JP2000285967A - Lithium ion secondary battery and manufacture of lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery and manufacture of lithium ion secondary battery

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JP2000285967A JP11093362A JP9336299A JP2000285967A JP 2000285967 A JP2000285967 A JP 2000285967A JP 11093362 A JP11093362 A JP 11093362A JP 9336299 A JP9336299 A JP 9336299A JP 2000285967 A JP2000285967 A JP 2000285967A
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公一 水島
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Shuji Yamada
修司 山田
Hideyuki Kanai
秀之 金井
Takashi Ekusa
俊 江草
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery with high capacity and low capacity deterioration attendant on charge-discharge cycles. SOLUTION: This lithium ion secondary battery has an electrode group 3 comprising a positive electrode, a negative electrode made of a material capable of storing and releasing lithium ions, and a separator placed between the positive electrode and the negative electrode, a nonaqueous electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in a nonaqueous solvent, an inner container 2 for housing the electrode group 3 and the nonaqueous electrolyte, an outer container 4 for housing the inner container 2, and a means for supplying the nonaqueous electrolyte from the outer container 4 to the inner container 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯用電子機器、
電気自動車、家庭用電力貯蔵などに用いられるリチウム
イオン二次電池及びリチウムイオン二次電池の製造方法
に関する。
The present invention relates to a portable electronic device,
The present invention relates to a lithium ion secondary battery used for electric vehicles, home electric power storage, and the like, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化社会を支える携帯用電子機器の電
源として、また大気汚染や地球温暖化に対処するための
電気自動車および電力貯蔵システムのキーエレメントと
して、高性能二次電池の需要が近年著しく高まってい
る。二次電池の高容量化技術の進歩はめざましく、特に
従来のニカドに代わるニッケル水素電池の容量は年毎に
増大している。
2. Description of the Related Art In recent years, demand for high-performance secondary batteries has been increasing as a power source of portable electronic devices supporting the information-oriented society, and as a key element of electric vehicles and power storage systems for addressing air pollution and global warming. It has increased significantly. The technology for increasing the capacity of secondary batteries has been remarkable, and the capacity of nickel-metal hydride batteries, which can replace conventional NiCad batteries, is increasing year by year.

【0003】一方、水溶液電解質を用いたこれらの二次
電池とは異なり、非水系電解質を用い高起電力を特徴と
するリチウムイオン二次電池の開発も急速に進められて
いる。
On the other hand, unlike these secondary batteries using an aqueous electrolyte, development of a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte and featuring a high electromotive force is also rapidly progressing.

【0004】リチウムイオン二次電池は、単位重量あた
りの容量において原理的には従来の二次電池をはるかに
凌駕している。しかし非水系電解質の伝導度が低いこ
と、起電力が高いため電解質の分解が起こりやすいこと
などのため、その潜在能力が十分生かされておらず、さ
らなる容量の向上が求められている。
[0004] In principle, lithium ion secondary batteries are far superior to conventional secondary batteries in capacity per unit weight. However, the non-aqueous electrolyte has low conductivity, and the electromotive force is high, so that the electrolyte is easily decomposed. Therefore, its potential is not fully utilized, and further improvement in capacity is required.

【0005】さらに、充放電を繰り返すことによって電
極内部で非水電解液の液枯れ現象が生じ、充放電サイク
ルを繰り返した際に生じる容量劣化が生じる点も問題と
なっていた。
[0005] Further, there has been a problem that the repetition of charge and discharge causes the non-aqueous electrolyte to dry out inside the electrode, resulting in a capacity deterioration occurring when the charge and discharge cycle is repeated.

【0006】上記のリチウムイオン二次電池の容量の増
加、及びサイクル寿命の長期化の大きな2つの課題につ
いて更に詳細に述べる。
The two major problems of increasing the capacity of the lithium ion secondary battery and extending the cycle life will be described in more detail.

【0007】まず、リチウムイオン二次電池の容量の拡
大について考察する。
First, the expansion of the capacity of a lithium ion secondary battery will be considered.

【0008】リチウムイオン二次電池の場合、エネルギ
ー容量を増大させることを目的として厚い電極を用いた
場合、ニッケル水素電池の場合と異なり、常用電流密度
域に於いては、厚みと電流密度は比例しない。そのた
め、電池高容量化のためには、電極内の実効的な拡散係
数を増大させることが必要である。
In the case of a lithium ion secondary battery, when a thick electrode is used for the purpose of increasing the energy capacity, the thickness and the current density are proportional to each other in a normal current density region unlike the case of a nickel hydride battery. do not do. Therefore, in order to increase the battery capacity, it is necessary to increase the effective diffusion coefficient in the electrode.

【0009】従来のリチウムイオン二次電池の多くは、
イオン拡散係数が大きな異方性を示す層状酸化物を活物
質とする正極と、同様にイオン拡散係数が大きな異方性
を示す炭素系化合物を活物質とする負極で構成されてい
る。実用電極ではこれら活物質の粉末粒子(活物質グレ
イン)が導電助剤、バインダーポリマーと伴に支持導体
上に塗布されている。電極内のリチウムイオンは活物質
グレイン内および活物質グレイン間を移動することによ
って拡散する。すなわち電極内の実効イオン拡散係数
は、物質定数である活物質グレイン内のイオン拡散係数
だけでなく電極の形成法に依存する活物質グレイン間の
イオン拡散によってもその値が影響されるため、活物質
グレイン間のイオン拡散を改善し、実効イオン拡散係数
の改善をする必要があるがその点について十分な改善が
なされた電池は実現されていない。
Many of the conventional lithium ion secondary batteries are:
It is composed of a positive electrode using a layered oxide having a large anisotropic coefficient of anisotropy as an active material, and a negative electrode similarly using a carbon-based compound having a large anisotropic anisotropic coefficient as an active material. In practical electrodes, powder particles (active material grains) of these active materials are applied on a supporting conductor together with a conductive aid and a binder polymer. Lithium ions in the electrode diffuse by moving in and between the active material grains. That is, the effective ion diffusion coefficient in the electrode is affected not only by the ion diffusion coefficient in the active material grains, which is a material constant, but also by the ion diffusion between the active material grains, which depends on the electrode formation method. It is necessary to improve the ion diffusion between the material grains and to improve the effective ion diffusion coefficient, but a battery with sufficient improvement in this respect has not been realized.

【0010】次にリチウムイオン二次電池のサイクル寿
命の長期化について考察する。
Next, the prolongation of the cycle life of the lithium ion secondary battery will be considered.

【0011】リチウムイオン二次電池においても、他の
二次電池と同様に、充放電を繰り返すと容量は劣化して
いく。この主な原因は、充放電を繰り返すと、電極が膨
張、収縮を繰り返すために、電極内部での非水電解液の
分布に偏りを生じることである。これは液枯れ現象とし
て知られており、一端液枯れを引き起こしたリチウムイ
オン二次電池は、容量が急激に劣化するため、液枯れ現
象を生じさせない電池が求められるが未だ実現されてい
ない。
[0011] In a lithium ion secondary battery, as in the case of other secondary batteries, the capacity deteriorates when charging and discharging are repeated. The main cause of this is that when charge and discharge are repeated, the electrode repeatedly expands and contracts, causing a non-aqueous electrolyte to be unevenly distributed inside the electrode. This is known as the liquid withering phenomenon. Since the capacity of a lithium ion secondary battery that has caused liquid withdrawal is rapidly deteriorated, a battery that does not cause the liquid withering phenomenon is required, but it has not been realized yet.

【0012】一方、リチウムイオン二次電池の安全性の
問題も重要視されている。リチウムイオン二次電池は、
起電力が高い、非水電解液の溶媒として引火性のある有
機系溶媒を使用するため水溶液電解質を用いた電池より
も、強い振動や衝突による外部からの衝撃に耐え、引火
等が生じにくくして安全性を高める必要がある。
On the other hand, the importance of safety of lithium ion secondary batteries has also been emphasized. Lithium ion secondary batteries are
Uses flammable organic solvent as solvent for non-aqueous electrolyte with high electromotive force, so it is more resistant to strong vibrations and external shocks due to collisions than batteries using aqueous electrolyte, and less likely to cause ignition Need to increase security.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、容量が高
く、かつ充放電サイクルを繰り返した際に容量劣化の少
ない高容量リチウムイオン二次電池の提供を目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-capacity lithium-ion secondary battery having a high capacity and having little capacity deterioration when repeated charge / discharge cycles are repeated.

