 0.3 μm, using the same plating solution as in Comparative Example 1 and performing electrolytic copper plating at the same current density and temperature, the sample was taken out from the plating solution and washed with water. Then, it returned to the plating solution, and electrolytic copper plating was performed again at the current density and temperature of Comparative Example 1 as a 0.2 μm copper sulfate plating step. The specific operation of each process other than the above is the same as that in Comparative Example 1.

<実施例2>
[導電性を有する樹脂層]
導電性を有する樹脂層は上記比較例1と同様のものを用いた。
<Example 2>
[Conductive resin layer]
The resin layer having conductivity was the same as in Comparative Example 1 above.

[無電解Niめっき工程]
樹脂層の表面に下地層として、無電解Niめっき層を0.1μm析出させた。無電解Niめっき工程は、クリーナー、水洗、Pd触媒付与、水洗、Pd触媒活性化、水洗、Pd触媒付与、水洗、Pd触媒活性化、水洗、Pd触媒付与、水洗、Pd触媒活性化、水洗、無電解Niめっき析出(0.1μm)、水洗、乾燥工程の順に行った。すなわち、Pd触媒付与からPd触媒活性化の工程を3回繰り返して行った。
[Electroless Ni plating process]
An electroless Ni plating layer was deposited as a base layer on the surface of the resin layer by 0.1 μm. The electroless Ni plating process includes: cleaning, water washing, Pd catalyst application, water washing, Pd catalyst activation, water washing, Pd catalyst application, water washing, Pd catalyst activation, water washing, Pd catalyst application, water washing, Pd catalyst activation, water washing, Electroless Ni plating deposition (0.1 μm), washing with water, and drying were performed in this order. That is, the steps of applying the Pd catalyst to activating the Pd catalyst were repeated three times.

各工程の具体的な操作は上記比較例1と同様である。   The specific operation of each process is the same as that of the comparative example 1.

[電解Cuめっき工程]
上記比較例1と同様の手順で行った。
[Electrolytic Cu plating process]
The same procedure as in Comparative Example 1 was performed.

<実施例3>
[導電性を有する樹脂層]
導電性を有する樹脂層は上記比較例1と同様のものを用いた。
<Example 3>
[Conductive resin layer]
The resin layer having conductivity was the same as in Comparative Example 1 above.

[無電解Niめっき工程]
無電解Niめっき工程は、無電解めっき層の厚みを0.1μmから0.15μmに変更したことを除いては、上記比較例1と同様の手順で行った。
[Electroless Ni plating process]
The electroless Ni plating step was performed in the same procedure as in Comparative Example 1 except that the thickness of the electroless plating layer was changed from 0.1 μm to 0.15 μm.

[電解Cuめっき工程]
上記比較例1と同様の手順で行った。
[Electrolytic Cu plating process]
The same procedure as in Comparative Example 1 was performed.

<集電体の断面の観察>
各実施例、比較例で作製した集電体の断面を、SEMで観察した。
<Observation of current collector cross section>
The cross section of the current collector produced in each example and comparative example was observed with SEM.

図7に、(a)比較例1、(b)実施例1、(c)実施例2、(d)実施例3で作製した集電体の断面のSEM写真を示す。   FIG. 7 shows SEM photographs of cross sections of the current collectors produced in (a) Comparative Example 1, (b) Example 1, (c) Example 2, and (d) Example 3.

図7(a)に示すように、比較例1で作製した集電体においては、金属層である電解めっきCu層がポリイミド箔上に積層されており、金属層の内部には、形成時の結晶粒間の結晶粒界が多く存在している。これが金属層の上面から下面につながっている。   As shown to Fig.7 (a), in the electrical power collector produced by the comparative example 1, the electroplating Cu layer which is a metal layer is laminated | stacked on the polyimide foil, The inside of a metal layer is the time of formation. There are many crystal grain boundaries between crystal grains. This is connected from the upper surface to the lower surface of the metal layer.

