CN115084644A - 非水电解液二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非水电解液二次电池,是非水电解液含有双(草酸)硼酸锂的非水电解液二次电池,其初期电阻得到减小且金属Li析出耐性高。在此公开的非水电解液二次电池具备:非水电解液、以及包含正极、负极和隔离件的电极体。上述负极具备负极活性物质层。上述非水电解液含有双(草酸)硼酸锂。利用激光烧蚀ICP质谱求出的上述负极活性物质层中的Na含量为311μg/g以下。

Description

非水电解液二次电池
技术领域
本发明涉及一种非水电解液二次电池。
背景技术
近年来,锂离子二次电池等非水电解液二次电池优选用于个人计算机、移动终端等便携式电源、电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等车辆驱动用电源等。
已知有在非水电解液二次电池的非水电解液中添加双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的技术。通过LiBOB的添加而在负极形成良好的被膜,能够防止过渡金属从正极活性物质溶出,由此能够抑制电阻上升。另一方面,在非水电解液二次电池内混入作为杂质的Na。该混入的Na可以与LiBOB反应而生成双(草酸)硼酸钠(NaBOB)。
因此,为了减少在非水电解液二次电池内生成的NaBOB的量,已知有用含有LiBOB的电解液来清洗电极的技术。例如,专利文献1中公开了如下技术:使用含有Na作为杂质的电极来制作层叠型电极体,将层叠型电极组的与层叠方向正交的方向的一端浸渍于含有LiBOB的电解液,使该电解液朝向与一端对置的另一端渗透,其后,除去层叠型电极体的包含该另一端的区域。根据该技术,在电解液渗透于电极体时,电极中包含的Na与LiBOB反应,所生成的NaBOB伴随着电解液的渗透而向电极体的另一端移动。通过除去包含该另一端的区域,能够在某种程度上除去NaBOB。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利申请公开第2018-26297号公报
发明内容
然而,本发明人等进行了深入研究,结果发现:上述以往技术中,关于初期电阻的减小以及金属Li析出耐性的提高,有改善的余地。
鉴于上述情况,本发明的目的在于提供一种非水电解液二次电池,是非水电解液含有双(草酸)硼酸锂的非水电解液二次电池,其初期电阻得到减小且金属Li析出耐性高。
本发明人等对电池的各构成部件的Na量进行了深入研究。其结果发现:通过对负极所使用的增稠剂和粘结剂加以改良,能够大幅减少Na量。而且,本发明人等进行了进一步研究,结果发现:在电池的构成部件内所包含的Na中,负极所包含的Na对电池特性造成很大的不良影响。
因此,在此公开的非水电解液二次电池具备:非水电解液以及包含正极、负极和隔离件的电极体。上述负极具备负极活性物质层。上述非水电解液含有双(草酸)硼酸锂。利用激光烧蚀ICP质谱求出的上述负极活性物质层中的Na含量为311μg/g以下。
根据这样的构成,提供一种非水电解液二次电池,是非水电解液含有双(草酸)硼酸锂的非水电解液二次电池,其初期电阻得到减小且金属Li析出耐性高。
在此公开的非水电解液二次电池优选的一个方式中,上述正极具备正极活性物质层。相对于上述正极活性物质层中的Na含量、上述负极活性物质层中的Na含量和上述隔离件中的Na含量的合计,上述负极活性物质层中的Na含量的比例(%)为33%以下。根据这样的构成,初期电阻变得更小,而且金属Li析出耐性变得更高。
在此公开的非水电解液二次电池优选的一个方式中,沿着上述负极活性物质层的主面的短边方向进行电阻分布测定时,电阻最高的位置的电阻值相对于电阻最低的位置的电阻值的比例为1.10以下。根据这样的构成,初期电阻变得更小,而且金属Li析出耐性变得更高。
在此公开的非水电解液二次电池优选的一个方式中,上述负极活性物质层含有负极活性物质、粘结剂和增稠剂。上述增稠剂为羧甲基纤维素盐,上述羧甲基纤维素盐中的至少一部分阳离子为Li离子。根据这样的构成,初期电阻变得更小,而且金属Li析出耐性变得更高。
在此公开的非水电解液二次电池优选的一个方式中,上述负极活性物质层含有负极活性物质和不含有Na的丙烯酸系粘结剂。根据这样的构成,初期电阻变得更小,而且金属Li析出耐性变得更高。
在此公开的非水电解液二次电池优选的一个方式中,上述电极体为卷绕电极体。根据这样的构成,进一步发挥初期电阻减小效果。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一个实施方式的锂离子二次电池的内部结构的截面图。