【0014】また、本発明は外部からの衝撃に耐え、引
火等が生じにくくした安全性の高いリチウムイオン二次
電池を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a highly safe lithium-ion secondary battery that withstands an external impact and is unlikely to cause ignition or the like.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、正極と、
リチウムイオンを吸蔵・放出する材料を備える負極と、
前記正極及び前記負極の間に位置するセパレータとから
構成される電極群と;非水溶媒にリチウム塩を溶解して
なる非水電解液と;前記電極群及び前記非水電解液を収
納する内容器と;前記内容器を収納する外容器と;外容
器から内容器に非水電解液を供給する手段を少なくとも
備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池であ
る。
Means for Solving the Problems A first invention comprises a positive electrode,
A negative electrode including a material that stores and releases lithium ions;
An electrode group composed of the positive electrode and the separator located between the positive electrode and the negative electrode; a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent; and a content containing the electrode group and the non-aqueous electrolyte And a container for storing the inner container; and a means for supplying a nonaqueous electrolyte from the outer container to the inner container.

【0016】第2の発明は、正極と、リチウムイオンを
吸蔵・放出する材料を備える負極と、前記正極及び前記
負極の間に位置するセパレータとから構成される電極群
及び非水電解液を容器に密閉する密閉工程を備えるリチ
ウムイオン二次電池の製造方法において、前記密閉工程
前に、電極群を挿入した内容器を前記非水電解液に浸漬
し充放電を行う充放電工程を行うことを特徴とするリチ
ウムイオン二次電池の製造方法である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electrode group comprising a positive electrode, a negative electrode provided with a material for absorbing and releasing lithium ions, a separator located between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolytic solution. In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery including a sealing step of sealing the inner container, before the sealing step, performing a charging and discharging step of immersing the inner container into which the electrode group is inserted in the nonaqueous electrolyte to perform charging and discharging. A method for producing a lithium ion secondary battery, which is a feature of the present invention.

【0017】第3の発明は、正極と、リチウムイオンを
吸蔵・放出する材料を備える負極と、前記正極及び前記
負極の間に位置するセパレータとから構成される電極群
と;非水溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電解液
と;前記電極群及び前記非水電解液を収納する内容器
と;前記内容器を収納する外容器と;内容器と外容器と
の間に挿入された衝撃吸収材とを備えること特徴とする
リチウムイオン二次電池である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrode group comprising a positive electrode, a negative electrode provided with a material for absorbing and releasing lithium ions, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode; A non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a salt; an inner container for storing the electrode group and the non-aqueous electrolyte; an outer container for storing the inner container; inserted between the inner container and the outer container A lithium ion secondary battery comprising a shock absorbing material.

【0018】従来の技術でも述べた如く、電池容量を増
大させるためには、電極を構成する活物質グレイン間の
イオン拡散を改善することが必要となる。さらに活物質
グレイン間のイオン拡散を改善する第一のキーポイント
は電極内にしみこんだ非水電解液によって活物質グレイ
ンが覆われていることである。
As described in the prior art, in order to increase the battery capacity, it is necessary to improve the ion diffusion between the active material grains constituting the electrodes. Further, the first key point for improving the ion diffusion between the active material grains is that the active material grains are covered with a non-aqueous electrolyte that has permeated into the electrode.

【0019】一般に微粒子表面に生じる結晶構造の乱れ
などにより固相界面でのイオン拡散速度が減速されるた
め活物質グレイン内拡散係数に比べて実効イオン拡散係
数は著しく低下してしまう。
In general, the diffusion rate of ions at the solid phase interface is reduced due to disorder of the crystal structure generated on the surface of the fine particles, so that the effective ion diffusion coefficient is significantly lower than the diffusion coefficient in the active material grains.

【0020】図1に電極内のリチウムイオン拡散を示す
模式図を示す。図1に示されるように示されるように活
物質グレイン表面が非水電解液によって覆われ、液相を
介したイオン拡散が生じると実効イオン拡散係数は大幅
に改善され、ひいては電池容量を大きくすることができ
る。
FIG. 1 is a schematic view showing lithium ion diffusion in the electrode. As shown in FIG. 1, when the active material grain surface is covered with the non-aqueous electrolyte and ion diffusion occurs through the liquid phase, the effective ion diffusion coefficient is greatly improved, and the battery capacity is increased. be able to.

【0021】また、電池のサイクル寿命を延ばすために
は、非水電解液の液枯れを防止する必要がある。
Further, in order to extend the cycle life of the battery, it is necessary to prevent the non-aqueous electrolyte from withering.

【0022】第1発明の如くの二重容器構造を用いれ
ば、沸点が高く粘性の大きい有機溶媒を非水電解液の溶
媒として用いても、電極に非水電解液を十分浸潤させる
ことが可能になり、活物質グレイン表面が非水電解液に
よって覆われ、液相を介したイオン拡散が生じると実効
イオン拡散係数は大幅に改善され、ひいては電池容量を
大きくすることができる。
When the double-vessel structure as in the first invention is used, even if an organic solvent having a high boiling point and a high viscosity is used as a solvent for the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte can be sufficiently infiltrated into the electrodes. When the surface of the active material grains is covered with the non-aqueous electrolyte and ion diffusion occurs through the liquid phase, the effective ion diffusion coefficient is greatly improved, and the battery capacity can be increased.

【0023】さらには、外容器より内容器内の電極群に
非水電解液が自然に補充されるために、液枯れ防止も可
能になるため、サイクル寿命も高くなる。
Further, since the non-aqueous electrolyte is naturally replenished from the outer container to the electrode group in the inner container, the liquid can be prevented from withering, and the cycle life is increased.

【0024】特に、電気自動車への応用が期待されてい
る大型リチウムイオン二次電池に於いては、通常のパソ
コン常用域よりはるかに広範囲の電流領域でリチウムイ
オン二次電池が利用されるため、非水電解液の液枯れに
よる容量の劣化が著しいと考えられる。よって、第1発
明の電池を用いれば、液枯れが防止され、サイクル寿命
特性を改善でき、非常に有用である。
In particular, in the case of a large lithium ion secondary battery expected to be applied to an electric vehicle, the lithium ion secondary battery is used in a much wider current region than a normal personal computer use region. It is considered that the capacity of the non-aqueous electrolyte was significantly degraded due to withering. Therefore, the use of the battery of the first aspect of the present invention is very useful because it prevents the liquid from dying and improves the cycle life characteristics.

【0025】また、第1発明によれば、沸点が高く粘性
の大きい有機溶媒を非水電解液の溶媒として用いても電
極に非水電解液を十分浸潤させることができるため、上
述の如く容量の向上やサイクル寿命特性の向上ととも
に、非水電解液の気化が生じにくいことから、過充電や
内部短絡等の時にも非水電解液の気化が生じにくく、電
池内圧の上昇が抑えられ、電池の安全性の向上をも達成
することができる。
Further, according to the first invention, even when an organic solvent having a high boiling point and a high viscosity is used as a solvent for the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte can be sufficiently infiltrated into the electrode. As the non-aqueous electrolyte is less likely to evaporate with improved battery life and cycle life characteristics, the non-aqueous electrolyte is less likely to evaporate even during overcharge or internal short-circuit, etc. The safety of the vehicle can also be improved.

【0026】また、第2発明によれば、リチウムイオン
二次電池の放電容量を上げるだけでなく、充放電を繰り
返すことによってしばしば生じる非水電解液の液枯れ現
象などによる放電容量の劣化を防止することが可能にな
る。
According to the second aspect of the present invention, not only is the discharge capacity of the lithium ion secondary battery increased, but also the deterioration of the discharge capacity due to the non-aqueous electrolyte dying phenomenon often caused by repeated charging and discharging is prevented. It becomes possible to do.

【0027】すなわち、電極群及び非水電解液を容器に
密封した後に充放電を繰り返すと、電極内部での電解液
の分布に偏りを生じてくる。これは電極が充放電により
膨張収縮を繰り返すためである。そこで電極群及び非水
電解液を容器に密封する前に電解液を浸漬した容器内部
で電極群に充放電を行うことにより電極群内部に十分電
解液を浸潤させてその後密封することにより、電池容量
を向上させるだけでなく、密封後の充放電時に起こる液
枯れを防止することが可能となり、サイクル寿命特性を
向上させることができる。
That is, if charging and discharging are repeated after the electrode group and the non-aqueous electrolyte are sealed in the container, the distribution of the electrolyte inside the electrodes is biased. This is because the electrodes repeatedly expand and contract due to charge and discharge. Therefore, before the electrode group and the non-aqueous electrolyte are sealed in the container, the electrode group is charged and discharged inside the container in which the electrolyte is immersed, so that the electrolyte is sufficiently infiltrated into the electrode group and the battery is sealed afterwards. In addition to improving the capacity, it is possible to prevent liquid withering that occurs at the time of charging and discharging after sealing, and it is possible to improve cycle life characteristics.