図7(b)のように、実施例1で作製した集電体では、結晶粒界が2層の金属層の界面でずれていることがわかる。比較例1の電解Cuめっき工程では、1回の硫酸銅めっきで0.5μmの被膜を析出させているのに対して、実施例1では、0.3μmの硫酸銅めっき後、一度水洗を行い、再度0.2μmの硫酸銅めっきを行っている。これによって、実施例1では、2層目のめっき工程で1層目の結晶粒界をひきずらずに、ずれた位置に結晶粒界形成されたものと考えられる。   As shown in FIG. 7B, it can be seen that in the current collector manufactured in Example 1, the crystal grain boundary is shifted at the interface between the two metal layers. In the electrolytic Cu plating process of Comparative Example 1, a 0.5 μm film was deposited by one copper sulfate plating, whereas in Example 1, after washing with 0.3 μm copper sulfate, it was washed once with water. Then, 0.2 μm copper sulfate plating is performed again. Thus, in Example 1, it is considered that the grain boundary was formed at a shifted position without scratching the first grain boundary in the second plating step.

図7(c)のように、実施例2で作製した集電体では、めっき上面からめっき下面へと厚み方向につながった結晶粒界は観察されない。また、リチウムイオンバリア金属層の内部に、両方の端面をもつ結晶粒界の割合が多かった。これは、電解Cuめっき工程において、Pd触媒付与〜Pd触媒活性化工程を3回繰り返したことで、触媒吸着の密度が増し、ポリイミド箔との界面に端部をもつ結晶粒界数が少なくなったものと考えられる。その結果、リチウムイオンバリア金属層の内部に、両方の端面をもつ結晶粒界の割合が多くなったものと考えられる。   As shown in FIG. 7C, in the current collector manufactured in Example 2, the crystal grain boundary connected in the thickness direction from the plating upper surface to the plating lower surface is not observed. Further, the ratio of crystal grain boundaries having both end faces was large in the lithium ion barrier metal layer. This is because, by repeating the Pd catalyst application to Pd catalyst activation process three times in the electrolytic Cu plating process, the density of catalyst adsorption increases and the number of crystal grain boundaries having ends at the interface with the polyimide foil decreases. It is thought that. As a result, it is considered that the ratio of crystal grain boundaries having both end faces increased in the lithium ion barrier metal layer.

図7(d)のように、実施例3で作製した集電体は、リチウムイオンバリア金属層の内部に結晶粒界を含んでいない。これは、比較例1の下地層0.1μmを0.15μmに厚くすることにより、ポリイミド界面に端部をもつ結晶粒界数がさらに抑制され、内部に結晶粒界を含まない金属層を得ることができたためと考えられる。   As shown in FIG. 7D, the current collector manufactured in Example 3 does not include a crystal grain boundary inside the lithium ion barrier metal layer. This is because by increasing the thickness of the base layer 0.1 μm of Comparative Example 1 to 0.15 μm, the number of crystal grain boundaries having ends at the polyimide interface is further suppressed, and a metal layer that does not contain crystal grain boundaries is obtained. It is thought that it was possible.

<電池の作製及び評価>
下記手順で双極型リチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。
<Production and evaluation of battery>
A bipolar lithium ion secondary battery was prepared and evaluated according to the following procedure.

(双極型電極の作製)
負極活物質であるグラファイト(90質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対して、スラリー粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)適量を混合し、負極活物質スラリーを調製した。
(Production of bipolar electrode)
An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent with respect to the solid content of graphite (90% by mass) as the negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) (10% by mass) as the binder Were mixed to prepare a negative electrode active material slurry.

一方、正極活物質であるLiNiO(85質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(5質量%)、およびバインダであるPVdF(10質量%)からなる固形分に対して、スラリー粘度調整溶媒としてNMP適量を混合し、正極活物質スラリーを調製した。 On the other hand, a slurry viscosity adjusting solvent with respect to a solid content of LiNiO 2 (85% by mass) as a positive electrode active material, acetylene black (5% by mass) as a conductive additive, and PVdF (10% by mass) as a binder. A proper amount of NMP was mixed to prepare a positive electrode active material slurry.

