JP2006179205A - Nonaqueous electrolytic solution battery - Google Patents

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秀昭 片山
Toshihiro Abe
敏浩 阿部
Hiroshi Sugiyama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte battery which has superior safety even in the case of an emergency such as an overcharge and inner short circuit, and which has superior rapid charging characteristics. <P>SOLUTION: This is a nonaqueous electrolyte battery which is provided with a cathode having an active material containing a layer that contains an active material capable of storing and releasing lithium ions on one face or both faces of a current collector, an anode containing an active material capable of storing and releasing lithium ions, and an ion permeable insulation layer interposed between the cathode and the anode, in which a capacity per a unit volume of the active material containing layer in the cathode is 250 mAh/cm<SP>3</SP>or more, and in this nonaqueous electrolyte battery when charging is carried out under a condition that total charge time is 10 minutes, of which the charge time at a current value of 5 C or more is 8 minutes or more, a charged amount reaches 80% or more of the totally charged amount where charging is carried out under a constant current at 0.2 C up to 4.2 V, and then charging is continued under a constant voltage at 4.2 V up to the total charge time becomes 7 hours, and which does not ignite fire even if charging is carried out for an hour under a condition of 6 C and 15 V. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水電解質電池に関し、更に詳しくは、特に携帯用電子機器、電気自動車、ロードレベリングなどの電源として使用するのに適しており、しかも安全性に優れた非水電解質電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte battery that is particularly suitable for use as a power source for portable electronic devices, electric vehicles, road leveling, etc., and that is excellent in safety. is there.

非水電池の一種であるリチウムイオン電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。しかしながら、リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池といったアルカリ電解液系の二次電池に比べて出力密度が劣り、更には急速充電、急速放電特性の面で不利であるという問題がある。   Lithium ion batteries, which are a type of non-aqueous battery, are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. However, the lithium ion battery has a problem that the output density is inferior to that of an alkaline electrolyte secondary battery such as a nickel cadmium battery or a nickel metal hydride battery, and further, it is disadvantageous in terms of rapid charge and rapid discharge characteristics.

上記のようなリチウムイオン電池における問題点を解決するために、正極活物質を微粒子化する(特許文献1)、活物質層の厚みを薄くする(特許文献2、3)、電極材料である活性炭を複合化する(特許文献4、5)などの技術が提案されている。   In order to solve the problems in the lithium ion battery as described above, the positive electrode active material is made into fine particles (Patent Document 1), the thickness of the active material layer is decreased (Patent Documents 2 and 3), and activated carbon which is an electrode material Techniques such as compounding (Patent Documents 4 and 5) have been proposed.

特開2004−311297号公報JP 2004-311297 A 特開平11−329409号公報JP 11-329409 A 特開2001−118569号公報JP 2001-118569 A 特開2004−178828号公報JP 2004-178828 A 特開2004−296431号公報JP 2004-296431 A

しかしながら、特許文献1〜5の技術は、特に出力密度の向上を図るものであり、例えば、急速充電特性や安全性に関しては、十分な検討がなされていない。   However, the techniques of Patent Documents 1 to 5 are intended to improve the output density, and for example, sufficient studies have not been made on the quick charge characteristics and safety.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、過充電や内部短絡といった異常時における安全性が良好であると共に、急速充電特性にも優れた非水電解質電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte battery that is excellent in safety at the time of abnormality such as overcharge and internal short circuit and also excellent in quick charge characteristics. .

上記目的を達成し得た本発明の非水電解質電池は、集電体の片面または両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する活物質含有層を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極と、該正極と該負極との間に介在するイオン透過性絶縁層を備えた非水電解質電池であって、下記(1)または(2)の要件を満足することを特徴とするものである。   The non-aqueous electrolyte battery of the present invention that has achieved the above object is a positive electrode having an active material containing layer containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions on one or both sides of a current collector, and occluding and releasing lithium ions. A nonaqueous electrolyte battery comprising a negative electrode containing a possible active material, and an ion-permeable insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, which satisfies the following requirement (1) or (2) It is characterized by this.

(1)正極における上記活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上であり、総充電時間を10分間とし、そのうち、5C以上の電流値での充電時間を8分以上とする条件で充電した際の充電容量が、0.2Cで4.2Vまで定電流充電し、引き続き4.2Vで定電圧充電し、総充電時間を7時間とした際の充電容量に対して、80%以上であり、6C、15Vの条件で1時間充電を行っても発火しない。 (1) The capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more, the total charging time is 10 minutes, and the charging time at a current value of 5 C or more is 8 minutes or more. The charging capacity when charging under conditions is constant current charging to 4.2 V at 0.2 C, then constant voltage charging at 4.2 V, and the charging capacity when the total charging time is 7 hours is 80 %, And it does not ignite even if it is charged for 1 hour under conditions of 6C and 15V.

(2)正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下であり、且つ上記イオン透過性絶縁層の厚みが、正極における上記活物質含有層の厚み以上である。   (2) The thickness of the active material-containing layer in the positive electrode is 30 μm or less, and the thickness of the ion-permeable insulating layer is equal to or greater than the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode.

上記(1)の要件を満足する非水電解質電池においては、正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下であることが好ましい。また、上記(2)の要件を満足する非水電解質電池においては、正極における上記活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上であることが推奨される。 In the nonaqueous electrolyte battery that satisfies the requirement (1), the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode is preferably 30 μm or less. In addition, in the nonaqueous electrolyte battery that satisfies the requirement (2), it is recommended that the capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more.

なお、後述するように、本発明の電池では、正極および負極を、イオン透過性絶縁層を介して積層した積層電極体としたり、更に巻回した巻回電極体として、使用することが好ましいが、このような電極体では、正極における活物質含有層やイオン透過性絶縁層が複数存在する場合もある。本発明でいう「正極における活物質含有層の厚み」とは、1対の正極、イオン透過性絶縁層、負極を構成単位としたときの、該構成単位における集電体上に形成された活物質含有層の、集電体表面からイオン透過性絶縁層までの厚みのことであり、「イオン透過性絶縁層の厚み」とは、上記構成単位における正極−負極間のイオン透過性絶縁層の厚みである。また、本発明における活物質含有層の厚み、およびイオン透過性絶縁層の厚みは、シックネスゲージ(ミツトヨ社製「ID−C112」)を用いて測定した厚みである。   As will be described later, in the battery of the present invention, the positive electrode and the negative electrode are preferably used as a laminated electrode body laminated with an ion-permeable insulating layer or as a wound electrode body wound further. In such an electrode body, there may be a plurality of active material-containing layers and ion-permeable insulating layers in the positive electrode. In the present invention, the “thickness of the active material-containing layer in the positive electrode” refers to the active material formed on the current collector in the structural unit when the pair of positive electrode, ion-permeable insulating layer, and negative electrode are used as the structural unit. The thickness of the substance-containing layer from the current collector surface to the ion-permeable insulating layer, and “the thickness of the ion-permeable insulating layer” is the thickness of the ion-permeable insulating layer between the positive electrode and the negative electrode in the structural unit. It is thickness. In addition, the thickness of the active material-containing layer and the thickness of the ion-permeable insulating layer in the present invention are thicknesses measured using a thickness gauge (“ID-C112” manufactured by Mitutoyo Corporation).

本発明によれば、過充電や内部短絡といった異常時における発火などが抑制されており、安全性が良好であると共に、急速充電特性にも優れた非水電解質電池が提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte battery that suppresses ignition in the event of an abnormality such as overcharge or internal short circuit, has good safety, and excellent quick charge characteristics.

本発明の非水電解質電池の第1の態様は、上記(1)の要件を備えている点、すなわち、正極における上記活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上であり、総充電時間を10分間とし、そのうち、5C以上の電流値での充電時間を8分以上とする条件で充電した際の充電容量が、0.2Cで4.2Vまで定電流充電し、引き続き4.2Vで定電圧充電し、総充電時間を7時間とした際の充電容量に対して、80%以上であり、6C、15Vの条件で1時間充電を行っても発火しないという点に特徴を有している。 The first aspect of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is the point having the requirement (1) above, that is, the capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more, The total charging time is 10 minutes, and the charging capacity when charging under the condition that the charging time at a current value of 5C or more is 8 minutes or more is constant current charging to 4.2V at 0.2C. .Characteristic in that it is 80% or more of the charging capacity when charging at a constant voltage of 2V and the total charging time is 7 hours, and it does not ignite even if it is charged for 1 hour under the conditions of 6C and 15V. Have.

本発明の第1の態様において、正極における活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上であることが要求されるのは、非水電解質電池としての基本的な特性(高エネルギー密度であること)を確保するためである。上記活物質含有層の単位体積当たりの容量は、400mAh/cm以上であることがより好ましい。また、上記活物質含有層の単位体積当たりの容量は、750mAh/cm以下であることが望ましい。 In the first aspect of the present invention, it is required that the capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more because it is a basic characteristic (high energy) as a nonaqueous electrolyte battery. This is to ensure the density). As for the capacity | capacitance per unit volume of the said active material content layer, it is more preferable that it is 400 mAh / cm < 3 > or more. The capacity per unit volume of the active material-containing layer is preferably 750 mAh / cm 3 or less.