【0028】また、第2発明によれば、沸点が高く粘性
の大きい有機溶媒を非水電解液の溶媒として用いても電
極に非水電解液を十分浸潤させることができるため、上
述の如く容量の向上やサイクル寿命特性の向上ととも
に、非水電解液の気化が生じにくいことから、過充電や
内部短絡等の時にも非水電解液の気化が生じにくく、電
池内圧の上昇が抑えられ、電池の安全性の向上をも達成
することができる。
According to the second aspect of the present invention, even when an organic solvent having a high boiling point and a high viscosity is used as a solvent for the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte can be sufficiently infiltrated into the electrode. As the non-aqueous electrolyte is less likely to evaporate with improved battery life and cycle life characteristics, the non-aqueous electrolyte is less likely to evaporate even during overcharge or internal short-circuit, etc. The safety of the vehicle can also be improved.

【0029】また、電気自動車に等にリチウムイオン二
次電池を利用した場合、最も問題となるのが安全性であ
る。第3発明によれば、内容器と外容器の間に、衝撃吸
収材が挿入されているため、強い振動や衝突時に於ける
電池容器の押しつぶしが生じても、内容器内部の電極群
を保護することが可能であり、発火を防止することがで
きる。
When a lithium ion secondary battery is used in an electric vehicle or the like, the most important problem is safety. According to the third aspect of the present invention, since the shock absorbing material is inserted between the inner container and the outer container, the electrode group inside the inner container is protected even if the battery container is crushed in the event of strong vibration or collision. And ignition can be prevented.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】まず、第1発明のリチウムイオン
二次電池について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the lithium ion secondary battery of the first invention will be described.

【0031】図2に第1発明のリチウムイオン二次電池
の構成の一例を示す概略図を示す。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the lithium ion secondary battery of the first invention.

【0032】図2(a)に示すように、内容器2中に正
極、負極及びセパレータからなる電極群3が収納されて
いる。電極群3は正極と負極と、正極及び負極の間に位
置するセパレータが積層され、さらにコイル状になって
いることが望ましい。内容器2には電極端子も兼ねる蓋
1がされている。内容器2には底がついていない。
As shown in FIG. 2A, an inner container 2 accommodates an electrode group 3 composed of a positive electrode, a negative electrode and a separator. It is desirable that the electrode group 3 is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode, and further has a coil shape. The inner container 2 has a lid 1 also serving as an electrode terminal. The inner container 2 has no bottom.

【0033】内容器2は、通常の金属缶の他、樹脂で作
られた缶を用いることも可能である。樹脂で作られた缶
を用いることにより、電池全体の軽量化や非水電解液に
よる腐食防止、酸化防止が可能になる。
As the inner container 2, a can made of resin can be used in addition to a normal metal can. By using a can made of resin, it is possible to reduce the weight of the entire battery and to prevent corrosion and oxidation by a non-aqueous electrolyte.

【0034】また、図2(b)に示すように外容器4は
底を有している。外容器4は、通常の金属缶の他、樹脂
で作られた缶を用いることも可能である。樹脂で作られ
た缶を用いることにより、電池全体の軽量化や非水電解
液による腐食防止、酸化防止が可能になる。
Further, as shown in FIG. 2B, the outer container 4 has a bottom. As the outer container 4, a can made of resin can be used in addition to a normal metal can. By using a can made of resin, it is possible to reduce the weight of the entire battery and to prevent corrosion and oxidation by a non-aqueous electrolyte.

【0035】第1の発明のリチウムイオン二次電池は、
図2(c)に示すように上記電極群が収納された内容器
2が外容器4に収納されてなる。内容器2及び外容器4
には非水溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電解液が
充填されている。内容器2には底がついていないため、
外容器4から内容器2に非水電解液を供給可能なように
導通路5が形成されて外容器の非水電解液が容易に内容
器2に侵入できる構造となっている。なお、内容器2に
は孔を設けた底が設けられていても良い。
The lithium ion secondary battery of the first invention is
As shown in FIG. 2C, the inner container 2 in which the electrode group is stored is stored in the outer container 4. Inner container 2 and outer container 4
Is filled with a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent. Since the inner container 2 has no bottom,
A conducting path 5 is formed so that the nonaqueous electrolyte can be supplied from the outer container 4 to the inner container 2, so that the nonaqueous electrolyte in the outer container can easily enter the inner container 2. The inner container 2 may be provided with a bottom provided with a hole.

【0036】なお、内容器と外容器の間に、非水電解液
が充填されていることにより、電解液の補充と同時に、
衝撃吸収材として作用し、強い振動や衝突時に於ける電
池容器の押しつぶしが生じても、内容器内部の電極群を
保護することが可能であり、発火を防止することができ
る。
Since the nonaqueous electrolyte is filled between the inner container and the outer container, the replenishment of the electrolyte and the
It acts as a shock absorber, and can protect the electrode group inside the inner container even if strong vibrations or crushing of the battery container at the time of collision occur, thereby preventing ignition.

【0037】第1発明のリチウムイオン二次電池はその
製造に際し、予め内容器2内の正極、負極およびセパレ
ータからなる電極群に十分非水電解液を浸潤させた後、
内容器2を外容器4に挿入し、さらに非水電解液を注入
して外容器を密閉することが望ましい。
In manufacturing the lithium ion secondary battery of the first invention, the nonaqueous electrolyte is sufficiently infiltrated into the electrode group consisting of the positive electrode, the negative electrode and the separator in the inner container 2 in advance.
It is desirable that the inner container 2 is inserted into the outer container 4, and a non-aqueous electrolyte is further injected to seal the outer container.

【0038】第1発明のリチウムイオン二次電池におい
て、液枯れ現象の防止を徹底するためには、電極群と内
容器の間にセパレータよりもより多孔質の保液性の高い
層を挿入する方法、セル容器に非水電解液を再注入する
ための機構を設けるなどの方法が望ましい。
In the lithium ion secondary battery according to the first aspect of the invention, a layer more porous than the separator and having a higher liquid retention property is inserted between the electrode group and the inner container in order to thoroughly prevent the liquid withering phenomenon. A method and a method of providing a mechanism for re-injecting the nonaqueous electrolyte into the cell container are desirable.

【0039】次に第2発明のリチウムイオン二次電池の
製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery of the second invention will be described.

【0040】第2発明の如く、電極群と非水電解液を容
器に密閉する前に、非水電解液を入れた容器内に電極群
を一定時間収納し、充放電を繰り返した後電極群と非水
電解液を容器に密閉する。充電条件としては4.2Vと
3V間で充放電を繰り返すことが望ましい。
As in the second invention, before the electrode group and the non-aqueous electrolyte are sealed in the container, the electrode group is housed in the container containing the non-aqueous electrolyte for a certain period of time, and after repeating the charge and discharge, the electrode group And the non-aqueous electrolyte are sealed in a container. As a charging condition, it is desirable to repeat charging and discharging between 4.2V and 3V.

【0041】さらに容器全体を加熱することにより粘性
の下がった非水電解液に電池セルを収納すれば、浸潤に
必要な時間を短縮することが可能になり、より効果的で
ある。
Further, if the battery cells are housed in a non-aqueous electrolyte whose viscosity has been reduced by heating the entire container, the time required for infiltration can be shortened, which is more effective.

【0042】第2発明のリチウムイオン二次電池の製造
方法に於いて、第1発明の如くの二重容器構造を用いれ
ば、この製造工程を容易にすることが可能になり、さら
に有効である。
In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery of the second invention, if the double container structure as in the first invention is used, this manufacturing process can be facilitated, which is more effective. .

【0043】次に第3発明のリチウムイオン二次電池に
ついて説明する。
Next, the lithium ion secondary battery of the third invention will be described.

【0044】図3に第3発明のリチウムイオン二次電池
の構成の一例を示す概略図を示す。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the lithium ion secondary battery of the third invention.

