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JP7652541B2 - Secondary batteries, battery packs, vehicle and stationary power sources - Google Patents

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JP7652541B2 JP2020086640A JP2020086640A JP7652541B2 JP 7652541 B2 JP7652541 B2 JP 7652541B2 JP 2020086640 A JP2020086640 A JP 2020086640A JP 2020086640 A JP2020086640 A JP 2020086640A JP 7652541 B2 JP7652541 B2 JP 7652541B2
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Description

本発明の実施形態は、セパレータ、電極群、二次電池、電池パック、車両及び定置用電源に関する。 Embodiments of the present invention relate to separators, electrode groups, secondary batteries, battery packs, vehicles, and stationary power sources.

リチウムイオン二次電池などの非水電解質電池は、幅広い分野において、電源として用いられている。非水電解質電池の形態は、各種電子機器用などの小型の物から、電気自動車用などの大型の物まで多岐にわたっている。非水電解質電池は、負極活物質を含む負極と、正極活物質を含む正極と、セパレータと、非水電解質とを含んでいる。負極活物質としては、例えば、炭素材料又はリチウムチタン酸化物が用いられている。正極活物質としては、例えば、ニッケル、コバルト及びマンガンなどを含有する層状酸化物が用いられている。セパレータとしては、例えば、樹脂製の多孔質フィルム又は不織布が用いられている。非水電解質としては、非水系溶媒に電解質塩を溶解させた液状非水電解質を用いることができる。非水系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート及びメチルエチルカーボネートの混合物などが用いられる。非水電解質は、耐酸化性及び耐還元性が高く、溶媒の電気分解が起こりにくい。そのため、非水電解質電池は、高い起電力と優れた充放電性能とを実現可能である。しかしながら、非水系溶媒の多くは可燃性物質であるため、非水電解質電池には種々の安全性向上のための対策が必要になる。 Non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries are used as power sources in a wide range of fields. Non-aqueous electrolyte batteries come in a wide variety of forms, from small ones for use in various electronic devices to large ones for use in electric vehicles. A non-aqueous electrolyte battery includes a negative electrode containing a negative electrode active material, a positive electrode containing a positive electrode active material, a separator, and a non-aqueous electrolyte. For example, a carbon material or lithium titanium oxide is used as the negative electrode active material. For example, a layered oxide containing nickel, cobalt, manganese, etc. is used as the positive electrode active material. For example, a resin porous film or nonwoven fabric is used as the separator. For example, a liquid non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent can be used as the non-aqueous electrolyte. For example, a mixture of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate is used as the non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolyte has high oxidation resistance and reduction resistance, and is less susceptible to electrolysis of the solvent. Therefore, a non-aqueous electrolyte battery can achieve high electromotive force and excellent charge/discharge performance. However, since many non-aqueous solvents are flammable, various measures to improve safety are required for non-aqueous electrolyte batteries.

一方水系溶媒に電解質塩を溶解させた水系電解質を用いた電池としては、ニッケル・水素電池や、鉛蓄電池が挙げられる。水系溶媒は一般的に不燃性物質である。したがって、水系電解質を用いると、非水電解質を用いた場合と比較して、安全性が高い電池を得ることができる。 On the other hand, examples of batteries that use an aqueous electrolyte, in which an electrolyte salt is dissolved in an aqueous solvent, include nickel-metal hydride batteries and lead-acid batteries. Aqueous solvents are generally non-flammable substances. Therefore, when an aqueous electrolyte is used, a battery that is safer than one that uses a non-aqueous electrolyte can be obtained.

しかしながら、水系溶媒に含まれる水は、非水系溶媒と比較して、電気分解に関する電位窓が狭い。そのため水系電解質電池では、水の電気分解に伴い、充放電効率が低いという問題を有していた。 However, the water contained in aqueous solvents has a narrower potential window for electrolysis compared to non-aqueous solvents. As a result, aqueous electrolyte batteries have the problem of low charge/discharge efficiency due to the electrolysis of water.

特開2016-173956号公報JP 2016-173956 A 特開2013-232284号公報JP 2013-232284 A 特表2016-512649号公報Special Publication No. 2016-512649 特開2015-32535号公報JP 2015-32535 A 米国特許出願公開第2012/251891号明細書US Patent Application Publication No. 2012/251891

S・リュー(S. Liu)、外4名、「高電圧充電式水系TiO2/LiMn2O4リチウムイオン電池(RechargeableAqueous Lithium-Ion Battery of TiO2/LiMn2O4with a High Voltage)」、ジャーナル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ(Journal of The ElectrochemicalSociety)2011年、158 (12) A1490-A1497S. Liu and 4 others, "Rechargeable Aqueous Lithium-Ion Battery of TiO2/LiMn2O4 with a High Voltage," Journal of the Electrochemical Society, 2011, 158 (12) A1490-A1497

本発明が解決しようとする課題は、低抵抗で、高い寿命特性を備えた二次電池を実現するセパレータと、電極群と、二次電池と、この二次電池を備えた電池パック、車両及び定置用電源とを提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a separator, an electrode group, a secondary battery, and a battery pack, vehicle, and stationary power source that include this secondary battery, which realize a secondary battery with low resistance and long life characteristics.

実施形態によると、セパレータが提供される。セパレータは、無機粒子と、高分子結着剤と、繊維状物質と、を含む無機粒子層を備え、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合が0.1質量%以上40質量%以下である。また、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する高分子結着剤の質量の割合が5質量%以上30質量%以下である。また、繊維状物質の平均繊維径は1nm以上30nm以下である。 According to an embodiment, a separator is provided. The separator includes an inorganic particle layer including inorganic particles, a polymer binder, and a fibrous material, and the ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 0.1 mass% or more and 40 mass% or less. The ratio of the mass of the polymer binder to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 5 mass% or more and 30 mass% or less. The average fiber diameter of the fibrous material is 1 nm or more and 30 nm or less.

第1の実施形態に係るセパレータを示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the separator according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る電極群の模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of an electrode group according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of a secondary battery according to a third embodiment. 第3の実施形態に係る二次電池の他の例を概略的に示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another example of the secondary battery according to the third embodiment. 図4に示す二次電池のIII-III線に沿った断面図。5 is a cross-sectional view taken along line III-III of the secondary battery shown in FIG. 4. 第3の実施形態に係る二次電池の更に他の例を概略的に示す部分切欠斜視図。FIG. 13 is a partially cutaway perspective view illustrating a secondary battery according to still another embodiment of the present invention; 図6に示す二次電池のB部を拡大した断面図。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion B of the secondary battery shown in FIG. 6 . 第4の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。FIG. 13 is a perspective view illustrating an example of a battery pack according to a fourth embodiment. 第5の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図。FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating an example of a battery pack according to a fifth embodiment. 図9に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing an example of an electrical circuit of the battery pack shown in FIG. 9 . 第6の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a vehicle according to a sixth embodiment. 第7実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing an example of a system including a stationary power supply according to a seventh embodiment.

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは、互いに対応するものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。以下の説明において、特に記載がない限り、pHは25℃、1気圧(大気)における値を示している The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Items with the same reference numerals correspond to each other. The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between parts, etc. are not necessarily the same as in reality. Even when the same part is shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing. In the following description, unless otherwise specified, the pH is shown at 25°C and 1 atmosphere (atmosphere).

(第1の実施形態) (First embodiment)

図1は第1の実施形態に係るセパレータを示す断面図である。図1aに示すセパレータ53は、無機粒子層531を含み、無機粒子層531は、繊維状物質534と無機粒子532と高分子結着剤533とを含んでいる。高分子結着剤533は、無機粒子532の間の隙間に存在している。図1bに示すセパレータ53は、無機粒子層531と、多孔質自立膜530を含んでいる。高分子結着剤533は、無機粒子層531だけでなく、多孔質自立膜530側にも含まれている。繊維状物質534と高分子結着剤533は無機粒子層531の間に存在している。高分子結着剤533は無機粒子532どうし、または無機粒子532と繊維状物質534とを接着させる。第1の実施形態に係るセパレータは、無機粒子と、高分子結着剤と、繊維状物質と、を備え、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合が0.1質量%以上40質量%以下である。無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合は、{繊維状物質の質量÷(無機粒子の質量+高分子結着剤の質量+繊維状物質の質量)}×100で表すことができる。上記無機粒子はリチウムイオンをはじめとしたアルカリイオン伝導性を有するセラミックスであることが好ましいが、絶縁性の金属酸化物が混合していてもよい。なお、図1bの場合は、多孔質自立膜を除いたセパレータ本体において、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合が0.1質量%以上40質量%以下であればよい。 Figure 1 is a cross-sectional view showing a separator according to the first embodiment. The separator 53 shown in Figure 1a includes an inorganic particle layer 531, which includes a fibrous material 534, inorganic particles 532, and a polymer binder 533. The polymer binder 533 is present in the gaps between the inorganic particles 532. The separator 53 shown in Figure 1b includes an inorganic particle layer 531 and a porous free-standing membrane 530. The polymer binder 533 is included not only in the inorganic particle layer 531 but also on the porous free-standing membrane 530 side. The fibrous material 534 and the polymer binder 533 are present between the inorganic particle layer 531. The polymer binder 533 bonds the inorganic particles 532 to each other or between the inorganic particles 532 and the fibrous material 534. The separator according to the first embodiment includes inorganic particles, a polymer binder, and a fibrous material, and the ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 0.1% by mass or more and 40% by mass or less. The ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material can be expressed as {mass of the fibrous material ÷ (mass of the inorganic particles + mass of the polymer binder + mass of the fibrous material)} × 100. The inorganic particles are preferably ceramics having alkali ion conductivity, including lithium ions, but may also be mixed with insulating metal oxides. In the case of FIG. 1b, the ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material in the separator body excluding the porous self-supporting membrane may be 0.1% by mass or more and 40% by mass or less.

溶媒として水を含む溶媒を備える二次電池では、初回充電時に、負極の内部及び負極近傍において、水系電解質の溶媒に含まれる水が、電気分解し得る。これは、初回充電時に、負極活物質にリチウムイオンが吸蔵されることにより、負極の電位が低下するためである。この負極電位が、水素発生電位より低下すると、負極の内部及び負極近傍において、一部の水が、水素(H2)と水酸化物イオン(OH-)とに分解される。これにより、負極内部及び負極近傍に存在する水系電解質のpHが高まる。 In a secondary battery having a solvent containing water as a solvent, the water contained in the solvent of the aqueous electrolyte may be electrolyzed inside and near the negative electrode during the initial charge. This is because the potential of the negative electrode decreases due to the absorption of lithium ions into the negative electrode active material during the initial charge. When the negative electrode potential decreases below the hydrogen generation potential, some of the water inside and near the negative electrode is decomposed into hydrogen (H2) and hydroxide ions (OH-). This increases the pH of the aqueous electrolyte present inside and near the negative electrode.

負極の水素発生電位は、水系電解質のpHに依存する。すなわち、負極と接している水系電解質のpHが高まると、負極の水素発生電位は低下する。したがって、初回充電後は、負極における水の分解は生じにくくなる。 The hydrogen generation potential of the negative electrode depends on the pH of the aqueous electrolyte. In other words, as the pH of the aqueous electrolyte in contact with the negative electrode increases, the hydrogen generation potential of the negative electrode decreases. Therefore, after the first charge, water decomposition at the negative electrode becomes less likely to occur.

本実施形態にかかるセパレータは無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質を混合したものを用いる。そのため、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンは透過させるが、水系溶媒は透過させにくい性質を有している。そのため、第1の実施形態に係るセパレータを備える二次電池においては、セパレータが少なくとも負極と正極との間に位置するため、負極と接する水系電解質に含まれる溶媒と、正極と接する水系電解質に含まれる溶媒とは互いに行き来しにくい。したがって第1の実施形態に係る二次電池では、負極と接する水系電解質のpHを高い状態のまま維持することができる。それゆえ、第1の実施形態に係るセパレータを備える二次電池では、負極における水の電気分解が抑制され、高い充放電効率、すなわち長寿命を実現することができる。 The separator according to the present embodiment is a mixture of inorganic particles, a polymer binder, and a fibrous material. Therefore, it has a property of allowing alkali metal ions such as lithium ions to pass through but not allowing aqueous solvents to pass through easily. Therefore, in a secondary battery having the separator according to the first embodiment, the separator is located at least between the negative electrode and the positive electrode, so that the solvent contained in the aqueous electrolyte in contact with the negative electrode and the solvent contained in the aqueous electrolyte in contact with the positive electrode do not easily pass between each other. Therefore, in the secondary battery according to the first embodiment, the pH of the aqueous electrolyte in contact with the negative electrode can be maintained at a high level. Therefore, in a secondary battery having the separator according to the first embodiment, the electrolysis of water in the negative electrode is suppressed, and high charge/discharge efficiency, i.e., a long life, can be achieved.

本実施形態にかかるセパレータは繊維状物質を備えることによって、セパレータの抵抗が低減され、イオン伝導性が向上する。これは、セパレータが備える繊維状物質と繊維状物質との間に水系電解質が取り込まれることで、セパレータの中を通るイオンのイオン移動度が向上するためであると推察される。セパレータに水系電解質が取り込まれ、イオン移動度が向上することで、無機粒子の粒間に生じる界面抵抗を抑制することができる。このセパレータが備える繊維状物質の繊維と繊維の間に水系電解質が取り込まれることを、以後膨潤と記載する場合もある。セパレータが膨潤しても、繊維状物質の平均繊維径はほぼ変わらない。 The separator according to this embodiment is provided with a fibrous material, which reduces the resistance of the separator and improves ionic conductivity. This is presumably because the ionic mobility of ions passing through the separator is improved by the incorporation of an aqueous electrolyte between the fibrous materials in the separator. The incorporation of an aqueous electrolyte into the separator improves ionic mobility, thereby suppressing the interfacial resistance that occurs between the particles of inorganic particles. The incorporation of an aqueous electrolyte between the fibers of the fibrous material in the separator may hereinafter be referred to as swelling. Even if the separator swells, the average fiber diameter of the fibrous material remains almost unchanged.

このように、繊維状物質の繊維と繊維の間に水系電解質が取り込まれることで、第1の実施形態にかかるセパレータを備えた二次電池は低抵抗を実現することができる。二次電池のセパレータや二次電池を低抵抗化することにより、充電・放電の際、高いレートでの充電・放電動作を実現でき、さらに、二次電池の内部抵抗を低減することが可能になる。このように、低抵抗化した二次電池では高い充放電効率、つまり高寿命を実現できる。以上より、第1の実施形態にかかるセパレータを備えた二次電池は、低抵抗と高い寿命特性とを実現することができる。 In this way, by incorporating an aqueous electrolyte between the fibers of the fibrous material, a secondary battery equipped with the separator according to the first embodiment can achieve low resistance. By reducing the resistance of the separator of the secondary battery and the secondary battery, it is possible to achieve high-rate charge and discharge operations during charging and discharging, and further to reduce the internal resistance of the secondary battery. In this way, a secondary battery with a reduced resistance can achieve high charge and discharge efficiency, that is, a long life. As described above, a secondary battery equipped with the separator according to the first embodiment can achieve low resistance and long life characteristics.

また、本実施形態に係るセパレータを備えることで、正極と負極間の内部短絡および水の移動を抑制しつつ、薄型化できるのでエネルギー密度を高めることも可能である。 In addition, by including the separator according to this embodiment, it is possible to reduce the thickness while suppressing internal short circuits and water movement between the positive and negative electrodes, making it possible to increase the energy density.

本実施形態に係るセパレータを備えることで、セパレータの抵抗を抑制したまま、セパレータにおける高分子結着剤の割合を増量することによる、セパレータに柔軟性が付与、すなわち機械強度向上も可能である。 By providing the separator according to this embodiment, it is possible to increase the proportion of polymer binder in the separator while suppressing the resistance of the separator, thereby imparting flexibility to the separator, i.e. improving its mechanical strength.

第1の実施形態にかかるセパレータについて具体的に説明する。
セパレータは、電気的絶縁性を有し、負極と正極とが接触して内部短絡を生じることを防ぐ。セパレータは、少なくとも正極と負極との間に位置している。セパレータは、負極と接していることが好ましく、正極及び負極の両方と接していることがより好ましい。セパレータは、負極の主面を被覆するように位置していることが好ましい。また、セパレータは、負極の主面に加えて、1以上の側面も被覆していることが好ましい。このような構成を採用することにより、二次電池内において、負極側と、正極側とを、より正確に隔てることができ、水の電気分解をより抑制することができる。なお、第1実施形態に係る二次電池は、複数のセパレータを備えていてもよい。この場合、負極及び正極は、それぞれ、セパレータ間に位置し得る。
The separator according to the first embodiment will be specifically described.
The separator has electrical insulation and prevents the negative electrode and the positive electrode from coming into contact with each other to cause an internal short circuit. The separator is located at least between the positive electrode and the negative electrode. The separator is preferably in contact with the negative electrode, and more preferably in contact with both the positive electrode and the negative electrode. The separator is preferably located so as to cover the main surface of the negative electrode. In addition, the separator preferably covers one or more side surfaces in addition to the main surface of the negative electrode. By adopting such a configuration, the negative electrode side and the positive electrode side can be more accurately separated in the secondary battery, and the electrolysis of water can be more suppressed. The secondary battery according to the first embodiment may include a plurality of separators. In this case, the negative electrode and the positive electrode can be located between the separators.

セパレータの備える繊維状物質は、親水性の官能基であるヒドロキシ基、スルホン基、カルボキシル基を有するものが好ましく、例えばセルロース繊維、多糖類、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホネートなどのポリスチレンのアニオン性誘導体、ポリスチレントリアルキルベンジルアンモニウムなどの、ポリスチレンのカチオン性誘導体、およびそれら誘導体やコポリマーを挙げることができる。これらの中でもセルロース繊維が好ましい。繊維状物質は1種類だけでも、2種類以上を混合して用いてもよい。このように繊維状物質が電気的に陰性な官能基であるヒドロキシ基やスルホン基、カルボキシル基を有することで、繊維状物質と繊維状物質の間に電解質が取り込まれ、セパレータを膨潤させることができる。 The fibrous material of the separator preferably has hydrophilic functional groups such as hydroxyl, sulfone, and carboxyl groups. Examples of such fibrous materials include cellulose fibers, polysaccharides, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, anionic derivatives of polystyrene such as polystyrene sulfonate, cationic derivatives of polystyrene such as polystyrene trialkylbenzylammonium, and derivatives and copolymers thereof. Among these, cellulose fibers are preferred. One type of fibrous material may be used alone, or two or more types may be mixed together. In this way, when the fibrous material has electrically negative functional groups such as hydroxyl, sulfone, and carboxyl groups, electrolytes are taken in between the fibrous materials, causing the separator to swell.

セパレータに含まれる無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量割合は、0.1質量%以上40質量%以下であることが好ましい。この範囲にあることで、繊維状物質どうしの間に水系電解質を取り込みやすく、セパレータの低抵抗化を実現することができ、かつセパレータの機械強度を保つことにより、高寿命な二次電池を実現できる。繊維状物質の質量割合が0.1質量%未満では、繊維状物質の量が少ないために、繊維状物質どうしの間に水系電解質を取り込みにくく、セパレータ低抵抗化させることは難しい。40質量%より多いとセパレータに繊維状物質が過度に取り込まれるため、低抵抗化は実現できるが、セパレータの機械強度が低下し、二次電池の寿命特性が低下する。より好ましくは0.5質量%以上30質量%以下であり、さらにより好ましくは1質量%以上20質量%以下であるである。これらの範囲にあることで、セパレータの機械強度を損なわず、繊維状物質同士の間に水系電解質が取り込まれることにより、セパレータの低抵抗化と、セパレータの機械強度を保つことによる高い寿命特性を実現できる。 The mass ratio of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, polymer binder, and fibrous material contained in the separator is preferably 0.1% by mass or more and 40% by mass or less. By being in this range, it is easy to incorporate an aqueous electrolyte between the fibrous materials, and the resistance of the separator can be reduced, and by maintaining the mechanical strength of the separator, a secondary battery with a long life can be realized. If the mass ratio of the fibrous material is less than 0.1% by mass, the amount of fibrous material is small, so it is difficult to incorporate an aqueous electrolyte between the fibrous materials, and it is difficult to reduce the resistance of the separator. If it is more than 40% by mass, the fibrous material is excessively incorporated into the separator, so that the resistance can be reduced, but the mechanical strength of the separator decreases and the life characteristics of the secondary battery decrease. More preferably, it is 0.5% by mass or more and 30% by mass or less, and even more preferably, it is 1% by mass or more and 20% by mass or less. By being in these ranges, the mechanical strength of the separator is not compromised, and the aqueous electrolyte is incorporated between the fibrous materials, which reduces the resistance of the separator and maintains its mechanical strength, resulting in long life characteristics.

無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合、無機粒子の質量の割合および高分子結着剤の質量の割合は、例えば以下の方法により算出することができる。 The mass ratio of the fibrous material, the mass ratio of the inorganic particles, and the mass ratio of the polymer binder relative to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material can be calculated, for example, by the following method.

まず二次電池を解体し、セパレータを採取する。次いで、このセパレータの一部を切り出して、試験片を得る。試験片の大きさは、例えば、一辺の長さが2cmの正方形の板状とする。試験片は事前に例えば大気下摂氏50度等の条件でよく乾燥させておく。次いで、試験片を十分な量の溶媒と混合する。溶媒は無機粒子と繊維状物質とを溶解せず、高分子結着剤を溶解させられるものを用いる。高分子結着剤であるポリビニルブチラール(PVB)を溶解させるのに、例えば、N-メチル―2ピロリドン(NMP)等を用いることができる。高分子結着剤を溶解させた後、遠心分離器を用いて、固形分と繊維状物質が溶け出した溶媒とを分離する。この時固形分には無機粒子および繊維状物質が含まれ、溶液には溶媒と高分子結着剤が含まれる。固形分はよく乾燥させた後に熱重量分析(Thermal Gravimetric analysis;TG)を行うことで、固形分に含まれる無機粒子と高分子結着剤との質量を得る。 First, the secondary battery is disassembled and the separator is taken. Then, a part of this separator is cut out to obtain a test piece. The size of the test piece is, for example, a square plate with a side length of 2 cm. The test piece is thoroughly dried in advance under conditions such as 50 degrees Celsius in air. Next, the test piece is mixed with a sufficient amount of solvent. The solvent used is one that does not dissolve the inorganic particles and fibrous material but can dissolve the polymer binder. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used to dissolve the polymer binder polyvinyl butyral (PVB). After the polymer binder is dissolved, a centrifuge is used to separate the solid content from the solvent in which the fibrous material has dissolved. At this time, the solid content contains the inorganic particles and fibrous material, and the solution contains the solvent and the polymer binder. After the solids are thoroughly dried, thermal gravimetric analysis (TG) is performed to obtain the mass of the inorganic particles and polymer binder contained in the solids.