また、本発明の第1の態様では、総充電時間を10分間とし、そのうち、5C以上の電流値での充電が8分以上である条件で充電した際[「充電条件(A)」とする]の充電容量が、0.2Cで4.2Vまで定電流充電し、引き続き4.2Vで定電圧充電し、総充電時間を7時間とした際[「充電条件(B)」とする]の充電容量に対して、80%以上である。   In the first aspect of the present invention, the total charging time is 10 minutes, and when charging at a current value of 5 C or more is 8 minutes or more [“charging condition (A)”. ] When the charging capacity is constant current charging to 4.2 V at 0.2 C, then constant voltage charging at 4.2 V, and the total charging time is 7 hours ["Charging condition (B)"] 80% or more of the charge capacity.

すなわち、充電条件(B)は、比較的長時間かけて、電池が本質的に有している容量をできる限り満たすように充電する条件であり、他方、充電条件(A)は、10分間という短時間での充電条件である。そして、上記の割合、すなわち、充電条件(B)での充電容量に対する充電条件(A)での充電容量の割合(%、以下、「急速充電容量割合」ということがある)が大きいほど、電池が本質的に有している容量を短時間で充電できる特性、すなわち、急速充電特性が優れていることを示している。なお、上記急速充電容量割合は、85%以上であることがより好ましい。   That is, the charging condition (B) is a condition of charging so as to satisfy the capacity of the battery as much as possible over a relatively long time, while the charging condition (A) is 10 minutes. It is a charging condition in a short time. The larger the above-mentioned ratio, that is, the ratio of the charging capacity in the charging condition (A) to the charging capacity in the charging condition (B) (%, hereinafter may be referred to as “rapid charging capacity ratio”), the battery It is shown that the characteristics that can essentially charge the capacity of the battery can be charged in a short time, that is, the quick charge characteristics are excellent. The rapid charge capacity ratio is more preferably 85% or more.

また、本発明の非水電解質電池では、過充電などの異常時における安全性にも優れている。具体的には、本発明の第1の態様に係る電池において、6C、15Vの条件での充電、すなわち、過充電を1時間行っても発火しない。   In addition, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is excellent in safety at the time of abnormality such as overcharge. Specifically, the battery according to the first aspect of the present invention does not ignite even when charging under conditions of 6 C and 15 V, that is, overcharging for 1 hour.

更に、本発明の第1の態様においては、正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下であることが好ましい。上記活物質含有層がこのような厚みである場合には、電池の急速充電特性の向上が容易となる他、電池の出力密度を高めることができる。   Furthermore, in the 1st aspect of this invention, it is preferable that the thickness of the said active material content layer in a positive electrode is 30 micrometers or less. When the active material-containing layer has such a thickness, it is easy to improve the quick charge characteristics of the battery, and the output density of the battery can be increased.

また、本発明の第1の態様においては、上記イオン透過性絶縁層の厚みが、正極における上記活物質含有層の厚み以上であることが好ましく、該活物質含有層の厚みの1.5倍以上であることがより好ましい。かかる構成を採用することで、電池の安全性の確保が容易となる(詳しくは、後記の第2の態様の説明の箇所で述べる)。なお、イオン透過性絶縁層の厚みは、上記活物質含有層の厚みの5倍以下であることが望ましい。活物質含有層が厚すぎると、エネルギー密度の低下や内部抵抗の増大などの不都合が生じることがある。   In the first aspect of the present invention, the thickness of the ion-permeable insulating layer is preferably equal to or greater than the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode, and is 1.5 times the thickness of the active material-containing layer. More preferably. By adopting such a configuration, it becomes easy to ensure the safety of the battery (details will be described later in the description of the second aspect). The thickness of the ion-permeable insulating layer is desirably 5 times or less the thickness of the active material-containing layer. If the active material-containing layer is too thick, problems such as a decrease in energy density and an increase in internal resistance may occur.

上記第1の態様に係る特性を有する非水電解質電池は、例えば、後記の第2の態様に係る構成を採用することにより得ることができる。   The nonaqueous electrolyte battery having the characteristics according to the first aspect can be obtained, for example, by adopting the configuration according to the second aspect described later.

本発明の非水電解質電池の第2の態様は、上記(2)の要件を備えている点、すなわち、正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下であり、且つ上記イオン透過性絶縁層の厚みが、正極における上記活物質含有層の厚み以上である点に特徴を有している。   The second aspect of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is the point having the requirement (2) above, that is, the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode is 30 μm or less, and the ion-permeable insulating layer. Is characterized in that the thickness is equal to or greater than the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode.

本発明の非水電解質電池の如きリチウムイオン電池の正極材料(正極活物質)としては、通常、LiCoOやLiMnといったリチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられている。これらの活物質は通常、結晶粒子の形態で用いられ、例えば、炭素質の導電助剤、結着剤などと共にスラリー状の組成物とし、該組成物を、アルミニウム箔などの集電体表面に塗布して活物質含有層を形成することが行われている。 As a positive electrode material (positive electrode active material) of a lithium ion battery such as the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, a composite oxide of lithium and a transition metal such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is usually used. These active materials are usually used in the form of crystal particles, for example, a slurry-like composition together with a carbonaceous conductive aid, binder, etc., and the composition is applied to the surface of a current collector such as an aluminum foil. An active material-containing layer is formed by coating.

このような非水電解質電池では、短時間で、比較的大きな電流値で充電を行う場合、該充電には、電極表面(活物質含有層表面)近傍での電池反応が関与するため、例えば、活物質含有層の厚みが大きい場合に、その集電体近傍などでは、充電が十分に達成され難い。そのため、非水電解質電池の急速充電特性を高める観点からは、例えば、正極における活物質含有層を薄くすることが好ましい。このような構成を採用することで、比較的大きな電流値で、短時間で充電を行った際に、充電に関与し得る活物質の割合を高めて、上記の急速充電容量割合を向上させることができる。   In such a nonaqueous electrolyte battery, when charging with a relatively large current value in a short time, the charging involves a battery reaction in the vicinity of the electrode surface (active material-containing layer surface). When the thickness of the active material-containing layer is large, charging is difficult to be achieved in the vicinity of the current collector. Therefore, from the viewpoint of improving the quick charge characteristics of the nonaqueous electrolyte battery, for example, it is preferable to thin the active material-containing layer in the positive electrode. By adopting such a configuration, when charging is performed in a short time with a relatively large current value, the ratio of active materials that can participate in charging is increased, and the above-mentioned rapid charging capacity ratio is improved. Can do.

しかしながら、正極における活物質含有層は、活物質結晶粒子の粒径よりも薄くすることはできない。また、結晶粒子が活物質含有層の厚みに近づくと、活物質含有層の厚みムラが大きくなり、電極表面(活物質含有層表面)に突起部が生じることになる。この場合、正極と負極との間に介在し絶縁層としての役割を果たすセパレータが、正極表面の上記突起部によって傷つきやすく、これにより短絡が発生しやすくなる。こうした問題を回避するためには、正極活物質である結晶粒子を更に小さく、微粒子化する必要があるが、このような微粒子を使用すると、活物質の比表面積、延いては正極表面の比表面積が大きくなりすぎて、過充電や内部短絡といった異常時において、急激な反応を引き起こしやすいため、電池の安全性を確保することが困難でとなる。   However, the active material-containing layer in the positive electrode cannot be made thinner than the particle size of the active material crystal particles. Moreover, when the crystal particles approach the thickness of the active material-containing layer, the thickness unevenness of the active material-containing layer increases, and a protrusion is generated on the electrode surface (active material-containing layer surface). In this case, the separator that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and serves as an insulating layer is likely to be damaged by the protrusions on the surface of the positive electrode, thereby causing a short circuit. In order to avoid such problems, it is necessary to make the positive electrode active material crystal particles smaller and finer. However, when such fine particles are used, the specific surface area of the active material, and thus the specific surface area of the positive electrode surface. Becomes too large to cause a rapid reaction in the event of an abnormality such as overcharge or internal short circuit, making it difficult to ensure the safety of the battery.

そこで、本発明の第2の態様では、急速充電特性を向上させるために正極における活物質含有層の厚みを薄くすることに加えて、正極と負極の間に介在し、セパレータの役割を果たすイオン透過性絶縁層の厚みを、上記活物質含有層の厚み以上として、電池の安全性も向上させている。   Therefore, in the second aspect of the present invention, in addition to reducing the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode in order to improve the quick charge characteristics, the ions are interposed between the positive electrode and the negative electrode and serve as a separator. The safety of the battery is also improved by setting the thickness of the transparent insulating layer to be equal to or greater than the thickness of the active material-containing layer.