上記で調製した負極活物質スラリーを、各実施例および比較例で作製した集電体のCu金属層の表面に塗布し、乾燥させて負極活物質層(厚さ:100μm)を形成した。同様に、上記で調製した正極活物質スラリーを、各実施例および比較例で作製した集電体のもう一方の表面に塗布し、乾燥させて正極活物質層(厚さ:100μm)を形成した。この際、負極活物質層の面積と、正極活物質層の面積とを同じ(40mm×25mm)とし、負極活物質層と正極活物質層との集電体への投影図が一致するように調整して、負極活物質層および正極活物質層を形成した。またシール部分として、各辺幅10mmの余白を集電体の両面に残した状態とした。   The negative electrode active material slurry prepared above was applied to the surface of the Cu metal layer of the current collector prepared in each Example and Comparative Example and dried to form a negative electrode active material layer (thickness: 100 μm). Similarly, the positive electrode active material slurry prepared above was applied to the other surface of the current collector prepared in each Example and Comparative Example and dried to form a positive electrode active material layer (thickness: 100 μm). . At this time, the area of the negative electrode active material layer and the area of the positive electrode active material layer are the same (40 mm × 25 mm), and the projections of the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer on the current collector are matched. It adjusted and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer were formed. Moreover, it was set as the state which left the margin of each side width 10mm as a seal part on both surfaces of the electrical power collector.

(双極型リチウムイオン二次電池の作製)
まず電解液としてプロピレンカーボネート・エチレンカーボネートの等体積混合液にリチウム塩であるLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させたものを準備した。次に、上記で作製した双極型電極のCu金属層側の表面露出部(余白部)に幅10mmのシール材(熱可塑)を配置し、この電極とセパレータ(活物質層を覆う大きさ)を交互に重ね、2層(正極/負極の組み合わせが2組)の積層体とした。
(Production of bipolar lithium-ion secondary battery)
First, an electrolyte solution prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt at a concentration of 1 mol / L in an equal volume mixture of propylene carbonate and ethylene carbonate was prepared. Next, a sealing material (thermoplastic) having a width of 10 mm is disposed on the surface exposed portion (blank portion) on the Cu metal layer side of the bipolar electrode produced above, and this electrode and separator (size that covers the active material layer) Were stacked alternately to form a laminate of two layers (two positive / negative electrode combinations).

得られた積層体に対して積層方向にホットプレス処理(0.2MPa、80℃、5秒間)を施し、シール部を融着させることで隣接する双極型電極間をシールして、準備した電解液を注液し封をして、発電要素を完成させた。さらに得られた発電要素の投影面全体を覆うことができるアルミニウム板の一部が発電要素の投影面外部まで伸びている強電端子を用いて発電要素を挟持し、双極型リチウムイオン二次電池を完成させた。   The obtained laminate was subjected to hot press treatment (0.2 MPa, 80 ° C., 5 seconds) in the laminating direction, and the seal portion was fused to seal between adjacent bipolar electrodes, and the prepared electrolysis Liquid was injected and sealed to complete the power generation element. Furthermore, a bipolar lithium ion secondary battery is obtained by sandwiching the power generation element using a high-power terminal in which a part of the aluminum plate that can cover the entire projection surface of the obtained power generation element extends to the outside of the projection surface of the power generation element. Completed.

(双極型ではない電極の作製)
正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーは、上記の双極型電極の作製と同様の手順で行った。
(Production of electrodes that are not bipolar)
The positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry were subjected to the same procedure as in the production of the bipolar electrode.

作製した負極活物質スラリーを実施例および比較例の負極集電体(導電性を有する樹脂層の両面に各実施例、比較例の手順で無電解Niめっき層および電解Cuめっき層を形成したもの)の両面に塗布し、乾燥させて負極活物質層(厚さ:100μm)を形成した。同様に、作製した正極活物質スラリーを、正極集電体(負極集電体同様のフィルム、但しめっき無し)の両面に塗布し、乾燥させて正極活物質層(厚さ:100μm)を形成した。この際、負極活物質層の面積と、正極活物質層の面積とを同じとし、負極活物質層と正極活物質層との集電体への投影図が一致するように調整して、負極活物質層および正極活物質層を形成した。また各集電体には、長さ50mm、幅10mmのタブを付帯させた。   The prepared negative electrode active material slurry was prepared as negative electrode current collectors of Examples and Comparative Examples (electroless Ni plating layer and electrolytic Cu plating layer formed on both surfaces of a conductive resin layer by the procedures of Examples and Comparative Examples) ) And dried to form a negative electrode active material layer (thickness: 100 μm). Similarly, the prepared positive electrode active material slurry was applied on both sides of a positive electrode current collector (film similar to the negative electrode current collector, but without plating) and dried to form a positive electrode active material layer (thickness: 100 μm). . At this time, the area of the negative electrode active material layer and the area of the positive electrode active material layer are made the same, and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are adjusted so that the projected views on the current collector match, An active material layer and a positive electrode active material layer were formed. Each current collector was provided with a tab having a length of 50 mm and a width of 10 mm.