一方で溶液において熱重量分析(TG)を行うことで、溶液に含まれる溶媒と高分子結着剤の質量を得る。以上から得た質量より、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計に対する繊維状物質の質量の割合、無機粒子の質量の割合および高分子結着剤の質量の割合を得ることができる。 On the other hand, thermogravimetric analysis (TG) is performed on the solution to obtain the mass of the solvent and polymer binder contained in the solution. From the masses obtained above, the mass ratio of the fibrous material to the total of the inorganic particles, polymer binder, and fibrous material, the mass ratio of the inorganic particles, and the mass ratio of the polymer binder can be obtained.

図1bのように複合電解質層が多孔質自立膜上に設けられた場合は、スパチュラ等を用い、セパレータから不織布を引き剥がした後、セパレータの質量を、例えば電子天秤により秤量し、十分な量の純水と混合させる。次いで、ろ過によりろ液を採取後、ろ液にふくまれる純水を蒸発させ、残滓について熱重量分析(TG)を行う。 When the composite electrolyte layer is provided on a porous free-standing membrane as shown in Figure 1b, the nonwoven fabric is peeled off from the separator using a spatula or the like, and the mass of the separator is then weighed, for example, using an electronic balance, and mixed with a sufficient amount of pure water. Next, the filtrate is collected by filtration, the pure water contained in the filtrate is evaporated, and the residue is subjected to thermogravimetric analysis (TG).

繊維状物質の平均繊維径は、セパレータを膨潤させるという観点からは100nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましい。繊維状物質の平均繊維径の下限は、特に指定はないが、例えば0.1nm以上であることが好ましく、1nm以上であることが好ましい。繊維状物質の平均繊維長は、特に指定はないが、0.1μm以上100μm以下であるものを用いることができる。 From the viewpoint of swelling the separator, the average fiber diameter of the fibrous material is preferably 100 nm or less, and more preferably 30 nm or less. There is no particular specification for the lower limit of the average fiber diameter of the fibrous material, but for example, it is preferably 0.1 nm or more, and preferably 1 nm or more. There is no particular specification for the average fiber length of the fibrous material, but it is possible to use one that is 0.1 μm or more and 100 μm or less.

繊維状物質の平均繊維径は、例えば、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)観察により測定することができる。作製した二次電池を分解し、セパレータを採取する。セパレータは事前に、例えば大気下摂氏50℃等の条件でよく乾燥させておく。乾燥させたセパレータ表面を金スパッタ処理した後にSEMを用いて観察を行う。SEM写真にみられる繊維状物質の繊維径を10か所測定し、これらを平均したものを平均繊維径として算出する。繊維状物質の平均繊維長も、平均繊維径と同様に測定することができる。 The average fiber diameter of the fibrous material can be measured, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM). The fabricated secondary battery is disassembled, and the separator is collected. The separator is thoroughly dried in advance, for example, under conditions of 50°C in air. The dried separator surface is gold sputtered and then observed using an SEM. The fiber diameter of the fibrous material seen in the SEM photograph is measured at 10 locations, and the average of these measurements is calculated as the average fiber diameter. The average fiber length of the fibrous material can also be measured in the same way as the average fiber diameter.

第1の実施形態に係るセパレータの備える無機粒子と、高分子結着剤と、繊維状物質について具体的に説明する。 The inorganic particles, polymer binder, and fibrous material contained in the separator according to the first embodiment will be specifically described.

セパレータの備える無機粒子は、以下の元素群Mg,Al,Si,Ca,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,In,Ba,Hf,Ta,W,Re,Ir,Pt及びAuからなる群れより選ばれる少なくとも1種類の陽イオンを含む化合物である。化合物は例えば、酸化物、硫化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩が挙げられるが、これらに限定するものではない。 The inorganic particles in the separator are compounds containing at least one type of cation selected from the group consisting of the following elements: Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Ba, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, and Au. Examples of compounds include, but are not limited to, oxides, sulfides, hydroxides, carbonates, and sulfates.

無機粒子は、アルカリイオン伝導性に優れている無機固体電解質が好ましい。また無機粒子は高い耐水性を有するものが好ましい。これは、二次電池内で加水分解を生じにくいためである。無機粒子は、例えば、リチウムイオン伝導性に優れた無機固体電解質として、NASICON型構造を有し、一般式LiM2(PO4)3で表されるリチウムリン酸固体電解質が挙げられる。上記一般式中のMは、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)からなる群より選ばれる少なくとも一種類以上の元素であることが好ましい。元素Mは、Ge、Zr及びTiの何れか1つの元素と、Alとを含むことがより好ましい。 The inorganic particles are preferably inorganic solid electrolytes with excellent alkaline ion conductivity. In addition, inorganic particles with high water resistance are preferable. This is because hydrolysis is unlikely to occur in the secondary battery. For example, the inorganic particles are an inorganic solid electrolyte with excellent lithium ion conductivity, such as a lithium phosphate solid electrolyte having a NASICON structure and represented by the general formula LiM2(PO4)3. In the above general formula, M is preferably at least one element selected from the group consisting of titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), zirconium (Zr), tin (Sn), and aluminum (Al). It is more preferable that the element M contains any one of Ge, Zr, and Ti, and Al.

NASICON型構造を有するリチウムリン酸固体電解質の具体例としては、LATP(Li1+xAlTi2-x(PO)、Li1+xAlGe2-x(PO、Li1+xAlZr2-x(POを挙げることができる。上記式におけるxは、0<x≦5の範囲内にあり、0.1≦x≦0.5の範囲内にあることが好ましい。固体電解質としては、LATPを用いることが好ましい。LATPは、耐水性に優れ、二次電池内で加水分解を生じにくい。 Specific examples of lithium phosphate solid electrolytes having a NASICON structure include LATP (Li1 + xAlxTi2 -x(PO4)3), Li1+xAlxGe2-x ( PO4 ) 3 , and Li1 +xAlxZr2 - x ( PO4 ) 3 . In the above formula, x is preferably in the range of 0<x≦5, and more preferably in the range of 0.1≦x≦0.5. It is preferable to use LATP as the solid electrolyte. LATP has excellent water resistance and is less susceptible to hydrolysis in a secondary battery.

また、酸化物系固体電解質としては、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.30.46)、又はガーネット型構造のLLZ(LiLaZr12)を用いてもよい。無機固体電解質は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 As the oxide-based solid electrolyte, amorphous LIPON ( Li2.9PO3.3N0.46 ) or LLZ ( Li7La3Zr2O12 ) having a garnet structure may be used. The inorganic solid electrolyte may be one type or a mixture of two or more types.

また無機粒子としては、ナトリウムイオンを伝導する固体電解質を用いてもよい。ナトリウム含有固体電解質は、ナトリウムイオンのイオン伝導性に優れている。ナトリウム含有固体電解質としては、ナトリウムリン硫化物及びナトリウムリン酸化物などを挙げることができる。ナトリウムイオン含有固体電解質は、ガラスセラミックスの形態にあることが好ましい。 As the inorganic particles, a solid electrolyte that conducts sodium ions may be used. The sodium-containing solid electrolyte has excellent ionic conductivity of sodium ions. Examples of the sodium-containing solid electrolyte include sodium phosphorus sulfide and sodium phosphorus oxide. The sodium ion-containing solid electrolyte is preferably in the form of glass ceramics.

無機粒子としては、特に限定されないが例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、イットリア、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、などの酸化物系セラミックス、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ランタン、炭酸セリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、石膏、硫酸バリウムなどの炭酸塩および硫酸塩、水酸燐灰石、リン酸ジルコニウム、リン酸チタニウムなどのリン酸塩、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックスなどが例として挙げられる。以上に挙げた無機粒子は水和物の形態をとっていてもよい。 Examples of inorganic particles include, but are not limited to, oxide ceramics such as alumina, silica, zirconia, yttria, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, strontium oxide, and vanadium oxide; carbonates and sulfates such as sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lanthanum carbonate, cerium carbonate, calcium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, gypsum, and barium sulfate; phosphates such as hydroxyapatite, zirconium phosphate, and titanium phosphate; and nitride ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, and boron nitride. The inorganic particles listed above may be in the form of a hydrate.

無機粒子アルミナ(Al)、シリカ(SiO)、酸化カルシウム(CaO)は、ガラスセラミックスの形態にあることが好ましい。また金属酸化物は1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。無機粒子として無機固体電解質に金属酸化物を混合したものを用いてもよい。 The inorganic particles of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), and calcium oxide (CaO) are preferably in the form of glass ceramics. The metal oxide may be one type or a mixture of two or more types. The inorganic particles may be a mixture of an inorganic solid electrolyte and a metal oxide.

無機粒子の形状は特に限定されないが、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、又は繊維状などにすることができる。無機粒子の平均粒径は、アルカリ金属イオン伝導性を高めるという観点からは、100μm以下であることが好ましく、70μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましい。無機粒子の平均粒径に下限値は特にないが、一例によると、0.05μm以上である。 The shape of the inorganic particles is not particularly limited, but can be, for example, spherical, elliptical, flat, or fibrous. From the viewpoint of increasing alkali metal ion conductivity, the average particle size of the inorganic particles is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, and even more preferably 50 μm or less. There is no particular lower limit to the average particle size of the inorganic particles, but according to one example, it is 0.05 μm or more.

なお、無機粒子の平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求めた粒度分布において、体積積算値が50%となる粒径を意味している。この粒度分布測定を行う際の試料としては、無機粒子の濃度が0.01質量%以上5質量%以下となるようにエタノールで希釈した分散液を用いる。 The average particle size of inorganic particles means the particle size at which the volume cumulative value is 50% in the particle size distribution determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device. The sample used for this particle size distribution measurement is a dispersion diluted with ethanol so that the concentration of inorganic particles is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less.

セパレータの備える無機粒子のバルクや粒界、またはセパレータに染み込んでいる水系電解質は、1価の陽イオンが透過することができる。1価の陽イオンとしては、例えば、リチウムイオンやナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ金属イオンを挙げることができる。一方セパレータにおいて、繊維状物質どうしの間に水系電解質が取り込まれることによってセパレータが膨潤することで、水系電解質の溶媒を透過させにくい。すなわち、セパレータには溶媒和したアルカリ金属イオンが侵入し得るが、溶媒和したアルカリ金属イオンは脱溶媒和しセパレータを透過し得る。 Monovalent cations can pass through the bulk or grain boundaries of inorganic particles in the separator, or through the aqueous electrolyte that has soaked into the separator. Examples of monovalent cations include alkali metal ions such as lithium ions, sodium ions, and potassium ions. On the other hand, when the aqueous electrolyte is trapped between the fibrous materials in the separator, the separator swells, making it difficult for the aqueous electrolyte solvent to pass through. In other words, solvated alkali metal ions can enter the separator, but the solvated alkali metal ions can be desolvated and pass through the separator.

セパレータにおける無機粒子の割合は、代表的には、40質量%以上、90質量%以下、例えば45質量%以上、85質量%以下である。 The proportion of inorganic particles in the separator is typically 40% by mass or more and 90% by mass or less, for example 45% by mass or more and 85% by mass or less.

無機粒子はセパレータの主成分であることが好ましい。セパレータにおける無機粒子の割合は、セパレータを緻密化し、遮水性を高めるという観点からは、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。セパレータにおける無機粒子の割合が60質量%未満の場合、遮水性が低下する。 It is preferable that inorganic particles are the main component of the separator. From the viewpoint of densifying the separator and increasing water-blocking properties, the proportion of inorganic particles in the separator is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 80% by mass or more. If the proportion of inorganic particles in the separator is less than 60% by mass, the water-blocking properties are reduced.

セパレータにおける無機粒子の割合は、セパレータの可撓性を高めるという観点からは、94質量%以下であることが好ましく、92質量%以下であることがより好ましく、90質量%以下であることが更に好ましい。セパレータにおける無機粒子の割合が94質量%より高い場合、高分子結着剤の割合が6質量%未満と少なくなることで可撓性が低下し、セパレータにクラックなどが入り電池性能を低下させる。 From the viewpoint of increasing the flexibility of the separator, the proportion of inorganic particles in the separator is preferably 94% by mass or less, more preferably 92% by mass or less, and even more preferably 90% by mass or less. If the proportion of inorganic particles in the separator is higher than 94% by mass, the proportion of polymer binder will be reduced to less than 6% by mass, reducing flexibility and causing cracks in the separator, thereby reducing battery performance.

セパレータ全体における無機粒子の割合は、熱重量分析(TG)により算出することができる。 The proportion of inorganic particles in the entire separator can be calculated by thermogravimetric analysis (TG).

セパレータの備える高分子結着剤は、次のように構成される。高分子結着剤の重量平均分子量は例えば3000以上である。高分子結着剤の重量平均分子量が3000以上であると、無機粒子の結着性をより高めることができる。高分子結着剤の重量平均分子量は、3000以上5000000以下であることが好ましく、5000以上2000000以下であることがより好ましく、10000以上1000000以下であることが更に好ましい。高分子結着剤の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。 The polymer binder provided in the separator is configured as follows. The weight average molecular weight of the polymer binder is, for example, 3000 or more. When the weight average molecular weight of the polymer binder is 3000 or more, the binding property of the inorganic particles can be further improved. The weight average molecular weight of the polymer binder is preferably 3000 or more and 5,000,000 or less, more preferably 5000 or more and 2,000,000 or less, and even more preferably 10,000 or more and 1,000,000 or less. The weight average molecular weight of the polymer binder can be determined by gel permeation chromatography (GPC).

高分子結着剤は、単一のモノマーユニットからなる重合体(ポリマー)、複数のモノマーユニットからなる共重合体(コポリマー)、又はこれらの混合物であり得る。高分子結着剤は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選ばれる1種類又は2種類以上の元素を含む官能基を有する炭化水素で構成されるモノマーユニットを含んでいることが好ましい。高分子結着剤において、モノマーユニットで構成された部分が占める割合は70モル%以上であることが好ましい。以下、このモノマーユニットを、第1モノマーユニットと称する。また、共重合体において、第1モノマーユニット以外のものを、第2モノマーユニットと称する。第1モノマーユニットと第2モノマーユニットとの共重合体は、交互共重合体であってもよく、ランダム共重合体であってもよく、又は、ブロック共重合体であってもよい。 The polymer binder may be a polymer made of a single monomer unit, a copolymer made of multiple monomer units, or a mixture thereof. The polymer binder preferably contains a monomer unit made of a hydrocarbon having a functional group containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F). In the polymer binder, the proportion of the portion made of the monomer unit is preferably 70 mol % or more. Hereinafter, this monomer unit is referred to as the first monomer unit. In addition, in the copolymer, the unit other than the first monomer unit is referred to as the second monomer unit. The copolymer of the first monomer unit and the second monomer unit may be an alternating copolymer, a random copolymer, or a block copolymer.

高分子結着剤において、第1モノマーユニットで構成された部分が占める割合が70モル%より低いと、セパレータが水を透過し易くなり、その結果、電池の充放電効率が低下するおそれがある。高分子結着剤において、第1モノマーユニットで構成された部分の割合は、90モル%以上であることが好ましい。高分子結着剤は、第1モノマーユニットで構成された部分の割合が100モル%、すなわち、第1モノマーユニットのみからなる重合体であることが最も好ましい。 If the proportion of the polymer binder made up of the first monomer unit is less than 70 mol %, the separator becomes more permeable to water, which may result in a decrease in the charge/discharge efficiency of the battery. It is preferable that the proportion of the polymer binder made up of the first monomer unit is 90 mol % or more. It is most preferable that the proportion of the polymer binder made up of the first monomer unit is 100 mol %, that is, the polymer is composed only of the first monomer unit.

第1モノマーユニットは、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選ばれる1種類又は2種類以上の元素を含む官能基を側鎖に有し、主鎖が炭素-炭素結合により構成された化合物であってもよい。炭化水素は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選ばれる1種類又は2種類以上の元素を含む官能基を、1種類又は2種類以上有していてもよい。第1モノマーユニットにおける上記官能基は、セパレータを通過するアルカリ金属イオンの伝導性を高める。 The first monomer unit may be a compound having a functional group in its side chain containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F), and a main chain formed by carbon-carbon bonds. The hydrocarbon may have one or more functional groups containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F). The functional group in the first monomer unit increases the conductivity of alkali metal ions passing through the separator.

第1モノマーユニットを構成する炭化水素は、酸素(O)、硫黄(S)、及び窒素(N)からなる群より選ばれる少なくとも1種類の元素を含む官能基を有することが好ましい。第1モノマーユニットが、このような官能基を有すると、セパレータにおけるアルカリ金属イオンの伝導性がより高まり、内部抵抗を低めることができる傾向にある。 The hydrocarbon constituting the first monomer unit preferably has a functional group containing at least one element selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), and nitrogen (N). When the first monomer unit has such a functional group, the conductivity of the alkali metal ions in the separator tends to be increased, and the internal resistance tends to be reduced.

第1モノマーユニットに含まれる官能基としては、ホルマール基、ブチラール基、カルボキシメチルエステル基、アセチル基、カルボニル基、水酸基及びフルオロ基からなる群より選ばれる少なくとも1種類であることが好ましい。また、第1モノマーユニットは、カルボニル基及び水酸基の少なくとも一方を官能基に含むことがより好ましく、両方を含むことが更に好ましい。 The functional group contained in the first monomer unit is preferably at least one selected from the group consisting of a formal group, a butyral group, a carboxymethyl ester group, an acetyl group, a carbonyl group, a hydroxyl group, and a fluoro group. Moreover, the first monomer unit more preferably contains at least one of a carbonyl group and a hydroxyl group in the functional group, and even more preferably contains both.

第1モノマーユニットは、下記式により表すことができる。

Figure 0007652541000001
The first monomer unit can be represented by the following formula:
Figure 0007652541000001

上記式において、Rは、水素(H)、アルキル基、及びアミノ基からなる群より選ばれることが好ましい。また、Rは、水酸基(-OH)、-OR、-COOR、-OCOR、-OCH(R)O-、-CN、-N(R、及び-SOからなる群より選ばれることが好ましい。第1モノマーユニットとしては、例えば、ビニルホルマール、ビニルアルコール、酢酸ビニル、ビニルアセタール、ビニルブチラール、アクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、アクリロニトリル、アクリルアミド及びその誘導体、スチレンスルホン酸、及びテトラフルオロエチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種又は2種以上を挙げることができる。 In the above formula, R 1 is preferably selected from the group consisting of hydrogen (H), an alkyl group, and an amino group. Also, R 2 is preferably selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), -OR 1 , -COOR 1 , -OCOR 1 , -OCH(R 1 )O-, -CN, -N(R 1 ) 3 , and -SO 2 R 1. Examples of the first monomer unit include at least one or more selected from the group consisting of vinyl formal, vinyl alcohol, vinyl acetate, vinyl acetal, vinyl butyral, acrylic acid and derivatives thereof, methacrylic acid and derivatives thereof, acrylonitrile, acrylamide and derivatives thereof, styrene sulfonic acid, and tetrafluoroethylene.

高分子結着剤は、ポリビニルホルマール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリメタクリル酸メチル、及びポリテトラフルオロエチレンからなる群より選ばれる少なくとも1種類を含むことが好ましい。 The polymer binder preferably contains at least one selected from the group consisting of polyvinyl formal, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, and polytetrafluoroethylene.

以下に、高分子結着剤として用いることができる化合物の構造式の一例を記載する。ポリビニルホルマールの構造式は、以下の通りである。下記式において、aは、50以上80以下であり、bは0以上5以下であり、cは15以上50以下であることが好ましい。

Figure 0007652541000002
An example of the structural formula of a compound that can be used as a polymer binder is shown below. The structural formula of polyvinyl formal is as follows. In the following formula, it is preferable that a is 50 or more and 80 or less, b is 0 or more and 5 or less, and c is 15 or more and 50 or less.
Figure 0007652541000002

ポリビニルブチラールの構造式は、以下の通りである。下記式において、lは、50以上80以下であり、mは0以上10以下であり、nは10以上50以下であることが好ましい。

Figure 0007652541000003
The structural formula of polyvinyl butyral is as follows: In the following formula, it is preferable that l is 50 or more and 80 or less, m is 0 or more and 10 or less, and n is 10 or more and 50 or less.
Figure 0007652541000003

ポリビニルアルコールの構造式は、以下の通りである。下記式において、nは、70以上20000以下であることが好ましい。

Figure 0007652541000004
The structural formula of polyvinyl alcohol is as follows: In the following formula, n is preferably 70 or more and 20,000 or less.
Figure 0007652541000004

ポリメタクリル酸メチルの構造式は、以下の通りである。下記式において、nは、30以上10000以下であることが好ましい。

Figure 0007652541000005
The structural formula of polymethyl methacrylate is as follows: In the following formula, n is preferably 30 or more and 10,000 or less.
Figure 0007652541000005

第2モノマーユニットとは、第1モノマーユニット以外の化合物、すなわち、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)、及びフッ素(F)からなる群より選ばれる1種類又は2種類以上の元素を含む官能基を有さないか、又は、この官能基を有していても炭化水素ではないものである。第2モノマーユニットとしては、例えば、エチレンオキシド及びスチレンを挙げることができる。第2モノマーユニットからなる重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)及びポリスチレン(PS)を挙げることができる。 The second monomer unit is a compound other than the first monomer unit, i.e., a compound that does not have a functional group containing one or more elements selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N), and fluorine (F), or a compound that has such a functional group but is not a hydrocarbon. Examples of the second monomer unit include ethylene oxide and styrene. Examples of the polymer composed of the second monomer unit include polyethylene oxide (PEO) and polystyrene (PS).

第1モノマーユニット及び第2モノマーユニットに含まれる官能基の種類は、赤外線分光分析法(FourierTransform Infrared Spectroscopy;FT-IR)により同定することができる。また、第1モノマーユニットが炭化水素からなることは、核磁気共鳴(NuclearMagnetic Resonance;NMR)により判断することができる。また、第1モノマーユニットと第2モノマーユニットとの共重合体において、第1モノマーユニットで構成された部分が占める割合は、NMRにより算出することができる。 The types of functional groups contained in the first monomer unit and the second monomer unit can be identified by infrared spectroscopy (Fourier Transform Infrared Spectroscopy; FT-IR). Furthermore, it can be determined by nuclear magnetic resonance (NMR) that the first monomer unit is composed of a hydrocarbon. Furthermore, the proportion of the portion composed of the first monomer unit in a copolymer of the first monomer unit and the second monomer unit can be calculated by NMR.

