JP7657573B2 - Flat non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極合剤の成形体を有する正極の割れを抑制しつつ、内部抵抗を低減し得る扁平形非水電解質電池に関するものである。 The present invention relates to a flat nonaqueous electrolyte battery that can reduce internal resistance while suppressing cracking of a positive electrode having a molded body of a positive electrode mixture.
正極と負極とを有する積層電極体を、正極缶と負極缶とを有する外装体内に収容してなり、正極活物質などを含む正極合剤の成形体(ペレット、正極合剤層など)を有する正極を使用した扁平形非水電解質電池は、現在、一次電池や二次電池の形態で数多く利用されている。 A laminated electrode body having a positive electrode and a negative electrode is housed in an exterior body having a positive electrode can and a negative electrode can, and a positive electrode having a molded body (pellet, positive electrode mixture layer, etc.) of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, etc., is used widely in flat nonaqueous electrolyte batteries today in the form of primary batteries and secondary batteries.
一般に、扁平形非水電解質電池の外装体を構成する正極缶や負極缶は、その内面が正極や負極と接触することで集電体としての役割を担っている。 Generally, the positive and negative electrode cans that make up the exterior of a flat nonaqueous electrolyte battery function as current collectors by making their inner surfaces in contact with the positive and negative electrodes.
ところで、前記のような扁平形非水電解質電池においては、一次電池の場合には放電に伴って負極が収縮していき、二次電池の場合には充放電によって負極が膨張収縮する。このように、電池の放電によって負極が収縮すると、負極缶の内面との接触による電気的接続が不十分となり、電池が本来有している容量を十分に引き出し得なくなることがある。 In the case of flat non-aqueous electrolyte batteries such as those described above, the negative electrode shrinks with discharge in the case of primary batteries, and expands and shrinks with charging and discharging in the case of secondary batteries. When the negative electrode shrinks as the battery is discharged, the electrical connection with the inner surface of the negative electrode can becomes insufficient, and the battery may not be able to fully utilize its inherent capacity.
なお、前記のような電池の放電に伴う負極の収縮による集電の問題の解決を目的としたものではないが、特許文献1には、負極缶と負極との間に、導電性を有するカーボンシートなどを配置する技術が提案されている。放電に伴う負極の収縮の程度によっては、カーボンシートの作用によって、負極と負極缶の内面との電気的接続をある程度保ち得る可能性があるものの、放電に伴う負極の収縮が大きい電池においては、負極と負極缶の内面との電気的接続が不十分となることがあり得るため、改善の余地がある。 Although not intended to solve the current collection problem caused by the shrinkage of the negative electrode accompanying the discharge of the battery as described above, Patent Document 1 proposes a technology in which a conductive carbon sheet or the like is placed between the negative electrode can and the negative electrode. Depending on the degree of shrinkage of the negative electrode accompanying discharge, the action of the carbon sheet may be able to maintain a certain degree of electrical connection between the negative electrode and the inner surface of the negative electrode can. However, in batteries in which the negative electrode shrinks significantly during discharge, the electrical connection between the negative electrode and the inner surface of the negative electrode can may be insufficient, leaving room for improvement.
他方、上記特許文献1にあるように、例えば正極と正極缶との間にばねを縮めた状態で配置し、負極の収縮が生じた場合に前記ばねの復元力によって正極側から負極を負極缶の内面に押し付けることで、負極が収縮しても負極缶の内面との接触を良好にすることも行われている。しかしながら、放電に伴う負極の収縮が大きい電池に使用した場合に、その収縮による負極と負極缶との接触を十分に維持できるようにするために、例えば復元力が大きいばねを使用すると、正極合剤の成形体に割れが生じてしまって電池容量が低下するといった問題もある。 On the other hand, as described in the above Patent Document 1, for example, a spring is placed in a compressed state between the positive electrode and the positive electrode can, and when the negative electrode shrinks, the restoring force of the spring is used to press the negative electrode against the inner surface of the negative electrode can from the positive electrode side, thereby ensuring good contact with the inner surface of the negative electrode can even if the negative electrode shrinks. However, when used in a battery in which the negative electrode shrinks significantly due to discharge, if a spring with a large restoring force is used to maintain sufficient contact between the negative electrode and the negative electrode can due to the shrinkage, there is a problem that cracks occur in the molded body of the positive electrode mixture, reducing the battery capacity.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正極合剤の成形体を有する正極の割れを抑制しつつ、内部抵抗を低減し得る扁平形非水電解質電池を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a flat nonaqueous electrolyte battery that can reduce internal resistance while suppressing cracking of a positive electrode having a molded body of a positive electrode mixture.
本発明の扁平形非水電解質電池は、正極缶と負極缶とを有する外装体内に、正極と負極とを有する積層電極体が収容されてなり、前記正極は、正極活物質を含有する正極合剤の成形体を有し、前記正極の前記正極缶側にカーボンを主成分とする導電層が配置され、前記正極缶と前記カーボンを主成分とする導電層との間に弾性部を有する金属部材が配置されていることを特徴とするものである。 The flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention is characterized in that a laminated electrode body having a positive electrode and a negative electrode is housed in an exterior body having a positive electrode can and a negative electrode can, the positive electrode has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive layer mainly composed of carbon is disposed on the positive electrode can side of the positive electrode, and a metal member having an elastic portion is disposed between the positive electrode can and the conductive layer mainly composed of carbon.
電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本発明の扁平形非水電解質電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。 In the battery industry, flat batteries whose diameter is greater than their height are called coin batteries or button batteries, but there is no clear difference between coin batteries and button batteries, and the flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes both coin batteries and button batteries.
本発明によれば、正極合剤の成形体を有する正極の割れを抑制しつつ、内部抵抗を低減し得る扁平形非水電解質電池を提供することができる。 The present invention provides a flat nonaqueous electrolyte battery that can reduce internal resistance while suppressing cracking of a positive electrode having a molded body of a positive electrode mixture.
図1に、本発明の扁平形非水電解質電池の一例を模式的に表す断面図を示す。図1に示す扁平形非水電解質電池1は、正極缶(外装缶)40と、負極缶(封口缶)50と、これらの間に介在するガスケット60で形成された外装体内に、正極10および負極20を有する積層電極体が封入されている。正極10と負極20との間には、通常、セパレータ30が介在するが、扁平形非水電解質電池1が固体電解質電池の場合には、セパレータに代えて固体電解質層30を正極10と負極20との間に介在させる。
Figure 1 shows a cross-sectional view of a flat nonaqueous electrolyte battery according to the present invention. The flat nonaqueous electrolyte battery 1 shown in Figure 1 has a laminated electrode body having a
負極缶50は、正極缶40の開口部にガスケット60を介して嵌合しており、正極缶40の開口端部が内方に締め付けられ、これによりガスケット60が負極缶50に当接することで、正極缶40の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。扁平形非水電解質電池1においては、正極缶40は正極端子を兼ね、負極缶50は負極端子を兼ねている。なお、図1に示す扁平形非水電解質電池1においては、外装缶が正極缶40で、封口缶が負極缶50であるが、本発明の扁平形非水電解質電池においては、封口缶を正極缶とし、外装缶を負極缶とすることもできる。
The negative electrode can 50 is fitted into the opening of the positive electrode can 40 via a
図1に示す扁平形非水電解質電池1において、正極10は正極活物質などを含む正極合剤の成形体を有している。そして、正極10の正極缶40側にはカーボンを主成分とする導電層70が配置されており、さらに正極缶40とカーボンを主成分とする導電層70との間には、弾性部を有する金属部材80が配置されている。
In the flat nonaqueous electrolyte battery 1 shown in FIG. 1, the
このように、本発明の扁平形非水電解質電池は、正極缶と負極缶とを有する外装体内に、正極活物質を含有する正極合剤の成形体を有する正極と、負極とを備えた積層電極体が収容されている。そして、正極の正極缶側にカーボンを主成分とする導電層が配置され、正極缶とカーボンを主成分とする導電層との間に弾性部を有する金属部材が配置されている。 In this way, the flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention has an exterior body having a positive electrode can and a negative electrode can, and a laminated electrode body including a positive electrode having a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, and a negative electrode. A conductive layer mainly composed of carbon is disposed on the positive electrode can side of the positive electrode, and a metal member having an elastic portion is disposed between the positive electrode can and the conductive layer mainly composed of carbon.