图2是表示本发明的一个实施方式的锂离子二次电池的卷绕电极体的构成的示意分解图。
符号说明
20 卷绕电极体
30 电池壳体
36 安全阀
42 正极端子
42a 正极集电板
44 负极端子
44a 负极集电板
50 正极片(正极)
52 正极集电体
52a 正极活性物质层非形成部分
54 正极活性物质层
60 负极片(负极)
62 负极集电体
62a 负极活性物质层非形成部分
64 负极活性物质层
70 隔离片(隔离件)
80 非水电解液
100 锂离子二次电池
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。应予说明,本说明书中未提及的事项且为本发明的实施所必需的事项可以基于该领域中的现有技术作为本领域技术人员的设计事项来把握。本发明可以基于本说明书中公开的内容和该领域中的技术常识来实施。另外,以下的附图中,对起到相同的作用的部件和部位标注相同的符号进行说明。另外,各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并非反映实际的尺寸关系。
应予说明,本说明书中“二次电池”是指可反复充放电的蓄电设备,是包含所谓的蓄电池和双电层电容器等蓄电元件的术语。另外,本说明书中“锂离子二次电池”是指利用锂离子作为电荷载体并通过正负极间的伴随着锂离子的电荷的迁移而实现充放电的二次电池。
以下,以具备卷绕电极体的扁平方形的锂离子二次电池为例,对本发明进行详细说明,但并非意在将本发明限定于该实施方式所记载的方案。
图1所示的锂离子二次电池100是通过将扁平形状的卷绕电极体20和非水电解液80收容于扁平的方形的电池壳体(即,外装容器)30而构建的密闭型电池。电池壳体30上设置有外部连接用的正极端子42和负极端子44、以及以在电池壳体30的内压上升到规定水平以上时释放该内压的方式设定的薄壁的安全阀36。另外,电池壳体30上设置有用于注入非水电解液80的注入口(未图示)。正极端子42与正极集电板42a电连接。负极端子44与负极集电板44a电连接。作为电池壳体30的材质,例如,可使用铝等轻量且热传导性良好的金属材料。
如图1和图2所示,卷绕电极体20具有将正极片50和负极片60隔着2张长条状的隔离片70重叠并在长边方向卷绕而成的形态。正极片50具有在长条状的正极集电体52的单面或两面(这里为两面)沿着长边方向形成有正极活性物质层54的构成。负极片60具有在长条状的负极集电体62的单面或两面(这里为两面)沿着长边方向形成有负极活性物质层64的构成。正极活性物质层非形成部分52a(即,不形成正极活性物质层54而正极集电体52露出的部分)和负极活性物质层非形成部分62a(即,不形成负极活性物质层64而负极集电体62露出的部分)以从卷绕电极体20的卷绕轴方向(即,与上述长边方向正交的片宽方向)的两端向外侧突出的方式形成。正极活性物质层非形成部分52a和负极活性物质层非形成部分62a分别接合有正极集电板42a和负极集电板44a。
作为构成正极片50的正极集电体52,例如可举出铝箔等。作为正极活性物质层54中包含的正极活性物质,例如可举出锂过渡金属氧化物(例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等)、锂过渡金属磷酸化合物(例如LiFePO4等)等。
正极活性物质层54可以包含除活性物质以外的成分,例如导电材料、粘结剂等。作为导电材料,例如可以适当使用乙炔黑(AB)等炭黑、以及其它的碳材料(例如石墨等)。作为粘结剂,例如可以使用聚偏氟乙烯(PVDF)等。
隔离件70为多孔性的部件,作为隔离件,可适当使用由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素、聚酰胺等树脂构成的多孔性片(膜)。上述多孔性片可以为单层结构,也可以为二层以上的层叠结构(例如,在PE层的两面层叠有PP层的三层结构)。
可以在隔离件70的表面设置耐热层(HRL)。HRL与公知的非水电解液二次电池的隔离件所具备的耐热层同样即可。例如,包含氧化铝、二氧化硅、勃姆石、氧化镁、二氧化钛等陶瓷粒子、以及PVDF等粘结剂等。
作为构成负极片60的负极集电体62,例如可举出铜箔等。作为负极活性物质层64中包含的负极活性物质,例如可以使用石墨、硬碳、软碳等碳材料。负极活性物质层64可以包含除活性物质以外的成分,例如粘结剂、增稠剂等。