【0045】図3(a)に示すように、内容器2中に正
極、負極及びセパレータからなる電極群3が収納されて
いる。電極群3は正極と負極と、正極及び負極の間に位
置するセパレータが積層され、さらにコイル状になって
いることが望ましい。内容器2は、通常の金属缶の他、
樹脂で作られた缶を用いることも可能である。樹脂で作
られた缶を用いることにより、電池全体の軽量化や非水
電解液による腐食防止、酸化防止が可能になる。
As shown in FIG. 3A, the inner container 2 accommodates an electrode group 3 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator. It is desirable that the electrode group 3 is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode, and further has a coil shape. The inner container 2 is a normal metal can,
It is also possible to use cans made of resin. By using a can made of resin, it is possible to reduce the weight of the entire battery and to prevent corrosion and oxidation by a non-aqueous electrolyte.

【0046】また、図3(b)に示すように外容器4は
底を有している。外容器4は、通常の金属缶の他、樹脂
で作られた缶を用いることも可能である。樹脂で作られ
た缶を用いることにより、電池全体の軽量化や非水電解
液による腐食防止、酸化防止が可能になる。
As shown in FIG. 3 (b), the outer container 4 has a bottom. As the outer container 4, a can made of resin can be used in addition to a normal metal can. By using a can made of resin, it is possible to reduce the weight of the entire battery and to prevent corrosion and oxidation by a non-aqueous electrolyte.

【0047】第3発明のリチウムイオン二次電池は、図
3(c)に示すように上記電極群が収納された内容器2
が外容器4に収納されてなる。内容器2及び外容器4に
は衝撃吸収材が充填されている。衝撃吸収材としては、
SBR(スチレンブタジエンラバン)の様なゴム状物質
をクッション材として用いる方法、内容器と外容器の間
にスプリングを入れる方法及びゲル状物質を用いる方法
などが考えられる。又、非水電解液を内容器と外容器の
間に満たせば、非水電解液の補充を行えるだけでなく、
内部を保護することも可能になる。
As shown in FIG. 3 (c), the lithium ion secondary battery of the third invention has an inner container 2 containing the above-mentioned electrode group.
Are stored in the outer container 4. The inner container 2 and the outer container 4 are filled with a shock absorbing material. As a shock absorber,
A method using a rubber-like substance such as SBR (styrene butadiene lavane) as a cushion material, a method using a spring between an inner container and an outer container, a method using a gel-like substance, and the like are conceivable. If the nonaqueous electrolyte is filled between the inner container and the outer container, not only can the nonaqueous electrolyte be replenished,
It is also possible to protect the inside.

【0048】さらには、衝撃吸収材は難燃性あるいは消
火作用を示す物質であることが望ましい。前記物質とし
ては一般に広く用いられているABC消火器用の粉末消
火材などが挙げられる。
Further, it is desirable that the shock absorbing material is a substance exhibiting flame retardancy or fire extinguishing action. Examples of the substance include a powder fire extinguishing material for an ABC fire extinguisher that is generally widely used.

【0049】図4に第3発明のリチウムイオン二次電池
の別の構成例を示す。図4はリチウムイオン二次電池を
複数個のリチウムイオン二次電池を一つのパックに入
れ、バッテリーパックとした構成の一例を示す該略図で
ある。
FIG. 4 shows another configuration example of the lithium ion secondary battery of the third invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a configuration in which a plurality of lithium ion secondary batteries are put in one pack to form a battery pack.

【0050】図4において、1つのリチウムイオン二次
電池は、内容器32中に正極、負極及びセパレータから
なる電極群33が収納されてなる。電極群33は正極と
負極と、正極及び負極の間に位置するセパレータが積層
され、さらにコイル状になっていることが望ましい。内
容器32には電極端子も兼ねる蓋31がされている。さ
らに前記電極群が収納された内容器32は外容器34に
収納されている。内容器と外容器の間には衝撃吸収材が
挿入されていても良いし、第1の発明の如く電解液が充
填され内容器と外容器間に導通路が設けられていても良
い。それにより電池容量の向上及びサイクル寿命特性の
向上を図ることができる。
In FIG. 4, one lithium ion secondary battery has an inner container 32 in which an electrode group 33 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is housed. It is preferable that the electrode group 33 is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode, a separator located between the positive electrode and the negative electrode, and further has a coil shape. The inner container 32 has a lid 31 which also serves as an electrode terminal. Further, the inner container 32 in which the electrode group is stored is stored in an outer container 34. An impact absorbing material may be inserted between the inner container and the outer container, or a conductive path may be provided between the inner container and the outer container by filling with an electrolytic solution as in the first invention. Thereby, the battery capacity and the cycle life characteristics can be improved.

【0051】このようなリチウムイオン二次電池を直列
に接続し、容器35内に入れ、容器35とリチウムイオ
ン二次電池の間に衝撃吸収材を充填し、さらには、冷却
材、消火材などを充填すれば、バッテリーパックとして
用いた際も安全上有用になる。
Such lithium ion secondary batteries are connected in series, placed in a container 35, filled with a shock absorbing material between the container 35 and the lithium ion secondary battery, and further provided with a cooling material, a fire extinguishing material, etc. Is useful for safety even when used as a battery pack.

【0052】図5に第3発明のリチウムイオン二次電池
の別の構成例を示す該略図を示す。図5はリチウムイオ
ン二次電池を複数個のリチウムイオン二次電池を一つの
パックに入れ、バッテリーパックとした構成の一例を示
す該略図である。図5において、1つのリチウムイオン
二次電池は、内容器42中に正極、負極及びセパレータ
からなる電極群43が収納されてなる。電極群43は正
極と負極と、正極及び負極の間に位置するセパレータが
積層され、さらにコイル状になっていることが望まし
い。このような内容器42を並列に接続し、それが外容
器44に収納されている。このとき、衝撃吸収材を内容
器42と外容器44間に充填しておく。外容器と内容器
の間に非水電解液を満たし、衝撃吸収材と補充用電解液
の貯蔵を兼ねても良い。それにより電池容量の向上及び
サイクル寿命特性の向上を図ることができる。
FIG. 5 is a schematic view showing another configuration example of the lithium ion secondary battery of the third invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a configuration in which a plurality of lithium ion secondary batteries are put in one pack to form a battery pack. In FIG. 5, one lithium ion secondary battery has an inner container 42 in which an electrode group 43 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is housed. The electrode group 43 is preferably formed by stacking a positive electrode and a negative electrode, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode, and further has a coil shape. Such inner containers 42 are connected in parallel, and are stored in the outer container 44. At this time, the space between the inner container 42 and the outer container 44 is filled with the shock absorbing material. The space between the outer container and the inner container may be filled with a non-aqueous electrolytic solution to serve as both a shock absorbing material and a replenishing electrolytic solution. Thereby, the battery capacity and the cycle life characteristics can be improved.

【0053】なお、第1から第3発明のリチウムイオン
二次電池において、正極の正極活物質としては、種々の
酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合
酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コ
バルト化合物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、
リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化
物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲ
ン化合物などを挙げることができる。中でも、リチウム
含有コバルト酸化物(例えば、LiCoO)、リチウ
ム含有ニッケルコバルト酸化物(例えば、LiNi
0.8Co0.2 )、リチウムマンガン複合酸化物
(例えば、LiMn、LiMnO)を用いる
と、高電圧が得られるために好ましい。正極は正極活物
質の他に導電剤、結着剤等を含んでいても良い。正極は
正極活物質、導電剤、結着剤を含むスラリーを正極集電
体に塗布、乾燥することにより得る事ができる。
The lithium ion of the first to third inventions
In the secondary battery, as the positive electrode active material of the positive electrode, various
Oxides, such as manganese dioxide, lithium manganese composite
Oxides, lithium-containing nickel oxides, lithium-containing cores
Baltic compound, lithium-containing nickel cobalt oxide,
Lithium-containing iron oxide, lithium-containing vanadium oxide
And chalcogens such as titanium disulfide and molybdenum disulfide
Compounds. Among them, lithium
Containing cobalt oxide (eg, LiCoO2), Lichiu
Containing nickel cobalt oxide (eg, LiNi
0.8Co0.2O 2), Lithium manganese composite oxide
(For example, LiMn2O4, LiMnO2)
Is preferable because a high voltage can be obtained. Positive electrode is positive electrode active material
It may contain a conductive agent, a binder, and the like in addition to the quality. The positive electrode is
Positive current collection of slurry containing positive electrode active material, conductive agent and binder
It can be obtained by applying to the body and drying.