高分子結着剤は水系電解質を含有し得る。高分子結着剤が含有し得る水系電解質の割合は、その吸水率により把握することができる。ここで、高分子結着剤の吸水率とは、23℃の温度の水中に24時間にわたって浸漬した後の高分子結着剤の質量M1から、浸漬する前の高分子結着剤の質量Mを減じて得られた値を、浸漬する前の高分子結着剤の質量Mで除した値([M1-M]/M×100)である。高分子結着剤の吸水率は、高分子結着剤の極性と関連していると考えられる。 The polymer binder may contain an aqueous electrolyte. The proportion of aqueous electrolyte that the polymer binder may contain can be determined by its water absorption rate. Here, the water absorption rate of the polymer binder is the value obtained by subtracting the mass M of the polymer binder before immersion from the mass M1 of the polymer binder after immersion in water at a temperature of 23°C for 24 hours, and dividing the result by the mass M of the polymer binder before immersion ([M1-M]/M x 100). The water absorption rate of the polymer binder is thought to be related to the polarity of the polymer binder.

吸水率の高い高分子結着剤を用いると、セパレータのアルカリ金属イオン伝導性が高まる傾向にある。また、吸水率が高い高分子結着剤を用いると、無機粒子と、高分子結着剤との結着力が高まるため、セパレータの可撓性を高めることができる。高分子結着剤の吸水率は、0.01%以上であることが好ましく、0.5%以上であることより好ましく、2%以上であることが更に好ましい。 When a polymer binder with high water absorption is used, the alkali metal ion conductivity of the separator tends to increase. In addition, when a polymer binder with high water absorption is used, the binding force between the inorganic particles and the polymer binder is increased, so the flexibility of the separator can be increased. The water absorption of the polymer binder is preferably 0.01% or more, more preferably 0.5% or more, and even more preferably 2% or more.

吸水率の低い高分子結着剤を用いると、セパレータの強度を高めることができる。すなわち、高分子結着剤の吸水率が高すぎると、セパレータの高分子結着剤が水系電解質内に流出することがある。高分子結着剤の吸水率は、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、7%以下であることが更に好ましく、3%以下であることが特に好ましい。 The strength of the separator can be increased by using a polymer binder with a low water absorption rate. In other words, if the water absorption rate of the polymer binder is too high, the polymer binder of the separator may flow into the aqueous electrolyte. The water absorption rate of the polymer binder is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, even more preferably 7% or less, and particularly preferably 3% or less.

セパレータにおける高分子結着剤の割合は、代表的には5質量%以上、30質量%以下、又は5質量%以上、20質量%以下である。 The proportion of polymer binder in the separator is typically 5% by mass or more and 30% by mass or less, or 5% by mass or more and 20% by mass or less.

セパレータにおける高分子結着剤の割合は、セパレータの可撓性を高めるという観点からは、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。 From the viewpoint of increasing the flexibility of the separator, the proportion of the polymer binder in the separator is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more.

また、セパレータにおける高分子結着剤の割合は、セパレータのリチウムイオン伝導性を高めるという観点からは、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。セパレータ全体における高分子結着剤の割合は、熱重量(TG)分析により算出することができる。 From the viewpoint of increasing the lithium ion conductivity of the separator, the proportion of the polymer binder in the separator is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less. The proportion of the polymer binder in the entire separator can be calculated by thermogravimetry (TG) analysis.

セパレータは無機粒子、繊維状物質、高分子結着剤の他に、可塑剤や電解質塩を含んでも良い。セパレータが電解質塩を含む場合、セパレータのアルカリ金属イオン伝導性をより高めることができる。 The separator may contain a plasticizer and an electrolyte salt in addition to inorganic particles, fibrous materials, and polymer binders. If the separator contains an electrolyte salt, the alkali metal ion conductivity of the separator can be further increased.

セパレータおける電解質塩の割合は、0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。セパレータにおける電解質塩の割合は、熱重量(TG)分析により算出することができる。 The proportion of electrolyte salt in the separator is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. The proportion of electrolyte salt in the separator can be calculated by thermogravimetry (TG) analysis.

セパレータが電解質塩を含んでいることは、例えば、セパレータ断面について、エネルギー分散型X線分析(EnergyDispersive X-ray spectrometry;EDX)から得られたアルカリ金属イオンの分布により、確認することができる。すなわち、セパレータが、電解質塩が含んでいない材料からなる場合、アルカリ金属イオンは、セパレータ中の高分子の表層に留まるため、セパレータの内部にはほとんど存在しない。したがって、セパレータの表層ではアルカリ金属イオンの濃度が高く、セパレータの内部ではアルカリ金属イオンの濃度が低いという濃度勾配が観察され得る。一方、セパレータが、電解質塩を含む材料からなる場合、アルカリ金属イオンがセパレータの内部にまで均一に存在していることが確認できる。 The fact that the separator contains electrolyte salt can be confirmed, for example, by the distribution of alkali metal ions obtained by energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) on the separator cross section. That is, if the separator is made of a material that does not contain electrolyte salt, the alkali metal ions remain on the surface layer of the polymer in the separator, and are hardly present inside the separator. Therefore, a concentration gradient can be observed in which the concentration of alkali metal ions is high on the surface layer of the separator and low inside the separator. On the other hand, if the separator is made of a material that contains electrolyte salt, it can be confirmed that the alkali metal ions are uniformly present even inside the separator.

セパレータが含む電解質塩と、水系電解質が含む電解質塩とが異なる種類である場合、存在するイオンの種類の違いにより、セパレータが、水系電解質とは異なる電解質塩を含んでいることが分かる。例えば、水系電解質として塩化リチウム(LiCl)を、セパレータにLiTFSI(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)を用いた場合、セパレータ中には(フルオロスルホニル)イミドイオンの存在が確認できる。一方、負極側の水系電解質には(フルオロスルホニルイミド)イオンの存在が確認できないか、あるいは、極めて低い濃度で存在する。 When the electrolyte salt contained in the separator and the electrolyte salt contained in the aqueous electrolyte are different types, the difference in the types of ions present indicates that the separator contains an electrolyte salt different from that of the aqueous electrolyte. For example, when lithium chloride (LiCl) is used as the aqueous electrolyte and LiTFSI (lithium bis(fluorosulfonyl)imide) is used as the separator, the presence of (fluorosulfonyl)imide ions can be confirmed in the separator. On the other hand, the presence of (fluorosulfonylimide) ions cannot be confirmed in the aqueous electrolyte on the negative electrode side, or they are present at extremely low concentrations.

電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩又はこれらの混合物を用いることが好ましい。電解質塩は、1種類又は2種類以上のものを使用することができる。リチウム塩として、例えば、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、水酸化リチウム(LiOH)、硫酸リチウム(LiSO)、硝酸リチウム(LiNO)、酢酸リチウム(CHCOOLi)、シュウ酸リチウム(Li)、炭酸リチウム(LiCO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)(LiTFSI;LiN(SOCF)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI;LiN(SOF))、及びリチウムビスオキサレートボラート(LiBOB:LiB[(OCO)])などを用いることができる。 As the electrolyte salt, it is preferable to use a lithium salt, a sodium salt, or a mixture thereof. One or more kinds of electrolyte salts can be used. As the lithium salt, for example , lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), lithium hydroxide (LiOH), lithium sulfate ( Li2SO4 ), lithium nitrate ( LiNO3 ), lithium acetate ( CH3COOLi ), lithium oxalate ( Li2C2O4 ), lithium carbonate ( Li2CO3 ) , lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) (LiTFSI; LiN( SO2CF3 ) 2 ), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI; LiN( SO2F ) 2 ), and lithium bisoxalate borate (LiBOB: LiB[(OCO) 2 ] 2 ) can be used.

また、ナトリウム塩としては、塩化ナトリウム(NaCl)、硫酸ナトリウム(NaSO)、水酸化ナトリウム(NaOH)、硝酸ナトリウム(NaNO)及びナトリウムトリフルオロメタンスルホニルアミド(NaTFSA)などを用いることができる。 As the sodium salt, sodium chloride (NaCl), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium hydroxide (NaOH), sodium nitrate (NaNO 3 ), sodium trifluoromethanesulfonylamide (NaTFSA), and the like can be used.

セパレータの備える繊維状物質は、先述したように親水性の官能基であるヒドロキシ基、スルホン基、カルボキシル基を有するものが好ましく、例えばセルロース繊維、多糖類、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホネートなどのポリスチレンのアニオン性誘導体、ポリスチレントリアルキルベンジルアンモニウムなどの、ポリスチレンのカチオン性誘導体、およびそれら誘導体やコポリマーを挙げることができる。これらの中でもセルロース繊維が好ましい。繊維状物質は1種類だけでも、2種類以上を混合して用いてもよい。このように繊維状物質が電気的に陰性な官能基であるヒドロキシ基やスルホン基、カルボキシル基を有することで、繊維状物質と繊維状物質の間に電解質が取り込まれ、セパレータを膨潤させることができる。 As mentioned above, the fibrous material of the separator preferably has hydrophilic functional groups such as hydroxyl, sulfone, and carboxyl groups. Examples of such fibrous materials include cellulose fibers, polysaccharides, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, anionic derivatives of polystyrene such as polystyrene sulfonate, cationic derivatives of polystyrene such as polystyrene trialkylbenzylammonium, and derivatives and copolymers thereof. Among these, cellulose fibers are preferred. One type of fibrous material may be used alone, or two or more types may be mixed together. In this way, when the fibrous material has electrically negative functional groups such as hydroxyl, sulfone, and carboxyl groups, electrolytes are taken in between the fibrous materials, causing the separator to swell.

繊維状物質の平均繊維径は、セパレータを膨潤させるという観点からは100nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましい。繊維状物質の平均繊維径の下限は、特に指定はないが、例えば0.1nm以上であることが好ましく、1nm以上であることが好ましい。繊維状物質の平均繊維長は、特に指定はないが、0.1μm以上100μm以下であるものを用いることができる。 From the viewpoint of swelling the separator, the average fiber diameter of the fibrous material is preferably 100 nm or less, and more preferably 30 nm or less. There is no particular specification for the lower limit of the average fiber diameter of the fibrous material, but for example, it is preferably 0.1 nm or more, and preferably 1 nm or more. There is no particular specification for the average fiber length of the fibrous material, but it is possible to use one that is 0.1 μm or more and 100 μm or less.

セパレータは、可撓性を有していることが好ましい。セパレータが可撓性を有していると、セパレータにクラックなどの欠陥が発生しにくい。したがって、可撓性を有するセパレータを用いると、二次電池内において、負極側と正極側とをより正確に隔てることができ、水の電気分解をより抑制することができる。セパレータの可撓性の高さは、セパレータに含まれる高分子結着剤の種類や配合量などに依存し得る。 It is preferable that the separator is flexible. If the separator is flexible, defects such as cracks are less likely to occur in the separator. Therefore, if a flexible separator is used, the negative electrode side and the positive electrode side can be separated more accurately in the secondary battery, and the electrolysis of water can be further suppressed. The degree of flexibility of the separator can depend on the type and amount of polymer binder contained in the separator.

セパレータの膜厚は、無機粒子層の膜厚としては1μm以上100μm以下であることが好ましい。この範囲にあることで二次電池のエネルギー密度を高めることができ、また機械強度を保つことができる。1μm未満だと二次電池の内部抵抗が低下し、二次電池の体積エネルギー密度が高まる傾向にあるが、電解質の透過を抑制しにくくなるので好ましくない。100μmより大きいと水系溶媒を透過させにくく、二次電池の寿命を高めることができるが、エネルギー密度は低下する。より好ましくは2μm以上80μm以下であり、さらにより好ましくは5μm以上60μm以下である。セパレータの膜厚は、例えば、SEM観察により測定することができる。すなわち、先ず、二次電池を解体しセパレータを採取する。セパレータは事前に、例えば大気下摂氏50℃等の条件でよく乾燥させておく。次いで、このセパレータの一部を切り出して、試験片を得る。試験片の大きさは、例えば、一辺の長さが2cmの正方形の板状とする。得られた試験片の断面に金スパッタ処理を施した後、試験片断面においてSEM観察を行うことで、セパレータ膜厚が得られる。 The thickness of the separator is preferably 1 μm or more and 100 μm or less as the thickness of the inorganic particle layer. By being in this range, the energy density of the secondary battery can be increased and the mechanical strength can be maintained. If it is less than 1 μm, the internal resistance of the secondary battery decreases and the volumetric energy density of the secondary battery tends to increase, but it is not preferable because it is difficult to suppress the permeation of the electrolyte. If it is more than 100 μm, it is difficult to permeate the aqueous solvent, and the life of the secondary battery can be increased, but the energy density decreases. More preferably, it is 2 μm or more and 80 μm or less, and even more preferably, it is 5 μm or more and 60 μm or less. The thickness of the separator can be measured, for example, by SEM observation. That is, first, the secondary battery is disassembled and the separator is taken. The separator is thoroughly dried in advance under conditions such as 50° C. in air. Next, a part of this separator is cut out to obtain a test piece. The size of the test piece is, for example, a square plate with a side length of 2 cm. The cross section of the obtained test piece is subjected to gold sputtering treatment, and then the separator film thickness is obtained by observing the cross section of the test piece using an SEM.

セパレータはそれ単体でも使用できるが、多孔質自立膜の表面上に積層していてもよい。これは、例えば図1bで表される形態である。セパレータとして、無機粒子層を多孔質自立膜の表面上に積層することで機械的強度を高められる。すなわち無機粒子層を多孔質自立膜の表面上に積層することで、無機粒子層を薄くしても機械的強度を維持することが可能になる。多孔質自立膜の膜厚としては100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更に好ましい。本実施形態に係る無機粒子層と多孔質自立膜とを積層して用いる場合、多孔質自立膜を積層したセパレータの厚さは最大で200μmが好ましい。この場合も、無機粒子層の厚さは先述した厚さの範囲であり、多孔質自立膜の厚さも先述した厚さの範囲である。 The separator can be used alone, but may also be laminated on the surface of the porous free-standing membrane. This is, for example, the form shown in FIG. 1b. The mechanical strength of the separator can be increased by laminating an inorganic particle layer on the surface of the porous free-standing membrane. That is, by laminating an inorganic particle layer on the surface of the porous free-standing membrane, it is possible to maintain the mechanical strength even if the inorganic particle layer is made thin. The thickness of the porous free-standing membrane is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. When the inorganic particle layer and the porous free-standing membrane according to this embodiment are laminated and used, the thickness of the separator laminated with the porous free-standing membrane is preferably a maximum of 200 μm. In this case, the thickness of the inorganic particle layer is in the thickness range described above, and the thickness of the porous free-standing membrane is also in the thickness range described above.

多孔質自立膜は、例えば、多孔質フィルム又は不織布である。多孔質フィルム又は不織布の材料としては、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、又はポリフッ化ビニリデン(polyvinylidenefluoride;PVdF)を用いることができる。多孔質フィルムは、セルロース製の不織布であることが好ましい。 The porous free-standing membrane is, for example, a porous film or a nonwoven fabric. Examples of the material that can be used for the porous film or nonwoven fabric include polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, and polyvinylidenefluoride (PVdF). The porous film is preferably a cellulose nonwoven fabric.

多孔質自立膜は、非水電解質を含浸することもできる。多孔質自立膜は高分子結着剤を含むこともできる。 The porous free-standing membrane can also be impregnated with a non-aqueous electrolyte. The porous free-standing membrane can also contain a polymeric binder.

次に、セパレータの製造方法について説明する。先ず無機粒子と高分子結着剤と繊維状物質と溶媒とを混合して混合液を得る。この混合液において、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の質量比は、49:49:2~96:2:2とすることが好ましい。質量比とは、無機粒子と、高分子結着剤と繊維状物質の合計の質量に対するそれぞれの質量の割合を比で表したものである。なお、混合液には、任意に電解質塩が添加してもよい。この場合、混合液において、無機粒子、高分子結着剤、繊維状物質および電解質塩との質量比は、50:40:10~96:2:2とすることが好ましい。 Next, a method for manufacturing the separator will be described. First, inorganic particles, a polymer binder, a fibrous material, and a solvent are mixed to obtain a mixed liquid. In this mixed liquid, the mass ratio of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is preferably 49:49:2 to 96:2:2. The mass ratio is expressed as the ratio of the mass of each to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material. Optionally, an electrolyte salt may be added to the mixed liquid. In this case, the mass ratio of the inorganic particles, the polymer binder, the fibrous material, and the electrolyte salt in the mixed liquid is preferably 50:40:10 to 96:2:2.

溶媒としては、高分子結着剤を溶解可能なものを用いることが好ましい。溶媒としては、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ベンジルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸メチル、乳酸ブチルなどのエステル類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテートなどのグリコール類、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトールなどのグリコールエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、バレロニトリル、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクタムなどの非プロトン性極性溶媒、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトンなどの環状カルボン酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n-プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル-n-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート化合物を用いる。 It is preferable to use a solvent capable of dissolving the polymer binder. Examples of the solvent include alcohols such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol, normal propyl alcohol, and benzyl alcohol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and diacetone alcohol; esters such as ethyl acetate, methyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, methyl lactate, and butyl lactate; ethers such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, 1,4-dioxane, and tetrahydrofuran; glycols such as ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, butyl carbitol acetate, and ethyl carbitol acetate; Glycol ethers such as ethyl carbitol, ethyl carbitol, and butyl carbitol; aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, acetonitrile, valeronitrile, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactam; cyclic carboxylic acid esters such as gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, and epsilon caprolactone; and chain carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl-n-propyl carbonate are used.

次いで、この混合液を、ボールミルなどの分散機を用いて十分に撹拌して、スラリーを得る。次いでスラリーを鋳型に流し込んだ後、真空乾燥によって溶媒を除去することにより、無機粒子、繊維状物質、高分子結着剤を少なくとも含むセパレータを得ることができる。 Next, this mixture is thoroughly stirred using a dispersing machine such as a ball mill to obtain a slurry. The slurry is then poured into a mold, and the solvent is removed by vacuum drying to obtain a separator that contains at least inorganic particles, fibrous material, and a polymer binder.

セパレータは、多孔質自立膜上に塗布することによって以下のように製造することもできる。例えば、上記のスラリーを多孔質自立膜の第1主面上に、ドクターブレード法により塗工する。 The separator can also be manufactured by coating a porous free-standing membrane as follows. For example, the above slurry is coated onto the first main surface of the porous free-standing membrane by the doctor blade method.

上記説明したセパレータは、多孔質自立膜と無機粒子を含む層との二層構造を有している。これによりセパレータの機械強度を高め、セパレータの膜厚を薄く、二次電池内部での内部抵抗を低減できるため、より好ましい。 The separator described above has a two-layer structure consisting of a porous free-standing film and a layer containing inorganic particles. This is more preferable because it increases the mechanical strength of the separator, reduces the thickness of the separator, and reduces the internal resistance inside the secondary battery.

第1の実施形態にかかるセパレータは、無機粒子と、高分子結着剤と、繊維状物質と、を含む無機粒子層を備え、無機粒子、高分子結着剤および繊維状物質の合計の質量に対する繊維状物質の質量の割合が0.1質量%以上40質量%以下である。繊維状物質を備えることでセパレータを低抵抗化し、リチウムイオン伝導度を向上させ、かつ無機粒子により水の移動を抑制することができる。そのため、第1の実施形態にかかるセパレータを備えた二次電池は、低抵抗と、高い寿命特性とを実現することができる。 The separator according to the first embodiment has an inorganic particle layer containing inorganic particles, a polymer binder, and a fibrous material, and the ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 0.1 mass% or more and 40 mass% or less. By providing the fibrous material, the resistance of the separator can be reduced, lithium ion conductivity can be improved, and the inorganic particles can suppress water movement. Therefore, a secondary battery equipped with the separator according to the first embodiment can achieve low resistance and long life characteristics.

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る電極群を、図2を用いて説明する。図2は第2の実施形態に係る電極群の模式図である。電極群1は正極5と、負極3と、正極と負極の間に第1の実施形態にかかるセパレータ4と備える。
Second Embodiment
The electrode group according to the second embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a schematic diagram of the electrode group according to the second embodiment. The electrode group 1 includes a positive electrode 5, a negative electrode 3, and a separator 4 according to the first embodiment between the positive electrode and the negative electrode.

電極群の備える正極及び負極について詳細に説明する。セパレータ4は第1の実施形態で説明しているので省略する。 The positive and negative electrodes of the electrode group will be described in detail. The separator 4 has been described in the first embodiment, so it will not be described here.

(負極)
負極は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方の主面上に担持された負極活物質含有層とを含み得る。
(Negative electrode)
The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer supported on at least one main surface of the negative electrode current collector.

負極集電体の材料には、アルカリ金属イオンが挿入又は脱離するときの負極電位範囲において、電気化学的に安定である物質が用いられる。負極集電体は、例えば、アルミニウム箔、又は、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。負極集電体は、多孔体又はメッシュなどの他の形態であってもよい。負極集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 The material of the negative electrode current collector is a substance that is electrochemically stable in the negative electrode potential range when the alkali metal ions are inserted or removed. The negative electrode current collector is preferably, for example, an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing at least one element selected from magnesium (Mg), titanium (Ti), zinc (Zn), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu) and silicon (Si). The negative electrode current collector may be in other forms such as a porous body or a mesh. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the electrode.

負極活物質含有層は、負極活物質を含んでいる。負極活物質含有層は、負極集電体の両方の主面に担持されていてもよい。 The negative electrode active material-containing layer contains a negative electrode active material. The negative electrode active material-containing layer may be supported on both main surfaces of the negative electrode current collector.

負極活物質含有層の多孔度は、20%以上50%以下にすることが望ましい。これにより、水系電解質との親和性に優れ、かつ高密度な負極を得ることができる。負極活物質含有層の多孔度は、25%以上40%以下であることがより好ましい。 It is desirable for the porosity of the negative electrode active material-containing layer to be 20% or more and 50% or less. This allows for a high-density negative electrode with excellent affinity with the aqueous electrolyte to be obtained. It is more preferable for the porosity of the negative electrode active material-containing layer to be 25% or more and 40% or less.

負極活物質含有層の多孔度は、例えば、水銀圧入法により得ることができる。具体的には、先ず、水銀圧入法により、活物質含有層の細孔分布を得る。次いで、この細孔分布から全細孔量を算出する。次いで、全細孔量と活物質含有層の体積との比から、多孔度を算出することが出来る。 The porosity of the negative electrode active material-containing layer can be obtained, for example, by mercury intrusion porosimetry. Specifically, first, the pore distribution of the active material-containing layer is obtained by mercury intrusion porosimetry. Next, the total pore volume is calculated from this pore distribution. Next, the porosity can be calculated from the ratio of the total pore volume to the volume of the active material-containing layer.