在锂离子二次电池100的内部可以存在来自正极活性物质的杂质、正极活性物质层54的粘结剂的杂质、隔离件70的HRL内的杂质、负极活性物质层64的粘结剂和增稠剂的杂质等的Na。该Na与LiBOB反应,生成NaBOB,该NaBOB会对初期电阻等电池特性造成不良影响。通过本发明人等的深入研究,发现:如后述的实施例和比较例的结果所示,在电池的构成部件所包含的Na中,负极所包含的Na会对电池特性造成很大的不良影响。因此,本实施方式中,利用激光烧蚀ICP质谱求出的负极活性物质层64中的Na含量为311μg/g以下。为这样的Na含量范围时,初期电阻明显变小,进而,金属Li析出耐性明显提高。从更小的初期电阻和更高的金属Li析出耐性的观点考虑,负极活性物质层64中的Na含量优选为200μg/g以下,更优选为100μg/g以下,进一步优选为50μg/g以下,最优选为10μg/g以下。
另一方面,利用激光烧蚀ICP质谱求出的正极活性物质层54中的Na含量没有特别限定,可以为100μg/g以上、150μg/g以上或180μg/g以上,可以为300μg/g以下或250μg/g以下。另外,利用激光烧蚀ICP质谱求出的隔离件70中的Na含量没有特别限定,可以为100μg/g以上、150μg/g以上或200μg/g以上,可以为300μg/g以下或250μg/g以下。
应予说明,激光烧蚀ICP质谱可以使用公知的激光ICP质谱(LA-ICP-MS)装置进行。
负极活性物质层64只要Na含量为311μg/g以下,其组成就没有特别限定。
作为使负极活性物质层64中的Na含量减少的方法之一,可举出使粘结剂中的作为杂质的Na含量减少的方法。作为负极活性物质层中使用的粘结剂,最通常使用的为苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)。然而,SBR含有其合成时使用的NaOH作为杂质。因此,作为粘结剂,通过使用不采用含Na成分而合成的粘结剂,能够减少负极活性物质层64中的Na含量。具体而言,作为粘结剂,通过使用采用LiOH代替NaOH而合成的苯乙烯丁二烯橡胶,能够减少负极活性物质层64中的Na含量。
另外,本发明人等的研究中,发现:通过对负极所使用的增稠剂加以改良,能够大幅减少Na量。具体而言,作为负极活性物质层中使用的增稠剂,最通常使用的为羧甲基纤维素(CMC),该CMC由于在合成时使用NaOH,因此羧基的一部分与Na离子形成盐。因此,负极中使用的通常的CMC含有Na。即,负极活性物质层中作为增稠剂使用的CMC实际上也可称为CMC的Na盐。因此,作为增稠剂,通过使用不采用含Na成分而合成的增稠剂,能够减少负极活性物质层64的Na含量。具体而言,通过使用采用LiOH而合成的CMC作为增稠剂,能够减少负极活性物质层64的Na含量。使用该LiOH所合成的CMC为CMC盐,可以称为阳离子的一部分至少含有Li的盐,作为增稠剂,优选的是CMC的锂盐。CMC的锂盐中,优选羧基的80摩尔%~90摩尔%与Li形成盐。
另外,通过使用具备增稠剂和粘结剂这两者的功能且不使用含Na成分而合成的粘结剂,能够减少负极活性物质层64的Na含量。不使用含Na成分而合成的粘结剂可以称为不含有Na的粘结剂。作为这样的粘结剂的例子,可举出不使用含Na成分而合成的丙烯酸系粘结剂(即,不含有Na的丙烯酸系粘结剂)。因此,负极活性物质层64优选的一个方式含有负极活性物质和不含有Na的丙烯酸系粘结剂,更优选的方式中,仅含有负极活性物质和不含有Na的丙烯酸系粘结剂。
负极活性物质层64中的负极活性物质的含量没有特别限定,优选为70质量%以上,更优选为80质量%以上,进一步优选为90质量%以上。负极活性物质层64中的粘结剂的含量没有特别限定,优选为0.1质量%~8质量%,更优选为0.2质量%~3质量%,进一步优选为0.3质量%~2质量%。负极活性物质层64中的增稠剂的含量没有特别限定,优选为0.3质量%~3质量%,更优选为0.4质量%~2质量%。
从更小的初期电阻和更高的金属Li析出耐性的观点考虑,相对于正极活性物质层54中的Na含量、负极活性物质层64中的Na含量和隔离件70中的Na含量的合计,负极活性物质层64中的Na含量的比例(%)例如为45%以下,优选为33%以下,更优选为10%以下,进一步优选为5%以下,最优选为3%以下。
从更小的初期电阻和更高金属Li析出耐性的观点考虑,沿着负极活性物质层64的主面的短边方向(即,宽度方向)进行电阻分布测定时,电阻最高的位置的电阻值相对于电阻最低的位置的电阻值的比例例如为1.17以下,优选为1.10以下,更优选为1.07以下,进一步优选为1.05以下。应予说明,卷绕电极体20中,电阻最高的位置通常在卷绕轴方向的中央部(具体而言,从中心到±20%的区域、特别是从中心到±10%的区域)。