本発明の扁平形非水電解質電池においては、放電によって負極が収縮しても、正極側に配置した弾性部を有する金属部材の作用によって、正極側から負極が負極缶の内面に押し付けられるため、負極と負極缶の内面との電気的接続が良好に保たれ、内部抵抗を低く維持することができる。また、正極と弾性部を有する金属部材との間には、カーボンを主成分とする導電層が配置されており、弾性部を有する金属部材の復元力によって正極に応力がかかっても、弾性変形し得るカーボンを主成分とする導電層がクッションの役割を果たし、正極(正極合剤の成形体)の割れの発生を抑制できる。 In the flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention, even if the negative electrode shrinks due to discharge, the negative electrode is pressed against the inner surface of the negative electrode can from the positive electrode side by the action of the metal member having an elastic part arranged on the positive electrode side, so that the electrical connection between the negative electrode and the inner surface of the negative electrode can is maintained well, and the internal resistance can be kept low. In addition, a conductive layer mainly composed of carbon is arranged between the positive electrode and the metal member having an elastic part, so that even if stress is applied to the positive electrode by the restoring force of the metal member having an elastic part, the conductive layer mainly composed of elastically deformable carbon acts as a cushion, and the occurrence of cracks in the positive electrode (molded body of the positive electrode mixture) can be suppressed.
また、正極と弾性部を有する金属部材とを直接接触させた場合には、これらの間の電気的接続が不十分になりやすいが、これらの間に幅広い仕事関数を有するカーボンを主成分とする導電層を介在させることで、正極と弾性部を有する金属部材との間の電気的接続も良好にすることができる。 In addition, when the positive electrode and the metal member having the elastic portion are in direct contact with each other, the electrical connection between them tends to be insufficient. However, by interposing a conductive layer between them that is mainly composed of carbon and has a wide range of work functions, the electrical connection between the positive electrode and the metal member having the elastic portion can be improved.
本発明の扁平形非水電解質電池においては、前記の各作用によって、正極合剤の成形体の割れを抑制しつつ、内部抵抗を低くすることが可能となる。 In the flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention, the above-mentioned actions make it possible to reduce the internal resistance while suppressing cracking of the positive electrode mixture compact.
本発明の扁平形非水電解質電池には、一次電池と二次電池とが含まれる。また、本発明の扁平形非水電解質電池には、非水電解液などの非水電解質を使用したもの(非水電解質一次電池、非水電解質二次電池)と、正極と負極との間に固体電解質層を介在させた固体電解質電池(固体電解質一次電池、固体電解質二次電池)とが含まれる。 The flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes primary batteries and secondary batteries. The flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention also includes batteries that use a nonaqueous electrolyte such as a nonaqueous electrolyte solution (nonaqueous electrolyte primary batteries, nonaqueous electrolyte secondary batteries) and solid electrolyte batteries that have a solid electrolyte layer between the positive and negative electrodes (solid electrolyte primary batteries, solid electrolyte secondary batteries).
(カーボンを主成分とする導電層)
扁平形非水電解質電池において、正極の正極缶側に配置するカーボンを主成分とする導電層には、例えば、カーボンを主成分として含有し、ほかにバインダなどを含む導電層が適用できる。
(Carbon-based conductive layer)
In a flat nonaqueous electrolyte battery, the conductive layer mainly composed of carbon and arranged on the positive electrode can side of the positive electrode may be, for example, a conductive layer containing carbon as a main component and also containing a binder or the like.
カーボンとバインダとを含む導電層の場合のカーボンとしては、炭素繊維、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの繊維状のカーボンが好ましく、また、バインダとしては、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴムなどが好ましい。 In the case of a conductive layer containing carbon and a binder, the carbon is preferably fibrous carbon such as carbon fiber, carbon nanotube, or vapor-grown carbon fiber, and the binder is preferably styrene butadiene rubber, nitrile rubber, or the like.
カーボンとバインダとを含む導電層においては、カーボンは主成分で、その含有量は、50質量%超(より好ましくは70質量%以上)で、99質量%以下であることが好ましい。また、カーボンとバインダとを含む導電層におけるバインダの含有量は、1質量%以上50質量%未満(より好ましくは30質量%以下)であることが好ましい。 In a conductive layer containing carbon and a binder, carbon is the main component, and the carbon content is preferably more than 50 mass% (more preferably 70 mass% or more) and 99 mass% or less. In addition, the binder content in a conductive layer containing carbon and a binder is preferably 1 mass% or more and less than 50 mass% (more preferably 30 mass% or less).
カーボンとバインダとを含む導電層は、例えば、カーボンおよびバインダを水や有機溶媒に分散(バインダは溶解していてもよい)させて調製した導電層形成用組成物を、正極の表面に塗布し、乾燥することで形成できる。 A conductive layer containing carbon and a binder can be formed, for example, by applying a conductive layer-forming composition prepared by dispersing carbon and a binder in water or an organic solvent (the binder may be dissolved) to the surface of the positive electrode and drying it.
また、カーボンを主成分とする導電層には、各種のカーボンシート、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの、繊維状カーボンで構成された多孔性カーボンシートを好ましく用いることができ、正極の正極缶側にこれらのカーボンシートを配置することで、前記導電層とすることができる(カーボンシートと正極とは接着していなくてもよく、接着していてもよい)。 For the conductive layer mainly composed of carbon, various carbon sheets, for example, porous carbon sheets composed of fibrous carbon such as carbon paper, carbon cloth, and carbon felt, can be preferably used, and these carbon sheets can be arranged on the positive electrode can side of the positive electrode to form the conductive layer (the carbon sheet and the positive electrode do not need to be bonded, but may be bonded).
これらのカーボンシートは、単層構造であってもよく、カーボンペーパー同士、カーボンクロス同士、カーボンフェルト同士が積層された多層構造であってもよく、カーボンペーパー、カーボンクロスおよびカーボンフェルトのうちの2種以上が積層された多層構造であってもよい。 These carbon sheets may have a single layer structure, a multi-layer structure in which carbon papers are laminated together, carbon cloths are laminated together, or carbon felts are laminated together, or a multi-layer structure in which two or more of carbon papers, carbon cloths, and carbon felts are laminated together.
前記多孔性カーボンシートを構成する繊維状カーボンの繊維径は、導電性などを考慮すると、2~30μmであることが好ましい。 The fiber diameter of the fibrous carbon that constitutes the porous carbon sheet is preferably 2 to 30 μm, taking into consideration electrical conductivity, etc.
カーボンを主成分とする導電層の厚みは、弾性部を有する金属部材の作用による正極合剤の成形体の割れの発生を抑制する効果を良好にする観点から、10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。また、カーボンを主成分とする導電層による電池内容積の占有率を小さくし、電極の厚みを可及的に大きくできるようにして、電池容量をより大きくすることを可能とする観点から、カーボンを主成分とする導電層の厚みは、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the conductive layer mainly composed of carbon is preferably 10 μm or more, and more preferably 50 μm or more, from the viewpoint of improving the effect of suppressing the occurrence of cracks in the molded body of the positive electrode mixture due to the action of the metal member having an elastic portion. In addition, from the viewpoint of reducing the occupancy rate of the battery internal volume by the conductive layer mainly composed of carbon and making it possible to increase the thickness of the electrode as much as possible, thereby making it possible to increase the battery capacity, the thickness of the conductive layer mainly composed of carbon is preferably 200 μm or less, and more preferably 100 μm or less.
(弾性部を有する金属部材)
扁平形非水電解質電池において、正極缶とカーボンを主成分とする導電層との間に配置する弾性部を有する金属部材には、導電性を有する金属製のものが使用されるが、ステンレス鋼製のものが好ましい。なお、本発明に係る「弾性部を有する金属部材」においては、その全体が弾性を有していることは要求されず、積層電極体が有する負極を、正極側から負極缶の内面に押し付け得るような弾性を有する部分(すなわち、弾性部)を一部に有していればよい。
(Metal member having elastic portion)
In a flat nonaqueous electrolyte battery, the metal member having an elastic part disposed between the positive electrode can and the conductive layer mainly composed of carbon is made of a conductive metal, preferably stainless steel. Note that the "metal member having an elastic part" according to the present invention is not required to be elastic in its entirety, but it is sufficient that it has a part having an elasticity (i.e., an elastic part) that can press the negative electrode of the laminated electrode body against the inner surface of the negative electrode can from the positive electrode side.
扁平形非水電解質電池に使用する弾性部を有する金属部材の特性としては、復元力が、負極厚みの1/2以上であるものが好ましく、負極厚みと同等以上であるものがさらに好ましい。 The characteristics of the metal member having an elastic portion used in a flat nonaqueous electrolyte battery are such that the restoring force is preferably at least half the thickness of the negative electrode, and more preferably equal to or greater than the thickness of the negative electrode.