【0054】第1から第3発明のリチウムイオン二次電
池において、負極の負極材料としてはリチウムイオンを
吸蔵・放出する炭素質物が挙げられる。炭素質物として
は、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素などの黒鉛質
材料もしくは炭素質材料、熱硬化性樹脂、等方性ピッ
チ、メソフェーズピッチ、メソフェーズピッチ系炭素繊
維、メソフェーズ小球体など(特に、メソフェーズピッ
チ系炭素繊維が好ましい)に500〜3000℃で熱処
理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材
料等を挙げることができる。中でも、熱処理の温度を2
000℃以上にすることにより得られ、(002)面の
面間隔d002 が0.340nm以下である黒鉛結晶
を有する黒鉛質材料を用いるのが好ましい。このような
黒鉛質材料を炭素質物として含む負極を備えた非水電解
液二次電池は、電池容量および大電流特性を大幅に向上
することができる。面間隔d002は、0.336nm
以下であることが更に好ましい。
In the lithium ion secondary batteries of the first to third inventions, examples of the negative electrode material of the negative electrode include carbonaceous materials that occlude and release lithium ions. Examples of the carbonaceous material include graphite materials such as graphite, coke, carbon fiber, and spherical carbon or carbonaceous materials, thermosetting resins, isotropic pitch, mesophase pitch, mesophase pitch-based carbon fiber, mesophase small spheres, and the like (in particular, Graphite material or carbonaceous material obtained by subjecting mesophase pitch-based carbon fiber to heat treatment at 500 to 3000 ° C. can be used. Among them, the temperature of heat treatment is 2
2,000 ° C. or more, and the (002) plane spacing d 002 It is preferable to use a graphitic material having a graphite crystal having a particle size of 0.340 nm or less. A non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode containing such a graphite material as a carbonaceous material can significantly improve battery capacity and large current characteristics. The plane distance d 002 is 0.336 nm
It is more preferred that:

【0055】また、前記炭素質物としては特に2000
℃以上で熱処理されたメソフェーズピッチ系炭素繊維が
好ましい。これを用いると電極密度を1.3g/cm
以上の高密度にしても負極とセパレータ間の界面インピ
ーダンスが小さいため、大電流放電特性、急速充放電サ
イクル性能に優れる。
The carbonaceous material is particularly 2,000
Mesophase pitch-based carbon fibers heat-treated at a temperature of not less than ° C are preferred. When this is used, the electrode density is 1.3 g / cm 3
Even at the above-mentioned high density, the interface impedance between the negative electrode and the separator is small, so that it is excellent in large current discharge characteristics and rapid charge / discharge cycle performance.

【0056】負極材料としては、前述したリチウムイオ
ンを吸蔵・放出する炭素質物の他に、金属酸化物か、金
属硫化物か、もしくは金属窒化物を含むものや、リチウ
ム金属またはリチウム合金からなるものを用いることが
できる。
As the negative electrode material, in addition to the above-mentioned carbonaceous materials that occlude and release lithium ions, those containing metal oxides, metal sulfides, or metal nitrides, and those made of lithium metal or lithium alloy Can be used.

【0057】金属酸化物としては、例えば、スズ酸化
物、ケイ素酸化物、リチウムチタン酸化物、ニオブ酸化
物、タングステン酸化物等を挙げることができる。
Examples of the metal oxide include tin oxide, silicon oxide, lithium titanium oxide, niobium oxide, and tungsten oxide.

【0058】金属硫化物としては、例えば、スズ硫化
物、チタン硫化物等を挙げることができる。
Examples of the metal sulfide include tin sulfide and titanium sulfide.

【0059】金属窒化物としては、例えば、リチウムコ
バルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒
化物等を挙げることができる。
Examples of the metal nitride include lithium cobalt nitride, lithium iron nitride, lithium manganese nitride and the like.

【0060】リチウム合金としては、例えば、リチウム
アルミニウム合金、リチウムスズ合金、リチウム鉛合
金、リチウムケイ素合金等を挙げることができる。
Examples of the lithium alloy include a lithium aluminum alloy, a lithium tin alloy, a lithium lead alloy, and a lithium silicon alloy.

【0061】負極は負極材料の他に導電剤、結着剤等を
含んでいても良い。負極は負極活物質、導電剤、結着剤
を含むスラリーを負極集電体に塗布、乾燥することによ
り得る事ができる。
The negative electrode may contain a conductive agent, a binder and the like in addition to the negative electrode material. The negative electrode can be obtained by applying a slurry containing a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder to a negative electrode current collector and drying the slurry.

【0062】第1から第3発明のリチウムイオン二次電
池において、セパレータは多孔質セパレータを用いるこ
とが望ましい。セパレータの材料としては、例えば、ポ
リエチレン、ポリプロピレンまたはポリフッ化ビニリデ
ン(PVdF)を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織
布等を用いることができる。中でも、ポリエチレンか、
あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フ
ィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好まし
い。
In the lithium ion secondary batteries of the first to third inventions, it is desirable to use a porous separator as the separator. As a material of the separator, for example, a porous film containing polyethylene, polypropylene, or polyvinylidene fluoride (PVdF), a synthetic resin nonwoven fabric, or the like can be used. Among them, polyethylene or
Alternatively, a porous film made of polypropylene or both is preferable because the safety of the secondary battery can be improved.

【0063】第1から第3発明のリチウムイオン二次電
池において非水電解液は非水溶媒にリチウム塩を溶解す
ることにより調製される。
In the lithium ion secondary batteries of the first to third inventions, the non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent.

【0064】非水溶媒としては、リチウムイオン二次電
池の溶媒として公知の非水溶媒を用いることができ、特
に限定はされないが、プロピレンカーボネート(PC)
やエチレンカーボネート(EC)とPCやECより低粘
度である非水溶媒(以下第2溶媒と称す)との混合溶媒
を主体とする非水溶媒を用いることが好ましい。
As the non-aqueous solvent, a known non-aqueous solvent as a solvent for a lithium ion secondary battery can be used, and it is not particularly limited, but propylene carbonate (PC)
It is preferable to use a non-aqueous solvent mainly composed of a mixed solvent of ethylene or ethylene carbonate (EC) and a non-aqueous solvent having a lower viscosity than PC or EC (hereinafter, referred to as a second solvent).

【0065】第2溶媒としては、例えば鎖状カーボンが
好ましく、中でもジメチルカーボネート(DMC)、メ
チルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネ
ート(DEC)、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メ
チル、γ−ブチロラクトン(BL)、アセトニトリル
(AN)、酢酸エチル(EA)、トルエン、キシレンま
たは、酢酸メチル(MA)などが挙げられる。これらの
第2溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用い
ることができる。
As the second solvent, for example, chain carbon is preferable. Among them, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), ethyl propionate, methyl propionate, γ-butyrolactone (BL) , Acetonitrile (AN), ethyl acetate (EA), toluene, xylene or methyl acetate (MA). These second solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more.

【0066】第2溶媒の粘度は、25℃において28m
p以下であることが好ましい。混合溶媒中のエチレンカ
ーボネートまたはプロピレンカーボネートの配合量は、
体積比率で10〜80%であることが好ましい。より好
ましいエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネ
ートの配合量は体積比率で20〜75%である。
The viscosity of the second solvent is 28 m at 25 ° C.
It is preferably at most p. The blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate in the mixed solvent,
The volume ratio is preferably 10 to 80%. A more preferred blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate is 20 to 75% by volume.

【0067】非水電解液に含まれる電解質としては、例
えば過塩素酸リチウム(LiClO )、六フッ化リン
酸リチウム(LiPF)、ホウフッ化リチウム(Li
BF )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF)、ト
リフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF
)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチ
ウム[LiN(CFSO]などのリチウム塩
(電解質)が挙げられる。中でもLiPF、LiBF
を用いるのが好ましい。
Examples of the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte include:
For example, lithium perchlorate (LiClO 4), Phosphorus hexafluoride
Lithium oxide (LiPF6), Lithium borofluoride (Li
BF 4), Lithium arsenic hexafluoride (LiAsF)6), To
Lithium trifluorometasulfonate (LiCF3S
O3), Bistrifluoromethylsulfonyl imidolithic
[LiN (CF3SO2)2] And other lithium salts
(Electrolyte). Among them, LiPF6, LiBF
4It is preferable to use

【0068】電解質の非水溶媒に対する溶解量は、0.
5〜2.0モル/1とすることが望ましい。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is 0.1.
It is desirable to set it as 5 to 2.0 mol / 1.