すなわち、本発明の第2の態様において、正極における活物質含有層の厚みは30μm以下である。活物質含有層の厚みが大きすぎると、急速充電特性に優れた電池とすることが困難となる。また、電池の出力密度も低下する。活物質含有層の厚みは、15μm以下であることが好ましい。また、活物質含有層の厚みの下限は、2μmであることが望ましい。活物質含有層の厚みは、上記値を満たしつつ、イオン透過性絶縁層との厚み比が、上述の関係を満足するように選択することが推奨される。   That is, in the second aspect of the present invention, the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode is 30 μm or less. When the thickness of the active material-containing layer is too large, it becomes difficult to obtain a battery having excellent quick charge characteristics. In addition, the output density of the battery also decreases. The thickness of the active material-containing layer is preferably 15 μm or less. In addition, the lower limit of the thickness of the active material-containing layer is desirably 2 μm. It is recommended that the thickness of the active material-containing layer be selected so that the thickness ratio with the ion-permeable insulating layer satisfies the above-mentioned relationship while satisfying the above value.

また、本発明の第2の態様において、イオン透過性絶縁層の厚みは、正極における活物質含有層の厚み以上であり、上記活物質含有層の厚みの1.5倍以上であることがより好ましい。イオン透過性絶縁層の厚みと上記活物質含有層の厚みとの関係を、このように制御することで、活物質による該絶縁層の破損や、活物質粒子の粒径が小さく、正極の比表面積が大きい場合に、異常時において生じ得る急激な反応を抑制して、電池の安全性を向上させることができる。なお、イオン透過性絶縁層の厚みは、正極における活物質含有層の厚みの5倍以下であることが望ましい。   Further, in the second aspect of the present invention, the thickness of the ion-permeable insulating layer is not less than the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode, and more preferably not less than 1.5 times the thickness of the active material-containing layer. preferable. By controlling the relationship between the thickness of the ion-permeable insulating layer and the thickness of the active material-containing layer in this way, the insulating layer is damaged by the active material, the particle size of the active material particles is small, and the ratio of the positive electrode When the surface area is large, the rapid reaction that can occur at the time of abnormality can be suppressed, and the safety of the battery can be improved. The thickness of the ion permeable insulating layer is desirably 5 times or less the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode.

更に、本発明の第2の態様においては、正極における活物質含有層の単位体積当たりの容量(容量密度)が、250mAh/cm以上であることが好ましく、400mAh/cm以上であることがより好ましい。活物質含有層の容量密度がこのような値である場合には、電池の高エネルギー密度化が達成できるため、高出力密度であり且つ高エネルギー密度の電池とすることができる。すなわち、活物質含有層の容量密度が小さすぎると、電池の出力密度が小さくなる。また、活物質含有層の容量密度の上限は、700mAh/cmであることが望ましい。 Further, in the second aspect of the present invention, the capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode (capacity density), it is preferably 250 mAh / cm 3 or more and 400 mAh / cm 3 or more More preferred. When the capacity density of the active material-containing layer is such a value, the battery can be increased in energy density, so that a battery having a high output density and a high energy density can be obtained. That is, when the capacity density of the active material-containing layer is too small, the output density of the battery becomes small. In addition, the upper limit of the capacity density of the active material-containing layer is desirably 700 mAh / cm 3 .

次に、本発明の非水電解質電池の構成のうち、第1の態様と第2の態様に共通する事項について詳細に説明する。   Next, in the configuration of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, matters common to the first aspect and the second aspect will be described in detail.

本発明の非水電解質電池に係る正極は、集電体の片面または両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する活物質含有層が形成されてなるものである。正極活物質としては、例えば、Li1−x1−yで(−0.1<x<0.1、−0.1<y<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物;LiMnなどのリチウムマンガン酸化物;LiMnのMnの一部を他元素で置換したLi1+xMn2−x−y(0≦x≦0.1、0≦y≦0.3);オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5;Li(1+a)MnNiCo(1−x−y)(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などを適用することが可能である。これらの正極活物質に公知の導電助剤(カーボンブラック、アセチレンブラックなどの炭素材料など)やポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤などを適宜添加した正極合剤を、集電体を芯材として成形体(活物質含有層)に仕上げたものなどを正極として用いることができる。 The positive electrode according to the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is obtained by forming an active material-containing layer containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions on one side or both sides of a current collector. As the positive electrode active material, for example, Li 1-x M 1-y O 2 (-0.1 <x <0.1, -0.1 <y <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc. Li-containing transition metal oxide having a layered structure represented by: LiMn 2 O 4 or other lithium manganese oxide; Li 1 + x Mn 2−xy M in which a part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.3); olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 ; Li ( 1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0.5); Is possible. A positive electrode mixture in which a known conductive additive (carbon material such as carbon black or acetylene black) or a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is appropriately added to these positive electrode active materials, and a current collector as a core As the material, a finished product (active material-containing layer) or the like can be used as the positive electrode.

正極活物質の粒径は、最大粒径が活物質含有層の厚み以下であることが必要であるが、例えば、平均粒径0.1〜5μmのものが好適に用いられる。また、正極活物質の粒径が、活物質含有層の厚みの1/4以下であることが、より好ましい。粒径が小さすぎると、活物質の比表面積が大きくなりすぎて電池の安全性向上効果が小さくなることがあり、粒径が大きすぎると、活物質含有層表面の粗さが大きくなり、正負極間の絶縁を保つのが難しくなる。また、活物質は適宜、導電剤と複合化して用いることもできる。このような複合化は、従来公知の方法(例えば、特開2004−178828号公報や、特開平11−283612号公報に開示の方法)により実施することができる。   As for the particle size of the positive electrode active material, the maximum particle size needs to be equal to or less than the thickness of the active material-containing layer. For example, those having an average particle size of 0.1 to 5 μm are preferably used. Moreover, it is more preferable that the particle diameter of the positive electrode active material is ¼ or less of the thickness of the active material-containing layer. If the particle size is too small, the specific surface area of the active material may become too large, and the effect of improving the safety of the battery may be reduced. If the particle size is too large, the surface roughness of the active material-containing layer will increase, and It becomes difficult to maintain insulation between the negative electrodes. In addition, the active material can be combined with a conductive agent as appropriate. Such compounding can be performed by a conventionally known method (for example, a method disclosed in JP-A No. 2004-178828 or JP-A No. 11-283612).

正極の集電体としては、例えば、アルミニウム製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10μm以上30μm以下のアルミニウム箔が好適に用いられる。厚みが小さすぎると、箔の強度が低すぎて取り扱いが困難になり、厚みが大きすぎると、電池中に占める箔の割合が大きくなりすぎてエネルギー密度が低下する。   As the positive electrode current collector, for example, an aluminum foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. However, an aluminum foil having a thickness of 10 μm to 30 μm is preferably used. If the thickness is too small, the strength of the foil is too low and handling becomes difficult. If the thickness is too large, the proportion of the foil in the battery becomes too large and the energy density decreases.

正極における活物質含有層は、例えば、上記の正極活物質、導電助剤、および結着剤、並びに分散媒などを含有する組成物(ペースト、スラリーなど)を、正極集電体表面に塗布し、乾燥することで形成することができる。活物質含有層形成用組成物に用い得る分散媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、水、トルエンなどが挙げられる。なお、活物質含有層形成用組成物においては、一部の含有成分が上記分散媒に溶解していても構わない。活物質含有層形成用組成物を集電体に塗布する方法としては、例えば、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、グラビアコーター、フレキソコーター、ナイフコーターなどの各種コーターを使用した塗布方法が採用できる。また、上記組成物塗布後の乾燥方法・条件としては、例えば、100〜120℃の温風中に2〜20秒通すことなどが挙げられる。また、乾燥の後には、カレンダー処理などによって活物質含有層の厚みを調節することもできる。   The active material-containing layer in the positive electrode is formed by, for example, applying a composition (paste, slurry, etc.) containing the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the dispersion medium to the surface of the positive electrode current collector. It can be formed by drying. Examples of the dispersion medium that can be used in the composition for forming an active material-containing layer include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), water, toluene, and the like. In the composition for forming an active material-containing layer, a part of the components may be dissolved in the dispersion medium. As a method of applying the active material-containing layer forming composition to the current collector, for example, a coating method using various coaters such as a die coater, a curtain coater, a spray coater, a gravure coater, a flexo coater, and a knife coater can be employed. . Moreover, as a drying method and conditions after application | coating of the said composition, passing for 2 to 20 second in 100-120 degreeC warm air is mentioned, for example. In addition, after drying, the thickness of the active material-containing layer can be adjusted by calendaring or the like.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に活物質含有層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   The lead portion on the positive electrode side is usually provided by leaving an exposed portion of the current collector without forming an active material-containing layer on a part of the current collector when forming the positive electrode, and using that as the lead portion. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

本発明に係る負極は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有するものであればよく、従来公知の非水電解質電池(リチウムイオン電池)に用いられている負極であれば特に制限は無い。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極活物質含有層)に仕上げたものが用いられる他、上記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、若しくは集電体上に負極活物質含有層として形成したものを用いてもよい。   The negative electrode according to the present invention is not particularly limited as long as it contains an active material capable of occluding and releasing lithium ions and is a negative electrode used in a conventionally known nonaqueous electrolyte battery (lithium ion battery). . For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials is formed into a molded body (negative electrode active material-containing layer) using a current collector as a core material. In addition, the above-mentioned various alloys and lithium metal foils may be used alone or formed as a negative electrode active material-containing layer on a current collector.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。負極集電体の厚みは、6〜30μmであることが望ましい。集電体が薄すぎると、その強度が弱くなりすぎて取り扱いが困難となり、厚すぎると、電池内において集電体が占める体積割合が大きくなって、電池のエネルギー密度が低下してしまう。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. The thickness of the negative electrode current collector is desirably 6 to 30 μm. If the current collector is too thin, its strength becomes too weak and difficult to handle, and if it is too thick, the volume ratio occupied by the current collector in the battery increases, and the energy density of the battery decreases.