弾性部を有する金属部材の具体例としては、板ばね(薄板ばね、皿ばねなど)、ウェーブワッシャー、コイルばねなどのばね類;輪止(止め輪);などが挙げられる。 Specific examples of metal components with elastic parts include springs such as leaf springs (thin leaf springs, disc springs, etc.), wave washers, and coil springs; retaining rings; etc.
(正極)
扁平形非水電解質電池に係る正極は、正極合剤の成形体で構成されており、正極合剤の成形体のみからなるものや、正極合剤の成形体からなる層(正極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。
(Positive electrode)
The positive electrode of the flat nonaqueous electrolyte battery is composed of a molded body of a positive electrode mixture, and examples of the positive electrode of the flat nonaqueous electrolyte battery include a positive electrode composed of only a molded body of a positive electrode mixture and a positive electrode mixture layer formed on a current collector.
扁平形非水電解質電池が一次電池の場合、従来から知られている非水電解質一次電池に用いられている正極活物質と同じものが使用できる。具体的には、例えば、二酸化マンガン、リチウム含有マンガン酸化物〔例えば、LiMn3O6や、二酸化マンガンと同じ結晶構造(β型、γ型、またはβ型とγ型が混在する構造など)を有し、Liの含有量が3.5質量%以下、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である複合酸化物など〕、LiaTi5/3O4(4/3≦a<7/3)などのリチウム含有複合酸化物;バナジウム酸化物;ニオブ酸化物;チタン酸化物;二硫化鉄などの硫化物;フッ化黒鉛;Ag2Sなどの銀硫化物;NiO2などのニッケル酸化物:などが挙げられる。 In the case where the flat non-aqueous electrolyte battery is a primary battery, the same positive electrode active material as that used in the conventionally known non-aqueous electrolyte primary battery can be used.Specific examples of the positive electrode active material include manganese dioxide, lithium-containing manganese oxides (e.g., LiMn 3 O 6 , and composite oxides having the same crystal structure as manganese dioxide (β-type, γ-type, or a structure in which β-type and γ-type are mixed, etc.) and a Li content of 3.5 mass% or less, preferably 2 mass% or less, more preferably 1.5 mass% or less, and particularly preferably 1 mass% or less), lithium-containing composite oxides such as Li a Ti 5/3 O 4 (4/3≦a<7/3); vanadium oxide; niobium oxide; titanium oxide; sulfides such as iron disulfide; graphite fluoride; silver sulfides such as Ag 2 S; nickel oxides such as NiO 2 ; and the like.
また、扁平形非水電解質電池が二次電池の場合には、従来から知られている非水電解質二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、Li(リチウム)イオンを吸蔵・放出可能な活物質と同じものが使用できる。具体的には、Li1-xMrMn2-rO4(ただし、Mは、Li、Na、K、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、In、Nb、Ta、Mo、W、Y、RuおよびRhよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦1)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LirMn(1-s-t)NisMtO(2-u)Fv(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦r≦1.2、0<s<0.5、0≦t≦0.5、u+v<1、-0.1≦u≦0.2、0≦v≦0.1)で表される層状化合物、Li1-xCo1-rMrO2(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、Li1-xNi1-rMrO2(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、Li1+s-xM1-rNrPO4Fs(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5、0≦s≦1)で表されるオリビン型複合酸化物、Li2-xM1-rNrP2O7(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦2、0≦r≦0.5)で表されるピロリン酸化合物などが例示でき、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 In addition, when the flat nonaqueous electrolyte battery is a secondary battery, the same positive electrode active material as that used in conventionally known nonaqueous electrolyte secondary batteries, that is, the same active material capable of absorbing and releasing Li (lithium) ions, can be used. Specifically, a spinel-type lithium manganese composite oxide represented by Li 1-x M r Mn 2-r O 4 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Li, Na, K, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Sn, Sb, In, Nb, Ta, Mo, W, Y, Ru, and Rh, and 0≦x≦1, 0≦r≦1), Li r Mn (1-s-t) Ni s M t O (2-u) F v a layered compound represented by Li 1-x Co 1-r M r O 2 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Co, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr, and W, and 0≦r≦1.2, 0<s<0.5, 0≦t≦0.5, u+v<1, -0.1≦u≦0.2, 0≦v≦0.1); a lithium cobalt composite oxide represented by Li 1-x Ni 1-r M r O 2 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, and Ba, and 0≦ x ≦1 , 0 ≦ r ≦ 0.5); a lithium nickel composite oxide represented by Li 1+s-x M 1-r N r PO 4 F s (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, and Ba, and 0≦x≦1, 0≦r≦0.5); an olivine type composite oxide represented by Li 2-x M 1-r N r P 2 O 7 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Co, and N is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, V, and Ba, and 0≦x≦ 1 , 0≦r≦0.5, 0 ≦ s ≦1 ) ; (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Co, and N is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, V, and Ba, and 0≦x≦2, 0≦r≦0.5), and the like can be exemplified. Among these, only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
扁平形非水電解質電池が固体電解質二次電池の場合には、正極活物質の平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、8μm以下であることがより好ましい。なお、正極活物質は一次粒子でも一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。平均粒子径が前記範囲の正極活物質を使用すると、正極に含まれる固体電解質との界面を多くとれるため、電池の負荷特性がより向上する。 When the flat nonaqueous electrolyte battery is a solid electrolyte secondary battery, the average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 8 μm or less. The positive electrode active material may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of primary particles. When a positive electrode active material with an average particle size in the above range is used, a large interface with the solid electrolyte contained in the positive electrode can be obtained, and the load characteristics of the battery are further improved.
本明細書でいう各種粒子(正極活物質、固体電解質など)の平均粒子径は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「HRA9320」など)を用いて、粒度の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(D50)を意味している。 The average particle diameter of various particles (such as positive electrode active material and solid electrolyte) referred to in this specification means the 50% diameter value ( D50 ) in the volume-based integrated fraction when the integrated volume is calculated from particles with small particle sizes using a particle size distribution measurement device (such as the Microtrack particle size distribution measurement device "HRA9320" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
扁平形非水電解質電池が固体電解質二次電池の場合、正極活物質は、その表面に、正極に含まれる固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層を有していることが好ましい。 When the flat nonaqueous electrolyte battery is a solid electrolyte secondary battery, it is preferable that the positive electrode active material has a reaction suppression layer on its surface to suppress reaction with the solid electrolyte contained in the positive electrode.
正極合剤の成形体内において、正極活物質と固体電解質とが直接接触すると、固体電解質が酸化して抵抗層を形成し、成形体内のイオン伝導性が低下する虞がある。正極活物質の表面に、固体電解質との反応を抑制する反応抑制層を設け、正極活物質と固体電解質との直接の接触を防止することで、固体電解質の酸化による成形体内のイオン伝導性の低下を抑制することができる。 If the positive electrode active material and the solid electrolyte come into direct contact within the positive electrode mixture molded body, the solid electrolyte may oxidize to form a resistive layer, which may reduce the ionic conductivity within the molded body. By providing a reaction suppression layer on the surface of the positive electrode active material that suppresses reaction with the solid electrolyte and preventing direct contact between the positive electrode active material and the solid electrolyte, it is possible to suppress the reduction in ionic conductivity within the molded body due to oxidation of the solid electrolyte.
反応抑制層は、イオン伝導性を有し、正極活物質と固体電解質との反応を抑制できる材料で構成されていればよい。反応抑制層を構成し得る材料としては、例えば、Liと、Nb、P、B、Si、Ge、TiおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素とを含む酸化物、より具体的には、LiNbO3などのNb含有酸化物、Li3PO4、Li3BO3、Li4SiO4、Li4GeO4、LiTiO3、LiZrO3、Li2WO4などが挙げられる。反応抑制層は、これらの酸化物のうちの1種のみを含有していてもよく、また、2種以上を含有していてもよく、さらに、これらの酸化物のうちの複数種が複合化合物を形成していてもよい。これらの酸化物の中でも、Nb含有酸化物を使用することが好ましく、LiNbO3を使用することがより好ましい。 The reaction suppression layer may be made of a material that has ion conductivity and can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Examples of materials that can form the reaction suppression layer include oxides containing Li and at least one element selected from the group consisting of Nb, P, B, Si, Ge, Ti and Zr, more specifically, Nb-containing oxides such as LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 GeO 4 , LiTiO 3 , LiZrO 3 , Li 2 WO 4 and the like. The reaction suppression layer may contain only one of these oxides, or may contain two or more of them, and further, a plurality of these oxides may form a composite compound. Among these oxides, it is preferable to use an Nb-containing oxide, and it is more preferable to use LiNbO 3 .