应予说明,电阻分布测定可以如下进行:沿着负极活性物质层64的主面的短边方向利用交流阻抗法以规定的间隔(例如,负极活性物质层64的总宽度中,从负极活性物质层64的端部到30%的部分为5mm间隔,中央部(剩余的40%的部分)为2mm间隔)测定电阻值。
非水电解液80含有双(草酸)硼酸锂(LiBOB)。另外,非水电解液80典型而言含有非水溶剂和支持盐。作为非水溶剂,可以没有特别限定地使用在一般的锂离子二次电池的电解液中使用的各种碳酸酯类、醚类、酯类、腈类、砜类、内酯类等有机溶剂。其中,优选碳酸酯类,作为其具体例,可举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、单氟碳酸亚乙酯(MFEC)、二氟碳酸亚乙酯(DFEC)、单氟甲基二氟甲基碳酸酯(F-DMC)、三氟碳酸二甲酯(TFDMC)等。这样的非水溶剂可以单独使用1种,或者组合2种以上使用。
作为支持盐,例如,可以适当使用LiPF6、LiBF4、LiClO4等锂盐(优选为LiPF6)。支持盐的浓度优选0.7mol/L~1.3mol/L。
非水电解液80中的LiBOB的含量例如为0.1质量%以上,优选为0.3质量%以上,更优选为0.5质量%以上。另一方面,非水电解液80中的LiBOB的含量例如为1.5质量%以下,优选为1.0质量%以下,更优选为0.7质量%以下。
应予说明,上述非水电解液80只要不明显损害本发明的效果,例如,也可以包含联苯(BP)、环己基苯(CHB)等气体发生剂;碳酸亚乙烯酯(VC)等被膜形成剂;分散剂;增稠剂等各种添加剂。
如上所述地构成的锂离子二次电池100可以用于各种用途。作为适当的用途,可举出搭载于电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等车辆的驱动用电源。锂离子二次电池100典型而言也可以以将多个串联和/或并联连接而成的电池组的形态使用。
应予说明,作为一个例子对具备卷绕电极体20的方形的锂离子二次电池100进行了说明。锂二次电池100具有的电极体20也可以为将多个正极和多个负极隔着隔离件交替层叠而成的层叠型电极体。然而,在卷绕电极体20中,在锂离子二次电池100的制造过程中使非水电解液80浸渗到卷绕电极体20时,非水电解液80从卷绕电极体20的开口端部的两侧浸入。因此,在卷绕电极体20中,卷绕电极体20的卷绕轴方向的中央部容易蓄积NaBOB。因此,卷绕电极体20与层叠型电极体相比,更容易受到由NaBOB所致的不良影响。具体而言,对于卷绕电极体20,在中央部,电阻容易增加。因此,锂离子二次电池100所具备的电极体20为卷绕电极体的情况下,初期电阻减小效果变得明显。另外,锂离子二次电池100所具备的电极体20为卷绕电极体的情况下,也难以利用专利文献1中记载的技术除去NaBOB。
锂离子二次电池100的构成不限定于上述构成,锂离子二次电池100也可以作为圆筒形锂离子二次电池、层压型锂离子二次电池等而构成。另外,在此公开的技术还可以应用于除锂离子二次电池以外的非水电解液二次电池。
以下,对与本发明相关的实施例进行说明,但并非意在将本发明限定于该实施例所公开的方案。
<负极的准备>
作为粘结剂A,准备使用NaOH作为中和剂而合成的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)。另外,作为Na含量小的粘结剂B,准备使用LiOH作为中和剂而合成的苯乙烯丁二烯橡胶。
作为增稠剂A,准备使用NaOH而合成的羧甲基纤维素(钠盐)。另外,作为Na含量小的增稠剂B,准备使用LiOH而合成的羧甲基纤维素(羧基的88摩尔%与Li形成盐所得的锂盐)。
另外,作为具有粘结剂和增稠剂这两者的功能的粘结剂,准备不使用含Na成分而合成的丙烯酸系粘结剂。
将作为负极活性物质的天然石墨(C)、粘结剂和增稠剂以C:粘结剂:增稠剂=98:1:1的质量比与离子交换水混合,制备负极活性物质层形成用浆料。将该浆料以带状涂布于长条状的铜箔的两面并干燥后,进行加压而制作负极片。应予说明,使用上述丙烯酸系粘结剂时,将天然石墨(C)和丙烯酸系粘结剂以C:丙烯酸系粘结剂=98:2的质量比使用。
此时,关于粘结剂和增稠剂,制作粘结剂A与增稠剂A的组合、粘结剂B与增稠剂A的组合、粘结剂A与增稠剂B的组合、仅丙烯酸系粘结剂这4种负极片A~D。