なお、上記電極を負極とする場合において、上述の負極合剤で構成される活物質含有層は、負極活物質や結着剤、および溶媒または分散媒などを含有する組成物(ペースト、スラリーなど)を、負極集電体表面に塗布し、乾燥することで形成することができる。活物質含有層形成用組成物に用い得る溶媒または分散媒としては、例えば、水、NMP、トルエンなどが挙げられる。活物質含有層形成用組成物を集電体に塗布する方法としては、正極の活物質含有層形成用組成物の塗布法として説明した各種コーターを用いた方法と同じ方法が採用できる。また、上記組成物塗布後の乾燥方法・条件としては、例えば、100〜120℃の温風中に2〜20秒通すことなどが挙げられる。また、乾燥の後には、カレンダー処理などによって活物質含有層の厚みを調節することもできる。   When the electrode is used as a negative electrode, the active material-containing layer formed of the negative electrode mixture is a composition containing a negative electrode active material, a binder, a solvent, a dispersion medium, or the like (a paste, a slurry, etc. ) Is applied to the surface of the negative electrode current collector and dried. Examples of the solvent or dispersion medium that can be used in the composition for forming an active material-containing layer include water, NMP, toluene, and the like. As a method for applying the active material-containing layer forming composition to the current collector, the same method as the method using various coaters described as the method for applying the positive electrode active material-containing layer forming composition can be employed. Moreover, as a drying method and conditions after application | coating of the said composition, passing for 2 to 20 second in 100-120 degreeC warm air is mentioned, for example. In addition, after drying, the thickness of the active material-containing layer can be adjusted by calendaring or the like.

負極側のリード部も、正極側のリード部と同様に、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極活物質含有層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、この負極側のリード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けても良い。   The lead part on the negative electrode side, like the lead part on the positive electrode side, usually leaves an exposed part of the current collector without forming a negative electrode active material-containing layer on a part of the current collector during the preparation of the negative electrode. The lead portion is provided. However, the negative electrode side lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.

本発明に係るイオン透過性絶縁層は、正極と負極との間に介在して、セパレータとしての役割を果たすものである。   The ion-permeable insulating layer according to the present invention is interposed between the positive electrode and the negative electrode and serves as a separator.

イオン透過性絶縁層は、電池反応のためのイオン透過性と、正極−負極間での短絡を防止し得る絶縁性を有していれば特に限定されない。例えば、従来公知のリチウムイオン電池で採用されているポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)などの樹脂製の微多孔膜(例えば、東燃化学那須株式会社製「E16MMS」など)のようなイオン透過性の独立膜を用いることができる。より好ましくは、正極および/または負極表面に形成され、正極および/または負極(以下、正極と負極を纏めて「電極」と称する場合がある)と一体化されてなるイオン透過性絶縁層である。こうしたイオン透過性絶縁層としては、例えば、国際公開98/38688号パンフレットや特開平10−163075号公報に開示されているように、有機や無機の微粒子を含む組成物を電極表面に塗布して形成されたもの;特許第3371839号公報、特開平11−86844号公報、特開2004−2658号公報に開示されているように、樹脂を含む溶液を電極表面に塗布した後、該樹脂の貧溶媒で溶液溶媒を置換したり、該樹脂溶液に、該樹脂を溶解し得ない特定溶媒にも溶解可能な物質を混入しておき、これを電極表面に塗布して層形成した後、該特定溶媒で該物質を溶解させるなどして、多孔質化したもの;などを用いることができる。また、上記の電極と一体化されてなるイオン透過性絶縁層と同じもの(層)を、電極表面でなく、基材表面に形成した後、該基材表面から剥離して独立膜として得、これをイオン透過性絶縁層として用いることもできる。   The ion-permeable insulating layer is not particularly limited as long as it has ion permeability for battery reaction and insulation that can prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. For example, independent ion-permeable properties such as microporous membranes made of resin such as polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.) used in conventionally known lithium ion batteries (for example, “E16MMS” manufactured by Tonen Chemical Nasu Co., Ltd.) A membrane can be used. More preferably, it is an ion-permeable insulating layer formed on the surface of the positive electrode and / or the negative electrode and integrated with the positive electrode and / or the negative electrode (hereinafter, the positive electrode and the negative electrode may be collectively referred to as “electrode”). . As such an ion-permeable insulating layer, for example, a composition containing organic or inorganic fine particles is applied to the electrode surface as disclosed in WO98 / 38688 pamphlet or JP-A-10-163075. As formed, as disclosed in Japanese Patent No. 3371839, Japanese Patent Laid-Open No. 11-86844, and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2658, after applying a solution containing a resin to the electrode surface, After replacing the solution solvent with a solvent, or mixing the resin solution with a substance that can be dissolved in a specific solvent that cannot dissolve the resin, applying this to the electrode surface to form a layer, What is made porous by dissolving the substance with a solvent, etc. can be used. Moreover, after forming the same (layer) as the ion-permeable insulating layer integrated with the electrode on the substrate surface instead of the electrode surface, it is peeled off from the substrate surface to obtain an independent film, This can also be used as an ion-permeable insulating layer.

なお、イオン透過性絶縁層を電極と一体化する場合には、正負極のいずれの表面に該絶縁層を形成してもよいが、良好な絶縁性を確保するためには、幅の広い方の電極表面に形成することが望ましい。通常は、電極端面部での電荷集中によるデンドライト発生を避けるために負極の幅を正極よりもやや広めにすることが行われているが、このような場合には、負極表面に形成するのが望ましい。また、正極、負極の両者にイオン透過性絶縁層を形成してもよいし、正極、負極とイオン透過性絶縁層(上記の各独立膜)を積層または巻回した後、熱プレスなどの方法により一体化させてもよい。   When the ion-permeable insulating layer is integrated with the electrode, the insulating layer may be formed on any surface of the positive and negative electrodes, but in order to ensure good insulation, the wider one is used. It is desirable to form on the electrode surface. Normally, in order to avoid dendrite generation due to charge concentration at the electrode end face, the width of the negative electrode is made slightly wider than the positive electrode, but in such a case, it is formed on the negative electrode surface. desirable. Further, an ion permeable insulating layer may be formed on both the positive electrode and the negative electrode, or a method such as hot pressing after laminating or winding the positive electrode, the negative electrode and the ion permeable insulating layer (each of the above independent films). May be integrated.

イオン透過性絶縁層の厚みは、電極の表面粗さに鑑みて、例えば、電極の表面粗さ(凸部と凹部の差)の2倍以上であることが望ましい。厚みが小さすぎると、電極表面の凸部を十分に覆うことが困難となり、短絡が生じやすくなる。具体的には、5μm以上、より好ましくは10μm以上であることが望ましい。他方、イオン透過性絶縁層が厚すぎると、電池のエネルギー密度が小さくなる傾向にあるため、30μm以下、より好ましくは20μm以下であることが推奨される。イオン透過性絶縁層は厚みは、上記好適値を満たしつつ、正極における活物質含有層との厚み比が、上述の関係を満足するように選択することが推奨される。   In view of the surface roughness of the electrode, the thickness of the ion-permeable insulating layer is desirably, for example, at least twice the surface roughness of the electrode (difference between the convex portion and the concave portion). If the thickness is too small, it is difficult to sufficiently cover the convex portions on the electrode surface, and a short circuit tends to occur. Specifically, it is desirable that it is 5 μm or more, more preferably 10 μm or more. On the other hand, if the ion-permeable insulating layer is too thick, the energy density of the battery tends to decrease, so it is recommended that it be 30 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is recommended that the ion-permeable insulating layer be selected so that the thickness ratio with the active material-containing layer in the positive electrode satisfies the above-mentioned relationship while satisfying the above-mentioned preferred value.