反応抑制層は、正極活物質:100質量部に対して0.1~1.0質量部で表面に存在することが好ましい。この範囲であれば正極活物質と固体電解質との反応を良好に抑制することができる。 It is preferable that the reaction suppression layer is present on the surface in an amount of 0.1 to 1.0 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. This range can effectively suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte.
正極活物質の表面に反応抑制層を形成する方法としては、ゾルゲル法、メカノフュージョン法、CVD法、PVD法、ALD法などが挙げられる。 Methods for forming a reaction suppression layer on the surface of a positive electrode active material include the sol-gel method, mechanofusion method, CVD method, PVD method, and ALD method.
正極合剤における正極活物質の含有量は、60~98質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 60 to 98 mass%.
正極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。なお、例えば活物質にAg2Sを用いる場合には放電反応の際に導電性のあるAgが生成するため、導電助剤は含有させなくてもよい。正極合剤において導電助剤を含有させる場合には、その含有量は、1~10質量%であることが好ましい。 The positive electrode mixture can contain a conductive assistant. Specific examples include carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon black, carbon nanofibers, and carbon nanotubes. For example, when Ag 2 S is used as the active material, conductive Ag is generated during the discharge reaction, so the conductive assistant does not need to be contained. When the conductive assistant is contained in the positive electrode mixture, the content is preferably 1 to 10 mass%.
また、正極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが挙げられる。なお、例えば正極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、正極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、正極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 The positive electrode mixture may contain a binder. A specific example of such a binder is a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF). Note that the positive electrode mixture does not need to contain a binder if good moldability can be ensured in forming a positive electrode mixture compact without using a binder, such as when a sulfide-based solid electrolyte is contained in the positive electrode mixture (described in detail later).
正極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、正極合剤において、硫化物系固体電解質を含有しているためバインダを要しなくても成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 When a binder is required in the positive electrode mixture, the content is preferably 15 mass% or less, and preferably 0.5 mass% or more. On the other hand, when the positive electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte and thus can be molded without the need for a binder, the content is preferably 0.5 mass% or less, more preferably 0.3 mass% or less, and even more preferably 0 mass% (i.e., no binder is contained).
扁平形非水電解質電池が固体電解質電池の場合には、正極合剤には固体電解質を含有させる。固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが使用できる。 When the flat nonaqueous electrolyte battery is a solid electrolyte battery, the positive electrode mixture contains a solid electrolyte. The solid electrolyte is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, and examples of the solid electrolyte that can be used include sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, halide-based solid electrolytes, and oxide-based solid electrolytes.
硫化物系固体電解質としては、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-P2S5-GeS2、Li2S-B2S3系ガラスなどの粒子が挙げられる他、近年、Liイオン伝導性が高いものとして注目されているthio-LISICON型のもの〔Li10GeP2S12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3などの、Li12-12a-b+c+6d-eM1 3+a-b-c-dM2 bM3 cM4 dM5 12-eXe(ただし、M1はSi、GeまたはSn、M2はPまたはV、M3はAl、Ga、YまたはSb、M4はZn、Ca、またはBa、M5はSまたはSおよびOのいずれかであり、XはF、Cl、BrまたはI、0≦a<3、0≦b+c+d≦3、0≦e≦3〕や、アルジロダイト型のもの〔Li6PS5Clなどの、Li7-f+gPS6-xClx+y(ただし、0.05≦f≦0.9、-3.0f+1.8≦g≦-3.0f+5.7)で表されるもの、Li7-hPS6-hCliBrj(ただし、h=i+j、0<h≦1.8、0.1≦i/j≦10.0)で表されるものなど〕も使用することができる。 Examples of sulfide-based solid electrolytes include particles of Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 , and Li 2 S- B 2 S 3 based glass. In addition, thio-LISICON type electrolytes, which have been attracting attention in recent years for their high Li ion conductivity, are Li 12-12a-b+c+6d-e M 1 3 + a-b-c-d M 2 b M 3 c M 4 d M 5 12 -e X e (wherein M 1 is Si, Ge, or Sn, and M M2 is P or V, M3 is Al, Ga, Y or Sb, M4 is Zn, Ca or Ba, M5 is S or either S and O, and X is F, Cl, Br or I, 0≦a<3, 0≦b+c+d≦3, 0≦e≦3] or argyrodite type compounds (such as Li6PS5Cl , which are represented by Li7 -f+gPS6 - xClx +y (where 0.05≦f≦0.9, -3.0f+1.8≦g≦-3.0f+5.7 ) , or Li7 -hPS6 - hCliBrj (where h=i+j, 0<h≦1.8, 0.1≦i/j≦10.0)) can also be used.
水素化物系固体電解質としては、例えば、LiBH4、LiBH4と下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBH4とアルカリ金属化合物とのモル比が1:1~20:1のもの)などが挙げられる。前記固溶体におけるアルカリ金属化合物としては、ハロゲン化リチウム(LiI、LiBr、LiF、LiClなど)、ハロゲン化ルビジウム(RbI、RbBr、RbF、RbClなど)、ハロゲン化セシウム(CsI、CsBr、CsF、CsClなど)、リチウムアミド、ルビジウムアミドおよびセシウムアミドよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 Examples of hydride-based solid electrolytes include LiBH 4 , solid solutions of LiBH 4 and the following alkali metal compounds (for example, those in which the molar ratio of LiBH 4 to the alkali metal compound is 1:1 to 20:1), etc. Examples of the alkali metal compounds in the solid solutions include at least one selected from the group consisting of lithium halides (LiI, LiBr, LiF, LiCl, etc.), rubidium halides (RbI, RbBr, RbF, RbCl, etc.), cesium halides (CsI, CsBr, CsF, CsCl, etc.), lithium amide, rubidium amide, and cesium amide.
ハロゲン化物系固体電解質としては、例えば、単斜晶型のLiAlCl4、欠陥スピネル型または層状構造のLiInBr4、単斜晶型のLi6-3mYmX6(ただし、0<m<2かつX=ClまたはBr)などが挙げられ、その他にも例えば国際公開第2020/070958や国際公開第2020/070955に記載の公知のものを使用することができる。 Examples of halide-based solid electrolytes include monoclinic LiAlCl 4 , defective spinel or layered structure LiInBr 4 , and monoclinic Li 6-3m Y m X 6 (wherein 0<m<2 and X=Cl or Br). Other known solid electrolytes that can be used include those described in, for example, WO 2020/070958 and WO 2020/070955.
酸化物系固体電解質としては、例えば、ガーネット型のLi7La3Zr2O12、NASICON型のLi1+OAl1+OTi2-O(PO4)3、Li1+pAl1+pGe2-p(PO4)3、ペロブスカイト型のLi3qLa2/3-qTiO3などが挙げられる。 Examples of oxide-based solid electrolytes include garnet-type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , NASICON-type Li 1+O Al 1+O Ti 2-O (PO 4 ) 3 and Li 1+p Al 1+p Ge 2-p (PO 4 ) 3 , and perovskite-type Li 3q La 2/3-q TiO 3 .
これらの固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高いことから、硫化物系固体電解質が好ましく、LiおよびPを含む硫化物系固体電解質がより好ましく、特にリチウムイオン伝導性が高く、化学的に安定性の高いアルジロダイト型の硫化物系固体電解質がさらに好ましい。 Among these solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes are preferred due to their high lithium ion conductivity, sulfide-based solid electrolytes containing Li and P are more preferred, and argyrodite-type sulfide-based solid electrolytes, which have particularly high lithium ion conductivity and high chemical stability, are even more preferred.
なお、固体電解質の平均粒子径は、粒界抵抗軽減の観点から、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、一方、活物質と固体電解質との間での十分な接触界面形成の観点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 The average particle size of the solid electrolyte is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, from the viewpoint of reducing grain boundary resistance, while it is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, from the viewpoint of forming a sufficient contact interface between the active material and the solid electrolyte.
正極合剤における固体電解質の含有量は、4~40質量%であることが好ましい。 The solid electrolyte content in the positive electrode mixture is preferably 4 to 40 mass %.
正極に集電体を使用する場合、その集電体としては、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the positive electrode, the current collector can be made of metal foil such as aluminum or stainless steel, punched metal, mesh, expanded metal, foamed metal; carbon sheet; etc.