<双極型ではないリチウムイオン二次電池の作製>
電解液の調製は、上記の双極型リチウムイオン二次電池の作製と同様の手順で行った。次に上記で作製した双極型ではない電極を、負極→セパレータ→正極→セパレータ→負極の順に重ね、2層(正極/負極の組み合わせが2組)の積層体とした。得られた積層体をアルミラミネート袋に入れ、タブが外部に出るように3辺封止した。本構成では負極が2組あるので、これらの負極集電体のタブを合わせて、負極タブとした。次いで、上記で調製した電解液をアルミラミネート袋に注液し封をして、発電要素を完成させた。最後に、負極タブ、正極タブにそれぞれ強電端子を接続し、双極型ではないリチウムイオン二次電池を完成させた。
<Production of non-bipolar lithium ion secondary battery>
The electrolytic solution was prepared by the same procedure as that for the bipolar lithium ion secondary battery. Next, the non-bipolar electrode produced above was stacked in the order of negative electrode → separator → positive electrode → separator → negative electrode to form a laminate of two layers (two combinations of positive electrode / negative electrode). The obtained laminate was put in an aluminum laminate bag and sealed on three sides so that the tabs were exposed to the outside. Since there are two sets of negative electrodes in this configuration, the tabs of these negative electrode current collectors are combined to form a negative electrode tab. Next, the electrolytic solution prepared above was poured into an aluminum laminate bag and sealed to complete the power generation element. Finally, a high voltage terminal was connected to each of the negative electrode tab and the positive electrode tab to complete a non-bipolar lithium ion secondary battery.

<サイクル試験>
各実施例および比較例の集電体を用いて作製した双極型リチウムイオン二次電池および双極型ではないリチウムイオン二次電池を、45℃の雰囲気下、レート1Cの電流で各電池の満充電まで定電流(CC)充電した。その後定電圧(CV)で充電し、合計で3時間充電した。その後定電流放電し、これを1サイクルとして300サイクルの充放電サイクル試験を行った。サイクル後の放電容量維持率(300サイクル後の放電容量/初期放電容量×100[%])を求めた。結果を表1に示す。
<Cycle test>
Bipolar lithium ion secondary batteries and non-bipolar lithium ion secondary batteries produced using the current collectors of the examples and comparative examples were fully charged at a rate of 1 C in an atmosphere of 45 ° C. Until constant current (CC) charging. Thereafter, the battery was charged at a constant voltage (CV) and charged for a total of 3 hours. Thereafter, constant current discharge was performed, and this was regarded as one cycle, and 300 charge / discharge cycle tests were conducted. The discharge capacity retention ratio after the cycle (discharge capacity after 300 cycles / initial discharge capacity × 100 [%]) was determined. The results are shown in Table 1.

上記表1の放電容量維持率の結果より、結晶粒界がない、または金属層の厚さ方向に上面から下面までつながる結晶粒界がない実施例1〜3の集電体を用いた電池は、比較例1の集電体を用いた電池に比べて、容量低下が少なく性能維持できている事が示された。 From the results of the discharge capacity retention rate in Table 1 above, the battery using the current collectors of Examples 1 to 3 having no crystal grain boundaries or no crystal grain boundaries connected from the upper surface to the lower surface in the thickness direction of the metal layer is as follows. Compared to the battery using the current collector of Comparative Example 1, it was shown that the capacity was reduced and the performance could be maintained.

これは、比較例1の集電体では、金属層の内部に結晶粒間の結晶粒界が金属層の上面から下面につながっているため、結晶粒界をリチウムイオンが透過し、ポリイミド箔にトラップされてしまうためと考えられる。この場合、電池全体のリチウムイオン量が減少し、かつポリイミドも劣化をおこすため、電池の容量低下につながるものと考えられる。   This is because in the current collector of Comparative Example 1, the crystal grain boundary between crystal grains is connected to the inside of the metal layer from the upper surface to the lower surface of the metal layer. This is thought to be trapped. In this case, the amount of lithium ions in the entire battery is reduced, and polyimide is also deteriorated, which is considered to lead to a reduction in battery capacity.