負極活物質含有層の窒素(N)吸着によるBET法での比表面積は、3m/g以上50m/g以下であることがより好ましい。負極活物質含有層の比表面積が3m/g未満であると、負極活物質と水系電解質との親和性が低くなる。その結果、負極の界面抵抗が増加して、出力特性及び充放電サイクル特性が低下する恐れがある。一方、負極活物質含有層の比表面積が50m/gを超えると、電解質塩から電離したイオン種の分布が負極に偏り、正極での電解質塩から電離したイオン種不足を招くため、出力特性及び充放電サイクル特性が低下することがある。 The specific surface area of the negative electrode active material-containing layer measured by the BET method using nitrogen (N 2 ) adsorption is more preferably 3 m 2 /g or more and 50 m 2 /g or less. If the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer is less than 3 m 2 /g, the affinity between the negative electrode active material and the aqueous electrolyte is reduced. As a result, the interface resistance of the negative electrode increases, and the output characteristics and charge/discharge cycle characteristics may be reduced. On the other hand, if the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer exceeds 50 m 2 /g, the distribution of ion species ionized from the electrolyte salt is biased toward the negative electrode, leading to a shortage of ion species ionized from the electrolyte salt at the positive electrode, which may result in a decrease in the output characteristics and charge/discharge cycle characteristics.

この比表面積は、例えば、以下の方法により求めることができる。先ず、二次電池を解体して、負極活物質含有層の一部を採取する。次いで、77K(窒素の沸点)の窒素ガス中で、窒素ガスの圧力P(mmHg)を徐々に高めながら、各圧力P毎に、試料の窒素ガス吸着量(mL/g)を測定する。次いで、圧力P(mmHg)を窒素ガスの飽和蒸気圧P0(mmHg)で除した値を相対圧力P/P0として、各相対圧力P/P0に対する窒素ガス吸着量をプロットすることにより吸着等温線を得る。次いで、この窒素吸着等温線とBET式とからBETプロットを算出し、このBETプロットを利用して比表面積を得る。なお、BETプロットの算出には、BET多点法を用いる。 This specific surface area can be determined, for example, by the following method. First, the secondary battery is disassembled, and a portion of the negative electrode active material-containing layer is collected. Next, in nitrogen gas at 77K (the boiling point of nitrogen), the nitrogen gas pressure P (mmHg) is gradually increased, and the nitrogen gas adsorption amount (mL/g) of the sample is measured for each pressure P. Next, the pressure P (mmHg) is divided by the saturated vapor pressure P0 (mmHg) of nitrogen gas to obtain a relative pressure P/P0, and the nitrogen gas adsorption amount for each relative pressure P/P0 is plotted to obtain an adsorption isotherm. Next, a BET plot is calculated from this nitrogen adsorption isotherm and the BET formula, and the specific surface area is obtained using this BET plot. Note that the BET multipoint method is used to calculate the BET plot.

負極活物質としては、リチウムイオン吸蔵放出電位が金属リチウムを基準とする電位で、1V(vs.Li/Li)以上3V以下(vs.Li/Li)である化合物を用いることができる。すなわち、実施形態に係る二次電池は、上述したように、初回充電後は、負極の水素発生電位を低い状態で維持することができる。したがって、この二次電池の負極活物質には、リチウムイオン吸蔵放出電位の下限値が比較的低いものを用いることができる。このような負極活物質を用いると、二次電池のエネルギー密度を高めることができる。それゆえ、この二次電池は非水電解質を用いた電池と同等のエネルギー密度を実現することができる。 As the negative electrode active material, a compound having a lithium ion absorption/release potential of 1 V (vs. Li/Li + ) or more and 3 V (vs. Li/Li + ) or less based on metallic lithium can be used. That is, as described above, the secondary battery according to the embodiment can maintain the hydrogen generation potential of the negative electrode in a low state after the first charge. Therefore, the negative electrode active material of this secondary battery can be one having a relatively low lower limit of the lithium ion absorption/release potential. By using such a negative electrode active material, the energy density of the secondary battery can be increased. Therefore, this secondary battery can achieve an energy density equivalent to that of a battery using a non-aqueous electrolyte.

負極活物質としては、具体的には、チタン酸化物、又はチタン含有酸化物を使用することができる。チタン含有酸化物としては、リチウムチタン複合酸化物、ニオブチタン複合酸化物、ナトリウムニオブチタン複合酸化物などを使用することができる。負極活物質は、チタン酸化物及びチタン含有酸化物を1種、又は2種以上含むことができる。 Specific examples of the negative electrode active material include titanium oxide and titanium-containing oxide. Examples of the titanium-containing oxide include lithium titanium composite oxide, niobium titanium composite oxide, and sodium niobium titanium composite oxide. The negative electrode active material may contain one or more of titanium oxide and titanium-containing oxide.

チタン酸化物は、例えば、単斜晶構造のチタン酸化物、ルチル構造のチタン酸化物、アナターゼ構造のチタン酸化物を含む。各結晶構造のチタン酸化物は、充電前の組成をTiO、充電後の組成をLiTiO(xは0≦x≦1)で表すことができる。また、単斜晶構造のチタン酸化物の充電前構造をTiO(B)と表すことができる。 Titanium oxide includes, for example, titanium oxide with a monoclinic structure, titanium oxide with a rutile structure, and titanium oxide with an anatase structure. The composition of titanium oxide with each crystal structure before charging can be expressed as TiO2 , and the composition after charging can be expressed as LixTiO2 (x is 0≦x≦1) . The structure of titanium oxide with a monoclinic structure before charging can be expressed as TiO2 (B).

リチウムチタン酸化物は、例えば、スピネル構造のリチウムチタン酸化物(例えば一般式Li4+xTi12(xは-1≦x≦3))、ラムスデライト構造のリチウムチタン酸化物(例えば、Li2+xTi(-1≦x≦3))、Li1+xTi(0≦x≦1)、Li1.1+xTi1.8(0≦x≦1)、Li1.07+xTi1.86(0≦x≦1)、LiTiO(0<x≦1)などを含む。また、リチウムチタン酸化物は、異種元素が導入されているリチウムチタン複合酸化物であってもよい。 Examples of the lithium titanium oxide include lithium titanium oxide having a spinel structure (e.g., general formula Li4 + xTi5O12 (x is -1≦x≦3)), lithium titanium oxide having a ramsdellite structure (e.g., Li2+ xTi3O7 (-1≦x≦3)), Li1 + xTi2O4 (0≦x≦1), Li1.1+ xTi1.8O4 (0≦x≦1) , Li1.07 + xTi1.86O4 (0≦x≦1), LixTiO2 (0 < x≦1), etc. The lithium titanium oxide may also be a lithium titanium composite oxide having a different element introduced therein.

ニオブチタン複合酸化物は、例えば、LiTiMNb2±β7±σ(0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MはFe,V,Mo及びTaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素)で表されるものを含む。 Niobium titanium composite oxides include, for example, those represented by Li a TiM b Nb 2±β O 7±σ (0≦a≦5, 0≦b≦0.3, 0≦β≦0.3, 0≦σ≦0.3, M is at least one element selected from the group consisting of Fe, V, Mo, and Ta).

ナトリウムニオブチタン複合酸化物は、例えば、一般式Li2+VNa2―WM1Ti6-y-zNbM214+δ(0≦v≦4、0≦w<2、0≦x<2、0<y<6、0≦z<3、-0.5≦δ≦0.5、M1はCs,K,Sr,Ba,Caより選択される少なくとも1つを含み、M2はZr,Sn,V,Ta,Mo,W,Fe,Co,Mn,Alより選択される少なくとも1つを含む)で表される斜方晶型Na含有ニオブチタン複合酸化物を含む。 The sodium niobium titanium composite oxide includes, for example, an orthorhombic Na-containing niobium titanium composite oxide represented by the general formula Li2 +VNa2 - WM1XTi6 -y-zNb yM2zO14 + δ (0≦v≦4, 0≦w<2, 0≦x<2, 0<y<6, 0≦z<3, −0.5≦δ≦0.5, M1 includes at least one selected from Cs, K, Sr, Ba, and Ca, and M2 includes at least one selected from Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, and Al).

負極活物質としては、アナターゼ構造のチタン酸化物、単斜晶構造のチタン酸化物、スピネル構造のリチウムチタン酸化物又はこれらの混合物を用いることが好ましい。これらの酸化物を負極活物質として用いると、例えば正極活物質としてのリチウムマンガン複合酸化物と組み合わせることで、高い起電力を得ることができる。 As the negative electrode active material, it is preferable to use titanium oxide with an anatase structure, titanium oxide with a monoclinic structure, lithium titanium oxide with a spinel structure, or a mixture of these. When these oxides are used as the negative electrode active material, for example, in combination with a lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material, a high electromotive force can be obtained.

負極活物質は、例えば粒子の形態で負極活物質含有層に含まれている。負極活物質粒子は、一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、あるいは、単独の一次粒子及び二次粒子の混合物であり得る。粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、及び繊維状などにすることができる。 The negative electrode active material is contained in the negative electrode active material-containing layer, for example, in the form of particles. The negative electrode active material particles can be primary particles, secondary particles which are aggregates of primary particles, or a mixture of a single primary particle and a secondary particle. The shape of the particles is not particularly limited, and can be, for example, spherical, elliptical, flat, fibrous, etc.

負極活物質の二次粒子は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、活物質原料を反応合成して平均粒子径1μm以下の活物質前駆体を作製する。その後、活物質前駆体に対し焼成処理を行い、ボールミルやジェットミルなどの粉砕機を用いて粉砕処理を施す。次いで焼成処理において、活物質前駆体を凝集させて粒子径の大きい二次粒子に成長させる。 The secondary particles of the negative electrode active material can be obtained, for example, by the following method. First, the raw active material is reacted and synthesized to produce an active material precursor with an average particle size of 1 μm or less. The active material precursor is then subjected to a firing process and a pulverization process using a pulverizer such as a ball mill or a jet mill. Next, in the firing process, the active material precursor is aggregated and grown into secondary particles with a large particle size.

負極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)は、3μm以上であることが好ましく、5μm以上20μm以下であることがより好ましい。この範囲であると、活物質の表面積が小さいため、水の分解をより抑制できる。 The average particle size (diameter) of the secondary particles of the negative electrode active material is preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more and 20 μm or less. In this range, the surface area of the active material is small, so water decomposition can be further suppressed.

負極活物質の一次粒子の平均粒子径は1μm以下とすることが望ましい。これにより、活物質内部でのLiイオンの拡散距離が短くなり、比表面積が大きくなる。そのため、優れた高入力性能(急速充電)が得られる。一方、負極活物質の一次粒子の平均粒子径が小さいと、粒子の凝集が起こりやすくなる。負極活物質の粒子の凝集が生じると、二次電池内において水系電解質が、負極に偏在し易くなり、正極において、イオン種の枯渇を招く恐れがある。それゆえ、負極活物質の一次粒子の平均粒子径は、0.001μm以上であることが好ましい。負極活物質の一次粒子の平均粒子径は、0.1μm以上0.8μm以下であることがより好ましい。 It is desirable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 1 μm or less. This shortens the diffusion distance of Li ions inside the active material and increases the specific surface area. Therefore, excellent high input performance (fast charging) can be obtained. On the other hand, if the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is small, the particles are more likely to aggregate. If the particles of the negative electrode active material aggregate, the aqueous electrolyte in the secondary battery is more likely to be unevenly distributed in the negative electrode, which may lead to a depletion of ion species in the positive electrode. Therefore, it is preferable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 0.001 μm or more. It is more preferable that the average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material is 0.1 μm or more and 0.8 μm or less.

なお、この一次粒子径及び二次粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求めた粒度分布において、体積積算値が50%となる粒径を意味している。レーザー回折式の粒度分布測定装置としては、例えば、島津SALD-300を用いる。測定に際しては、2秒間隔で64回光度分布を測定する。この粒度分布測定を行う際の試料としては、負極活物質粒子の濃度が0.1質量%乃至1質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドンで希釈した分散液を用いる。あるいは、測定試料としては、0.1gの負極活物質と界面活性剤とを含む1~2mlの蒸留水に分散させたものを用いる。 The primary particle size and secondary particle size refer to the particle size at which the volume cumulative value is 50% in the particle size distribution determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device. For example, a Shimadzu SALD-300 is used as a laser diffraction particle size distribution measuring device. The light intensity distribution is measured 64 times at 2-second intervals. The sample used for this particle size distribution measurement is a dispersion diluted with N-methyl-2-pyrrolidone so that the concentration of the negative electrode active material particles is 0.1% to 1% by mass. Alternatively, the measurement sample is one that contains 0.1 g of negative electrode active material and a surfactant dispersed in 1 to 2 ml of distilled water.

負極活物質は、窒素(N)吸着によるBET法での比表面積が、例えば、3m/g以上200m/g以下の範囲内にある。負極活物質の比表面積がこの範囲内にあると、負極と水系電解質との親和性を更に高くすることができる。この比表面積は、例えば、負極活物質含有層の比表面積と同様の方法で求めることができる。 The negative electrode active material has a specific surface area, as measured by the BET method using nitrogen (N 2 ) adsorption, in the range of, for example, 3 m 2 /g to 200 m 2 /g. When the specific surface area of the negative electrode active material is within this range, the affinity between the negative electrode and the aqueous electrolyte can be further increased. This specific surface area can be determined, for example, in the same manner as the specific surface area of the negative electrode active material-containing layer.

負極活物質含有層は、負極活物質の他に、導電剤及び結着剤などを含んでいてもよい。 The negative electrode active material-containing layer may contain a conductive agent, a binder, and the like in addition to the negative electrode active material.

導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために、必要に応じて配合される。導電剤の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛及びコークスなどの炭素質物が含まれる。導電剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 Conductive agents are blended as necessary to improve current collection performance and reduce contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, ketjen black, graphite, and coke. One type of conductive agent may be used, or two or more types may be mixed together.

結着剤は、活物質、導電剤及び集電体を結着させる作用を有する。結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などのセルロース系ポリマー、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂又はその共重合体、ポリアクリル酸及びポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも1つを用いることができるが、これらに限定されない。結着剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 The binder has the function of binding the active material, conductive agent, and current collector. As the binder, for example, at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), cellulose-based polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber, acrylic resin or its copolymer, polyacrylic acid, and polyacrylonitrile can be used, but is not limited to these. The binder may be one type, or two or more types may be mixed and used.

負極活物質含有層における負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ、70質量%以上95質量%以下、3質量%以上20質量%以下、2質量%以上10質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤の配合比が3質量%以上であると負極の導電性を良好にすることができ、20質量%以下であると導電剤表面での水系電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合比が2質量%以上であると十分な電極強度が得られ、10質量%以下であると電極の絶縁部を減少させることができる。 The compounding ratios of the negative electrode active material, conductive agent, and binder in the negative electrode active material-containing layer are preferably in the ranges of 70% by mass or more and 95% by mass or less, 3% by mass or more and 20% by mass or less, and 2% by mass or more and 10% by mass or less, respectively. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by mass or more, the conductivity of the negative electrode can be improved, and when it is 20% by mass or less, the decomposition of the aqueous electrolyte on the conductive agent surface can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by mass or less, the insulating part of the electrode can be reduced.

負極は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に懸濁してスラリーを調製する。次いで、このスラリーを集電体の片面又は両面に塗布する。集電体上の塗膜を乾燥することにより活物質含有層を形成する。その後、集電体及びその上に形成された活物質含有層にプレスを施す。活物質含有層としては、活物質、導電剤及び結着剤の混合物をペレット状に形成したものを用いてもよい。 The negative electrode can be obtained, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry. Next, this slurry is applied to one or both sides of a current collector. The coating on the current collector is dried to form an active material-containing layer. Thereafter, the current collector and the active material-containing layer formed thereon are pressed. The active material-containing layer may be a mixture of the active material, the conductive agent, and the binder formed into a pellet shape.

(正極)
正極は、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方の主面上に担持された正極活物質含有層とを含み得る。
(Positive electrode)
The positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer supported on at least one main surface of the positive electrode current collector.

正極集電体は、例えば、ステンレス、アルミニウム(Al)及びチタン(Ti)などの金属からなる。正極集電体は、例えば、箔、多孔体又はメッシュの形態である。正極集電体と水系電解質との反応による腐食を防止するため、正極集電体の表面は、異種元素で被覆されていてもよい。正極集電体は、例えばTi箔などの耐蝕性及び耐酸化性に優れたものであることが好ましい。なお、水系電解質としてLiSOを使用した場合は、腐食が進行しないことから、正極集電体としてAlを使用してもよい。 The positive electrode current collector is made of metals such as stainless steel, aluminum (Al) and titanium (Ti). The positive electrode current collector is, for example, in the form of a foil, a porous body or a mesh. In order to prevent corrosion due to the reaction between the positive electrode current collector and the aqueous electrolyte, the surface of the positive electrode current collector may be coated with a different element. The positive electrode current collector is preferably one having excellent corrosion resistance and oxidation resistance, such as Ti foil. In addition, when Li 2 SO 4 is used as the aqueous electrolyte, Al may be used as the positive electrode current collector because corrosion does not progress.

正極活物質含有層は、正極活物質を含んでいる。正極活物質含有層は、正極集電体の両方の主面に担持されていてもよい。 The positive electrode active material-containing layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material-containing layer may be supported on both main surfaces of the positive electrode current collector.

正極活物質としては、リチウムイオン吸蔵放出電位が金属リチウムを基準とする電位で、2.5V(vs.Li/Li)以上5.5V以下(vs.Li/Li)である化合物を用いることができる。正極は、1種類の正極活物質を含んでいてもよく、2種類以上の正極活物質を含んでいてもよい。 As the positive electrode active material, a compound having a lithium ion absorption/release potential of 2.5 V (vs. Li/Li + ) to 5.5 V (vs. Li/Li + ) based on metallic lithium can be used. The positive electrode may contain one type of positive electrode active material, or may contain two or more types of positive electrode active materials.

正極活物質の例には、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウム鉄酸化物、リチウムフッ素化硫酸鉄、オリビン結晶構造のリン酸化合物(例えば、LiFePO(0<x≦1)、LiMnPO(0<x≦1))などが含まれる。オリビン結晶構造のリン酸化合物は、熱安定性に優れている。 Examples of the positive electrode active material include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt aluminum composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, lithium manganese cobalt composite oxide, lithium iron oxide, lithium fluorinated iron sulfate, phosphate compounds having an olivine crystal structure (e.g., Li x FePO 4 (0<x≦1), Li x MnPO 4 (0<x≦1)), etc. Phosphate compounds having an olivine crystal structure have excellent thermal stability.

高い正極電位の得られる正極活物質の例としては、例えばスピネル構造のLiMn(0<x≦1)、LiMnO(0<x≦1)などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばLiNi1-yAl(0<x≦1、0<y<1)などのリチウムニッケルアルミニウム複合酸化物、例えばLiCoO(0<x≦1)などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばLiNi1-y―zCoMn(0<x≦1、0<y<1、0≦z<1)などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばLiMnCo1-y(0<x≦1、0<y<1)などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばLiMn1-yNi(0<x≦1、0<y<2、0<1-y<1)などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばLiFePO(0<x≦1)、LiFe1-yMnPO(0<x≦1、0≦y≦1)、LiCoPO(0<x≦1)などのオリビン構造を有するリチウムリン酸化物、フッ素化硫酸鉄(例えばLiFeSOF(0<x≦1))が挙げられる。 Examples of positive electrode active materials that can provide a high positive electrode potential include lithium manganese composite oxides such as spinel structure Li x Mn 2 O 4 (0<x≦1) and Li x MnO 2 (0<x≦1), lithium nickel aluminum composite oxides such as Li x Ni 1-y Al y O 2 (0<x≦1, 0<y<1), lithium cobalt composite oxides such as Li x CoO 2 (0<x≦1), lithium nickel cobalt composite oxides such as Li x Ni 1-y-z Co y Mn z O 2 (0<x≦1, 0<y<1, 0<z<1), lithium manganese cobalt composite oxides such as Li x Mn y Co 1-y O 2 (0<x≦1, 0<y<1) , and Examples of such a lithium manganese nickel composite oxide include spinel-type lithium manganese nickel composite oxides such as 1- yNi y O 4 (0<x≦1, 0<y<2, 0<1-y<1), lithium phosphate oxides having an olivine structure such as Li x FePO 4 (0<x≦1), Li x Fe 1-y Mn y PO 4 (0<x≦1, 0≦y≦1) and Li x CoPO 4 (0<x≦1), and fluorinated iron sulfate (for example, Li x FeSO 4 F (0<x≦1)).

正極活物質は、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物及びオリビン構造を有するリチウムリン酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。これら活物質の作動電位は、3.5V(vs.Li/Li)以上4.2V(vs.Li/Li)以下である。すなわち、これらの活物質の作動電位は比較的高い。これら正極活物質を、上述したスピネル型のチタン酸リチウム及びアナターゼ型酸化チタンなどの負極活物質と組み合わせて使用することにより、高い電池電圧が得られる。 The positive electrode active material is preferably at least one selected from the group consisting of lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium phosphate having an olivine structure. The operating potential of these active materials is 3.5 V (vs. Li/Li + ) or more and 4.2 V (vs. Li/Li + ) or less. That is, the operating potential of these active materials is relatively high. By using these positive electrode active materials in combination with the above-mentioned spinel-type lithium titanate and anatase-type titanium oxide or other negative electrode active materials, a high battery voltage can be obtained.

正極活物質は、例えば、粒子の形態で正極に含まれている。正極活物質粒子は、単独の一次粒子、一次粒子の凝集体である二次粒子、あるいは、一次粒子と二次粒子の混合物であり得る。粒子の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、球状、楕円形状、扁平形状、又は繊維状等にすることができる。 The positive electrode active material is contained in the positive electrode in the form of particles, for example. The positive electrode active material particles can be single primary particles, secondary particles which are aggregates of primary particles, or a mixture of primary particles and secondary particles. The shape of the particles is not particularly limited, and can be, for example, spherical, elliptical, flat, or fibrous.

正極活物質の一次粒子の平均粒子径(直径)は10μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上5μm以下である。正極活物質の二次粒子の平均粒子径(直径)は100μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm以上50μm以下である。 The average particle size (diameter) of the primary particles of the positive electrode active material is preferably 10 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. The average particle size (diameter) of the secondary particles of the positive electrode active material is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.

正極活物質の一次粒子径及び二次粒子径は、負極活物質粒子と同様の方法で測定することができる。 The primary particle size and secondary particle size of the positive electrode active material can be measured in the same manner as for the negative electrode active material particles.

正極活物質含有層は、正極活物質の他に、導電剤及び結着剤などを含んでいてもよい。導電剤は集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために、必要に応じて配合される。導電剤の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛及びコークスなどの炭素質物が含まれる。導電剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 The positive electrode active material-containing layer may contain a conductive agent and a binder in addition to the positive electrode active material. The conductive agent is mixed as necessary to improve current collection performance and reduce contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include carbonaceous materials such as acetylene black, ketjen black, graphite, and coke. The conductive agent may be one type, or two or more types may be mixed together.