正極合剤の成形体は、例えば、正極活物質に、必要に応じて添加される導電助剤、バインダ、固体電解質などを混合して調製した正極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 The positive electrode mixture compact can be formed, for example, by compressing the positive electrode mixture prepared by mixing the positive electrode active material with conductive additives, binders, solid electrolytes, etc., which are added as necessary, by pressure molding or the like.
集電体を有する正極の場合には、前記のような方法で形成した正極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a positive electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding the molded body of the positive electrode mixture formed by the method described above to the current collector by pressing, etc.
また、前記の正極合剤と溶媒とを混合して正極合剤含有組成物を調製し、これを集電体や正極と対向させる固体電解質層(固体電解質電池を形成する場合)といった基材上に塗布し、乾燥した後にプレス処理を行うことで、正極合剤の成形体を形成してもよい。 Alternatively, the positive electrode mixture may be mixed with a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing composition, which may then be applied to a substrate such as a current collector or a solid electrolyte layer (when forming a solid electrolyte battery) that faces the positive electrode, dried, and then pressed to form a molded body of the positive electrode mixture.
正極合剤含有組成物の溶媒には、水やN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒を使用することができる。なお、正極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが好ましい。特に、硫化物系固体電解質や水素化物系固体電解質は、微少量の水分によって化学反応を起こすため、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、デカリン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒に代表される非極性非プロトン性溶媒を使用することが好ましい。特に、含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒を使用することがより好ましい。また、三井・デュポンフロロケミカル社製の「バートレル(登録商標)」、日本ゼオン社製の「ゼオローラ(登録商標)」、住友3M社製の「ノベック(登録商標)」などのフッ素系溶媒、並びに、ジクロロメタン、ジエチルエーテルなどの非水系有機溶媒を使用することもできる。 The solvent for the positive electrode mixture-containing composition can be water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). When the positive electrode mixture-containing composition also contains a solid electrolyte, it is preferable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte. In particular, since sulfide-based solid electrolytes and hydride-based solid electrolytes undergo chemical reactions due to a small amount of water, it is preferable to use a non-polar aprotic solvent represented by a hydrocarbon solvent such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, decalin, toluene, or xylene. In particular, it is more preferable to use an ultra-dehydrated solvent with a water content of 0.001 mass% (10 ppm) or less. In addition, fluorine-based solvents such as "Vertrel (registered trademark)" manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemicals, "Zeorolla (registered trademark)" manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and "Novec (registered trademark)" manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., as well as non-aqueous organic solvents such as dichloromethane and diethyl ether can also be used.
正極合剤の成形体の厚み(集電体を有する電極の場合は、集電体の片面あたりの正極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、正極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下である。 The thickness of the positive electrode mixture compact (in the case of an electrode having a current collector, the thickness of the positive electrode mixture compact per one side of the current collector; the same applies below) is usually 50 μm or more, but from the viewpoint of increasing the capacity of the battery, it is preferably 200 μm or more. In addition, the thickness of the positive electrode mixture compact is usually 3000 μm or less.
なお、溶媒を含有する正極合剤含有組成物を用いて集電体上に正極合剤の成形体からなる正極合剤層を形成することで製造される正極の場合には、正極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましい。 In addition, in the case of a positive electrode manufactured by forming a positive electrode mixture layer consisting of a molded positive electrode mixture on a current collector using a positive electrode mixture-containing composition containing a solvent, the thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 50 to 1000 μm.
(負極)
扁平形非水電解質電池の負極は、負極活物質を含有する負極合剤の成形体、リチウムのシート、またはリチウム合金のシートを有している。
(Negative electrode)
The negative electrode of the flat nonaqueous electrolyte battery has a negative electrode mixture compact containing a negative electrode active material, a lithium sheet, or a lithium alloy sheet.
負極が、負極活物質を含有する負極合剤の成形体の場合、負極合剤を成形してなる成形体(ペレットなど)や、負極合剤の成形体からなる層(負極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。 When the negative electrode is a compact of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, examples of the structure include a compact (such as a pellet) made by molding the negative electrode mixture, and a structure in which a layer (negative electrode mixture layer) made of a compact of the negative electrode mixture is formed on a current collector.
負極が負極合剤の成形体を有する場合、その負極活物質としては、例えば、黒鉛などの炭素材料や、Si、Snなどの元素を含む単体、化合物(酸化物など)およびその合金などが挙げられる。また、リチウム金属やリチウム合金(リチウム-アルミニウム合金、リチウム-インジウム合金など)も負極活物質として用いることができる。 When the negative electrode has a molded body of a negative electrode mixture, examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, simple substances containing elements such as Si and Sn, compounds (oxides, etc.) and alloys thereof. Lithium metal and lithium alloys (lithium-aluminum alloy, lithium-indium alloy, etc.) can also be used as the negative electrode active material.
負極合剤における負極活物質の含有量は、10~99質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 10 to 99 mass %.
負極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した導電助剤と同じものなどが挙げられる。負極合剤における導電助剤の含有量は1~10質量%であることが好ましい。 The negative electrode mixture may contain a conductive additive. Specific examples include the same conductive additives as those exemplified above as those that may be contained in the positive electrode mixture. The content of the conductive additive in the negative electrode mixture is preferably 1 to 10 mass %.
また、負極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示したバインダと同じものなどが挙げられる。なお、例えば負極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、負極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、負極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 The negative electrode mixture may contain a binder. Specific examples include the same binders as those exemplified above as those that may be contained in the positive electrode mixture. Note that, for example, in the case where the negative electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte (described in detail below), if good moldability can be ensured in forming a compact of the negative electrode mixture without using a binder, the negative electrode mixture does not need to contain a binder.
負極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、負極合剤において、硫化物系固体電解質を含有しているためバインダを要しなくても成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 When a binder is required in the negative electrode mixture, the content is preferably 15% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, when the negative electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte and thus can be molded without the need for a binder, the content is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less, and even more preferably 0% by mass (i.e., no binder is contained).
扁平形非水電解質電池が固体電解質電池の場合には、負極合剤には固体電解質を含有させる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した固体電解質と同じものなどが挙げられる。前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、負極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 When the flat nonaqueous electrolyte battery is a solid electrolyte battery, the negative electrode mixture contains a solid electrolyte. Specific examples include the same solid electrolytes as those exemplified above as those that can be contained in the positive electrode mixture. Among the solid electrolytes exemplified above, it is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte, since it has high lithium ion conductivity and also has the function of increasing the moldability of the negative electrode mixture.
負極合剤における固体電解質の含有量は、4~49質量%であることが好ましい。 The solid electrolyte content in the negative electrode mixture is preferably 4 to 49 mass %.
負極合剤の成形体を有する負極に集電体を用いる場合、その集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for a negative electrode having a molded negative electrode mixture, the current collector can be made of copper or nickel foil, punched metal, mesh, expanded metal, foamed metal; carbon sheet; etc.
負極合剤の成形体は、例えば、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを混合して調製した負極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。負極合剤の成形体のみで構成される負極の場合は、前記の方法により製造することができる。 The negative electrode mixture compact can be formed, for example, by compressing the negative electrode mixture prepared by mixing the negative electrode active material, and optionally the conductive additive, solid electrolyte, and binder, by pressure molding or the like. In the case of a negative electrode consisting only of a negative electrode mixture compact, it can be manufactured by the above-mentioned method.
集電体を有する負極の場合には、前記のような方法で形成した負極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a negative electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding the negative electrode mixture formed by the method described above to the current collector by pressing it.
また、集電体を有する負極の場合、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを溶媒に分散させた負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体に塗布し、乾燥した後、必要に応じてカレンダ処理などの加圧成形をして、集電体の表面に負極合剤の成形体(負極合剤層)を形成する方法によっても、製造することができる。 In addition, in the case of a negative electrode having a current collector, a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) in which the negative electrode active material, and optionally added conductive additives, solid electrolyte, binder, etc. are dispersed in a solvent can be applied to the current collector, dried, and then pressure-molded, such as by calendaring, as necessary, to form a molded body of the negative electrode mixture (negative electrode mixture layer) on the surface of the current collector.
負極合剤含有組成物の溶媒には、水やNMPなどの有機溶媒を使用することができるが、負極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 As the solvent for the negative electrode mixture-containing composition, an organic solvent such as water or NMP can be used. However, when the negative electrode mixture-containing composition also contains a solid electrolyte, it is preferable to select a solvent that is unlikely to deteriorate the solid electrolyte, and it is preferable to use the same solvents as those exemplified above for the positive electrode mixture-containing composition that contains a solid electrolyte.