一方、実施例1〜3の集電体では、めっき作製時に生成される結晶粒界がめっき層内で断絶している、もしくは結晶粒界自体がないため、リチウムイオンがポリイミド箔まで到達せず、リチウムイオンが消費されていないためであると考えられる。   On the other hand, in the current collectors of Examples 1 to 3, the crystal grain boundaries generated at the time of plating production are broken in the plating layer, or there are no crystal grain boundaries themselves, so lithium ions do not reach the polyimide foil. This is probably because lithium ions are not consumed.

1、1b 集電体、
2 導電層、
3、3a、3b リチウムイオンバリア金属層、
4、4a、4b 結晶粒界、
5 結晶粒界の端部、
10a、10b リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
11a 負極側の最外層集電体、
11b 正極側の最外層集電体、
11c 双極型電極の集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 電池外装材、
31 シール部。
1, 1b current collector,
2 conductive layer,
3, 3a, 3b lithium ion barrier metal layer,
4, 4a, 4b grain boundaries,
5 Edges of grain boundaries,
10a, 10b lithium ion secondary battery,
11 negative electrode current collector,
11a The outermost layer current collector on the negative electrode side,
11b The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11c Bipolar electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 negative current collector,
27 positive current collector,
29 Battery exterior materials,
31 Seal part.

Claims (7)

導電層と、前記導電層の表面に配置されるリチウムイオンバリア金属層と、を有し、
前記リチウムイオンバリア金属層は、めっきによって形成され、結晶粒界がない、または、結晶粒界の少なくとも一方の端部が前記リチウムイオンバリア金属層内に存在し、
前記リチウムイオンバリア金属層の断面において厚さと同等の幅の領域に観察される結晶粒界の数が5以下である、リチウムイオン二次電池用集電体。
A conductive layer, and a lithium ion barrier metal layer disposed on the surface of the conductive layer,
The lithium ion barrier metal layer is formed by plating and has no crystal grain boundary, or at least one end of the crystal grain boundary exists in the lithium ion barrier metal layer ,
A current collector for a lithium ion secondary battery , wherein the number of crystal grain boundaries observed in a region having a width equivalent to the thickness in the cross section of the lithium ion barrier metal layer is 5 or less .
前記リチウムイオンバリア金属層は、面内方向にずれている結晶粒界を有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。   2. The current collector for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium ion barrier metal layer has a grain boundary shifted in an in-plane direction. 前記リチウムイオンバリア金属層は、2層以上の金属層から構成され、最表面の金属層の結晶粒界と、前記導電層に接した金属層の結晶粒界とが面内方向にずれている、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。   The lithium ion barrier metal layer is composed of two or more metal layers, and the crystal grain boundary of the outermost metal layer and the crystal grain boundary of the metal layer in contact with the conductive layer are shifted in the in-plane direction. The current collector for a lithium ion secondary battery according to claim 2. 前記リチウムイオンバリア金属層の内部に両方の端部を有する結晶粒界を有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。   The current collector for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the current collector has a crystal grain boundary having both ends inside the lithium ion barrier metal layer. 前記リチウムイオンバリア金属層は、単一材料から構成される、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。 The said lithium ion barrier metal layer is a collector for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-4 comprised from a single material. 前記リチウムイオンバリア金属層は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、これらの金属の酸化物、窒化物、およびこれらの金属を主成分とする合金からなる群から選択される少なくとも1種から構成されてなる、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用集電体。 The lithium ion barrier metal layer is selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), oxides and nitrides of these metals, and alloys based on these metals. The current collector for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 , comprising at least one kind. 請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用集電体を有するリチウムイオン二次電池であって、
負極活物質層が、前記リチウムイオン二次電池用集電体における前記リチウムイオンバリア金属層の側の面に配置される、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising the current collector for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6 ,
The lithium ion secondary battery by which a negative electrode active material layer is arrange | positioned at the surface by the side of the said lithium ion barrier metal layer in the said collector for lithium ion secondary batteries.
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