【0069】[0069]

【実施例】(実施例1) <LiCoO粒子の作製>Co2O3をLiOHと混
合し酸素気流中で850(C、8時間加熱し、平均粒径
3(mのLiCoO粉末を作製し、このLiCoO
粉末を粉砕することによりLiCoO粒子を作製し
た。 <正極の作製>集電体として厚さ20μmのAlフォイ
ルを用い、上記LiCoO活物質に、導電助剤として
平均粒径30nmのアセチレンブラックを5重量%、バ
インダーポリマーとしてポリフッ化ビニリデンを5重量
%加えた。N−メチルピロリドンを溶媒に用いてスラリ
ーを作製し集電体上に片面塗布後乾燥した。ローラーに
よるプレス(250kg/cm)後の正極の厚さは集電
体を除いて100μmとなるようにした。 <窒素置換グラファイトの作製>表面近傍の炭素原子の
一部を窒素で置換したグラファイトの作製は、市販のC
VD装置を利用して行った。まずニッケル金属容器に粒
径が約15μmのグラファイト粉末を入れ、CVD反応
器内にセットした。容器を真空中で850(Cに加熱し
た後、アルゴンをキャリアーガスに用いて分圧5mTo
rrのアセトニトリルを5分間流し、粒子表面近傍の数
nmの厚さにわたって炭素原子の約三割を窒素原子で置
換した。 <負極の作製>集電体として厚さ12μmのCuフォイ
ルを用いた。正極1と同様に上記負極活物質に導電助剤
として平均粒径30nmのアセチレンブラックを5重量
%、バインダーポリマーとしてポリフッ化ビニリデンを
3重量%加えた。N−メチルピロリドンを溶媒に用いて
スラリーを作製し集電体上に片面塗工後乾燥した。ロー
ラーによるプレス(300Kg/cm)後の負極の厚さ
は集電体を除いて100(mとなるようにした。 <非水電解液の浸潤と二次電池の構成>まず、平均直径
0.1ミクロンの孔を持つ厚さ25μmの多孔質のポリ
エチレンセパレータと上記正極、負極で構成されるコイ
ルを、図2に示したアルミニウム製の内容器内にセット
し、リード端子を取り付けた。非水電解液は六フッ化リ
ン酸リチウム塩(LiPF)をエチレンカーボネイト
/ジメチルカーボネイト混合溶媒に1モル/リットルの
濃度に溶解して得た。電極端子を取り付けたステンレス
容器内に上記内容器をセットし乾燥した後アルゴンドラ
イボックス内に導入した。容器内を真空引きの後、上記
非水電解液を注入し、容器を密封した。続いてこの容器
を50(Cに加熱し非水電解液を正負電極に浸潤させ
た。
EXAMPLES (Example 1) <Preparation of LiCoO 2 particles> Co2O3 was mixed with LiOH and heated at 850 (C, 8 hours) in an oxygen stream to prepare LiCoO 2 powder having an average particle size of 3 (m). LiCoO 2
LiCoO 2 particles were produced by pulverizing the powder. <Preparation of Positive Electrode> An Al foil having a thickness of 20 μm was used as a current collector, 5% by weight of acetylene black having an average particle diameter of 30 nm was used as a conductive aid in the above-mentioned LiCoO 2 active material, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride was used as a binder polymer. %added. A slurry was prepared using N-methylpyrrolidone as a solvent, applied on one side of a current collector, and dried. The thickness of the positive electrode after pressing with a roller (250 kg / cm) was adjusted to 100 μm except for the current collector. <Production of Nitrogen-Substituted Graphite> Production of graphite in which a part of carbon atoms near the surface is substituted with nitrogen is performed by using commercially available C
This was performed using a VD device. First, graphite powder having a particle size of about 15 μm was put in a nickel metal container and set in a CVD reactor. After heating the vessel to 850 (C) in vacuum, a partial pressure of 5 mTo using argon as carrier gas.
rr acetonitrile was allowed to flow for 5 minutes to replace about 30% of the carbon atoms with nitrogen atoms over a thickness of several nm near the particle surface. <Preparation of Negative Electrode> A 12 μm thick Cu foil was used as a current collector. Similarly to the positive electrode 1, 5% by weight of acetylene black having an average particle diameter of 30 nm was added to the above-mentioned negative electrode active material as a conductive additive, and 3% by weight of polyvinylidene fluoride was added as a binder polymer. A slurry was prepared using N-methylpyrrolidone as a solvent, applied on one side of the current collector, and dried. The thickness of the negative electrode after pressing with a roller (300 Kg / cm) was adjusted to 100 (m) excluding the current collector. <Infiltration of Nonaqueous Electrolyte and Configuration of Secondary Battery> A coil composed of a porous polyethylene separator having a thickness of 25 μm having a pore of 1 micron and the above-described positive electrode and negative electrode was set in an aluminum inner container shown in Fig. 2, and a lead terminal was attached. The electrolytic solution was obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a mixed solvent of ethylene carbonate / dimethyl carbonate at a concentration of 1 mol / L.The above inner container was set in a stainless steel container having electrode terminals attached. After drying, the container was evacuated, the non-aqueous electrolyte was poured into the container, the container was sealed, and the container was heated to 50 C. The water electrolyte was infiltrated into the positive and negative electrodes.