また、イオン透過性絶縁層を構成する樹脂や有機微粒子を適度な温度で溶融または軟化する熱可塑性の樹脂を用いることで、電池内温度が上昇した場合に、該絶縁層の空孔が閉塞して内部抵抗を増大させるシャットダウン機能を持たせることも可能である。シャットダウン温度(内部抵抗が上昇する温度)は80〜150℃で起こることが好ましく、100〜130℃で起こることがより好ましい。したがって、イオン透過性絶縁層の構成樹脂(上記の有機微粒子を含む)が溶融または軟化する温度は、シャットダウン温度とほぼ等しいため、溶融または軟化する温度が上記のシャットダウン温度の範囲内にある樹脂や有機微粒子を用いることで、良好にシャットダウン機能を発揮させることができる。   In addition, by using a resin that constitutes the ion-permeable insulating layer or a thermoplastic resin that melts or softens the organic fine particles at an appropriate temperature, when the temperature inside the battery rises, the pores of the insulating layer are blocked. It is also possible to provide a shutdown function that increases the internal resistance. The shutdown temperature (temperature at which the internal resistance increases) preferably occurs at 80 to 150 ° C, more preferably 100 to 130 ° C. Therefore, the temperature at which the constituent resin (including the above organic fine particles) of the ion-permeable insulating layer melts or softens is approximately equal to the shutdown temperature, and therefore the resin that has a melting or softening temperature within the above shutdown temperature range. By using organic fine particles, the shutdown function can be satisfactorily exhibited.

有機微粒子を用いたイオン透過性絶縁層の形成は、乾燥した状態の電極表面に塗布することによって行ってもよいが、正極および/または負極を、集電体表面に、活物質含有層形成用組成物(スラリーなど)を塗布する方法によって作製する場合、該組成物を塗布した後、完全に乾燥する前に活物質含有層の表面にイオン透過性絶縁層形成用組成物(上記の有機微粒子などを含有するスラリーなど)を塗布することで形成することもできる。こうすることで、電極の活物質含有層とイオン透過性多孔質層の乾燥プロセスを一体化することが可能になるため、電池の製造プロセスを簡略化でき、コストダウンを図ることが可能となる。   The ion-permeable insulating layer using organic fine particles may be formed by applying it to the electrode surface in a dry state, but the positive electrode and / or the negative electrode is formed on the current collector surface for forming an active material containing layer. In the case of producing by a method of applying a composition (slurry or the like), the composition for forming an ion-permeable insulating layer on the surface of the active material-containing layer (the above organic fine particles) is applied on the surface of the active material-containing layer after the composition is applied and before it is completely dried. Etc.) can also be formed by coating. By doing so, it becomes possible to integrate the drying process of the active material-containing layer of the electrode and the ion-permeable porous layer, so that the battery manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. .

イオン透過性絶縁層の構成材料として有機微粒子を用いる場合、該有機微粒子としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する電解液や、セパレータ製造の際に使用する該有機微粒子を含有する組成物に用いる溶媒に安定であれば、特に制限はない。具体的には、ポリエチレン(PE)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)(、酢酸ビニル由来の構造単位が35モル%以下であって、より好ましくは15モル%未満のもの)、若しくはこれらの誘導体などの樹脂を含有する微粒子が好適であり、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を同時に使用してもよい。なお、これらの有機微粒子は、上記樹脂の他に、公知の添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していてもよい。   When organic fine particles are used as the constituent material of the ion-permeable insulating layer, the organic fine particles have electrical insulating properties, are electrochemically stable, and are used when manufacturing an electrolytic solution and a separator described later. There is no particular limitation as long as the solvent used in the composition containing the organic fine particles is stable. Specifically, polyethylene (PE), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) (the structural unit derived from vinyl acetate is 35 mol% or less, more preferably less than 15 mol%), or these Fine particles containing a resin such as a derivative thereof are suitable, and these may be used alone or in combination of two or more. These organic fine particles may contain a known additive (for example, an antioxidant) in addition to the resin.

有機微粒子の大きさとしては、その粒径がイオン透過性絶縁層の厚みより小さければ良いが、セパレータの厚みの4/3〜1/100の平均粒径を有することが好ましく、具体的には、平均粒径が0.1〜20μmであることが好ましい。有機微粒子の粒径が小さすぎると、微粒子の隙間が小さくなることによってイオンの伝導パスが長くなり、電池特性が低下することがある。また、有機微粒子の粒径が大きすぎると、隙間が大きくなってデンドライトによる短絡といった問題が生じることがある。なお、ここでいう有機微粒子の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布径(HORIBA社製「LA−920」)を用い、微粒子を水に分散させて測定した数平均粒子径である。   As the size of the organic fine particles, it is sufficient that the particle size is smaller than the thickness of the ion-permeable insulating layer, but it is preferable to have an average particle size of 4/3 to 1/100 of the thickness of the separator. The average particle size is preferably 0.1 to 20 μm. If the particle size of the organic fine particles is too small, the gap between the fine particles becomes small, resulting in a long ion conduction path, which may deteriorate the battery characteristics. In addition, if the particle size of the organic fine particles is too large, the gap may become large and a problem such as a short circuit due to dendrite may occur. The average particle size of the organic fine particles herein is a number average particle size measured by dispersing the fine particles in water using a laser scattering particle size distribution size (“LA-920” manufactured by HORIBA).

有機微粒子が自己接着性を有し、イオン透過性絶縁層内で、有機微粒子同士が互いに接着し合って層を形成できる場合には、該絶縁層は有機微粒子のみで構成してもよいが、有機微粒子が自己接着性を持たない場合には、有機微粒子を結着するためのバインダ樹脂も用いて絶縁層を構成することが好ましい。自己接着性を有する有機微粒子としては、PE、EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が15モル%未満)、若しくはこれらの誘導体が挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を同時に使用してもよい。   In the case where the organic fine particles have self-adhesive properties and the organic fine particles can adhere to each other in the ion-permeable insulating layer to form a layer, the insulating layer may be composed of only organic fine particles, When the organic fine particles do not have self-adhesive properties, it is preferable to form the insulating layer using a binder resin for binding the organic fine particles. Examples of the organic fine particles having self-adhesive properties include PE, EVA (the structural unit derived from vinyl acetate is less than 15 mol%), or derivatives thereof. These may be used alone or in combination of two or more. May be used simultaneously.

有機微粒子が自己接着性を有しない場合や、自己接着性が不十分で、良好に接着できない場合に使用するバインダ樹脂としては、有機微粒子や後述する他の微粒子を良好に接着でき、且つ電気化学的に安定で、更に電池に用いる電解液やイオン透過性絶縁層形成用組成物に用いる溶媒(分散媒)に対して安定であれば特に限定されない。例えば、有機微粒子としてポリオレフィン系の微粒子が好適であることから、接着性向上の観点からは、分子内にポリエチレン構造(メチレン鎖)を有する樹脂が好適である。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(酢酸ビニル由来の構造単位が15モル%以上で、より好ましくは35モル%以下)、エチレン−アクリレート共重合体(エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体など)などが挙げられる。また、フッ素系ゴムも用いることができる。バインダ樹脂には、これらの樹脂を1種単独で、または2種以上を同時に用いることができる。   The binder resin used when the organic fine particles do not have self-adhesive properties, or when the self-adhesive properties are insufficient and cannot be bonded well, and the organic fine particles and other fine particles described later can be bonded well, and electrochemical If it is stable with respect to the solvent (dispersion medium) used for the electrolyte solution used for a battery, and the composition for ion permeable insulating layer formation, it is not specifically limited. For example, polyolefin fine particles are suitable as the organic fine particles, and therefore, a resin having a polyethylene structure (methylene chain) in the molecule is suitable from the viewpoint of improving adhesiveness. Specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (the structural unit derived from vinyl acetate is 15 mol% or more, more preferably 35 mol% or less), an ethylene-acrylate copolymer (ethylene-methyl acrylate copolymer, Ethylene-ethyl acrylate copolymer, etc.). Fluorine rubber can also be used. These binder resins can be used alone or in combination of two or more.

また、イオン透過性絶縁層には、上記の有機微粒子以外の他の微粒子を含有させることもできる。このような他の微粒子としては、耐熱性があり、非電気伝導性で、且つ電気化学的に安定で、更に電解液やイオン透過性絶縁層形成用組成物に用いる溶媒(分散媒)に対して安定であれば特に限定されない。例えば、非電気伝導性の無機微粒子(無機粉末)や、高耐熱性の高分子微粒子などが挙げられる。このような微粒子をイオン透過性絶縁層に含有させることで、高温下においても該絶縁層の形状が維持されるため、かかる絶縁層を用いた電池において、内部温度が上昇した場合の内部短絡がより高度に防止される。   In addition, the ion-permeable insulating layer may contain fine particles other than the organic fine particles. Such other fine particles are heat resistant, non-electrically conductive and electrochemically stable, and further to the solvent (dispersion medium) used in the electrolyte solution and the ion-permeable insulating layer forming composition. It is not particularly limited as long as it is stable. For example, non-electrically conductive inorganic fine particles (inorganic powder), high heat-resistant polymer fine particles, and the like can be mentioned. By including such fine particles in the ion-permeable insulating layer, the shape of the insulating layer is maintained even at high temperatures. Therefore, in a battery using such an insulating layer, an internal short circuit when the internal temperature rises is prevented. More highly prevented.