切出所得到的负极片的负极活性物质层的一部分。将其作为试样,使用激光ICP质谱装置,进行激光烧蚀ICP质谱,测定负极活性物质层中的Na含量。其结果,负极片A中的负极活性物质层中的Na含量为420μg/g,负极片B中的负极活性物质层中的Na含量为311μg/g。负极片C中的负极活性物质层中的Na含量为191μg/g,负极片D中的负极活性物质层中的Na含量为9μg/g。
<正极的准备>
将作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)、作为导电材料的乙炔黑(AB)和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVdF)以LNCM:AB:PVdF=90:8:2的质量比与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合,制备正极活性物质层形成用浆料。将该浆料以带状涂布于长条状的铝箔的两面并干燥后,进行加压而制作Na含量多的正极片A。
另外,将该正极片A用以EC:DMC:EMC=3:3:4的体积比包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂清洗30分钟后的正极片作为Na含量少的正极片B备用。
切出所得到的正极片的正极活性物质层的一部分。将其作为试样,使用激光ICP质谱装置,进行激光烧蚀ICP质谱,测定正极活性物质层中的Na含量。其结果,正极片A的正极活性物质层中的Na含量为183μg/g,正极片B的正极活性物质层中的Na含量为88μg/g。
<隔离件的准备>
准备Na含量不同的2种隔离片。具体而言,将在PP/PE/PP的三层结构的多孔聚烯烃片上设置有HRL的隔离片作为Na含量多的隔离片A备用。另外,将该隔离片A用以EC:DMC:EMC=3:3:4的体积比包含EC、DMC和EMC的混合溶剂清洗30分钟后的隔离片作为Na含量少的隔离片B备用。
切出准备好的隔离片的一部分。将其作为试样,使用激光ICP质谱装置,进行激光烧蚀ICP质谱,测定隔离片中的Na含量。其结果,隔离片A中的Na含量为202μg/g,隔离片B中的Na含量为65μg/g。
<评价用锂离子二次电池的制作>
将上述制作的正极片、负极片和2张上述准备的隔离片层叠、卷绕后,从侧面方向进行挤压使其压扁而制作扁平形状的卷绕电极体。将所使用的各部件的Na含量示于表1。
接下来,将正极端子和负极端子与卷绕电极体连接,收容于具有电解液注入口的方形的电池壳体。接着,从电池壳体的电解液注入口注入非水电解液,对该注入口进行气密性密封。应予说明,对于非水电解液而言,准备在EC:DMC:EMC=3:3:4的体积比包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂中以1.1mol/L的浓度溶解作为支持盐的LiPF6、进而以达到0.5质量%的方式添加LiBOB而得的非水电解液。
然后,进行活化处理,得到各实施例和各比较例的评价用锂离子二次电池。
<负极的Na量/整体的Na量>
利用上述激光烧蚀ICP质谱的结果而算出负极活性物质层中的Na含量相对于正极活性物质层中的Na含量、负极活性物质层中的Na含量和隔离件中的Na含量的合计的比例。
<电阻分布测定>
将所制作的各评价用锂离子二次电池放电至开路电压达到3.0V后在干燥环境的手套箱内解体,取出卷绕型电极体。接下来,将卷绕型电极体的负极的最内周以适当大小切出,在EMC中浸渍10分钟左右并进行清洗,制成电阻测定用的试验体。然后,对形成于该试验体的负极活性物质层的表面的反应电阻沿着负极活性物质层的宽度方向利用交流阻抗法进行测定。基于交流阻抗法的电阻测定根据日本特开2014-25850号公报中公开的方法进行实施。此时,从负极活性物质层的端部到30%的部分以5mm间隔求出电阻值,中央部(剩余的40%的部分)以2mm间隔求出电阻值。
<初期电阻比>
将各评价用锂离子二次电池调整为SOC 60%。将其放置在-10℃的环境下,放电10秒。放电电流倍率为1C、3C、5C、10C,测定在各电流倍率放电后的电压。根据电流倍率和电压而算出IV电阻,将其平均值作为电池电阻。算出将比较例1的锂离子二次电池的电阻设为“100”时的其它电池的电阻之比。将结果示于表1。
<金属锂析出耐性>
将各评价用锂离子二次电池放置在-10℃的环境下,将以规定的电流值充电5秒、休止10分钟、放电5秒、休止10分钟作为1次循环,实施1000次上述充放电循环。其后,将各锂离子二次电池解体,观察负极上有无金属锂的析出。将看不到负极上析出金属锂的电流值中的最大电流值作为极限电流值。求出将比较例1的锂离子二次电池的极限电流值设为“100”时的其它锂离子二次电池的极限电流值之比。将结果示于表1。