【0070】容器を室温に戻した後容器の電極端子を用
いて、さらに充放電サイクルを行った。後者の操作は充
放電により生じた微小なクラックに非水電解液を浸潤さ
せるためのもので、電池の液枯れ現象防止に有効であ
る。つづいて、十分に非水電解液を浸潤させた内容器を
容器から取り出し、ステンレス製の外容器に挿入した。
外容器にさらに非水電解液を満たした後封止して二次電
池を完成させた。 <充放電特性>上記の方法で得られた電池は、電極の単
位面積当たり5mA/cmの電流密度で電池電圧が
4.2Vになるまで定電流充電を行い、その後4.2V
で電流値が初期の1/20になるまで定電圧で充電を行
った。その後電流の向きを反転し、電池電圧が3Vにな
るまで放電を行った。この充放電を行わせたところ市販
の18650型電池に換算して、1400mAh以上の
高容量であった。さらに充放電の繰り返し特性を調べる
ために、上記の条件の下でこれら二次電池の充放電を1
00回繰り返した後の容量を測定したところ、容量低下
は3%以内であった。さらに、500回充放電を繰り返
しても、容量低下は、15%以内に抑えることが可能で
あることが分かった。 <化学的安定性>電極活物質と非水電解液との反応を確
かめる目的で充放電を100回繰り返した電池の電解質
中に含まれる二酸化炭素の濃度を測定したところ、上記
のいずれの電池についてもその濃度は、10ppm以下
であり、電極活物質と電解質とはほとんど反応していな
いことが分かった。 (比較例1)実施例1と同様にして形成された電極およ
び実施例1と同じ非水電解液を用いて、通常の方法で電
池を形成した。すなわち正極、負極およびセパレーター
からなるコイルをステンレス製の電池容器内に収納した
後、アルゴンドライボックス中で電解質を常温で注入し
封止した。この電池の初期容量は18650型換算で、
5mA/cmの電流密度に於いては1350mAhで
あった。しかしながら充放電サイクルとともに容量が低
下し、充放電を100回繰り返した後の容量は8%低下
した。さらに、500回充放電を行ったところ、容量低
下が25%近くになった。電池を分解して調べたとこ
ろ、電解質の分布にむらが見られ、液枯れ現象が発生し
たことが分かった。このことにより、本発明を用いたリ
チウムイオン二次電池は、初期状態に於ける容量の高容
量化するだけでなく、充放電を繰り返すことによる容量
低下も小さくすることができることが分かった。 (実施例2)実施例1と同様に正極、負極を作成し、構
成したコイルを内容器にセットし、リード線を取り付け
た。電極端子を取り付けたステンレス容器内に上記内容
器をセットし乾燥した後アルゴンドライボックス内に導
入した。容器内を真空引きの後、非水電解液を注入し、
容器を密封した。続いてこの容器を80(Cに加熱し非
水電解液を正負電極に浸潤させた。容器を室温に戻した
後容器の電極端子を用いて、さらに充放電サイクルを行
った。続いて、十分に非水電解液を浸潤させた内容器を
取り出し、ステンレス製の外容器に挿入した。この時外
容器に非水電解液を注入する機構を取り付けた。外容器
にさらに非水電解液を満たした後、封止して二次電池を
完成させた。非水電解液には、実施例1と同様、六フッ
化リン酸リチウム(LiPF)をエチレンカーボネイ
ト/ジメチルカーボネイト混合溶媒に1モル/リットル
の濃度に溶解したものを用いた。実施例1と同様初期の
放電容量を調べたところ、18650型電池に換算し
て、1400mAhの高容量であった。500回充放電
を繰り返すと、容量は1200mAh(14.3%)ま
で低下していた。そこで、外容器に設けられた非水電解
液注入機構より非水電解液を注入した。その後10回程
度充放電を繰り返した後に、容量を調べると、1350
mAhまで容量が回復していることが分かった。さらに
100回充放電を繰り返すと、容量は1280mAh程
度まで低下した。充放電を繰り返すと容量が低下するの
は電極内部で非水電解液の液枯れが起きるためであるこ
とが立証され、さらに非水電解液を外部から補給するこ
とにより、容量を回復することができることが分かっ
た。 (実施例3)実施例1と同様の正極及び負極を作成した
後、平均直径0.1ミクロンの孔を持つ厚さ25μmの
多孔質のポリエチレンセパレータを用い、コイルを作成
した。この時、さらにコイルと内容器の間には電解質保
持用に、平均直径3ミクロンの孔を持つポリエチレンシ
ートをコイルに巻き付けた。この様にして作成したコイ
ルをアルミニウム性の内容器にセットし、リード端子を
取り付けた。電極端子を取り付けたステンレス容器内に
上記内容器をセットし乾燥した後アルゴンドライボック
ス内に導入した。容器内を真空引きの後、非水電解液を
注入し、容器を密封した。続いてこの容器を80(Cに
加熱し非水電解液を正負電極に浸潤させた。容器を室温
に戻した後容器の電極端子を用いて、さらに充放電サイ
クルを行った。続いて、十分に非水電解液を浸潤させた
内容器を容器から取り出し、ステンレス製の外容器に挿
入した。外容器をさらに非水電解液を満たした後封止し
て二次電池を完成させた。非水電解液には、実施例1と
同様、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)をエチレ
ンカーボネイト/ジメチルカーボネイト混合溶媒に1モ
ル/リットルの濃度に溶解したものを用いた。この様に
して作成した電池の初期の放電容量を調べたところ、1
400mAhの高容量であった。次に、100回充放電
を繰りかえしたところ、容量は1350mAh(3.5
7%)に低下した。さらに、500回充放電を行ったと
ころ、容量は1250mAh(10.7%)まで低下す
ることが分かった。このことにより、実施例1の場合よ
り、さらに容量低下を小さくすることが可能になること
が分かった。 (実施例4)実施例1と同様の正極及び負極を作成した
後、平均直径0.1ミクロンの孔を持つ厚さ25μmの
多孔質のポリエチレンセパレータを用い、コイルを作成
した。この時、さらにコイルと内容器の間に多孔質のS
BRシート厚さ1mmのものを巻き付けた。この様にし
て作成したコイルをアルミニウム性の内容器にセット
し、リード端子を取り付けた。電極端子を取り付けたス
テンレス容器内に上記内容器をセットし乾燥した後アル
ゴンドライボックス内に導入した。容器内を真空引きの
後、非水電解液を注入し、容器を密封した。続いてこの
容器を80(Cに加熱し非水電解液を正負電極に浸潤さ
せた。容器を室温に戻した後容器の電極端子を用いて、
さらに充放電サイクルを行った。続いて、十分に非水電
解液を浸潤させた内容器を容器から取り出し、ステンレ
ス製の外容器に挿入した。外容器をさらに非水電解液を
満たした後封止して二次電池を完成させた。非水電解液
には、実施例1と同様、六フッ化リン酸リチウム(Li
PF)をエチレンカーボネイト/ジメチルカーボネイ
ト混合溶媒に1モル/リットルの濃度に溶解したものを
用いた。できた電池の放電容量は1250mAhであ
り、多孔質のSBRシートを用いたために、実施例3と
同程度の放電容量が得られた。さらに、この電池につい
て落下試験(高さ1.9mの所から10回落下)を行っ
たところ、SBRシートを巻かない電池では3/10の
確率で内部短絡が発生したが、SBRシートを巻いた電
池はすべて内部短絡が起きなかった。このことにより耐
衝撃性が良くなかったことが確認された。
After the container was returned to room temperature, a charge / discharge cycle was further performed using the electrode terminals of the container. The latter operation is for infiltrating the non-aqueous electrolyte into minute cracks generated by charging and discharging, and is effective in preventing the battery from draining. Subsequently, the inner container sufficiently infiltrated with the non-aqueous electrolyte was taken out of the container, and inserted into a stainless steel outer container.
The outer container was further filled with a non-aqueous electrolyte and sealed, thereby completing a secondary battery. <Charge / Discharge Characteristics> The battery obtained by the above method was charged at a constant current at a current density of 5 mA / cm 2 per unit area of the electrode until the battery voltage reached 4.2 V, and then 4.2 V was applied.
The battery was charged at a constant voltage until the current value became 1/20 of the initial value. Thereafter, the direction of the current was reversed, and discharging was performed until the battery voltage became 3 V. When the battery was charged and discharged, it had a high capacity of 1400 mAh or more in terms of a commercially available 18650 type battery. Further, in order to examine the repetition characteristics of charging and discharging, the charging and discharging of these
When the capacity after the repetition of 00 times was measured, the capacity reduction was within 3%. Further, it was found that even if charge / discharge was repeated 500 times, the capacity reduction could be suppressed to within 15%. <Chemical stability> The concentration of carbon dioxide contained in the electrolyte of a battery which was repeatedly charged and discharged 100 times for the purpose of confirming the reaction between the electrode active material and the non-aqueous electrolyte was measured. The concentration was 10 ppm or less, and it was found that the electrode active material and the electrolyte hardly reacted. (Comparative Example 1) A battery was formed by an ordinary method using the electrode formed in the same manner as in Example 1 and the same nonaqueous electrolyte as in Example 1. That is, after the coil including the positive electrode, the negative electrode, and the separator was housed in a stainless steel battery container, an electrolyte was injected at room temperature in an argon dry box and sealed. The initial capacity of this battery is 18650 type conversion,
At a current density of 5 mA / cm 2 , it was 1350 mAh. However, the capacity decreased with the charge / discharge cycle, and the capacity after repeating the charge / discharge 100 times decreased by 8%. Further, when the charge and discharge were performed 500 times, the capacity reduction became nearly 25%. When the battery was disassembled and examined, it was found that the electrolyte distribution was uneven, and that a liquid withering phenomenon occurred. Thus, it was found that the lithium ion secondary battery using the present invention can not only increase the capacity in the initial state but also reduce the capacity decrease due to repeated charge and discharge. (Example 2) A positive electrode and a negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1, the formed coil was set in an inner container, and a lead wire was attached. The inner container was set in a stainless steel container to which electrode terminals were attached, dried, and then introduced into an argon dry box. After evacuating the container, inject the non-aqueous electrolyte,
The container was sealed. Subsequently, the container was heated to 80 (C) to infiltrate the nonaqueous electrolyte into the positive and negative electrodes. After the container was returned to room temperature, a charge / discharge cycle was further performed using the electrode terminals of the container. The inner container impregnated with the non-aqueous electrolyte was taken out and inserted into an outer container made of stainless steel, at which time a mechanism for injecting the non-aqueous electrolyte into the outer container was attached. After that, the battery was sealed to complete the secondary battery, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to the non-aqueous electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate / dimethyl carbonate at a mole ratio of 1 mol / l as in Example 1. The initial discharge capacity was determined in the same manner as in Example 1. The initial discharge capacity was 1400 mAh, which was converted to a 18650 type battery. Is 1200 mAh Therefore, the non-aqueous electrolyte was injected from a non-aqueous electrolyte injection mechanism provided in the outer container.After about 10 charge / discharge cycles, the capacity was determined. 1350
It was found that the capacity had recovered to mAh. When charge and discharge were repeated 100 more times, the capacity decreased to about 1280 mAh. It is proved that the capacity decreases when charge and discharge are repeated because the non-aqueous electrolyte solution withers inside the electrode, and the capacity can be recovered by replenishing the non-aqueous electrolyte solution from the outside. I knew I could do it. Example 3 A positive electrode and a negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1, and then a coil was formed using a 25 μm-thick porous polyethylene separator having pores having an average diameter of 0.1 μm. At this time, a polyethylene sheet having a hole having an average diameter of 3 μm was wound around the coil between the coil and the inner container for holding the electrolyte. The coil thus prepared was set in an aluminum inner container, and a lead terminal was attached. The inner container was set in a stainless steel container to which electrode terminals were attached, dried, and then introduced into an argon dry box. After evacuation of the inside of the container, a non-aqueous electrolyte was injected, and the container was sealed. Subsequently, the container was heated to 80 (C) to infiltrate the nonaqueous electrolyte into the positive and negative electrodes. After the container was returned to room temperature, a charge / discharge cycle was further performed using the electrode terminals of the container. The inner container impregnated with the non-aqueous electrolyte was taken out of the container, inserted into a stainless steel outer container, filled with the non-aqueous electrolyte, and sealed to complete the secondary battery. As the water electrolyte, a solution prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a mixed solvent of ethylene carbonate / dimethyl carbonate at a concentration of 1 mol / liter as in Example 1 was used. The initial discharge capacity of the battery was examined.
It had a high capacity of 400 mAh. Next, when charge and discharge were repeated 100 times, the capacity was 1350 mAh (3.5 times).
7%). Further, when charging and discharging were performed 500 times, it was found that the capacity was reduced to 1250 mAh (10.7%). As a result, it has been found that the capacity reduction can be further reduced as compared with the case of the first embodiment. (Example 4) After the same positive electrode and negative electrode as in Example 1 were prepared, a coil was prepared using a 25 μm thick porous polyethylene separator having pores with an average diameter of 0.1 μm. At this time, a porous S is placed between the coil and the inner container.
A BR sheet having a thickness of 1 mm was wound. The coil thus prepared was set in an aluminum inner container, and a lead terminal was attached. The inner container was set in a stainless steel container to which electrode terminals were attached, dried, and then introduced into an argon dry box. After evacuation of the inside of the container, a non-aqueous electrolyte was injected, and the container was sealed. Subsequently, the container was heated to 80 (C) to allow the nonaqueous electrolyte to infiltrate the positive and negative electrodes.
Further, a charge / discharge cycle was performed. Subsequently, the inner container sufficiently infiltrated with the nonaqueous electrolyte was taken out of the container, and inserted into a stainless steel outer container. The outer container was further filled with a non-aqueous electrolyte and then sealed to complete a secondary battery. The non-aqueous electrolyte contains lithium hexafluorophosphate (Li) as in Example 1.
PF 6 ) dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate / dimethyl carbonate at a concentration of 1 mol / liter was used. The resulting battery had a discharge capacity of 1250 mAh. Since a porous SBR sheet was used, the same discharge capacity as in Example 3 was obtained. Further, when a drop test (dropping 10 times from a height of 1.9 m) was performed on this battery, an internal short circuit occurred with a probability of 3/10 in a battery not wound with an SBR sheet, but the SBR sheet was wound. All batteries did not have internal short circuits. This confirmed that the impact resistance was not good.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、容量が高く、かつ充放
電サイクルを繰り返した際に容量劣化の少ない高容量リ
チウムイオン二次電池を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a high capacity lithium ion secondary battery having a high capacity and a small capacity deterioration when the charge and discharge cycle is repeated.