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、エチレン-ブタジエンゴム、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)、ポリアクリルイミド(PAI)などが挙げられる。結着剤は、1種類であってもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。 Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, ethylene-butadiene rubber, polypropylene (PP), polyethylene (PE), carboxymethyl cellulose (CMC), polyimide (PI), polyacrylimide (PAI), etc. One type of binder may be used, or two or more types may be mixed together.

正極活物質含有層における正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、それぞれ、70質量%以上95質量%以下、3質量%以上20質量%以下、及び2質量%以上10質量%以下であることが好ましい。導電剤の配合比が3質量%以上であると正極の導電性を良好にすることができ、20質量%以下であると導電剤表面での水系電解質の分解を低減することができる。結着剤の配合比が2質量%以上であると十分な電極強度が得られ、10質量%以下であると電極の絶縁部を減少させることができる。 The compounding ratios of the positive electrode active material, conductive agent, and binder in the positive electrode active material-containing layer are preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less, 3% by mass or more and 20% by mass or less, and 2% by mass or more and 10% by mass or less, respectively. When the compounding ratio of the conductive agent is 3% by mass or more, the conductivity of the positive electrode can be improved, and when it is 20% by mass or less, the decomposition of the aqueous electrolyte on the conductive agent surface can be reduced. When the compounding ratio of the binder is 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is 10% by mass or less, the insulating part of the electrode can be reduced.

正極は、例えば、以下の方法により得ることができる。先ず、活物質、導電剤及び結着剤を適切な溶媒に懸濁してスラリーを調製する。次いで、このスラリーを集電体の片面又は両面に塗布する。集電体上の塗膜を乾燥することにより活物質含有層を形成する。その後、集電体及びその上に形成された活物質含有層にプレスを施す。活物質含有層としては、活物質、導電剤及び結着剤の混合物をペレット状に形成したものを用いてもよい。 The positive electrode can be obtained, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry. Next, this slurry is applied to one or both sides of a current collector. The coating on the current collector is dried to form an active material-containing layer. Thereafter, the current collector and the active material-containing layer formed thereon are pressed. The active material-containing layer may be a mixture of the active material, the conductive agent, and the binder formed into a pellet shape.

第2の実施形態に係る電極群は、負極と、正極と第1の実施形態に係るセパレータを備える。第1の実施形態に係るセパレータを備えるため、第2の実施形態に係る電極群を備える二次電池は、高いエネルギー密度と、高い寿命特性とを実現することができる。 The electrode group according to the second embodiment includes a negative electrode, a positive electrode, and the separator according to the first embodiment. Because it includes the separator according to the first embodiment, the secondary battery including the electrode group according to the second embodiment can achieve high energy density and long life characteristics.

(第3の実施形態)
第3の実施形態にかかる二次電池は、正極と、負極と、水系電解質と、正極と負極の間に第1の実施形態にかかるセパレータと備える。また、第3の実施形態にかかる二次電池は、第2の実施形態にかかる電極群を備える。
Third Embodiment
The secondary battery according to the third embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, an aqueous electrolyte, and the separator according to the first embodiment between the positive electrode and the negative electrode. The secondary battery according to the third embodiment also includes the electrode group according to the second embodiment.

図3は、第3の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図3に示す二次電池500は、負極51と、正極52と、セパレータ53と、水系電解質AEとを含んでいる。図1に示す二次電池500は、リチウムイオン二次電池である。ここでは、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明するが、負極及び正極が吸蔵放出可能なアルカリ金属イオンの種類は、特に限定されない。リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオンを挙げることができる。 Figure 3 is a cross-sectional view that shows a schematic example of a secondary battery according to the third embodiment. The secondary battery 500 shown in Figure 3 includes a negative electrode 51, a positive electrode 52, a separator 53, and an aqueous electrolyte AE. The secondary battery 500 shown in Figure 1 is a lithium ion secondary battery. Here, a lithium ion secondary battery is used as an example for explanation, but the type of alkali metal ion that the negative electrode and positive electrode can occlude and release is not particularly limited. Examples of alkali metal ions other than lithium ions include sodium ions and potassium ions.

負極51は、負極集電体510と、負極集電体510の一方の主面に担持された負極活物質含有層511とを含んでいる。正極52は、正極集電体520と、正極集電体520の一方の主面に担持された正極活物質含有層521とを含んでいる。 The negative electrode 51 includes a negative electrode current collector 510 and a negative electrode active material-containing layer 511 supported on one main surface of the negative electrode current collector 510. The positive electrode 52 includes a positive electrode current collector 520 and a positive electrode active material-containing layer 521 supported on one main surface of the positive electrode current collector 520.

セパレータ53は、負極活物質含有層511と、正極活物質含有層521との間に位置している。セパレータ53は、二次電池500内を、負極51が位置する負極51側と、正極52が位置する正極52側とに仕切っている。 The separator 53 is located between the negative electrode active material-containing layer 511 and the positive electrode active material-containing layer 521. The separator 53 divides the inside of the secondary battery 500 into a negative electrode 51 side where the negative electrode 51 is located and a positive electrode 52 side where the positive electrode 52 is located.

水系電解質AEは、負極集電体510と正極集電体520との間に位置する空間に存在している。この空間としては、例えば、負極活物質含有層511及び正極活物質含有層521内の空孔、負極活物質含有層511及び正極活物質含有層521とセパレータ53との界面、及びセパレータ53内の空隙が挙げられる。水系電解質AEは、水系溶媒と、この水系溶媒に溶解された電解質塩を含む水溶液である。 The aqueous electrolyte AE exists in the space between the negative electrode current collector 510 and the positive electrode current collector 520. Examples of this space include pores in the negative electrode active material containing layer 511 and the positive electrode active material containing layer 521, the interfaces between the negative electrode active material containing layer 511 and the positive electrode active material containing layer 521 and the separator 53, and voids in the separator 53. The aqueous electrolyte AE is an aqueous solution containing an aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the aqueous solvent.

図3ではセパレータ53と負極51及び正極52の間位に水系電解質AEが存在するようにあらわされているが、セパレータと負極及び正極の少なくとも一方は、接していても構わない。 In FIG. 3, the aqueous electrolyte AE is shown to be present between the separator 53 and the negative electrode 51 and the positive electrode 52, but the separator may be in contact with at least one of the negative electrode and the positive electrode.

第3の実施形態に係る二次電池の備えるセパレータは第1の実施形態で説明したので省略する。負極、正極は第2の実施形態に係る電極群で説明した負極、正極を用いることができるため省略する。以下に、水系電解質、及び容器の詳細について説明する。 The separator provided in the secondary battery according to the third embodiment has been described in the first embodiment, so a description thereof will be omitted. The negative electrode and positive electrode described in the electrode group according to the second embodiment can be used for the negative electrode and positive electrode, so a description thereof will be omitted. Details of the aqueous electrolyte and the container will be described below.

(水系電解質)
水系電解質は、水系溶媒と電解質塩とを含む。水系電解質は、例えば、液状である。液状水系電解質は、溶質としての電解質塩を水系溶媒に溶解することにより調製される。
(Aqueous electrolyte)
The aqueous electrolyte contains an aqueous solvent and an electrolyte salt. The aqueous electrolyte is, for example, liquid. The liquid aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an aqueous solvent.

電解質塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩又はこれらの混合物を用いることができる。リチウム塩及びナトリウム塩としては、セパレータにおいて含まれ得るものと同様のものを用いることができる。リチウム塩としては、LiClを含むことが好ましい。LiClを用いると、水系電解質のリチウムイオン濃度を高めることができる。また、リチウム塩は、LiClに加えて、LiSO4及びLiOHの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。 As the electrolyte salt, for example, a lithium salt, a sodium salt, or a mixture thereof can be used. As the lithium salt and the sodium salt, the same salts that can be contained in the separator can be used. As the lithium salt, it is preferable to contain LiCl. By using LiCl, the lithium ion concentration of the aqueous electrolyte can be increased. Furthermore, it is preferable that the lithium salt contains at least one of LiSO4 and LiOH in addition to LiCl.

水系電解質におけるリチウムイオンのモル濃度は、3mol/L以上であることが好ましく、6mol/L以上であることが好ましく、12mol/L以上であることが好ましい。水系電解質中のリチウムイオンの濃度が高いと、負極における水系溶媒の電気分解が抑制されやすく、負極からの水素発生が少ない傾向にある。 The molar concentration of lithium ions in the aqueous electrolyte is preferably 3 mol/L or more, more preferably 6 mol/L or more, and even more preferably 12 mol/L or more. If the concentration of lithium ions in the aqueous electrolyte is high, electrolysis of the aqueous solvent at the negative electrode is easily suppressed, and hydrogen generation from the negative electrode tends to be low.

水系電解質は、溶質となる塩1molに対し、水系溶媒量が1mol以上であることが好ましい。さらに好ましい形態は、溶質となる塩1molに対する水系溶媒量が3.5mol以上である。 The aqueous electrolyte preferably has an aqueous solvent amount of 1 mol or more per mol of the solute salt. More preferably, the aqueous solvent amount is 3.5 mol or more per mol of the solute salt.

水系電解質は、アニオン種として、塩素イオン(Cl)、水酸化物イオン(OH)、硫酸イオン(SO 2-)、硝酸イオン(NO )から選ばれる少なくとも1種以上を含むことが好ましい。 The aqueous electrolyte preferably contains, as an anion species, at least one selected from the group consisting of chloride ions (Cl ), hydroxide ions (OH ), sulfate ions (SO 4 2− ) and nitrate ions (NO 3 ).

水系電解質のpHは、3以上14以下であることが好ましく、4以上13以下であることがより好ましい。 The pH of the aqueous electrolyte is preferably 3 or more and 14 or less, and more preferably 4 or more and 13 or less.

また、水系電解質のpHは、初回充電後は、負極側と、正極側とで異なっていることが好ましい。初回充電後の二次電池において、負極側の水系電解質のpHは、3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、7以上であることが更に好ましい。また、初回充電後の二次電池において、正極側の水系電解質のpHは、0以上7以下の範囲内にあることが好ましく、0以上6以下の範囲内にあることがより好ましい。 In addition, after the initial charge, the pH of the aqueous electrolyte is preferably different between the negative electrode side and the positive electrode side. In the secondary battery after the initial charge, the pH of the aqueous electrolyte on the negative electrode side is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 7 or more. In the secondary battery after the initial charge, the pH of the aqueous electrolyte on the positive electrode side is preferably in the range of 0 to 7, and more preferably 0 to 6.

負極側、及び正極側の水系電解質のpHは、例えば、二次電池を解体して、セパレータと、負極及び正極との間に存在する水系電解質のpHをそれぞれ測定することにより得ることができる。 The pH of the aqueous electrolyte on the negative and positive electrode sides can be obtained, for example, by dismantling the secondary battery and measuring the pH of the aqueous electrolyte present between the separator and the negative and positive electrodes.

水系溶媒としては、水を含む溶液を用いることができる。ここで、水を含む溶液とは、純水であってもよく、水と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。 As the aqueous solvent, a solution containing water can be used. Here, the solution containing water may be pure water or a mixed solvent of water and an organic solvent.

水系電解質は、ゲル状電解質であってもよい。ゲル状電解質は、上述した液状水系電解質と、高分子化合物とを混合して複合化することにより調製される。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、及びポリエチレンオキシド(PEO)等を挙げることができる。 The aqueous electrolyte may be a gel electrolyte. The gel electrolyte is prepared by mixing the above-mentioned liquid aqueous electrolyte with a polymer compound to form a composite. Examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).

水系電解質に水が含まれていることは、GC-MS(ガスクロマトグラフィー-質量分析;GasChromatography - Mass Spectrometry)測定により確認できる。また、水系電解質中の塩濃度および水含有量は、例えばICP(誘導結合プラズマ;InductivelyCoupled Plasma)発光分析などで測定することができる。水系電解質を規定量はかり取り、含まれる塩濃度を算出することで、モル濃度(mol/L)を算出できる。また水系電解質の比重を測定することで、溶質と溶媒のモル数を算出できる。 The presence of water in aqueous electrolytes can be confirmed by GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) measurements. The salt concentration and water content in aqueous electrolytes can be measured, for example, by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometry. The molar concentration (mol/L) can be calculated by weighing a specified amount of aqueous electrolyte and calculating the salt concentration contained therein. The number of moles of solute and solvent can also be calculated by measuring the specific gravity of the aqueous electrolyte.

(容器)
正極、負極及び水系電解質が収容される容器には、金属製容器、ラミネートフィルム製容器、又は樹脂製容器を使用することができる。
(container)
The container that houses the positive electrode, the negative electrode, and the aqueous electrolyte may be a metal container, a laminate film container, or a resin container.

金属製容器としては、ニッケル、鉄、及びステンレスなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。樹脂製容器としては、ポリエチレン又はポリプロピレンなどからなるものを用いることができる。 Metal containers that can be used are rectangular or cylindrical metal cans made of nickel, iron, stainless steel, etc. Resin containers that can be used are made of polyethylene or polypropylene, etc.

樹脂製容器及び金属製容器のそれぞれの板厚は、0.05mm以上1mm以下の範囲内にあることが好ましい。板厚は、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは0.3mm以下である。 The thickness of each of the resin container and the metal container is preferably in the range of 0.05 mm to 1 mm. The thickness is more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層を樹脂層で被覆した多層フィルムなどを挙げることができる。金属層の例に、ステンレス箔、アルミニウム箔、及びアルミニウム合金箔が含まれる。樹脂層には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは、0.01mm以上0.5mm以下の範囲内にあることが好ましい。ラミネートフィルムの厚さは、より好ましくは0.2mm以下である。 Examples of laminate films include multilayer films in which a metal layer is coated with a resin layer. Examples of metal layers include stainless steel foil, aluminum foil, and aluminum alloy foil. Polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used for the resin layer. The thickness of the laminate film is preferably in the range of 0.01 mm or more and 0.5 mm or less. The thickness of the laminate film is more preferably 0.2 mm or less.

(二次電池の詳細の説明)
本実施形態に係る二次電池は、角形、円筒形、扁平型、薄型、コイン型等の様々な形態で使用され得る。また、バイポーラ構造を有する二次電池であってもよい。バイポーラ構造を有する二次電池には、複数直列のセルを1個のセルで作製できるという利点がある。
(Details of the secondary battery)
The secondary battery according to the present embodiment can be used in various forms such as a rectangular, cylindrical, flat, thin, coin, etc. Also, it may be a secondary battery having a bipolar structure. A secondary battery having a bipolar structure has an advantage that a plurality of cells connected in series can be fabricated from a single cell.

以下、第1実施形態に係る二次電池の詳細を、図4~図8を参照しながら説明する。 The details of the secondary battery according to the first embodiment will be described below with reference to Figures 4 to 8.

図4は、第1の実施形態に係る二次電池の他の例を概略的に示す断面図である。図5は、図3に示す二次電池のIII-III線に沿った断面図である。 Figure 4 is a cross-sectional view that shows a schematic diagram of another example of a secondary battery according to the first embodiment. Figure 5 is a cross-sectional view taken along line III-III of the secondary battery shown in Figure 3.

電極群1は、矩形筒状の金属製容器2内に収納されている。電極群1は、正極5及び負極3をその間にセパレータ4を介在させて偏平形状となるように渦巻き状に捲回した構造を有する。水系電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。図4に示すように、電極群1の端面に位置する正極5の端部の複数個所それぞれに帯状の正極側リード22が電気的に接続されている。また、この端面に位置する負極3の端部の複数個所それぞれに帯状の負極側リード23が電気的に接続されている。この複数ある正極側リード22は、一つに束ねられた状態で正極タブ16と電気的に接続されている。正極側リード22と正極タブ16とから正極端子が構成されている。また、負極側リード23は、一つに束ねられた状態で負極タブ17と接続されている。負極側リード23と負極タブ17とから負極端子が構成されている。金属製の封口板10は、金属製容器2の開口部に溶接等により固定されている。正極タブ16及び負極タブ17は、それぞれ、封口板10に設けられた取出穴から外部に引き出されている。封口板10の各取出穴の内周面は、正極タブ16及び負極タブ17との接触による短絡を回避するために、絶縁部材で被覆されている。 The electrode group 1 is housed in a rectangular cylindrical metal container 2. The electrode group 1 has a structure in which a positive electrode 5 and a negative electrode 3 are spirally wound to form a flat shape with a separator 4 interposed therebetween. An aqueous electrolyte (not shown) is held in the electrode group 1. As shown in FIG. 4, a strip-shaped positive electrode side lead 22 is electrically connected to each of a plurality of points on the end of the positive electrode 5 located on the end face of the electrode group 1. In addition, a strip-shaped negative electrode side lead 23 is electrically connected to each of a plurality of points on the end of the negative electrode 3 located on this end face. The multiple positive electrode side leads 22 are electrically connected to the positive electrode tab 16 in a bundled state. The positive electrode side lead 22 and the positive electrode tab 16 constitute a positive electrode terminal. In addition, the negative electrode side lead 23 is connected to the negative electrode tab 17 in a bundled state. The negative electrode side lead 23 and the negative electrode tab 17 constitute a negative electrode terminal. The metal sealing plate 10 is fixed to the opening of the metal container 2 by welding or the like. The positive electrode tab 16 and the negative electrode tab 17 are each pulled out to the outside through an extraction hole provided in the sealing plate 10. The inner surface of each extraction hole in the sealing plate 10 is covered with an insulating material to prevent short circuits due to contact with the positive electrode tab 16 and the negative electrode tab 17.

図5に示すように、負極タブ17の他端は短冊状になっていて、電極群1の上側端面に位置する負極3の端部の複数個所それぞれに電気的に接続されている。また、図示してないが、同様に正極タブ16の他端は短冊状になっていて、電極群1の上側端面に位置する正極5の端部の複数個所それぞれに電気的に接続されている。 As shown in FIG. 5, the other end of the negative electrode tab 17 is strip-shaped and is electrically connected to each of the multiple points on the end of the negative electrode 3 located on the upper end face of the electrode group 1. Similarly, although not shown, the other end of the positive electrode tab 16 is strip-shaped and is electrically connected to each of the multiple points on the end of the positive electrode 5 located on the upper end face of the electrode group 1.

図4において、金属製の封口板10は、金属製容器2の開口部に溶接等により固定されている。正極側リード22及び負極側リード23は、それぞれ、封口板10に設けられた取出穴から外部に引き出されている。封口板10の各取出穴の内周面には、正極側リード22及び負極側リード23との接触による短絡を回避するために、それぞれ正極ガスケット18及び負極ガスケット19が配置されている。正極ガスケット18及び負極ガスケット19を配置することで、角型二次電池100の気密性を維持できる。 In FIG. 4, the metal sealing plate 10 is fixed to the opening of the metal container 2 by welding or the like. The positive electrode lead 22 and the negative electrode lead 23 are each pulled out to the outside through an extraction hole provided in the sealing plate 10. A positive electrode gasket 18 and a negative electrode gasket 19 are arranged on the inner circumferential surface of each extraction hole of the sealing plate 10 to prevent short circuits due to contact with the positive electrode lead 22 and the negative electrode lead 23, respectively. By arranging the positive electrode gasket 18 and the negative electrode gasket 19, the airtightness of the square secondary battery 100 can be maintained.

封口板10には制御弁11(安全弁)が配置されている。水系溶媒の電気分解により発生したガスに起因して電池セルにおける内圧が高まった場合には、制御弁11から発生ガスを外部へと放散できる。制御弁11としては、例えば内圧が設定値よりも高くなった場合に作動し、内圧が低下すると封止栓として機能する復帰式のものを使用することができる。或いは、一度作動すると封止栓としての機能が回復しない非復帰式の制御弁を使用してもよい。図4では、制御弁11が封口板10の中央に配置されているが、制御弁11の位置は封口板10の端部であってもよい。制御弁11は省略してもよい。 A control valve 11 (safety valve) is arranged on the sealing plate 10. When the internal pressure in the battery cell increases due to gas generated by electrolysis of the aqueous solvent, the generated gas can be released to the outside from the control valve 11. The control valve 11 can be, for example, a reset type that operates when the internal pressure becomes higher than a set value and functions as a sealing plug when the internal pressure decreases. Alternatively, a non-reset type control valve that does not recover its function as a sealing plug once it is activated may be used. In FIG. 4, the control valve 11 is arranged in the center of the sealing plate 10, but the control valve 11 may be located at the end of the sealing plate 10. The control valve 11 may be omitted.

また、封口板10には注液口12が設けられている。水系電解質は、この注液口12を介して注液され得る。注液口12は、水系電解質が注液された後、封止栓13により塞がれ得る。注液口12及び封止栓13は省略してもよい。 The sealing plate 10 is also provided with a liquid inlet 12. The aqueous electrolyte can be injected through this liquid inlet 12. After the aqueous electrolyte is injected, the liquid inlet 12 can be closed with a sealing plug 13. The liquid inlet 12 and the sealing plug 13 may be omitted.

図6は、第3の実施形態に係る二次電池の更に他の例を概略的に示す部分切欠斜視図である。図7は、図6に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。図6及び図7は、容器として、ラミネートフィルム製外装部材を用いた二次電池100の一例を示している。 Figure 6 is a partially cutaway perspective view that shows a schematic diagram of yet another example of a secondary battery according to the third embodiment. Figure 7 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in Figure 6. Figures 6 and 7 show an example of a secondary battery 100 that uses an exterior member made of a laminate film as a container.

図6及び図7に示す二次電池100は、図6及び図7に示す電極群1と、図6に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in Figs. 6 and 7 includes an electrode group 1 shown in Figs. 6 and 7, an exterior member 2 shown in Fig. 6, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the exterior member 2. The electrolyte is held in the electrode group 1.

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The exterior member 2 is made of a laminate film that includes two resin layers and a metal layer interposed between them.

電極群1は、図7に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、負極3と正極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。 As shown in FIG. 7, the electrode group 1 is a laminated electrode group. The laminated electrode group 1 has a structure in which negative electrodes 3 and positive electrodes 5 are alternately laminated with a separator 4 interposed therebetween.

電極群1は、複数の負極3を含んでいる。複数の負極3は、それぞれが、負極集電体3aと、負極集電体3aの両面に担持された負極活物質含有層3bとを備えている。また、電極群1は、複数の正極5を含んでいる。複数の正極5は、それぞれが、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面に担持された正極活物質含有層5bとを備えている。 The electrode group 1 includes a plurality of negative electrodes 3. Each of the plurality of negative electrodes 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b supported on both sides of the negative electrode current collector 3a. The electrode group 1 also includes a plurality of positive electrodes 5. Each of the plurality of positive electrodes 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode active material-containing layer 5b supported on both sides of the positive electrode current collector 5a.