非電気伝導性(電気絶縁性)の無機微粒子としては、例えば、酸化鉄、SiO、Al、TiO、BaTiOなどの酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;モンモリロナイトなどの粘土微粒子;などが挙げられる。これらは、必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化されていても構わない。また、金属微粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子;などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の非電気伝導性の無機微粒子を構成する材料や、後記の、高耐熱性を有する高分子微粒子を構成する材料など)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。 Examples of non-electrically conductive (electrically insulating) inorganic fine particles include oxide fine particles such as iron oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and BaTiO 2 ; nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; Insoluble ion crystal fine particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; Covalent crystal fine particles such as silicon and diamond; Clay fine particles such as montmorillonite; These may be subjected to element substitution, surface treatment, or solid solution as necessary. Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbon fine particles such as carbon black and graphite; It is a fine particle that has an electrical insulating property by surface treatment with the above-mentioned materials constituting the non-electrically conductive inorganic fine particles, or materials constituting the high-heat-resistant polymer fine particles described later). Also good.

また、高耐熱性の高分子微粒子としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの微粒子が例示できる。また、これらの高分子微粒子を構成する高分子は、上記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(熱可塑性ポリイミドの場合)であってもよい。   High heat-resistant polymer fine particles include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensation. Examples thereof include fine particles. The polymer constituting these polymer fine particles is a mixture, modified body, derivative or copolymer of the above exemplified materials (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer). , A crosslinked body (in the case of thermoplastic polyimide) may be used.

上記他の微粒子としては、上記各例示の微粒子を1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもかまわない。   As the other fine particles, the fine particles exemplified above may be used alone or in combination of two or more.

上記他の微粒子の大きさは、例えば、上述の有機微粒子と同じ測定法で求められる数平均粒子径で0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、15μm以下、より好ましくは1μm以下であることが望ましい。上記他の微粒子が小さすぎると、イオン透過性絶縁層の孔径が小さくなりすぎてイオンの透過性が悪くなることがあり、大きすぎると、イオン透過性絶縁層の孔径が大きくなりすぎたり、該微粒子の充填量を多くすることが困難になり、該微粒子充填の効果が十分に得られないことがある。   The size of the other fine particles is, for example, 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and 15 μm or less, more preferably 1 μm, in the number average particle diameter determined by the same measurement method as that of the organic fine particles. The following is desirable. If the other fine particles are too small, the pore diameter of the ion-permeable insulating layer may be too small and the ion permeability may deteriorate, and if too large, the pore diameter of the ion-permeable insulating layer may be too large, It becomes difficult to increase the filling amount of the fine particles, and the effect of filling the fine particles may not be sufficiently obtained.

イオン透過性絶縁層において、上記有機微粒子および他の微粒子を含有させる場合には、全微粒子中、上記有機微粒子を30体積%以上とすることが好ましく、60体積%以上とすることがより好ましい(イオン透過性絶縁層が含有する微粒子は、全部が上記有機微粒子でも構わないため、その上限は100体積%である)。有機微粒子の体積比率が小さすぎると、イオン透過性絶縁層の空孔を閉塞する機能が低下し、シャットダウン時における電池の内部抵抗増大効果が小さくなることがある。   When the organic fine particles and other fine particles are contained in the ion-permeable insulating layer, the organic fine particles are preferably 30% by volume or more, more preferably 60% by volume or more in the total fine particles ( (Since the fine particles contained in the ion-permeable insulating layer may be all of the organic fine particles, the upper limit is 100% by volume). If the volume ratio of the organic fine particles is too small, the function of closing the vacancies in the ion-permeable insulating layer is lowered, and the effect of increasing the internal resistance of the battery during shutdown may be reduced.

また、イオン透過性絶縁層において、上記のバインダ樹脂を用いる場合には、イオン透過性絶縁層を構成する全材料中、バインダ樹脂を0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であって、10質量%以下、より好ましくは5質量%以下とすることが望ましい。バインダ樹脂の含有量を上記下限値以上とすることで、イオン透過性絶縁層を構成する微粒子の結着効果が高まり、また、上記上限値以下とすることにより、イオン透過性絶縁層の空孔を塞いで電池特性が損なわれるという問題が生じるのを防ぐことができる。   Further, when the above binder resin is used in the ion permeable insulating layer, the binder resin is 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more in all the materials constituting the ion permeable insulating layer. Therefore, it is desirable that the content be 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. By setting the binder resin content to be equal to or higher than the above lower limit value, the binding effect of the fine particles constituting the ion permeable insulating layer is increased. It is possible to prevent a problem that the battery characteristics are deteriorated by blocking.

イオン透過性絶縁層の構成材料として、上記の有機微粒子などを用いる場合、該絶縁層形成用組成物(スラリーなど)には、上記の有機微粒子やバインダ樹脂、上記他の微粒子といった該絶縁層を構成する成分を、溶媒または分散媒に溶解するか分散させる。このような溶媒または分散媒としては、例えば、バインダ樹脂を用いる場合には、該バインダ樹脂を均一に溶解し得るものが好ましい。具体的には、トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;などの有機溶媒が好適である。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、多価アルコール(1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールなど)、グリコールエステル類(エチルグリコールアセテート、メチルグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルアセテートなど)などを適宜添加しても良い。また、バインダ樹脂をエマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   When the organic fine particles described above are used as the constituent material of the ion permeable insulating layer, the insulating layer forming composition (slurry etc.) includes the insulating layer such as the organic fine particles, binder resin, and other fine particles. The constituent components are dissolved or dispersed in a solvent or dispersion medium. As such a solvent or dispersion medium, for example, when a binder resin is used, a solvent that can uniformly dissolve the binder resin is preferable. Specifically, organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene; furans such as tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; are preferable. In these solvents, polyhydric alcohols (1,3-propanediol, 1,4-butanediol, etc.), glycol esters (ethyl glycol acetate, methyl glycol acetate, propylene glycol monomethyl) are used for the purpose of controlling interfacial tension. Acetate etc.) may be added as appropriate. In the case where the binder resin is used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohol (methanol, ethanol, isopropanol, etc.) can be appropriately added to control the interfacial tension.

イオン透過性絶縁層形成用組成物を、電極の活物質含有層の表面や独立膜形成用の基材表面に塗布する方法としては、例えば、活物質含有層形成用組成物の塗布方法において例示した各種コーターを用いた方法が採用できる。中でも、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターを用いた塗布方法が好適である。また、上記組成物塗布後の乾燥方法・条件としては、例えば、熱風乾燥機を用いて70〜120℃程度で乾燥する方法・条件が採用できる。   Examples of the method for applying the ion-permeable insulating layer forming composition to the surface of the active material-containing layer of the electrode or the surface of the base material for forming the independent film are exemplified in the method for applying the composition for forming the active material-containing layer. Various methods using various coaters can be employed. Among these, a coating method using a die coater, a curtain coater, or a spray coater is preferable. Moreover, as a drying method and conditions after application | coating of the said composition, the method and conditions of drying at about 70-120 degreeC using a hot air dryer are employable, for example.

本発明の非水電解質電池を作製するに当たっては、イオン透過性絶縁層を表面に形成した正極と未形成の負極、イオン透過性絶縁層を表面に形成した負極と未形成の正極、またはイオン透過性絶縁層を表面に形成した正極および負極を使用して、若しくはイオン透過性絶縁層を表面に形成していない正極および負極を上記独立膜であるイオン透過性絶縁層を介して、積層体(積層電極体)または巻回体(巻回電極体)といった形態の電極体とする。また、上記の正極、負極、イオン透過性絶縁層の各組み合わせに加えて耐熱性の多孔質膜も用い、該多孔質膜を正負極間に位置するように配して、積層電極体または巻回電極体としてもよい。このような耐熱性の多孔質膜としては、ポリプロピレン、ポリイミド、アラミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性樹脂製の微多孔膜や不織布などを用いることができる。これら多孔質膜の空孔率は40〜90%が好ましく、厚みは10〜30μmであることが望ましい。   In producing the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, a positive electrode with an ion-permeable insulating layer formed on the surface and an unformed negative electrode, a negative electrode with an ion-permeable insulating layer formed on the surface and an unformed positive electrode, or an ion permeable material. The positive electrode and the negative electrode on which the conductive insulating layer is formed on the surface, or the positive electrode and the negative electrode on which the ion-permeable insulating layer is not formed on the surface through the ion-permeable insulating layer which is the above independent film ( The electrode body is in the form of a laminated electrode body) or a wound body (wound electrode body). In addition to the combination of the positive electrode, the negative electrode, and the ion-permeable insulating layer, a heat-resistant porous film is also used. A rotating electrode body may be used. As such a heat-resistant porous film, a microporous film or a nonwoven fabric made of a heat-resistant resin such as polypropylene, polyimide, aramid, and polyamideimide can be used. The porosity of these porous films is preferably 40 to 90%, and the thickness is desirably 10 to 30 μm.