負極合剤の成形体の厚み(集電体を有する電極の場合は、集電体の片面あたりの負極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、負極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下である。 The thickness of the negative electrode mixture compact (in the case of an electrode having a current collector, the thickness of the negative electrode mixture compact per one side of the current collector; the same applies below) is usually 50 μm or more, but from the viewpoint of increasing the capacity of the battery, it is preferably 200 μm or more. In addition, the thickness of the negative electrode mixture compact is usually 3000 μm or less.
なお、溶媒を含有する負極合剤含有組成物を用いて集電体上に負極合剤の成形体からなる負極合剤層を形成することで製造される負極の場合には、負極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましい。 In addition, in the case of a negative electrode manufactured by forming a negative electrode mixture layer consisting of a molded negative electrode mixture on a current collector using a negative electrode mixture-containing composition containing a solvent, the thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 50 to 1000 μm.
リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極の場合、これらのシートのみからなるものや、これらのシートが集電体と貼り合されてなるものが使用される。 In the case of a negative electrode having a lithium sheet or a lithium alloy sheet, one consisting of only these sheets or one consisting of these sheets bonded to a current collector is used.
リチウム合金に係る合金元素としては、アルミニウム、鉛、ビスマス、インジウム、ガリウムなどが挙げられるが、アルミニウムやインジウムが好ましい。リチウム合金における合金元素の割合(合金元素を複数種含む場合は、それらの合計割合)は、50原子%以下であることが好ましい(この場合、残部はリチウムおよび不可避不純物である)。 The alloying elements in the lithium alloy include aluminum, lead, bismuth, indium, and gallium, with aluminum and indium being preferred. The proportion of the alloying elements in the lithium alloy (the total proportion when multiple alloying elements are included) is preferably 50 atomic % or less (in this case, the remainder is lithium and inevitable impurities).
また、リチウム合金のシートを有する負極の場合、金属リチウム箔などで構成されるリチウム層(リチウムを含む層)の表面にリチウム合金を形成するための合金元素を含む層を圧着するなどして積層した積層体を使用し、この積層体を電池内で非水電解質(非水電解液など)や固体電解質と接触させることで、前記リチウム層の表面にリチウム合金を形成させて負極とすることもできる。このような負極の場合、リチウム層の片面のみに合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、リチウム層の両面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。前記積層体は、例えば、金属リチウム箔と合金元素で構成された箔とを圧着することで形成することができる。 In addition, in the case of a negative electrode having a lithium alloy sheet, a laminate is used in which a layer containing an alloying element for forming a lithium alloy is laminated on the surface of a lithium layer (a layer containing lithium) composed of a metallic lithium foil or the like, for example, by pressing the layer, and the laminate is brought into contact with a non-aqueous electrolyte (such as a non-aqueous electrolyte solution) or a solid electrolyte in a battery to form a lithium alloy on the surface of the lithium layer to form a negative electrode. In the case of such a negative electrode, a laminate having a layer containing an alloying element on only one side of the lithium layer may be used, or a laminate having layers containing an alloying element on both sides of the lithium layer may be used. The laminate can be formed, for example, by pressing a metallic lithium foil and a foil composed of an alloying element.
また、電池内でリチウム合金を形成して負極とする場合にも集電体を使用することができ、例えば、負極集電体の片面にリチウム層を有し、かつリチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、負極集電体の両面にリチウム層を有し、かつ各リチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。負極集電体とリチウム層(金属リチウム箔)とは、圧着などにより積層すればよい。 The current collector can also be used when forming a lithium alloy in a battery to form a negative electrode. For example, a laminate having a lithium layer on one side of the negative electrode current collector and a layer containing an alloying element on the side of the lithium layer opposite the negative electrode current collector may be used, or a laminate having lithium layers on both sides of the negative electrode current collector and each lithium layer having a layer containing an alloying element on the side opposite the negative electrode current collector may be used. The negative electrode current collector and the lithium layer (metallic lithium foil) may be laminated by crimping or the like.
負極とするための前記積層体に係る前記合金元素を含む層には、例えば、これらの合金元素で構成された箔などが使用できる。前記合金元素を含む層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、20μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがより好ましい。 The layer containing the alloying elements in the laminate to be used as the negative electrode can be, for example, a foil composed of these alloying elements. The thickness of the layer containing the alloying elements is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, and is preferably 20 μm or less, and more preferably 12 μm or less.
負極とするための前記積層体に係るリチウム層には、例えば、金属リチウム箔などを用いることができる。リチウム層の厚みは、0.1~1.5mmであることが好ましい。また、リチウムまたはリチウム合金のシートを有する負極に係る前記シートの厚みも、0.1~1.5mmであることが好ましい。 For the lithium layer of the laminate to be used as the negative electrode, for example, metallic lithium foil can be used. The thickness of the lithium layer is preferably 0.1 to 1.5 mm. In addition, the thickness of the sheet for the negative electrode having a lithium or lithium alloy sheet is also preferably 0.1 to 1.5 mm.
また、リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極が集電体を有する場合、その集電体には、負極合剤の成形体を有する負極に使用可能なものとして先に例示した集電体と同じものが使用できる。 In addition, when a negative electrode having a lithium sheet or a lithium alloy sheet has a current collector, the current collector can be the same as the current collectors exemplified above as those usable for a negative electrode having a molded body of a negative electrode mixture.
(固体電解質層)
扁平形非水電解質電池が固体電解質電池(固体電解質一次電池または固体電解質二次電池)の場合、正極と負極との間には固体電解質層を介在させる。
(Solid electrolyte layer)
When the flat nonaqueous electrolyte battery is a solid electrolyte battery (a solid electrolyte primary battery or a solid electrolyte secondary battery), a solid electrolyte layer is interposed between the positive electrode and the negative electrode.
固体電解質層を構成する固体電解質には、正極に使用し得るものして先に例示した各種の硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質および酸化物系固体電解質のうちの1種または2種以上を使用することができる。ただし、電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることがより望ましい。そして、正極および固体電解質層の両者、並びに負極が固体電解質を含有する負極合剤の成形体である場合には負極にも、硫化物系固体電解質を含有させることがさらに望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることが特に望ましい。 The solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer can be one or more of the various sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, halide-based solid electrolytes, and oxide-based solid electrolytes exemplified above as those usable for the positive electrode. However, in order to improve the battery characteristics, it is preferable to contain a sulfide-based solid electrolyte, and it is more preferable to contain an Argyrodite-type sulfide-based solid electrolyte. It is even more preferable to contain a sulfide-based solid electrolyte in both the positive electrode and the solid electrolyte layer, and in the negative electrode, if the negative electrode is a molded body of a negative electrode mixture containing a solid electrolyte, and it is particularly preferable to contain an Argyrodite-type sulfide-based solid electrolyte.
固体電解質層は、樹脂製の不織布などの多孔質体を支持体として有していてもよい。 The solid electrolyte layer may have a porous body such as a resin nonwoven fabric as a support.
固体電解質層は、固体電解質を加圧成形などによって圧縮する方法;固体電解質を溶媒に分散させて調製した固体電解質層形成用組成物を基材や正極、負極の上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理などの加圧成形を行う方法:などで形成することができる。 The solid electrolyte layer can be formed by compressing the solid electrolyte by pressure molding or the like; or by applying a composition for forming the solid electrolyte layer, which is prepared by dispersing the solid electrolyte in a solvent, onto the substrate, positive electrode, or negative electrode, drying the composition, and, if necessary, performing pressure molding such as pressing.
固体電解質層形成用組成物に使用する溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 It is desirable to select a solvent that is unlikely to deteriorate the solid electrolyte for use in the composition for forming the solid electrolyte layer, and it is preferable to use the same solvents as those exemplified above for the positive electrode mixture-containing composition that contains the solid electrolyte.
固体電解質層の厚みは、100~400μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 100 to 400 μm.
(セパレータ)
扁平形非水電解質電池が固体電解質電池以外の電池である場合、正極と負極との間に介在させるセパレータとしては、強度が十分で、かつ非水電解質を多く保持できるものがよく、そのような観点から、厚さが10~50μmで開口率が30~70%の、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはエチレン-プロピレン共重合体を含む微多孔フィルムや不織布などが好ましい。
(Separator)
When the flat nonaqueous electrolyte battery is a battery other than a solid electrolyte battery, the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is preferably one that has sufficient strength and can hold a large amount of nonaqueous electrolyte. From this viewpoint, a microporous film or nonwoven fabric containing polyethylene, polypropylene, or an ethylene-propylene copolymer and having a thickness of 10 to 50 μm and an opening ratio of 30 to 70% is preferred.