[表1]
Figure BDA0003542762250000111
根据表1的结果可知:负极活性物质层中的Na含量减少了的实施例1~3与比较例相比,初期电阻小,金属Li析出耐性也高。另外,可知负极活性物质层中的Na含量越小,初期电阻越小,金属Li析出耐性越高。另一方面,根据比较例1~4的比较可知:即便减少正极活性物质层中的Na含量,对初期电阻和金属Li析出耐性也没有影响。另外,可知即便减少隔离件中的Na含量,对初期电阻和金属Li析出耐性也没有影响。另外,可知即便减少正极活性物质层中的Na含量和隔离件中的Na含量这两者,对初期电阻也没有影响,也几乎得不到金属Li析出耐性提高效果。
由此可知:根据在此公开的非水电解液二次电池,初期电阻小,且金属Li析出耐性高。
以上,对本发明的具体例进行了详细说明,但这些仅仅为例示,并不限定要求保护的范围。要求保护的范围所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得的方案。

Claims (6)

1.一种非水电解液二次电池,具备:非水电解液、以及包含正极、负极和隔离件的电极体,
所述负极具备负极活性物质层,
所述非水电解液含有双(草酸)硼酸锂,
利用激光烧蚀ICP质谱求出的所述负极活性物质层中的Na含量为311μg/g以下。
2.根据权利要求1所述的非水电解液二次电池,其中,所述正极具备正极活性物质层,
相对于所述正极活性物质层中的Na含量、所述负极活性物质层中的Na含量和所述隔离件中的Na含量的合计,所述负极活性物质层中的Na含量的比例为33%以下。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液二次电池,其中,沿着所述负极活性物质层的主面的短边方向进行电阻分布测定时,电阻最高的位置的电阻值相对于电阻最低的位置的电阻值的比例为1.10以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的非水电解液二次电池,其中,所述负极活性物质层含有负极活性物质、粘结剂和增稠剂,
所述增稠剂为羧甲基纤维素盐,所述羧甲基纤维素盐中的至少一部分阳离子为Li离子。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的非水电解液二次电池,其中,所述负极活性物质层含有负极活性物质和不含有Na的丙烯酸系粘结剂。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的非水电解液二次电池,其中,所述电极体为卷绕电极体。
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JPH10154513A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液電池
JP2000082472A (ja) * 1998-09-03 2000-03-21 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 非水電池用電極
JP5843107B2 (ja) 2012-07-30 2016-01-13 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池の製造方法
JP2015011969A (ja) * 2013-07-02 2015-01-19 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池及びその製造方法
JP6361920B2 (ja) * 2014-09-05 2018-07-25 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン電池
KR20190106639A (ko) * 2018-03-09 2019-09-18 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지
JP6836727B2 (ja) * 2018-10-30 2021-03-03 トヨタ自動車株式会社 非水電解液リチウムイオン二次電池

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