上記の電極体を、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムなどを素材とする角筒形や円筒形などの形状の外装缶に挿入し、電解質を注入した後封止することで、本発明の非水電解質電池とすることができる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装材として使用したソフトパッケージに、上記の電極体を挿入し、電解質を注入した後封止することで、ラミネート電池とすることもできる。   The non-aqueous electrolyte of the present invention is formed by inserting the above electrode body into a rectangular tube or cylindrical outer can made of iron, stainless steel, aluminum, or the like, injecting the electrolyte, and then sealing. It can be a battery. Moreover, it can also be set as a laminate battery by sealing after inserting said electrode body in the soft package which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior material, inject | pouring electrolyte.

電解質としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの1種のみからなる有機溶媒、あるいは2種以上の混合溶媒に、例えば、LiClO、LiPF 、LiBF 、LiAsF 、LiSbF 、LiCFSO 、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種を溶解させることによって調製した電解液が使用される。このリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。 Examples of the electrolyte include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propionate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, ethylene glycol sulfite, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dioxolane. , tetrahydrofuran, 2-methyl - tetrahydrofuran, one composed of only an organic solvent such as diethyl ether or a mixture of two or more solvents, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2) LiN (RfOSO 2) 2 [wherein Rf is a fluoroalkyl group] electrolyte solution prepared by dissolving at least one selected from lithium salts such as are used. The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、上記の有機溶媒の代わりに、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミドといった常温溶融塩を用いることもできる。   Also, instead of the above organic solvents, melting at room temperature such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide A salt can also be used.

更に、上記の電解液にポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖あるいは側鎖にエチレンオキシド鎖を含む架橋ポリマーといった公知のゲル電解質形成可能なホストポリマーを用いてゲル化した電解質を用いることもできる。   Further, the above electrolyte solution is crosslinked with polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, ethylene oxide chain in the main chain or side chain. An electrolyte gelled using a known host polymer capable of forming a gel electrolyte such as a polymer can also be used.

このようにして得られる本発明の非水電解質電池は、急速充電特性と安全性に優れ、更に高出力密度や高エネルギー密度とすることも可能であることから、こうした特性が要求される携帯用電子機器(携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなど)、電気自動車、電動スクーター、電動工具などの電源として好適に用い得る。   The nonaqueous electrolyte battery of the present invention thus obtained is excellent in quick charge characteristics and safety, and can also have high output density and high energy density. It can be suitably used as a power source for electronic devices (such as mobile phones and notebook personal computers), electric vehicles, electric scooters, electric tools and the like.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

実施例1
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO(平均粒径が2μm):80質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、および結着剤であるPVDF:10質量部を、NMPを分散媒として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μm、幅900mmのアルミニウム箔の両面に、塗布長が表面1270mm、裏面1200mmになるようにダイコーターを用いて間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が35μmになるように正極合剤層(活物質含有層)の厚みを調整して正極を作製した。この正極を幅43mmにスリットした後、熱風乾燥機によって140℃で8時間熱処理した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 which is a positive electrode active material (average particle size is 2 μm): 80 parts by mass, acetylene black which is a conductive auxiliary agent: 10 parts by mass, and PVDF which is a binder: 10 parts by mass using NMP as a dispersion medium Was mixed to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste was intermittently applied using a die coater on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 15 μm and a width of 900 mm as a current collector so that the coating length was 1270 mm on the front surface and 1200 mm on the back surface. The positive electrode was prepared by adjusting the thickness of the positive electrode mixture layer (active material-containing layer) so that the total thickness was 35 μm. The positive electrode was slit to a width of 43 mm and then heat-treated at 140 ° C. for 8 hours with a hot air dryer.

<負極の作製>
負極活物質である黒鉛(平均粒径が2.5μm):90質量部、および結着剤であるPVDF:10質量部を、NMPを分散媒として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、銅箔からなる厚さ10μm、幅900mmの集電体の両面に、塗布長が表面1280mm、裏面1205mmになるようにダイコーターで間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が29μmになるように負極合剤層(活物質含有層)の厚みを調整して負極を作製した。この負極を幅44mmにスリットした後、熱風乾燥機によって110℃で3時間熱処理した。
<Production of negative electrode>
Graphite (average particle size: 2.5 μm) as negative electrode active material: 90 parts by mass and PVDF as binder: 10 parts by mass are mixed with NMP as a dispersion medium to contain a negative electrode mixture A paste was prepared. This paste was intermittently applied on both sides of a current collector made of copper foil with a thickness of 10 μm and a width of 900 mm with a die coater so that the coating length was 1280 mm on the front surface and 1205 mm on the back surface. The negative electrode was prepared by adjusting the thickness of the negative electrode mixture layer (active material-containing layer) so that the total thickness was 29 μm. The negative electrode was slit into a width of 44 mm, and then heat-treated at 110 ° C. for 3 hours with a hot air dryer.

<イオン透過性絶縁層の作製>
バインダ樹脂として、EVAのエマルジョン(酢酸ビニル由来の構造単位が20モル%、住化ケムテックス社製)100g、PE微粒子水分散体[三井化学社製「ケミパール W−700」(商品名)]1000g、アルミナ(Al)微粒子[住友化学社製「スミコランダムAA04」(商品名)]400gを容器に入れ、室温にて撹拌してスラリーとした。このスラリーを、カーテンコーターを用いて上記の負極表面に塗布し、水分を除去して、厚みが10μmのイオン透過性絶縁層を形成した。
<Preparation of ion-permeable insulating layer>
As a binder resin, EVA emulsion (vinyl acetate-derived structural unit is 20 mol%, manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd.) 100 g, PE fine particle aqueous dispersion [Mitsui Chemicals “Chemical W-700” (trade name)] 1000 g, 400 g of alumina (Al 2 O 3 ) fine particles [“Sumicorundum AA04” (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.] were placed in a container and stirred at room temperature to form a slurry. This slurry was applied to the negative electrode surface using a curtain coater, moisture was removed, and an ion-permeable insulating layer having a thickness of 10 μm was formed.

<電池の作製>
上記の正極と、イオン透過性絶縁層を一体化した負極に、リード部を取り付け、正極と負極を重ね合わせて巻回して巻回電極体を作製した。この巻回電極体を、ラミネートフィルム外装体(昭和アルミ社製)内に装填し、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入し、真空封止を行ってラミネート非水電解質電池を作製した。
<Production of battery>
A lead part was attached to the negative electrode in which the positive electrode and the ion-permeable insulating layer were integrated, and the positive electrode and the negative electrode were overlapped and wound to produce a wound electrode body. This wound electrode body is loaded in a laminate film outer package (manufactured by Showa Aluminum Co., Ltd.), and 1.2 mol of LiPF 6 is added to a solvent in which an electrolytic solution (ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate is mixed at a volume ratio of 1: 2). A solution dissolved at a concentration of / l was injected and vacuum sealed to produce a laminated nonaqueous electrolyte battery.

実施例2
イオン透過性絶縁層を下記のようにして作製した他は、実施例1と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が33モル%、Exxon Mobil社製)0.9g、Exxon−MobilChemical Co.,Houston,TX製の芳香族修飾脂肪族炭化水素樹脂「Escorez(登録商標)2596」0.36g、およびポリスルホン(PSU)(Scientific Polymer Products Inc.,Ontario,NY製、Mw:80,000)4.14gを容器に入れ、40gのTHFを加えて溶解させた。この溶液に、1.00gのヒュームドシリカ(Sigma−Aldrich Co.製「S5130」)を添加した。この混合物を一晩撹拌して、スラリーを得た。このスラリーに、7.00gの臭化リチウム(LiBr)を添加し、溶解させた。得られたスラリーを、ドクターブレードを用いて乾燥厚みで15μmになるように負極表面に塗布し、室温でTHFを蒸発乾燥させ、直ちに水中に1時間浸漬してLiBrを除去し、イオン透過性絶縁層を作製した。
Example 2
A laminated nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ion-permeable insulating layer was produced as follows. EVA (33 mol% vinyl acetate-derived structural unit, manufactured by Exxon Mobil) 0.9 g, Exxon-Mobil Chemical Co. , Houston, TX aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin “Escorez® 2596” 0.36 g, and polysulfone (PSU) (Scientific Polymer Products Inc., manufactured by Ontario, NY, Mw: 80,000) 4 .14 g was placed in a container and 40 g of THF was added and dissolved. To this solution was added 1.00 g of fumed silica (“S5130” from Sigma-Aldrich Co.). The mixture was stirred overnight to give a slurry. To this slurry, 7.00 g of lithium bromide (LiBr) was added and dissolved. The obtained slurry was applied to the negative electrode surface using a doctor blade so as to have a dry thickness of 15 μm, THF was evaporated and dried at room temperature, and immediately immersed in water for 1 hour to remove LiBr and ion-permeable insulation. A layer was made.