【0072】また、本発明によれば安全性の高いリチウ
ムイオン二次電池を提供することができる。
Further, according to the present invention, a highly safe lithium ion secondary battery can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】電極内のリチウムイオン拡散を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing lithium ion diffusion in an electrode.

【図2】第1発明のリチウムイオン二次電池の構成の一
例を示す概略図。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a configuration of a lithium ion secondary battery of the first invention.

【図3】第3発明のリチウムイオン二次電池の構成の一
例を示す該略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a configuration of a lithium ion secondary battery of a third invention.

【図4】第3発明のリチウムイオン二次電池の別の構成
例を示す該略図。
FIG. 4 is a schematic view showing another configuration example of the lithium ion secondary battery of the third invention.

【図5】第3発明のリチウムイオン二次電池の別の構成
例を示す該略図。
FIG. 5 is a schematic view showing another configuration example of the lithium ion secondary battery of the third invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…蓋 2…内容器 3…電極群 4…外容器 31…蓋 32…内容器 33…電極群 34…外容器 35…容器 42…内容器 43…電極群43 44…外容器44 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lid 2 ... Inner container 3 ... Electrode group 4 ... Outer container 31 ... Lid 32 ... Inner container 33 ... Electrode group 34 ... Outer container 35 ... Container 42 ... Inner container 43 ... Electrode group 43 44 ... Outer container 44

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷部 裕之 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 山田 修司 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 金井 秀之 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)発明者 江草 俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5H023 AA03 AS03 CC06 CC11 CC27 CC28 DD01 DD06 DD08 5H029 AJ03 AJ05 AJ11 AJ12 AK02 AK03 AK05 AL01 AL02 AL03 AL04 AL06 AL07 AL12 AM02 AM03 AM07 BJ21 CJ13 CJ16 CJ23 DJ02 DJ04 DJ08 DJ13 EJ12  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Hasebe 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Kawasaki Office (72) Inventor Shuji Yamada 72-Horikawa-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref. (72) Inventor Hideyuki Kanai 70, Yanagimachi, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Yanagicho Plant (72) Inventor Shun Shun Egusa 1--1 Komukai Toshiba-cho, Yuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Corporation F-term in R & D center (reference) 5H023 AA03 AS03 CC06 CC11 CC27 CC28 DD01 DD06 DD08 5H029 AJ03 AJ05 AJ11 AJ12 AK02 AK03 AK05 AL01 AL02 AL03 AL04 AL06 AL07 AL12 AM02 AM03 AM07 BJ21 CJ13 CJ16 CJ23 DJ02 DJ04 DJ08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出する
材料を備える負極と、前記正極及び前記負極の間に位置
するセパレータとから構成される電極群と;非水溶媒に
リチウム塩を溶解してなる非水電解液と;前記電極群及
び前記非水電解液を収納する内容器と;前記内容器を収
納する外容器と;外容器から内容器に非水電解液を供給
する手段を少なくとも備えることを特徴とするリチウム
イオン二次電池。
An electrode group comprising: a positive electrode; a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium ions; and a separator group disposed between the positive electrode and the negative electrode; and dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent. A nonaqueous electrolytic solution comprising: an inner container for storing the electrode group and the nonaqueous electrolytic solution; an outer container for storing the inner container; and at least means for supplying the nonaqueous electrolytic solution from the outer container to the inner container. A lithium ion secondary battery, comprising:
【請求項2】前記内容器と前記電極群との間に、前記セ
パレータに比較してより多孔質で保液性の高い材料を挿
入することを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン
二次電池。
2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a material that is more porous and has higher liquid retention properties than the separator is inserted between the inner container and the electrode group. battery.
【請求項3】正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出する
材料を備える負極と、前記正極及び前記負極の間に位置
するセパレータとから構成される電極群及び非水電解液
を容器に密閉する密閉工程を備えるリチウムイオン二次
電池の製造方法において、前記密閉工程前に、電極群を
挿入した容器を前記非水電解液に浸漬し充放電を行う充
放電工程を行うことを特徴とするリチウムイオン二次電
池の製造方法。
3. A hermetic seal for sealing a non-aqueous electrolyte and a group of electrodes comprising a positive electrode, a negative electrode comprising a material capable of inserting and extracting lithium ions, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode. In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery comprising a step, before the sealing step, performing a charge / discharge step of immersing the container in which the electrode group is inserted in the nonaqueous electrolyte to perform charge / discharge. A method for manufacturing a secondary battery.
【請求項4】正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出する
材料を備える負極と、前記正極及び前記負極の間に位置
するセパレータとから構成される電極群と;非水溶媒に
リチウム塩を溶解してなる非水電解液と;前記電極群及
び前記非水電解液を収納する内容器と;前記内容器を収
納する外容器と;内容器と外容器との間に挿入された衝
撃吸収材とを備えること特徴とするリチウムイオン二次
電池。
4. An electrode group comprising a positive electrode, a negative electrode provided with a material for storing and releasing lithium ions, and a separator located between the positive electrode and the negative electrode; and dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent. A non-aqueous electrolytic solution; an inner container for storing the electrode group and the non-aqueous electrolytic solution; an outer container for storing the inner container; and a shock absorber inserted between the inner container and the outer container. A lithium ion secondary battery comprising:
【請求項5】前記衝撃吸収材が、難燃性あるいは消火作
用を示す物質であることを特徴とする請求項4記載のリ
チウムイオン二次電池。
5. The lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein said shock absorbing material is a substance exhibiting flame retardancy or fire extinguishing action.
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