各負極3の負極集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層3bが担持されていない部分3cを含む。この部分3cは、負極集電タブとして働く。図7に示すように、負極集電タブとして働く部分3cは、正極5と重なっていない。また、複数の負極集電タブ(部分3c)は、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。 The negative electrode current collector 3a of each negative electrode 3 includes a portion 3c on one side where the negative electrode active material-containing layer 3b is not supported on any surface. This portion 3c serves as a negative electrode current collector tab. As shown in FIG. 7, the portion 3c serving as the negative electrode current collector tab does not overlap with the positive electrode 5. In addition, the multiple negative electrode current collector tabs (portions 3c) are electrically connected to a band-shaped negative electrode terminal 6. The tip of the band-shaped negative electrode terminal 6 is pulled out to the outside of the exterior member 2.

また、図示しないが、各正極5の正極集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)と同様に、負極3と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)に対し電極群1の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。 Although not shown, the positive electrode collector 5a of each positive electrode 5 includes a portion on one side where the positive electrode active material-containing layer 5b is not supported on any surface. This portion serves as a positive electrode current collector tab. The positive electrode current collector tab does not overlap with the negative electrode 3, as does the negative electrode current collector tab (portion 3c). The positive electrode current collector tab is located on the opposite side of the electrode group 1 to the negative electrode current collector tab (portion 3c). The positive electrode current collector tab is electrically connected to a strip-shaped positive electrode terminal 7. The tip of the strip-shaped positive electrode terminal 7 is located on the opposite side to the negative electrode terminal 6 and is drawn out to the outside of the exterior member 2.

第3の実施形態に係る二次電池は、上述したセパレータを備えている。このセパレータは、水系溶媒が浸透しにくく、かつ、薄膜化可能である。したがって、第3の実施形態に係る二次電池は、高いエネルギー密度と高い寿命特性とを実現できる。 The secondary battery according to the third embodiment includes the separator described above. This separator is resistant to permeation of aqueous solvents and can be made thin. Therefore, the secondary battery according to the third embodiment can achieve high energy density and long life characteristics.

(第4の実施形態)
第4の実施形態によると、組電池が提供される。第4の実施形態に係る組電池は、第3の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
Fourth Embodiment
According to a fourth embodiment, there is provided a battery pack. The battery pack according to the fourth embodiment includes a plurality of secondary batteries according to the third embodiment.

第4の実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。 In the battery pack according to the fourth embodiment, the individual cells may be electrically connected in series or parallel, or may be arranged in a combination of series and parallel connections.

次に、第4の実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.

図8は、第4の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図8に示す組電池200は、5つの単電池100a~100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a~100eのそれぞれは、第3の実施形態に係る二次電池である。 Figure 8 is a perspective view that shows a schematic example of a battery pack according to the fourth embodiment. The battery pack 200 shown in Figure 8 includes five cells 100a to 100e, four bus bars 21, a positive electrode lead 22, and a negative electrode lead 23. Each of the five cells 100a to 100e is a secondary battery according to the third embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図7の組電池200は、5直列の組電池である。 The bus bar 21 connects, for example, the negative terminal 6 of one cell 100a to the positive terminal 7 of the adjacent cell 100b. In this way, the five cells 100 are connected in series by four bus bars 21. That is, the battery pack 200 in FIG. 7 is a five-cell battery pack connected in series.

図8に示すように、5つの単電池100a~100eのうち、左端に位置する単電池100aの正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に接続されている。また、5つの単電池100a~100eうち、右端に位置する単電池100eの負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に接続されている。 As shown in FIG. 8, the positive terminal 7 of the cell 100a located at the left end of the five cells 100a to 100e is connected to a positive electrode lead 22 for external connection. In addition, the negative terminal 6 of the cell 100e located at the right end of the five cells 100a to 100e is connected to a negative electrode lead 23 for external connection.

第4の実施形態に係る組電池は、第3の実施形態に係る二次電池を具備する。したがって、第4の実施形態に係る組電池は、高いエネルギー密度と高い寿命特性とを実現できる。 The battery pack according to the fourth embodiment includes the secondary battery according to the third embodiment. Therefore, the battery pack according to the fourth embodiment can achieve high energy density and long life characteristics.

(第5の実施形態)
第5の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第4の実施形態に係る組電池を具備している。この電池パックは、第4の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第3の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
Fifth Embodiment
According to a fifth embodiment, there is provided a battery pack. The battery pack includes the battery assembly according to the fourth embodiment. The battery pack may include a single secondary battery according to the third embodiment, instead of the battery assembly according to the fourth embodiment.

第5の実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。 The battery pack according to the fifth embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (e.g., electronic equipment, automobiles, etc.) may be used as the protection circuit for the battery pack.

また、第5の実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 The battery pack according to the fifth embodiment may further include an external terminal for current flow. The external terminal for current flow is for outputting current from the secondary battery to the outside and/or for inputting current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for current flow. When the battery pack is charged, a charging current (including regenerative energy from the power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through the external terminal for current flow.

次に、第5の実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.

図9は、第5の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図10は、図9に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。 Figure 9 is an exploded perspective view that shows a schematic example of a battery pack according to the fifth embodiment. Figure 10 is a block diagram that shows an example of an electrical circuit of the battery pack shown in Figure 9.

図9及び図10に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。 The battery pack 300 shown in Figures 9 and 10 includes a container 31, a lid 32, a protective sheet 33, a battery pack 200, a printed wiring board 34, wiring 35, and an insulating plate (not shown).

図9に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、上記組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。 The storage container 31 shown in FIG. 9 is a bottomed, square container having a rectangular bottom. The storage container 31 is configured to be able to accommodate a protective sheet 33, a battery pack 200, a printed wiring board 34, and wiring 35. The lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 covers the storage container 31 to accommodate the battery pack 200 and the like. Although not shown, the storage container 31 and the lid 32 are provided with openings or connection terminals for connection to external devices and the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。 The battery pack 200 includes a plurality of cells 100, a positive electrode lead 22, a negative electrode lead 23, and an adhesive tape 24.

複数の単電池100の少なくとも1つは、第3の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100は、外部に延出した負極端子6及び正極端子7が同じ向きになるように揃えて積層されている。複数の単電池100の各々は、図10に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。 At least one of the multiple single cells 100 is a secondary battery according to the third embodiment. The multiple single cells 100 are stacked in an aligned manner so that the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extending to the outside face the same direction. Each of the multiple single cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. 10. The multiple single cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in a combination of series and parallel connections. When the multiple single cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased compared to when they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。 The adhesive tape 24 fastens the multiple cells 100 together. Instead of the adhesive tape 24, heat shrink tape may be used to secure the multiple cells 100 together. In this case, protective sheets 33 are placed on both sides of the battery pack 200, the heat shrink tape is wrapped around the battery pack 200, and the heat shrink tape is then thermally shrunk to bind the multiple cells 100 together.

正極側リード22の一端は、単電池100の積層体において、最下層に位置する単電池100の正極端子7に接続されている。正極側リード22の一端は、単電池100の積層体において、最上層に位置する単電池100の負極端子6に接続されている。 One end of the positive electrode lead 22 is connected to the positive electrode terminal 7 of the cell 100 located in the bottom layer of the stack of cells 100. One end of the positive electrode lead 22 is connected to the negative electrode terminal 6 of the cell 100 located in the top layer of the stack of cells 100.

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ341と、負極側コネクタ342と、サーミスタ343と、保護回路344と、配線345及び346と、通電用の外部端子347と、プラス側配線348aと、マイナス側配線348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の主面は、組電池200において負極端子6及び正極端子7が延出する面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。 The printed wiring board 34 is installed along one of the short sides of the inner surface of the container 31. The printed wiring board 34 includes a positive connector 341, a negative connector 342, a thermistor 343, a protection circuit 344, wiring 345 and 346, an external terminal 347 for current flow, a positive wiring 348a, and a negative wiring 348b. One main surface of the printed wiring board 34 faces the surface of the battery pack 200 from which the negative terminal 6 and the positive terminal 7 extend. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the battery pack 200.

正極側コネクタ341には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、正極側リード22の他端が挿入されることにより、正極側コネクタ341と正極側リード22とは電気的に接続される。負極側コネクタ342には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、負極側リード23の他端が挿入されることにより、負極側コネクタ342と負極側リード23とは電気的に接続される。 The positive electrode connector 341 has a through hole. The other end of the positive electrode lead 22 is inserted into this through hole, so that the positive electrode connector 341 and the positive electrode lead 22 are electrically connected. The negative electrode connector 342 has a through hole. The other end of the negative electrode lead 23 is inserted into this through hole, so that the negative electrode connector 342 and the negative electrode lead 23 are electrically connected.

サーミスタ343は、プリント配線基板34の一方の主面に固定されている。サーミスタ343は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路344に送信する。 The thermistor 343 is fixed to one main surface of the printed wiring board 34. The thermistor 343 detects the temperature of each of the cells 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 344.

通電用の外部端子347は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子347は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。 The external terminal 347 for electrical current is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The external terminal 347 for electrical current is electrically connected to a device that is external to the battery pack 300.

保護回路344は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。保護回路344は、プラス側配線348aを介して通電用の外部端子347と接続されている。保護回路344は、マイナス側配線348bを介して通電用の外部端子347と接続されている。また、保護回路344は、配線345を介して正極側コネクタ341に電気的に接続されている。保護回路344は、配線346を介して負極側コネクタ342に電気的に接続されている。更に、保護回路344は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。 The protection circuit 344 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for current supply via the positive side wiring 348a. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for current supply via the negative side wiring 348b. The protection circuit 344 is also electrically connected to the positive electrode side connector 341 via the wiring 345. The protection circuit 344 is electrically connected to the negative electrode side connector 342 via the wiring 346. Furthermore, the protection circuit 344 is electrically connected to each of the multiple single cells 100 via the wiring 35.

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。 The protective sheet 33 is disposed on both inner surfaces of the long sides of the container 31 and on the inner surface of the short side that faces the printed wiring board 34 via the battery pack 200. The protective sheet 33 is made of, for example, resin or rubber.

保護回路344は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路344は、サーミスタ343から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路344と通電用の外部端子347との電気的な接続を遮断する。 The protection circuit 344 controls the charging and discharging of the multiple cells 100. The protection circuit 344 also cuts off the electrical connection between the protection circuit 344 and the external terminal 347 for current flow based on a detection signal transmitted from the thermistor 343 or a detection signal transmitted from each cell 100 or the battery pack 200.

サーミスタ343から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。 The detection signal transmitted from the thermistor 343 may be, for example, a signal that detects that the temperature of the cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature. The detection signal transmitted from each cell 100 or the battery pack 200 may be, for example, a signal that detects overcharging, overdischarging, or overcurrent of the cell 100. When detecting overcharging or the like for each cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each cell 100.

なお、保護回路344としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。 The protection circuit 344 may be a circuit included in a device (e.g., electronic device, automobile, etc.) that uses the battery pack 300 as a power source.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子347を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子347を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子347を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子347を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。 As described above, the battery pack 300 is provided with an external terminal 347 for current flow. Therefore, the battery pack 300 can output current from the assembled battery 200 to an external device and input current from the external device to the assembled battery 200 via the external terminal 347 for current flow. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the assembled battery 200 is supplied to the external device via the external terminal 347 for current flow. When the battery pack 300 is charged, a charging current from the external device is supplied to the battery pack 300 via the external terminal 347 for current flow. When the battery pack 300 is used as an in-vehicle battery, regenerative energy from the vehicle's power can be used as the charging current from the external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、負極側リード23及び正極側リード22を通電用の外部端子として用いてもよい。 The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the assembled batteries 200 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections. The printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the negative electrode lead 23 and the positive electrode lead 22 may be used as external terminals for passing current.

このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、電子機器の電源、定置用電池、及び各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。 Such battery packs are used in applications that require excellent cycle performance, for example, when drawing large current. Specifically, these battery packs are used as power sources for electronic devices, stationary batteries, and on-board batteries for various vehicles. Examples of electronic devices include digital cameras. These battery packs are particularly suitable for use as on-board batteries.

第5の実施形態に係る電池パックは、第3の実施形態に係る二次電池又は第4の実施形態に係る組電池を備えている。したがって、第5の実施形態に係る電池パックは、高いエネルギー密度と高い寿命特性とを実現できる。 The battery pack according to the fifth embodiment includes the secondary battery according to the third embodiment or the battery pack according to the fourth embodiment. Therefore, the battery pack according to the fifth embodiment can achieve high energy density and long life characteristics.

(第6の実施形態)
第6の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。
Sixth Embodiment
According to a sixth embodiment, a vehicle is provided. The vehicle is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment.

第6の実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。第6の実施形態に係る車両は、車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む。 In the vehicle according to the sixth embodiment, the battery pack, for example, recovers regenerative energy from the vehicle's motive power. The vehicle according to the sixth embodiment includes a mechanism for converting the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

第6の実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles according to the sixth embodiment include two- to four-wheel hybrid electric vehicles, two- to four-wheel electric vehicles, power-assisted bicycles, and rail vehicles.

第6の実施形態に係る車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle according to the sixth embodiment is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted in an automobile, the battery pack can be mounted in the engine compartment, the rear of the vehicle body, or under the seat of the vehicle.

第6の実施形態に係る車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、電池パックは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。 The vehicle according to the sixth embodiment may be equipped with multiple battery packs. In this case, the battery packs may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected in a combination of series and parallel connections.

次に、第6の実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a vehicle according to the sixth embodiment will be described with reference to the drawings.

図11は、第6の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。 Figure 11 is a cross-sectional view that shows a schematic example of a vehicle according to the sixth embodiment.

図11に示す車両400は、車両本体40と、第5の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図11に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。 The vehicle 400 shown in FIG. 11 includes a vehicle body 40 and a battery pack 300 according to the fifth embodiment. In the example shown in FIG. 11, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 The vehicle 400 may be equipped with multiple battery packs 300. In this case, the battery packs 300 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.

図11では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。 Figure 11 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine compartment located in front of the vehicle body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted, for example, at the rear of the vehicle body 40 or under a seat. This battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. In addition, this battery pack 300 can recover regenerative energy for the power of the vehicle 400.

第6の実施形態に係る車両は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。したがって、第6の実施形態に係る車両は、高いエネルギー密度と高い寿命特性を実現することができる。 The vehicle according to the sixth embodiment is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment. Therefore, the vehicle according to the sixth embodiment can achieve high energy density and long life characteristics.

(第7の実施形態)
第7の実施形態によると、定置用電源が提供される。この定置用電源は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。なお、この定置用電源は、第5の実施形態に係る電池パックの代わりに、第4の実施形態に係る組電池又は第3の実施形態に係る二次電池を搭載していてもよい。
Seventh Embodiment
According to the seventh embodiment, a stationary power source is provided. This stationary power source is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment. Note that this stationary power source may be equipped with the assembled battery according to the fourth embodiment or the secondary battery according to the third embodiment instead of the battery pack according to the fifth embodiment.

第7の実施形態に係る定置用電源は、第5の実施形態に係る電池パックを搭載している。したがって、第7の実施形態に係る定置用電源は、長寿命を実現することができる。 The stationary power supply according to the seventh embodiment is equipped with the battery pack according to the fifth embodiment. Therefore, the stationary power supply according to the seventh embodiment can achieve a long life.

図12は、第6実施形態に係る定置用電源を含むシステムの一例を示すブロック図である。図12は、第5の実施形態に係る電池パック300A、300Bの使用例として、定置用電源112、123への適用例を示す図である。図12に示す一例では、定置用電源112,123が用いられるシステム110が示される。システム110は、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びエネルギー管理システム(EMS)115を備える。また、システム110には、電力網116及び通信網117が形成され、発電所111、定置用電源112、需要家側電力系統113及びEMS115は、電力網116及び通信網117を介して、接続される。EMS115は、電力網116及び通信網117を活用して、システム110全体を安定化させる制御を行う。 FIG. 12 is a block diagram showing an example of a system including a stationary power source according to the sixth embodiment. FIG. 12 is a diagram showing an example of application to stationary power sources 112 and 123 as an example of use of battery packs 300A and 300B according to the fifth embodiment. In the example shown in FIG. 12, a system 110 in which stationary power sources 112 and 123 are used is shown. The system 110 includes a power plant 111, a stationary power source 112, a consumer-side power system 113, and an energy management system (EMS) 115. In addition, a power grid 116 and a communication network 117 are formed in the system 110, and the power plant 111, the stationary power source 112, the consumer-side power system 113, and the EMS 115 are connected via the power grid 116 and the communication network 117. The EMS 115 uses the power grid 116 and the communication network 117 to perform control to stabilize the entire system 110.

発電所111は、火力及び原子力等の燃料源によって、大容量の電力を生成する。発電所111からは、電力網116等を通して電力が供給される。また、定置用電源112には、電池パック300Aが搭載される。電池パック300Aは、発電所111から供給される電力等を蓄電できる。また、定置用電源112は、電池パック300Aに蓄電された電力を、電力網116等を通して供給できる。システム110には、電力変換装置118が設けられる。電力変換装置118は、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置118は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置118は、発電所111からの電力を、電池パック300Aへ蓄電可能な電力に変換できる。 The power plant 111 generates a large amount of electricity using fuel sources such as thermal power and nuclear power. Electricity is supplied from the power plant 111 through the power grid 116, etc. The stationary power source 112 is equipped with a battery pack 300A. The battery pack 300A can store the electricity supplied from the power plant 111. The stationary power source 112 can supply the electricity stored in the battery pack 300A through the power grid 116, etc. The system 110 is provided with a power conversion device 118. The power conversion device 118 includes a converter, an inverter, a transformer, etc. Therefore, the power conversion device 118 can convert between direct current and alternating current, convert between alternating currents with different frequencies, and perform voltage transformation (boosting and bucking), etc. Therefore, the power conversion device 118 can convert the electricity from the power plant 111 into electricity that can be stored in the battery pack 300A.

需要家側電力系統113には、工場用の電力系統、ビル用の電力系統、及び、家庭用の電力系統等が、含まれる。需要家側電力系統113は、需要家側EMS121、電力変換装置122及び定置用電源123を備える。定置用電源123には、電池パック300Bが搭載される。需要家側EMS121は、需要家側電力系統113を安定化させる制御を行う。 The consumer-side power system 113 includes a power system for a factory, a power system for a building, and a power system for a home. The consumer-side power system 113 includes a consumer-side EMS 121, a power conversion device 122, and a stationary power source 123. The stationary power source 123 is equipped with a battery pack 300B. The consumer-side EMS 121 performs control to stabilize the consumer-side power system 113.

需要家側電力系統113には、発電所111からの電力、及び、電池パック300Aからの電力が、電力網116を通して供給される。電池パック300Bは、需要家側電力系統113に供給された電力を蓄電できる。また、電力変換装置121は、電力変換装置118と同様に、コンバータ、インバータ及び変圧器等を含む。したがって、電力変換装置121は、直流と交流との間の変換、互いに対して周波数が異なる交流の間の変換、及び、変圧(昇圧及び降圧)等を行うことができる。このため、電力変換装置121は、需要家側電力系統113に供給された電力を、電池パック300Bへ蓄電可能な電力に変換できる。 The consumer-side power system 113 is supplied with power from the power plant 111 and from the battery pack 300A through the power grid 116. The battery pack 300B can store the power supplied to the consumer-side power system 113. Similarly to the power conversion device 118, the power conversion device 121 includes a converter, an inverter, a transformer, and the like. Therefore, the power conversion device 121 can convert between DC and AC, convert between AC with different frequencies, and perform voltage transformation (boost and step-down), etc. Therefore, the power conversion device 121 can convert the power supplied to the consumer-side power system 113 into power that can be stored in the battery pack 300B.

なお、電池パック300Bに蓄電された電力は、例えば、電気自動車等の車両の充電等に用いることができる。また、システム110には、自然エネルギー源が設けられてもよい。この場合、自然エネルギー源は、風力及び太陽光等の自然エネルギーによって、電力を生成する。そして、発電所111に加えて自然エネルギー源からも、電力網116を通して、電力が供給される。 The power stored in the battery pack 300B can be used, for example, to charge a vehicle such as an electric car. The system 110 may also be provided with a natural energy source. In this case, the natural energy source generates power using natural energy such as wind power and solar power. Power is supplied from the natural energy source in addition to the power plant 111 through the power grid 116.

[実施例]
以下に実施例を記載する。実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples are described below. The embodiments are not limited to the following examples.

(実施例1)
<正極の作製>
以下のようにして正極を作製した。
先ず、正極活物質、導電剤及び結着剤を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。正極活物質、導電剤及び結着剤の割合、それぞれ、91質量%、4.5質量%及び4.5質量%であった。正極活物質としては、平均粒子径10μmのスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)を用いた。リチウムマンガン複合酸化物のリチウムイオン吸蔵放出電位は、3.5V(vs.Li/Li)以上4.2V(vs.Li/Li)以下であった。導電剤としては、黒鉛粉末を用いた。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いた。
Example 1
<Preparation of Positive Electrode>
The positive electrode was prepared as follows.
First, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder were dispersed in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent to prepare a slurry. The proportions of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder were 91 mass%, 4.5 mass%, and 4.5 mass%, respectively. As the positive electrode active material, a lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel structure and an average particle size of 10 μm was used. The lithium ion absorption and release potential of the lithium manganese composite oxide was 3.5 V (vs. Li/ Li + ) or more and 4.2 V (vs. Li/ Li + ) or less. Graphite powder was used as the conductive agent. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder.

次いで、調製したスラリーを、正極集電体の両面に塗布し、塗膜を乾燥させることで正極活物質含有層を形成した。正極集電体としては、厚さ12μmのTi箔を用いた。次いで、正極集電体と正極活物質含有層とをプレスして、正極を作製した。正極活物質含有層の密度は、3.0g/cmであった。 The prepared slurry was then applied to both sides of a positive electrode current collector, and the coating was dried to form a positive electrode active material-containing layer. A Ti foil having a thickness of 12 μm was used as the positive electrode current collector. The positive electrode current collector and the positive electrode active material-containing layer were then pressed together to produce a positive electrode. The density of the positive electrode active material-containing layer was 3.0 g/cm 3 .

<負極の作製>
以下のようにして負極を作製した。
先ず、負極活物質、導電剤及び結着剤を、NMP溶媒に分散してスラリーを調製した。負極活物質としては、平均二次粒子径(直径)が15μmのリチウムチタン酸化物(LiTi12)粉末を用いた。リチウムチタン酸化物のリチウムイオン吸蔵放出電位は、1.5V(vs.Li/Li)以上1.7V(vs.Li/Li)以下であった。導電剤としては、黒鉛粉末を用いた。結着剤としては、ポリビニルブチラール(PVB)を用いた。負極活物質、導電剤及び結着剤の割合は、それぞれ、94.3質量%、4.7質量%及び1.0質量%とした。
<Preparation of negative electrode>
The negative electrode was prepared as follows.
First, the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder were dispersed in an NMP solvent to prepare a slurry. As the negative electrode active material, a lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder having an average secondary particle size (diameter) of 15 μm was used. The lithium titanium oxide had a lithium ion absorption/release potential of 1.5 V (vs. Li/Li + ) or more and 1.7 V (vs. Li/Li + ) or less. As the conductive agent, graphite powder was used. As the binder, polyvinyl butyral (PVB) was used. The proportions of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder were 94.3 mass%, 4.7 mass%, and 1.0 mass%, respectively.