(非水電解質)
扁平形非水電解質電池が固体電解質電池以外の電池である場合の非水電解質には、通常、非水系の液状電解質(以下、これを「非水電解液」という)が用いられる。そして、その非水電解液としては有機溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させたものが用いられる。その有機溶媒としては、特に限定されることはないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネートなどの鎖状エステル;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの誘電率の高い環状エステル;鎖状エステルと環状エステルとの混合溶媒;などが挙げられ、特に鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が適している。
(Non-aqueous electrolyte)
In the case where the flat nonaqueous electrolyte battery is a battery other than a solid electrolyte battery, a nonaqueous liquid electrolyte (hereinafter, referred to as a "nonaqueous electrolyte") is usually used as the nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte is obtained by dissolving an electrolyte salt such as a lithium salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited, but examples thereof include chain esters such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl propyl carbonate; cyclic esters with high dielectric constants such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; mixed solvents of chain esters and cyclic esters; and the like. In particular, a mixed solvent of a chain ester and a cyclic ester as the main solvent is suitable.
非水電解液の調製にあたって有機溶媒に溶解させる電解質塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfSO2)(Rf’SO2)、LiC(RfSO2)3、LiN(RfOSO2)2〔ここでRf、Rf’はフルオロアルキル基〕などが単独でまたは2種以上混合して用いられる。非水電解液中における電解質塩の濃度は、特に制限はないが、0.3mol/l以上であることが好ましく、0.4mol/l以上であることがより好ましく、また、1.7mol/l以下であることが好ましく、1.5mol/l以下であることがより好ましい。 Examples of electrolyte salts to be dissolved in an organic solvent in preparing a nonaqueous electrolyte include LiPF6 , LiBF4, LiAsF6 , LiSbF6, LiCF3SO3 , LiC4F9SO3 , LiCF3CO2 , Li2C2F4 ( SO3 ) 2 , LiCnF2n + 1SO3 (n≧ 2 ), LiN ( RfSO2 ) ( Rf'SO2 ), LiC( RfSO2 ) 3 , and LiN( RfOSO2 ) 2 (wherein Rf and Rf ' are fluoroalkyl groups) may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.3 mol/L or more, more preferably 0.4 mol/L or more, and is preferably 1.7 mol/L or less, more preferably 1.5 mol/L or less.
扁平形非水電解質電池の非水電解質には、前記非水電解液以外にも、前記非水電解液をポリマーなどからなるゲル化剤でゲル化したゲル状の電解質を用いることもできる。 In addition to the nonaqueous electrolyte solution, the nonaqueous electrolyte of a flat nonaqueous electrolyte battery can also be a gel electrolyte obtained by gelling the nonaqueous electrolyte solution with a gelling agent such as a polymer.
(積層電極体)
正極と負極とは、固体電解質層またはセパレータを介して積層した積層電極体の形態で、電池に用いられる。
(Laminated electrode body)
The positive electrode and the negative electrode are stacked with a solid electrolyte layer or a separator interposed therebetween to form a stacked electrode assembly, which is used in the battery.
なお、固体電解質層を有する積層電極体を形成するに際しては、正極と負極と固体電解質層とを積層した状態で加圧成形することが、積層電極体の機械的強度を高める観点から好ましい。 When forming a laminated electrode body having a solid electrolyte layer, it is preferable to pressure mold the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer in a laminated state in order to increase the mechanical strength of the laminated electrode body.
(外装体)
扁平形非水電解質電池の外装体には、外装缶および封口缶を有するものが使用される。なお、前記の通り、図1に示す扁平形非水電解質電池1においては、正極缶が外装缶で、負極缶が封口缶であるが、負極缶を外装缶とし、正極缶を封口缶とすることもできる。
(Exterior body)
The exterior body of the flat nonaqueous electrolyte battery has an exterior can and a sealed can. As described above, in the flat nonaqueous electrolyte battery 1 shown in Fig. 1, the positive electrode can is the exterior can and the negative electrode can is the sealed can, but the negative electrode can may be the exterior can and the positive electrode can may be the sealed can.
外装体は、図1に示すように、外装缶と封口缶とをガスケットを介してカシメ封口したものが挙げられるほか、外装缶と封口缶とを、樹脂で接着したものも例示できる。 As shown in FIG. 1, examples of the exterior body include an exterior can and a sealing can that are crimped together via a gasket, and an exterior can and a sealing can that are bonded together with resin.
外装缶および封口缶にはステンレス鋼製のものなどが使用できる。また、ガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 The outer can and the sealing can can be made of stainless steel or the like. The gasket can be made of polypropylene, nylon, or the like. If heat resistance is required for the battery's intended use, fluororesins such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), or heat-resistant resins with melting points exceeding 240°C, such as polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyarylate (PAR), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK), can also be used. If the battery is used in an application requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.
扁平形非水電解質電池の外装体の平面視での形状は、円形でもよく、四角形(正方形・長方形)などの多角形であってもよい。また、多角形の場合には、その角を曲線状としていてもよい。 The shape of the exterior body of a flat nonaqueous electrolyte battery in a plan view may be circular or polygonal, such as a quadrilateral (square or rectangle). If the exterior body is polygonal, the corners may be curved.
本発明の扁平形非水電解質電池は、従来から知られている扁平形非水電解質電池(一次電池または二次電池)と同じ用途に適用することができる。 The flat nonaqueous electrolyte battery of the present invention can be used in the same applications as conventionally known flat nonaqueous electrolyte batteries (primary batteries or secondary batteries).
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
Ag2S(正極活物質)と、硫化物系固体電解質(Li6PS5Cl)とを体積比1:1で混合して正極合剤を調製した。この正極合剤152mgを直径:7.4mmの粉末成形金型に投入し、プレス機を用いて4tonf/cm2の圧力で成形を行い、円柱形状の正極合剤成形体よりなる正極を作製した。
Example 1
<Preparation of Positive Electrode>
A positive electrode mixture was prepared by mixing Ag 2 S (positive electrode active material) and a sulfide-based solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl) in a volume ratio of 1: 1. 152 mg of this positive electrode mixture was placed in a powder molding die having a diameter of 7.4 mm and molded at a pressure of 4 tonf/cm 2 using a press machine to produce a positive electrode made of a cylindrical positive electrode mixture compact.
<固体電解質層の形成>
前記粉末成形金型内の正極の上に、正極に使用したものと同じ硫化物系固体電解質:30mgを入れ、プレス機を用いて1tonf/cm2の圧力で成形を行い、正極合剤成形体の上に固体電解質層を形成し、正極と固体電解質の積層体を作製した。
<Formation of solid electrolyte layer>
On top of the positive electrode in the powder molding die, 30 mg of the same sulfide-based solid electrolyte as that used for the positive electrode was placed, and molding was performed using a press at a pressure of 1 tonf/ cm2 to form a solid electrolyte layer on the positive electrode mixture compact, thereby producing a laminate of the positive electrode and the solid electrolyte.
<負極の作製>
厚みが450μmの金属リチウム箔を円形に切断し負極を作製した。
<Preparation of negative electrode>
A metallic lithium foil having a thickness of 450 μm was cut into a circle to prepare a negative electrode.
<電池の組み立て>
ポリプロピレン製の環状ガスケットをはめ込んだステンレス鋼製の封口缶(負極缶)の内底面上に負極を配置した。次に、正極と固体電解質の積層体を固体電解質層が負極側となるように重ね、その上にカーボンペーパー(カーボンシート、東洋炭素株式会社製「PF-10HP」、厚み100μm)を正極と同じ大きさに打ち抜いたものを、カーボンを主成分とする導電層として配置し、さらにその上にウェーブワッシャー(弾性部を有する金属部材、ミスミ社製「PACK-WVWS-V5-D7」)を配置してからステンレス鋼製の外装缶(正極缶)をかぶせた後、外装缶の開口端部を内方にカシメて封止を行うことにより、正極、固体電解質層、負極からなる積層電極体を形成するとともに、外装缶の内面と積層電極体との間に、ウェーブワッシャー(弾性部を有する金属部材)およびカーボンペーパー(カーボンを主成分とする導電層)が配置された、直径約9mmの扁平形非水電解質電池(固体電解質一次電池)を作製した。
<Battery assembly>
The negative electrode was placed on the inner bottom surface of a stainless steel sealed can (negative electrode can) fitted with a polypropylene ring gasket. Next, a laminate of a positive electrode and a solid electrolyte was stacked so that the solid electrolyte layer was on the negative electrode side, and carbon paper (carbon sheet, Toyo Tanso Co., Ltd. "PF-10HP", thickness 100 μm) punched to the same size as the positive electrode was placed on top of it as a conductive layer mainly composed of carbon, and a wave washer (metal member having an elastic part, Misumi Corporation "PACK-WVWS-V5-D7") was placed on top of it, and then a stainless steel exterior can (cathode can) was placed on top of it, and the open end of the exterior can was crimped inward to seal it, forming a laminated electrode body consisting of a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode, and a flat nonaqueous electrolyte battery (solid electrolyte primary battery) with a diameter of about 9 mm was produced in which a wave washer (metal member having an elastic part) and carbon paper (conductive layer mainly composed of carbon) were placed between the inner surface of the exterior can and the laminated electrode body.