次いで、得られたスラリーを、負極集電体に塗布し、塗膜を乾燥させることで負極活物質含有層を形成した。負極集電体としては、厚さ50μmのZn箔を用いた。ここで、スラリーをZn箔に塗布する際、作製する負極のうち、電極群の最外周に位置する部分についてはZn箔の片面にのみスラリーを塗布し、それ以外の部分についてはZn箔の両面にスラリーを塗布した。次いで、負極集電体と負極活物質含有層とをプレスして、負極を得た。負極活物質含有層の密度は、2.0g/cmであった。 Next, the obtained slurry was applied to a negative electrode current collector, and the coating was dried to form a negative electrode active material-containing layer. A Zn foil having a thickness of 50 μm was used as the negative electrode current collector. Here, when applying the slurry to the Zn foil, the slurry was applied only to one side of the Zn foil for the part located at the outermost periphery of the electrode group of the negative electrode to be produced, and the slurry was applied to both sides of the Zn foil for the other parts. Next, the negative electrode current collector and the negative electrode active material-containing layer were pressed to obtain a negative electrode. The density of the negative electrode active material-containing layer was 2.0 g/cm 3 .

<セパレータの作製>
無機粒子としてガラス固体電解質LATP(Li1.5Al0.5Ti1.5(PO)と、高分子結着剤としてポリビニルブチラール(PVB)と、繊維状物質としてセルロースナノファイバーと、溶媒としてN―メチル―2―ピロリドン(NMP)とをプラネタリミキサーを用いて混合し、スラリーを得た。LATP粒子の平均粒子径は、1.0μmであった。セルロースナノファイバーの平均繊維径は15nmであった。LATP粒子と、PVB樹脂と、セルロースナノファイバーの質量比がLATP粒子、PVB樹脂及びセルロースナノファイバーの質量の合計を100%としたとき、LATP粒子84%、PVB樹脂15%、セルロースナノファイバー1%、つまりLATP粒子:PVB樹脂:セルロースナノファイバーが84:15:1となるようにスラリーを調整した。スラリーにおいて固形分濃度は、50質量%であった。
<Preparation of separator>
A slurry was obtained by mixing glass solid electrolyte LATP ( Li1.5Al0.5Ti1.5 ( PO4 ) 3 ) as inorganic particles, polyvinyl butyral (PVB) as a polymer binder, cellulose nanofiber as a fibrous material, and N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent using a planetary mixer. The average particle diameter of the LATP particles was 1.0 μm. The average fiber diameter of the cellulose nanofiber was 15 nm. The slurry was adjusted so that the mass ratio of the LATP particles, PVB resin, and cellulose nanofiber was 84% LATP particles, 15% PVB resin, and 1% cellulose nanofiber, that is, LATP particles:PVB resin:cellulose nanofiber was 84:15:1 when the total mass of the LATP particles, PVB resin, and cellulose nanofiber was 100%. The solid content concentration in the slurry was 50% by mass.

次いで、スラリーをテフロン(登録商標)製の鋳型に流し込んだ後、摂氏50度の真空炉にて24時間乾燥させてNMP溶媒を除去した。得られたセパレータの膜厚は20μmであった。このセパレータにおいて、LATP粒子が占める割合は84質量%であり、PVB樹脂が占める割合は15質量%であり、セルロースナノファイバーが占める割合1質量%であった。以下このセパレータを、セパレータSP1という。このセパレータSP1は複数作製した。 The slurry was then poured into a Teflon (registered trademark) mold and dried in a vacuum oven at 50 degrees Celsius for 24 hours to remove the NMP solvent. The resulting separator had a thickness of 20 μm. In this separator, the proportion of LATP particles was 84% by mass, the proportion of PVB resin was 15% by mass, and the proportion of cellulose nanofibers was 1% by mass. Hereinafter, this separator will be referred to as separator SP1. Multiple separators SP1 were produced.

<電極群の作製>
正極と、1枚目のセパレータSP1と、負極と、2枚目のセパレータSP1とを、この順序で積層して積層体を得た。次に、この積層体を、負極が最外周に配置するように渦巻き状に捲回して電極群を作製した。これを130℃で加熱プレスすることにより、偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが0.25mmのステンレスからなる薄型の金属缶に収納した。なお、金属缶としては、内圧が2気圧以上になるとガスをリークする弁が設置されているものを用いた。
<Preparation of electrode group>
A laminate was obtained by stacking the positive electrode, the first separator SP1, the negative electrode, and the second separator SP1 in this order. Next, this laminate was spirally wound so that the negative electrode was disposed at the outermost periphery to produce an electrode group. This was hot-pressed at 130°C to produce a flat electrode group. The obtained electrode group was stored in a thin metal can made of stainless steel with a thickness of 0.25 mm. The metal can used had a valve that leaks gas when the internal pressure reaches 2 atmospheres or more.

<水系電解質の調製>
塩化リチウム(LiCl)を水に溶解させて、液状水系電解質を得た。水系電解質において、LiClのモル濃度は、12mol/Lとした。
<Preparation of aqueous electrolyte>
Lithium chloride (LiCl) was dissolved in water to obtain a liquid aqueous electrolyte, the molar concentration of LiCl in the aqueous electrolyte being 12 mol/L.

<二次電池の作製及び初回充放電>
電極群を収容した先の金属缶容器に、液状水系電解質を注液して二次電池を3個作製した。次いで、それぞれの二次電池を25℃環境下で24時間放置した。その後、25℃環境下で二次電池を初回充放電に供した。初回充放電では、まず、二次電池の電圧が2.7Vに達するまで1Cレート相当の電流で定電流充電し、その後、電圧が2.1Vに達するまで1Cレート相当の電流で定電流放電した。
<Preparation of secondary battery and initial charge/discharge>
A liquid aqueous electrolyte was poured into the metal can containing the electrode group to prepare three secondary batteries. Each secondary battery was then left for 24 hours in a 25° C. environment. The secondary batteries were then subjected to initial charge and discharge in a 25° C. environment. In the initial charge and discharge, the secondary batteries were first charged at a constant current equivalent to a 1C rate until the voltage of the secondary batteries reached 2.7 V, and then discharged at a constant current equivalent to a 1C rate until the voltage reached 2.1 V.

<評価方法>
以下にセパレータが含む無機粒子と、高分子結着剤と、繊維状物質との質量比の評価方法と、繊維状物質の平均繊維径測定方法と、作製した二次電池における充電容量及び充放電効率の測定方法について説明する。
<Evaluation method>
Below, we will explain a method for evaluating the mass ratio of the inorganic particles, polymer binder, and fibrous material contained in the separator, a method for measuring the average fiber diameter of the fibrous material, and a method for measuring the charge capacity and charge/discharge efficiency of the produced secondary battery.

(セパレータが含む無機粒子と高分子結着剤と繊維状物質との質量比の評価)
作製した二次電池のうちの1つを分解し、セパレータを採取後大気下摂氏50度等の条件でよく乾燥させた。次いで、このセパレータの一部を切り出して、試験片を得た。試験片の大きさは、一辺の長さが2cmの正方形の板状とした。試験片は事前に大気下摂氏50度等の条件でよく乾燥させておいた。次いで、試験片を十分な量の溶媒と混合した。高分子結着剤を溶解させた後、遠心分離器を用いて、固形分と繊維状物質が溶け出した溶媒とを分離した。固形分はよく乾燥させた後に熱重量分析(TG)を行い、固形分に含まれる無機粒子と高分子結着剤との質量を得た。一方で溶液において熱重量分析(TG)を行い、溶液に含まれる溶媒と繊維状物質の質量を得た。以上より、無機粒子と、繊維状物質と、高分子結着剤との質量比を得た。無機粒子と高分子結着剤と繊維状物質との質量比は、順に84%、15%、1%であった。
(Evaluation of the mass ratio of inorganic particles, polymer binder, and fibrous material contained in the separator)
One of the secondary batteries prepared was disassembled, and the separator was taken and then thoroughly dried under conditions such as 50 degrees Celsius in the atmosphere. Then, a part of this separator was cut out to obtain a test piece. The size of the test piece was a square plate with a side length of 2 cm. The test piece was thoroughly dried in advance under conditions such as 50 degrees Celsius in the atmosphere. Then, the test piece was mixed with a sufficient amount of solvent. After dissolving the polymer binder, a centrifuge was used to separate the solid content and the solvent in which the fibrous material had dissolved. The solid content was thoroughly dried and then subjected to thermogravimetric analysis (TG) to obtain the mass of the inorganic particles and the polymer binder contained in the solid content. Meanwhile, thermogravimetric analysis (TG) was performed on the solution to obtain the mass of the solvent and the fibrous material contained in the solution. From the above, the mass ratio of the inorganic particles, the fibrous material, and the polymer binder was obtained. The mass ratios of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material were 84%, 15%, and 1%, respectively.

(繊維状物質の平均繊維径測定方法)
作製した二次電池のうちの1つを分解し、セパレータを取り出してよく乾燥させた。セパレータ表面を金スパッタ処理した後に走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)を用いて観察を行った。SEM写真にみられる繊維状物質の繊維径を10か所測定し、これらを平均したものを平均繊維径として算出した。
(Method for measuring average fiber diameter of fibrous material)
One of the secondary batteries was disassembled, and the separator was taken out and thoroughly dried. The separator surface was gold sputtered and then observed using a scanning electron microscope (SEM). The fiber diameter of the fibrous material seen in the SEM photograph was measured at 10 points, and the average of these was calculated as the average fiber diameter.

(充放電効率及び10秒抵抗値測定)
作製した二次電池のうちの1つを用いて充放電試験を実施し、充放電効率と10秒抵抗値を測定した。先ず、各二次電池を、25℃の環境下において、5Aの定電流で、電池電圧が2.8Vに至るまで充電した。次いで、その状態を30分間にわたって維持した。次いで、5Aの定電流で、電池電圧が2.1Vに至るまで放電した。次いで、その状態を30分間にわたって維持した。これら一連の操作を1つの充放電サイクルとし、これを50回繰り返した。次いで51サイクル目は5Aの定電流で充電し、30分間維持した後、電池電圧が2.5Vに至るまで放電した。50サイクル目における放電容量と充電容量の比(放電容量/充電容量)を計算し、充放電効率を得た。次いで、51サイクル目の放電の後、すぐに10秒抵抗の測定を行った。51サイクル目の放電後の二次電池において、5Aの定電流での放電を10秒間行った。この間の電圧の変化量を、流した電流5Aで割ることで、電池電圧2.5Vにおける抵抗値、すなわち10秒抵抗値が得られた。得られた二次電池の充放電効率と10秒抵抗値の結果を、表3に示す。
(Charge/discharge efficiency and 10-second resistance measurement)
A charge/discharge test was carried out using one of the secondary batteries produced, and the charge/discharge efficiency and 10-second resistance value were measured. First, each secondary battery was charged at a constant current of 5A in an environment of 25°C until the battery voltage reached 2.8V. Then, this state was maintained for 30 minutes. Then, the battery was discharged at a constant current of 5A until the battery voltage reached 2.1V. Then, this state was maintained for 30 minutes. This series of operations constituted one charge/discharge cycle, and this was repeated 50 times. Then, in the 51st cycle, the battery was charged at a constant current of 5A, and after maintaining for 30 minutes, it was discharged until the battery voltage reached 2.5V. The ratio of the discharge capacity and the charge capacity at the 50th cycle (discharge capacity/charge capacity) was calculated to obtain the charge/discharge efficiency. Then, immediately after the discharge of the 51st cycle, the 10-second resistance was measured. In the secondary battery after the discharge of the 51st cycle, discharge was performed at a constant current of 5A for 10 seconds. The change in voltage during this period was divided by the applied current of 5 A to obtain the resistance value at a battery voltage of 2.5 V, i.e., the 10-second resistance value. Table 3 shows the charge/discharge efficiency and 10-second resistance value of the obtained secondary battery.

(実施例2)
セパレータ作製にあたり、原料として無機粒子LATP、高分子結着剤PVB、繊維状物質としてセルロースナノファイバーを質量比が84:15:1となるように混合し、NMPを加えてスラリーを調製した。得られたスラリーを15μmの厚みを有する多孔質自立膜としてのセルロース製不織布の片面にドクターブレード法により塗布し、摂氏120度の大気中にて乾燥させることでセパレータを作成した。また得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。この際、得られたセパレータにおいて、セルロース不織布が無機粒子層を介して負極と向き合うようにして積層した。以下このセパレータを、セパレータSP2という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP2を用いたこと以外は、実施例1に記載したのと同様の方法で評価を行った。
Example 2
In preparing the separator, inorganic particles LATP, polymer binder PVB, and cellulose nanofibers as fibrous substances were mixed in a mass ratio of 84:15:1 as raw materials, and NMP was added to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a cellulose nonwoven fabric as a porous free-standing film having a thickness of 15 μm by a doctor blade method, and dried in the air at 120 degrees Celsius to prepare a separator. A secondary battery was also prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, in the obtained separator, the cellulose nonwoven fabric was laminated so as to face the negative electrode via the inorganic particle layer. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP2. Evaluation was performed in the same manner as described in Example 1, except that separator SP2 was used instead of separator SP1.

(実施例3)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)を使用したこと以外は実施例1に記載したのと同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1の要領で二次電池を作製した。
Example 3
In producing the separator, a separator was produced in the same manner as described in Example 1, except that polyvinyl alcohol fiber (PVA) was used as the fibrous material. Then, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained separator.

以下、このセパレータをセパレータSP3という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP3を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。セパレータSP3は無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が84:15:1となるように混合し、N―メチル―2―ピロリドン(NMP)を加えてプラネタリミキサーを用いて混合して、固形分濃度が50質量%であるスラリーを得た。このときLATP粒子の平均粒子径は、1.0μmのものを用い、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量が100万以上であり平均繊維径は15nmであるものを用いた。 Hereinafter, this separator will be referred to as separator SP3. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP3 was used instead of separator SP1. Separator SP3 was prepared by mixing inorganic particles LATP, polymer binder PVB, and polyvinyl alcohol fiber (PVA) as a fibrous material in a mass ratio of 84:15:1, adding N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and mixing using a planetary mixer to obtain a slurry with a solid content concentration of 50 mass%. In this case, the average particle diameter of the LATP particles was 1.0 μm, and the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm.

(実施例4)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とポリアクリル酸の混合物を使用したこと以外は実施例1に記載したのと同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP4という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP4を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
Example 4
A separator was produced in the same manner as described in Example 1, except that a mixture of polyvinyl alcohol fiber (PVA) and polyacrylic acid was used as the fibrous material, and then a secondary battery was produced using the resulting separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP4. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP4 was used instead of separator SP1.

セパレータSP4は無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とポリアクリル酸の混合物とを、質量比が84:15:0.5:0.5となるように混合してスラリーを得た。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)とポリアクリル酸として、分子量はともに100万以上で、平均繊維径はともに15nmであるものを用いた。 Separator SP4 was made by mixing inorganic particles LATP, a polymer binder PVB, and a mixture of polyvinyl alcohol fiber (PVA) and polyacrylic acid as a fibrous material in a mass ratio of 84:15:0.5:0.5 to obtain a slurry. The polyvinyl alcohol fiber (PVA) and polyacrylic acid used here both had molecular weights of 1 million or more and average fiber diameters of 15 nm.

(実施例5)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質であるセルロースナノファイバーとを、質量比が84.2:15:0.8となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP5という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP5を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
Example 5
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 84.2:15:0.8 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP5. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP5 was used instead of separator SP1.

(実施例6)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、セルロースナノファイバーとを、質量比が84.8:15:0.2となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP6という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP6を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
Example 6
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, polymer binder PVB, and cellulose nanofibers were mixed in a mass ratio of 84.8:15:0.2 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP6. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP6 was used instead of separator SP1.

(実施例7)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が70:15:15となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP7という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP7を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 7)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 70:15:15 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP7. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP7 was used instead of separator SP1.

(実施例8)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が55:15:30となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP8という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP8を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 8)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 55:15:30 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP8. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP8 was used instead of separator SP1.

(実施例9)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が84.2:15:0.8となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP9という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP9を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 9)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) were mixed in a mass ratio of 84.2:15:0.8 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP9. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP9 was used instead of separator SP1.

(実施例10)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が70:15:15となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP10という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP10を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
Example 10
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) were mixed in a mass ratio of 70:15:15 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as described in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP10. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP10 was used instead of separator SP1.

(実施例11)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質であるセルロースナノファイバーの平均繊維径として5nmであるものを使用したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP11という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP11を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 11)
A separator was produced in the same manner as described in Example 1, except that cellulose nanofibers, which are fibrous materials, with an average fiber diameter of 5 nm were used, and then a secondary battery was produced using the resulting separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP11. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP11 was used instead of separator SP1.

(実施例12)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質であるポリビニルアルコール繊維(PVA)を用い、その平均繊維径として5nmであるものを使用したこと以外は実施例3に記載した方法と同様の方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP12という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP12を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
Example 12
In preparing the separator, a fibrous material, polyvinyl alcohol fiber (PVA), was used, and a separator having an average fiber diameter of 5 nm was used in the same manner as described in Example 3. A secondary battery was then prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1,000,000 or more. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP12. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP12 was used instead of separator SP1.

(実施例13)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてガラス固体電解質LATPとアルミナ(Al)の混合物を使用したこと以外は実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP13という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP13を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 13)
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that a mixture of glass solid electrolyte LATP and alumina (Al 2 O 3 ) was used as the inorganic particles, and then a secondary battery was produced using the resulting separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP13. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP13 was used instead of separator SP1.

セパレータSP13作製にあたり、無機粒子におけるLATPとアルミナの質量比を50:50とし、LATP粒子と、アルミナ粒子と、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が42:42:15:1となるように混合してスラリーを調整し、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータSP13を作製した。無機粒子におけるLATPとアルミナの質量比については、X線回折装置(X-ray PowderDiffraction;XRD)を用いて以下のように評価した。先ず、作製した二次電池のうちの1つを分解し、セパレータSP13を採取後大気下摂氏50度の条件でよく乾燥させた。次いでセパレータSP13の一部を切り出して試験片を得た。試験片の大きさは、1cm四方の正方形の板状とする。得られた試験片をサンプルホルダーにセットして測定した。得られたXRDについてリートベルト法による多相解析を行うことで、無機粒子におけるLATPとアルミナの質量比を見積もった。結果、セパレータSP13のLATPとアルミナの質量比を50:50であった。以上より、LATP粒子と、アルミナと、高分子結着剤と、繊維状物質との質量比は42:42:15:1であった。 In preparing the separator SP13, the mass ratio of LATP and alumina in the inorganic particles was set to 50:50, and the LATP particles, alumina particles, polymer binder PVB, and fibrous material cellulose nanofiber were mixed to a mass ratio of 42:42:15:1 to prepare a slurry, and the separator SP13 was prepared by the same method as described in Example 1. The mass ratio of LATP and alumina in the inorganic particles was evaluated as follows using an X-ray diffractometer (X-ray Powder Diffraction; XRD). First, one of the secondary batteries prepared was disassembled, and the separator SP13 was collected and then thoroughly dried under atmospheric conditions at 50 degrees Celsius. Next, a part of the separator SP13 was cut out to obtain a test piece. The size of the test piece was a square plate with a side length of 1 cm. The obtained test piece was set in a sample holder and measured. The mass ratio of LATP to alumina in the inorganic particles was estimated by performing multiphase analysis of the obtained XRD using the Rietveld method. As a result, the mass ratio of LATP to alumina in separator SP13 was 50:50. From the above, the mass ratio of LATP particles, alumina, polymer binder, and fibrous material was 42:42:15:1.

(実施例14)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてガラス固体電解質LATPとアルミナの混合物を使用したこと以外は実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP14という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP14を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。セパレータSP14作製にあたり、無機粒子におけるLATPとアルミナの質量比を50:50とし、LATP粒子と、アルミナと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質であるセルロースナノファイバーとを、質量比が42.1:42.1:15:0.8となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータSP14を作製した。得られたセパレータSP14に関して、実施例13と同様の方法で評価したところ、LATP粒子と、アルミナと高分子結着剤と、繊維状物質との質量分率は順に42.1:42.1:15:0.8であった。
(Example 14)
In preparing the separator, a separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixture of glass solid electrolyte LATP and alumina was used as inorganic particles, and then a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 using the obtained separator. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP14. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that separator SP14 was used instead of separator SP1. In preparing separator SP14, the mass ratio of LATP and alumina in the inorganic particles was set to 50:50, and LATP particles, alumina, polymer binder PVB, and cellulose nanofibers, which are fibrous substances, were mixed in a mass ratio of 42.1:42.1:15:0.8 to prepare a slurry. The separator SP14 was prepared in the same manner as in Example 1. The resulting separator SP14 was evaluated in the same manner as in Example 13, and the mass fractions of the LATP particles, alumina, polymer binder, and fibrous material were found to be 42.1:42.1:15:0.8, respectively.

(実施例15)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてガラス固体電解質LATP(とアルミナの混合物を使用したこと以外は実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP15という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP15を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。セパレータSP15作製にあたり、無機粒子におけるLATPとアルミナの質量比を50:50とし、LATP粒子と、アルミナ粒子と、高分子結着剤PVBと、繊維状物質であるセルロースナノファイバーとを、質量比が35:35:15:15となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1に記載した方法と同様の方法によりセパレータSP15を作製した。得られたセパレータSP15に関して、実施例13と同様の方法で評価したところ、LATP粒子と、アルミナと、PVB樹脂と、セルロースナノファイバーとの質量分率は順に35:35:15:15であった。
(Example 15)
In producing the separator, a separator was produced in the same manner as in Example 1, except that a mixture of glass solid electrolyte LATP and alumina was used as the inorganic particles. A secondary battery was then produced in the same manner as in Example 1 using the obtained separator. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP15. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP15 was used instead of separator SP1. In producing separator SP15, the mass ratio of LATP to alumina in the inorganic particles was set to 50:5. Separator SP15 was produced in the same manner as described in Example 1, except that the mass ratio of LATP particles, alumina particles, a polymer binder PVB, and a fibrous material, cellulose nanofibers, was set to 35:35:15:15 to prepare a slurry. The obtained separator SP15 was evaluated in the same manner as in Example 13, and the mass fractions of the LATP particles, alumina, PVB resin, and cellulose nanofibers were 35:35:15:15, respectively.

(実施例16)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質であるセルロースナノファイバーとを、質量比が84.9:15:0.1となるように混合してスラリーを調整したこと以外は実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP16という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP16を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 16)
In preparing the separator, the inorganic particles LATP as the raw material, the polymer binder PVB, and the cellulose nanofiber as the fibrous material were mixed in a mass ratio of 84.9:15:0.1 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP16. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP16 was used instead of separator SP1.

(実施例17)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が47:15:38となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP17という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP17を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 17)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 47:15:38 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP17. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP17 was used instead of separator SP1.

(実施例18)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてアルミナを用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP18という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP18を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 18)
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that alumina was used as the inorganic particles, and then a secondary battery was produced using the resulting separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP18. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP18 was used instead of separator SP1.

(実施例19)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてシリカ(SiO)を用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP19という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP19を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 19)
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that silica (SiO 2 ) was used as the inorganic particles, and then a secondary battery was produced using the resulting separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP19. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP19 was used instead of separator SP1.

(実施例20)
セパレータ作製にあたり、高分子結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP20という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP20を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 20)
In preparing the separator, a separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as a polymer binder, and then a secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP20. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP20 was used instead of separator SP1.

(実施例21)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が89:10:1となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP21という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP21を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 21)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 89:10:1 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP21. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP21 was used instead of separator SP1.

(実施例22)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質ポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が89:10:1となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP22という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP22を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Example 22)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) were mixed in a mass ratio of 89:10:1 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP22. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP22 was used instead of separator SP1.

(実施例23)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が65:15:20となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP23という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP23を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Example 23)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 65:15:20 to prepare a slurry, and then a separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP23. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP23 was used instead of separator SP1.

(実施例24)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質セルロースナノファイバーとを、質量比が84.2:15:0.8となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。以下、このセパレータをセパレータSP24という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP24を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 24)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material cellulose nanofiber were mixed in a mass ratio of 84.2:15:0.8 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP24. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP24 was used instead of separator SP1.

(実施例25)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が84.8:15:0.2となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP25という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP25を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Example 25)
In preparing the separator, the raw material inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) were mixed in a mass ratio of 84.8:15:0.2 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP25. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP25 was used instead of separator SP1.

(実施例26)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が70:15:15となるように混合してスラリーを調整したこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP26という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP26を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 26)
In preparing the separator, the inorganic particles LATP as the raw material, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) were mixed in a mass ratio of 70:15:15 to prepare a slurry, and then the separator was prepared in the same manner as in Example 1. A secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP26. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP26 was used instead of separator SP1.

(実施例27)
セパレータ作製にあたり、原料である無機粒子LATPと、高分子結着剤PVBと、繊維状物質としてポリビニルアルコール繊維(PVA)とを、質量比が55:15:30となるように混合してスラリーを調整したものを用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリビニルアルコール繊維(PVA)として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP8という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP27を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 27)
In preparing the separator, a separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that a slurry was prepared by mixing the inorganic particles LATP, the polymer binder PVB, and the fibrous material polyvinyl alcohol fiber (PVA) in a mass ratio of 55:15:30. The obtained separator was used to prepare a secondary battery in the same manner as in Example 1. At this time, the polyvinyl alcohol fiber (PVA) had a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP8. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP27 was used instead of separator SP1.

(実施例28)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質としてポリアクリル酸を用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した後、得られたセパレータを用いて実施例1と同様に二次電池を作製した。このとき、ポリアクリル酸として、分子量は100万以上であり、平均繊維径は15nmであるものを用いた。以下、このセパレータをセパレータSP28という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP28を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(Example 28)
In preparing the separator, a separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyacrylic acid was used as the fibrous material, and then a secondary battery was prepared using the obtained separator in the same manner as in Example 1. At this time, polyacrylic acid having a molecular weight of 1 million or more and an average fiber diameter of 15 nm was used. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP28. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that separator SP28 was used instead of separator SP1.

(実施例29)
セパレータ作製にあたり、繊維状物質として平均繊維径が200nmであるセルロース繊維を用いたこと以外は、実施例1と同様な方法によりセパレータを作製した。以下、このセパレータをセパレータSP29という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP29を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Example 29)
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm were used as the fibrous material. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP29. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP29 was used instead of separator SP1.

(比較例1)
セパレータSP1の代わりにセルロース製不織布を用いたこと以外は、実施例1に記載したのと同様の方法で二次電池を得、評価を行った。このセルロース製不織布の厚みは、20μmであった。以下、このセパレータをセパレータSP30という。
(Comparative Example 1)
A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as described in Example 1, except that a cellulose nonwoven fabric was used instead of the separator SP1. The thickness of this cellulose nonwoven fabric was 20 μm. Hereinafter, this separator will be referred to as separator SP30.

(比較例2)
セパレータSP1の代わりに、繊維状物質を含まない点を除き、セパレータSP1と同様の方法で作製したセパレータSP31を使用した。セパレータSP31では、LATP粒子とPVB樹脂との質量比が85:15となるようにスラリーを調整した。セパレータSP1の代わりにセパレータSP31を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Comparative Example 2)
Instead of the separator SP1, a separator SP31 was used, which was prepared in the same manner as the separator SP1, except that it did not contain any fibrous material. In the separator SP31, the slurry was adjusted so that the mass ratio of the LATP particles to the PVB resin was 85:15. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the separator SP31 was used instead of the separator SP1.

(比較例3)
セパレータSP1の代わりに、以下の方法で作製したセパレータSP32を使用した。ポリビニルアルコール繊維(PVA)を、LATP粒子とPVB樹脂と平均繊維径が15nmであるポリビニルアルコール繊維(PVA)との質量比が25:15:60となるようにスラリーを調整した点以外はセパレータSP1と同様に作製した。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP32を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。
(Comparative Example 3)
Instead of the separator SP1, a separator SP32 prepared by the following method was used. Polyvinyl alcohol fiber (PVA) was prepared in the same manner as the separator SP1, except that the slurry was adjusted so that the mass ratio of LATP particles, PVB resin, and polyvinyl alcohol fiber (PVA) having an average fiber diameter of 15 nm was 25:15:60. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the separator SP32 was used instead of the separator SP1.

(比較例4)
セパレータ作製にあたり、無機粒子としてガラス固体電解質LATP(Li1.5Al0.5Ti1.5(PO)粒子の代わりにアルミナ粒子を使用し、繊維状物質として平均繊維径が15nmであるセルロースナノファイバーを用いたこと以外は比較例3と同様な方法によりセパレータを作製した。以下、このセパレータをセパレータSP33という。セパレータSP1の代わりに、セパレータSP33を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を得、評価を行った。

Figure 0007652541000006

Figure 0007652541000007

Figure 0007652541000008

Figure 0007652541000009
(Comparative Example 4)
A separator was produced in the same manner as in Comparative Example 3, except that alumina particles were used instead of glass solid electrolyte LATP ( Li1.5Al0.5Ti1.5 ( PO4 ) 3 ) particles as the inorganic particles, and cellulose nanofibers with an average fiber diameter of 15 nm were used as the fibrous material. Hereinafter, this separator is referred to as separator SP33. A secondary battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1, except that separator SP33 was used instead of separator SP1.
Figure 0007652541000006

Figure 0007652541000007

Figure 0007652541000008

Figure 0007652541000009

上記表1及び表2において、「セパレータ」という見出しの下方の列のうち、「略称」「無機粒子」「高分子結着剤」「繊維状物質」と表記した列には、それぞれセパレータの略称、例えばSP1を表記し、無機粒子、高分子結着剤、繊維状物質として用いた材料の種類を記載している。また「無機粒子」「高分子結着剤」「繊維状物質」のそれぞれの列の右側の列における「質量比[%]」と表記した列には、セパレータにおいてそれぞれの材料が占める質量比が百分率で記載されている。表中の‐は、含まれていないことを示す。 In Tables 1 and 2 above, among the columns under the heading "Separator", the columns labeled "Abbreviation", "Inorganic Particles", "Polymer Binder", and "Fibrous Material" each list the abbreviation of the separator, for example SP1, and the type of material used as the inorganic particles, polymer binder, and fibrous material. In addition, in the columns to the right of each of the "Inorganic Particles", "Polymer Binder", and "Fibrous Material" columns labeled "Mass Ratio [%]" list the mass ratio of each material in the separator expressed as a percentage. In the tables, "-" indicates that it is not included.

表3及び4において「二次電池性能」という見出しの下方の列のうち、10秒抵抗値[Ω] と表記した列には、充放電試験51サイクル後の10秒間の放電で得られた抵抗値を記載している。「充放電効率[%]」と表記した列には、充放電試験50サイクル試験後の放電容量を、充電容量で除した値を記載している。 In Tables 3 and 4, in the columns under the heading "Secondary battery performance," the column labeled "10-second resistance value [Ω]" lists the resistance value obtained during 10-second discharge after 51 cycles of charge/discharge testing. The column labeled "Charge/discharge efficiency [%]" lists the value obtained by dividing the discharge capacity after 50 cycles of charge/discharge testing by the charge capacity.

表3に示すように、実施例1~29に係る二次電池では、高い充放電効率および低い10秒抵抗値を実現し、高寿命と低抵抗を両立した。一方、表4に示されるように、比較例1~4に係る二次電池では、高寿命と低抵抗の両立はできなかった。これは、比較例1ではセパレータに無機粒子や高分子結着剤が含まれていないことで、正極と負極の間の水の透過を抑制できず、負極側で水の分解が生じたためと考えられる。また繊維状物質を混合していない比較例2に係る二次電池は、実施例1に比べて10秒抵抗値が明らかに高く、充放電効率は低かった。比較例3及び4では、繊維状物質の重量比が40質量%より大きいことにより、セパレータの無機粒子量が減り、さらにセパレータの機械的強度が低下することで、充放電効率が低下した。以上により、セパレータが繊維状物質を備えている場合に二次電池が低抵抗となることが確かめられた。これは、セパレータに繊維状物質を0.1質量%以上40質量%以下添加したことで、セパレータが備える繊維状物質どうしの間に水系電解質が取り込まれたためであると考えられる。セパレータにおける繊維状物質の質量の割合が0.5質量%以上30質量%以下の範囲にある実施例1、8をはじめとしたセパレータは実施例16、17に比べて、10秒抵抗が低い、または充放電効率が高かった。このことから、セパレータにおける繊維状物質の質量の割合は、0.1質量%以上40質量%以下であることが好ましく、また0.5質量%以上30質量%以下の範囲にあることがより好ましいと考えられる。 As shown in Table 3, the secondary batteries according to Examples 1 to 29 achieved high charge/discharge efficiency and low 10-second resistance, and thus achieved both a long life and low resistance. On the other hand, as shown in Table 4, the secondary batteries according to Comparative Examples 1 to 4 could not achieve both a long life and low resistance. This is thought to be because the separator in Comparative Example 1 did not contain inorganic particles or polymer binder, so that water permeation between the positive and negative electrodes could not be suppressed, and water decomposition occurred on the negative electrode side. In addition, the secondary battery according to Comparative Example 2, which did not contain fibrous material, had a clearly higher 10-second resistance value and lower charge/discharge efficiency than Example 1. In Comparative Examples 3 and 4, the weight ratio of the fibrous material was greater than 40 mass%, so the amount of inorganic particles in the separator was reduced, and the mechanical strength of the separator was further reduced, resulting in a decrease in charge/discharge efficiency. From the above, it was confirmed that the secondary battery has low resistance when the separator is provided with fibrous material. This is believed to be because the addition of 0.1% to 40% by mass of fibrous material to the separator resulted in the aqueous electrolyte being trapped between the fibrous material in the separator. Separators such as Examples 1 and 8, in which the mass ratio of the fibrous material in the separator was in the range of 0.5% to 30% by mass, had lower 10-second resistance or higher charge/discharge efficiency than Examples 16 and 17. From this, it is believed that the mass ratio of the fibrous material in the separator is preferably in the range of 0.1% to 40% by mass, and more preferably in the range of 0.5% to 30% by mass.

セパレータの無機粒子の種類が実施例1と異なる実施例13、実施例18、実施例19や高分子結着剤が異なる実施例20においても、充放電効率および10秒抵抗値は実施例1と同水準であった。またセパレータにおける無機粒子と結着材の割合が異なった実施例21および実施例22においても、実施例1とほぼ同水準の充放電効率および低い10秒抵抗を確認できた。 Even in Examples 13, 18, and 19, in which the type of inorganic particles in the separator was different from that in Example 1, and in Example 20, in which the polymer binder was different, the charge/discharge efficiency and 10-second resistance were at the same level as in Example 1. Also, in Examples 21 and 22, in which the ratio of inorganic particles to binder in the separator was different, charge/discharge efficiency and low 10-second resistance were confirmed to be almost the same as in Example 1.

セパレータの備える繊維状物質の平均繊維径が5nmである場合、充放電効率、10秒抵抗値ともに実施例1のセパレータと同水準であった。一方でセパレータの備える繊維状物質の平均繊維径が200nmである場合、実施例1に比べて10秒抵抗値が高かった。このことにより、繊維状物質の平均繊維径が100nm以下であれば、セパレータが膨潤することによって低抵抗化し、繊維状物質の間に水系電解質が効果的に取り込まれることが示された。 When the average fiber diameter of the fibrous material in the separator was 5 nm, the charge/discharge efficiency and the 10-second resistance value were both at the same level as the separator in Example 1. On the other hand, when the average fiber diameter of the fibrous material in the separator was 200 nm, the 10-second resistance value was higher than in Example 1. This shows that if the average fiber diameter of the fibrous material is 100 nm or less, the separator swells to reduce resistance, and the aqueous electrolyte is effectively absorbed between the fibrous material.

以上説明した少なくとも一つの実施形態に係るこのような構成を有するセパレータを二次電池に用いると、繊維状物質の間に電解質が入り込み、イオン伝導度が向上することで、二次電池を低抵抗化することができる。したがって、このようなセパレータを備えた少なくとも一つの実施形態に係る二次電池は、優れた充放電効率、すなわち長寿命を実現することができる。 When a separator having such a configuration according to at least one embodiment described above is used in a secondary battery, the electrolyte penetrates between the fibrous material, improving ionic conductivity and thereby reducing the resistance of the secondary battery. Therefore, a secondary battery according to at least one embodiment equipped with such a separator can achieve excellent charge/discharge efficiency, i.e., a long life.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

1…電極群、2…外装部材(容器)、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、4…セパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、6…負極端子、7…正極端子、10…封口板、11…制御弁、12…注液口、13…封止栓、16…正極タブ、17…負極タブ、18…正極ガスケット、19…負極ガスケット、21…バスバー、22…正極リード(正極側リード)、23…負極リード(負極側リード)、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、51…負極、52…正極、53…セパレータ、100…二次電池、110…システム、111…発電所、112…定置用電源、113…需要家側電力系統、116…電力網、117…通信網、118…電力変換装置、121…電力変換装置、122…電力変換装置、123…定置用電源、200…組電池、300…電池パック、300A…電池パック、300B…電池パック、341…正極側コネクタ、342…負極側コネクタ、343…サーミスタ、344…保護回路、345…配線、346…配線、347…通電用の外部端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、500…二次電池、510…負極集電体、511…負極活物質含有層、520…正極集電体、521…正極活物質含有層、530…多孔質自立膜、531…無機粒子層、531a…無機粒子、533…高分子結着剤、54…繊維状物質、AE…水系電解質。 1...electrode group, 2...exterior member (container), 3...negative electrode, 3a...negative electrode current collector, 3b...negative electrode active material-containing layer, 4...separator, 5...positive electrode, 5a...positive electrode current collector, 5b...positive electrode active material-containing layer, 6...negative electrode terminal, 7...positive electrode terminal, 10...sealing plate, 11...control valve, 12...filling port, 13...sealing plug, 16...positive electrode tab, 17...negative electrode tab, 18...positive electrode gasket, 19...negative electrode gasket, 21... Bus bar, 22... positive electrode lead (positive electrode side lead), 23... negative electrode lead (negative electrode side lead), 24... adhesive tape, 31... storage container, 32... lid, 33... protective sheet, 34... printed wiring board, 35... wiring, 40... vehicle body, 51... negative electrode, 52... positive electrode, 53... separator, 100... secondary battery, 110... system, 111... power plant, 112... stationary power source, 113... consumer side Power system, 116...power network, 117...communication network, 118...power conversion device, 121...power conversion device, 122...power conversion device, 123...stationary power source, 200...battery pack, 300...battery pack, 300A...battery pack, 300B...battery pack, 341...positive connector, 342...negative connector, 343...thermistor, 344...protection circuit, 345...wiring, 346...wiring , 347...external terminal for current supply, 348a...positive wiring, 348b...negative wiring, 400...vehicle, 500...secondary battery, 510...negative electrode current collector, 511...negative electrode active material-containing layer, 520...positive electrode current collector, 521...positive electrode active material-containing layer, 530...porous free-standing membrane, 531...inorganic particle layer, 531a...inorganic particles, 533...polymer binder, 54...fibrous material, AE...aqueous electrolyte.

Claims (15)

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、少なくとも前記正極と前記負極との間に位置するセパレータとを備える電極群と、
水系電解質と、
を備え、
前記セパレータは、
無機粒子と、
高分子結着剤と、
繊維状物質と、
を含む無機粒子層を備え、
前記無機粒子、前記高分子結着剤および前記繊維状物質の合計の質量に対する前記繊維状物質の質量の割合が0.1質量%以上40質量%以下であり、
前記無機粒子、前記高分子結着剤および前記繊維状物質の合計の質量に対する前記高分子結着剤の質量の割合が5質量%以上30質量%以下であり、
前記繊維状物質の平均繊維径は1nm以上30nm以下である、
二次電池。
an electrode group including a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a separator located at least between the positive electrode and the negative electrode;
An aqueous electrolyte;
Equipped with
The separator is
Inorganic particles;
A polymeric binder;
A fibrous material;
An inorganic particle layer comprising
a ratio of the mass of the fibrous material to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 0.1 mass% or more and 40 mass% or less;
a ratio of the mass of the polymer binder to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 5 mass% or more and 30 mass% or less;
The average fiber diameter of the fibrous material is 1 nm or more and 30 nm or less.
Secondary battery.
前記繊維状物質は、親水性の官能基であるヒドロキシ基、スルホン基、カルボキシル基を有する、
請求項1記載の二次電池
The fibrous material has hydrophilic functional groups, such as a hydroxyl group, a sulfone group, and a carboxyl group.
The secondary battery according to claim 1 .
前記繊維状物質は、セルロース繊維、多糖類、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホネート、ポリスチレントリアルキルベンジルアンモニウム、およびそれら誘導体やコポリマーからなる群から選ばれる1種類以上の物質を含む、
請求項1記載の二次電池
The fibrous material includes one or more materials selected from the group consisting of cellulose fibers, polysaccharides, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polystyrene sulfonate, polystyrene trialkylbenzylammonium, and derivatives and copolymers thereof;
The secondary battery according to claim 1 .
前記無機粒子、前記高分子結着剤および前記繊維状物質の合計の質量に対する前記高分子結着剤の質量の割合が10質量%以上30質量%以下である、
請求項1記載の二次電池
a ratio of the mass of the polymer binder to the total mass of the inorganic particles, the polymer binder, and the fibrous material is 10 mass% or more and 30 mass% or less;
The secondary battery according to claim 1 .
前記繊維状物質の質量の割合が0.5質量%以上30質量%以下である
請求項1記載の二次電池
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the mass ratio of the fibrous material is 0.5 mass % or more and 30 mass % or less.
前記セパレータは前記無機粒子層の主面に配置された多孔質自立膜をさらに備える
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の二次電池
The secondary battery according to claim 1 , wherein the separator further comprises a porous free-standing film disposed on a main surface of the inorganic particle layer.
前記無機粒子は、NASICON型のLATP(Li1+xAlTi2-x(PO)、Li1+xAlGe2-x(PO、Li1+xAlZr2-x(PO(0.1≦x≦0.5)、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.30.46)又は、ガーネット型のLLZ(LiLaZr2O12)の少なくとも一種を含む、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の二次電池
The inorganic particles include at least one of NASICON-type LATP (Li1 + xAlxTi2 -x ( PO4 ) 3 ), Li1 + xAlxGe2 -x ( PO4 ) 3 , Li1+ xAlxZr2 -x ( PO4 ) 3 (0.1≦x≦ 0.5 ), amorphous LIPON ( Li2.9PO3.3N0.46 ), and garnet-type LLZ ( Li7La3Zr2O12 ) .
The secondary battery according to claim 1 .
前記高分子結着剤は、酸素(O)、硫黄(S)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群より選ばれる少なくとも1種類の元素を含む官能基を有する炭化水素からなるモノマーユニットで構成された部分を含み、前記モノマーユニットで構成された部分が占める割合は70モル%以上である
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の二次電池
8. The secondary battery according to claim 1, wherein the polymer binder includes a portion constituted by a monomer unit made of a hydrocarbon having a functional group containing at least one element selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), nitrogen (N) and fluorine (F), and a proportion of the portion constituted by the monomer unit is 70 mol % or more.
前記負極活物質は、リチウムイオン吸蔵放出電位が金属リチウムを基準とする電位で、1V以上3V以下(vs.Li/Li)である化合物を含む
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の二次電池
9. The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material contains a compound having a lithium ion absorption/release potential of 1 V or more and 3 V or less (vs. Li/ Li + ) relative to metallic lithium.
前記正極活物質は、リチウムイオン吸蔵放出電位が金属リチウムを基準とする電位で、2.5V以上5.5V以下(vs.Li/Li)である化合物を含む
請求項1ないし9のいずれか1項に記載の二次電池。
10. The secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material contains a compound having a lithium ion absorption/release potential of 2.5 V or more and 5.5 V or less (vs. Li/Li + ) relative to metallic lithium.
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の二次電池を含む電池パック。 A battery pack comprising the secondary battery according to claim 1 . 通電用の外部端子と、保護回路とを更に含む
請求項11に記載の電池パック。
The battery pack according to claim 11 , further comprising an external terminal for current flow and a protection circuit.
複数の前記二次電池を具備し、前記複数の二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている
請求項11又は12に記載の電池パック。
The battery pack according to claim 11 or 12 , comprising a plurality of the secondary batteries, the plurality of secondary batteries being electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
請求項11ないし13のいずれか1項に記載の電池パックを具備した車両。 A vehicle comprising the battery pack according to any one of claims 11 to 13 . 請求項11ないし13のいずれか1項に記載の電池パックを具備した定置用電源。
A stationary power source comprising the battery pack according to any one of claims 11 to 13 .
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