実施例2
弾性部を有する金属部材を、板ばね(ミスミ社製「SSRBN8-B」)に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Example 2
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the metal member having the elastic portion was changed to a leaf spring ("SSRBN8-B" manufactured by Misumi Corporation).
実施例3
弾性部を有する金属部材を、輪止(オチアイ社製「CSTW-3-SUS」)に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Example 3
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the metal member having the elastic portion was changed to a wheel stopper (manufactured by Ochiai Corporation, "CSTW-3-SUS").
比較例1
ウェーブワッシャーを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 1
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the wave washer was not used.
比較例2
ウェーブワッシャーを使用せず、また、カーボンペーパーに代えてステンレス鋼(SUS)箔(厚み:10μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 2
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that no wave washer was used and stainless steel (SUS) foil (thickness: 10 μm) was used instead of carbon paper.
比較例3
カーボンペーパーに代えてSUS箔(厚み:10μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 3
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that SUS foil (thickness: 10 μm) was used instead of the carbon paper.
実施例1~3および比較例1~3の扁平形非水電解質電池について、以下の各評価を行った。 The flat nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated as follows:
〔内部抵抗測定〕
実施例1~3および比較例1~3の電池をそれぞれ5個ずつ用意し、20℃における内部抵抗を、1kHzの周波数で交流インピーダンス法により測定し、それらの平均値を各電池の内部抵抗として求めた。
[Internal resistance measurement]
Five batteries each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared, and the internal resistance at 20° C. was measured at a frequency of 1 kHz by an AC impedance method, and the average value was calculated as the internal resistance of each battery.
〔放電容量測定〕
実施例1~3および比較例1~3の電池を0.1mAの定電流で放電させ、電池電圧が0Vに低下するまでの放電容量を測定した。
[Discharge capacity measurement]
The batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were discharged at a constant current of 0.1 mA, and the discharge capacity until the battery voltage dropped to 0 V was measured.
前記の各評価結果を、正極缶と積層電極体との間の構成と併せて表1に示す。なお、表1では、内部抵抗および放電容量の測定結果は、いずれも比較例1の結果を100とした場合の相対値で示す。 The above evaluation results are shown in Table 1 together with the configuration between the positive electrode can and the laminated electrode body. In Table 1, the measurement results of internal resistance and discharge capacity are all shown as relative values with the result of Comparative Example 1 set at 100.
表1に示す通り、正極缶と積層電極体との間に、弾性部を有する金属部材およびカーボンを主成分とする導電層を正極缶側から順次配置した実施例1~3の扁平形非水電解質電池は、弾性部を有する金属部材を使用せずにカーボンを主成分とする導電層のみを配置した比較例1の電池に比べて、内部抵抗が低く、また、放電容量が大きかった。 As shown in Table 1, the flat nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 3, in which a metal member having an elastic portion and a conductive layer mainly made of carbon were arranged between the positive electrode can and the laminated electrode body in this order from the positive electrode can side, had lower internal resistance and greater discharge capacity than the battery of Comparative Example 1, in which only a conductive layer mainly made of carbon was arranged without using a metal member having an elastic portion.
なお、弾性部を有する金属部材を使用せず、かつカーボンを主成分とする導電層に代えてSUS箔を用いた比較例2の電池、およびカーボンを主成分とする導電層に代えてSUS箔を用いた比較例3の電池は、内部抵抗が高く、また、放電容量が非常に小さかった。これらの電池を放電後に分解したところ、正極に割れが生じていた。 The battery of Comparative Example 2, which did not use a metal member having an elastic portion and used SUS foil instead of a conductive layer mainly composed of carbon, and the battery of Comparative Example 3, which used SUS foil instead of a conductive layer mainly composed of carbon, had high internal resistance and very small discharge capacity. When these batteries were disassembled after discharge, cracks were found in the positive electrode.
実施例4
正極活物質をNiO2に変更し、正極合剤の使用量を141mgに変更した以外は、実施例1と同様にして扁平形非水電解質電池(固体電解質一次電池)を作製した。
Example 4
A flat nonaqueous electrolyte battery (solid electrolyte primary battery) was produced in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material was changed to NiO2 and the amount of the positive electrode mixture used was changed to 141 mg.
比較例4
ウェーブワッシャーを使用しなかった以外は、実施例4と同様にして扁平形非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 4
A flat nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 4, except that the wave washer was not used.
実施例4および比較例4の扁平形非水電解質電池について、実施例1の電池などと同様にして内部抵抗測定および放電容量測定を行った。これらの結果を、正極缶と積層電極体との間の構成と併せて表2に示す。なお、表2では、内部抵抗および放電容量の測定結果は、いずれも比較例4の結果を100とした場合の相対値で示す。 The flat nonaqueous electrolyte batteries of Example 4 and Comparative Example 4 were subjected to internal resistance and discharge capacity measurements in the same manner as the battery of Example 1. These results are shown in Table 2 together with the configuration between the positive electrode can and the laminated electrode body. In Table 2, the measurement results of internal resistance and discharge capacity are all shown as relative values with the result of Comparative Example 4 taken as 100.
表2に示す通り、正極缶と積層電極体との間に、弾性部を有する金属部材およびカーボンを主成分とする導電層を正極缶側から順次配置した実施例4の扁平形非水電解質電池は、弾性部を有する金属部材を使用せずにカーボンを主成分とする導電層のみを配置した比較例4の電池に比べて、内部抵抗が低く、また、放電容量が大きかった。 As shown in Table 2, the flat nonaqueous electrolyte battery of Example 4, in which a metal member having an elastic portion and a conductive layer mainly made of carbon are sequentially arranged from the positive electrode can side between the positive electrode can and the laminated electrode body, had a lower internal resistance and a larger discharge capacity than the battery of Comparative Example 4, in which only a conductive layer mainly made of carbon is arranged without using a metal member having an elastic portion.
1 扁平形非水電解質電池
10 正極
20 負極
30 セパレータまたは固体電解質層
40 正極缶
50 負極缶
60 ガスケット
70 カーボンを主成分とする導電層
80 弾性部を有する金属部材
REFERENCE SIGNS LIST 1 Flat
Claims (8)
前記正極は、正極活物質を含有する正極合剤の成形体を有し、
前記正極の前記正極缶側に、弾性変形し得る、カーボンを主成分とする導電層が配置され、
前記カーボンを主成分とする導電層が、カーボンシートで構成されており、
前記正極缶と前記カーボンを主成分とする導電層との間に弾性部を有する金属部材が配置されていることを特徴とする扁平形非水電解質電池。 A flat nonaqueous electrolyte battery including a laminated electrode assembly having a positive electrode and a negative electrode housed in an exterior body having a positive electrode can and a negative electrode can,
The positive electrode has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material,
a conductive layer that is elastically deformable and contains carbon as a main component is disposed on the positive electrode can side of the positive electrode;
the conductive layer containing carbon as a main component is made of a carbon sheet,
a metal member having an elastic portion disposed between the positive electrode can and the conductive layer containing carbon as a main component;
前記正極は、正極活物質を含有する正極合剤の成形体を有し、The positive electrode has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material,
前記正極の前記正極缶側にカーボンを主成分とする導電層が配置され、a conductive layer mainly composed of carbon is disposed on the positive electrode can side of the positive electrode;
前記カーボンを主成分とする導電層が、繊維状カーボンで構成された多孔性カーボンシートで形成されており、the conductive layer containing carbon as a main component is formed of a porous carbon sheet made of fibrous carbon,
前記正極缶と前記カーボンを主成分とする導電層との間に弾性部を有する金属部材が配置されていることを特徴とする扁平形非水電解質電池。a metal member having an elastic portion disposed between the positive electrode can and the conductive layer mainly composed of carbon;
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