実施例3
正極活物質を、平均粒径が1μmのLiCoOに変更し、正極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面1600mm、裏面1530mmとし、カレンダー処理後の全厚を25μmに調整した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。また、負極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面1620mm、裏面1550mmとした以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。この負極表面に、実施例1と同様にしてイオン透過性絶縁層を形成し、実施例1と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。
Example 3
The positive electrode active material was changed to LiCoO 2 having an average particle diameter of 1 μm, the coating length of the positive electrode mixture-containing paste on the current collector surface was set to 1600 mm on the front surface and 1530 mm on the back surface, and the total thickness after the calendar treatment was adjusted to 25 μm. A positive electrode was produced in the same manner as Example 1 except for the above. Further, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating length of the negative electrode mixture-containing paste on the current collector surface was 1620 mm on the front surface and 1550 mm on the back surface. An ion-permeable insulating layer was formed on the negative electrode surface in the same manner as in Example 1, and a laminated nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1.

実施例4
実施例3と同様に正極と負極を作製し、イオン透過性絶縁層として、PE製微多孔膜(東燃化学那須株式会社製「E16MMS」、厚み16μm)を用いた以外は、実施例3と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。
Example 4
A positive electrode and a negative electrode were produced in the same manner as in Example 3, and the same as in Example 3 except that a PE microporous membrane (“E16MMS” manufactured by Tonen Chemical Nasu Co., Ltd., thickness 16 μm) was used as the ion-permeable insulating layer. Thus, a laminated nonaqueous electrolyte battery was produced.

比較例1
イオン透過性絶縁層の厚みを4μmとした他は、実施例1と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 1
A laminated nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the ion-permeable insulating layer was 4 μm.

比較例2
正極活物質を、平均粒径が10μmのLiCoOに変更し、正極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面280mm、裏面210mmとし、カレンダー処理後の全厚を155μmに調整した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。また、負極活物質を、平均粒径が11μmの黒鉛に変更し、負極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面290mm、裏面230mmとし、カレンダー処理後の全厚を142μmに調整した以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。この正極と負極を用い、イオン透過性絶縁層として、厚みが20μmのPE製微多孔膜(東燃化学那須製「EMM−20」)を用いた他は、実施例1と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 2
The positive electrode active material was changed to LiCoO 2 having an average particle size of 10 μm, the coating length of the positive electrode mixture-containing paste on the current collector surface was set to 280 mm on the front surface and 210 mm on the back surface, and the total thickness after calendar treatment was adjusted to 155 μm. A positive electrode was produced in the same manner as Example 1 except for the above. Also, the negative electrode active material was changed to graphite having an average particle diameter of 11 μm, the coating length of the negative electrode mixture-containing paste on the current collector surface was adjusted to 290 mm on the front surface and 230 mm on the back surface, and the total thickness after calendar treatment was adjusted to 142 μm. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that. Using this positive electrode and negative electrode, a laminate non-aqueous solution was used in the same manner as in Example 1 except that a PE microporous membrane (“EMM-20” manufactured by Tonen Chemical Nasu) having a thickness of 20 μm was used as the ion-permeable insulating layer. An electrolyte battery was produced.

比較例3
正極活物質を、平均粒径が10μmのLiCoOに変更し、正極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面280mm、裏面210mmとし、カレンダー処理後の全厚を295μmに調整した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。また、負極活物質を、平均粒径が11μmの黒鉛に変更し、負極合剤含有ペーストの集電体表面における塗布長を、表面290mm、裏面230mmとし、カレンダー処理後の全厚を142μmに調整した以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。この負極表面に、実施例1と同様にしてイオン透過性絶縁層を形成し、実施例1と同様にしてラミネート非水電解質電池を作製した。
Comparative Example 3
The positive electrode active material was changed to LiCoO 2 having an average particle size of 10 μm, the coating length of the positive electrode mixture-containing paste on the current collector surface was 280 mm on the front surface and 210 mm on the back surface, and the total thickness after calendar treatment was adjusted to 295 μm. A positive electrode was produced in the same manner as Example 1 except for the above. Also, the negative electrode active material was changed to graphite having an average particle diameter of 11 μm, the coating length of the negative electrode mixture-containing paste on the current collector surface was adjusted to 290 mm on the front surface and 230 mm on the back surface, and the total thickness after calendar treatment was adjusted to 142 μm. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that. An ion-permeable insulating layer was formed on the negative electrode surface in the same manner as in Example 1, and a laminated nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1.

実施例1〜4および比較例1〜3の非水電解質電池について、下記の電気化学的評価を行い、更に、該評価結果が良好であったものについては、下記の過充電試験を行った。結果を表1に示す。また、正極における活物質含有層の厚み、該活物質含有層について理論的に算出した容量密度、イオン透過性絶縁層の厚み、および理論的に算出した電池のエネルギー密度も併せて表1に示す。   The non-aqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to the following electrochemical evaluation, and those having good evaluation results were subjected to the following overcharge test. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode, the capacity density theoretically calculated for the active material-containing layer, the thickness of the ion-permeable insulating layer, and the theoretically calculated battery energy density. .

<電気化学的評価>
実施例1〜4および比較例1〜3の電池について、以下の充電条件(B)で充電を行った。すなわち、各電池を、0.2Cの定電流で4.2Vになるまで、引き続き4.2Vの定電圧で充電を行った。定電流充電開始から、定電圧充電終了までの総時間は7時間とした。充電後の各電池について、4.2Vから3.0Vになるまでの放電を0.2Cで行い、各容量を測定した。
<Electrochemical evaluation>
About the battery of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3, it charged on the following charging conditions (B). That is, each battery was continuously charged at a constant voltage of 4.2 V until it reached 4.2 V at a constant current of 0.2 C. The total time from the start of constant current charging to the end of constant voltage charging was 7 hours. About each battery after charge, discharge from 4.2V to 3.0V was performed at 0.2C, and each capacity | capacitance was measured.

次に、各電池について、以下の充電条件(A)で充電を行った。すなわち、各電池を、6Cの定電流で4.2Vになるまで、引き続き4.2Vの定電圧で充電を行った。なお、定電流充電開始から定電圧充電終了までの総時間は10分間とし、定電流充電時間は、いずれの電池においても、8分以上であった。充電後の各電池について、4.2Vから3.0Vになるまでの放電を0.2Cで行い、各容量を測定した。   Next, each battery was charged under the following charging conditions (A). That is, each battery was continuously charged at a constant voltage of 4.2 V until it reached 4.2 V at a constant current of 6 C. The total time from the start of constant current charge to the end of constant voltage charge was 10 minutes, and the constant current charge time was 8 minutes or more in any battery. About each battery after charge, discharge from 4.2V to 3.0V was performed at 0.2C, and each capacity | capacitance was measured.

そして、各電池について、充電条件(B)での容量に対する充電条件(A)での容量の割合(すなわち、急速充電容量割合、%)を求め、急速充電特性を評価した。急速充電容量割合が大きいほど、急速充電特性が良好であることを意味している。   And about each battery, the ratio (namely, rapid charge capacity ratio,%) of the capacity | capacitance in charge condition (A) with respect to the capacity | capacitance in charge condition (B) was calculated | required, and the rapid charge characteristic was evaluated. The larger the quick charge capacity ratio, the better the quick charge characteristics.

<過充電試験>
上記の電気化学的評価において、急速充電容量割合が80%以上であった電池について、6C、15Vの条件で1時間定電流充電を行い、発火の有無で電池の安全性を評価した。
<Overcharge test>
In the above electrochemical evaluation, the battery having a rapid charge capacity ratio of 80% or more was subjected to constant current charging for 1 hour under the conditions of 6C and 15V, and the safety of the battery was evaluated based on the presence or absence of ignition.

Figure 2006179205
Figure 2006179205

表1において、比較例2の急速充電容量割合の欄の「*」は、充電条件(A)での充電途中に短絡が発生したことを意味している。   In Table 1, “*” in the column of the quick charge capacity ratio of Comparative Example 2 means that a short circuit occurred during charging under the charging condition (A).

表1に示すように、実施例1〜4の電池は、急速充電特性に優れており、安全性も良好である。これに対し、比較例1の電池は、急速充電特性が優れているが、安全性が劣っている。また、比較例2および比較例3の電池は、急速充電特性が劣っている。   As shown in Table 1, the batteries of Examples 1 to 4 are excellent in quick charge characteristics and have good safety. On the other hand, the battery of Comparative Example 1 has excellent quick charge characteristics but is inferior in safety. Further, the batteries of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are inferior in quick charge characteristics.

Claims (7)

集電体の片面または両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する活物質含有層を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極と、該正極と該負極との間に介在するイオン透過性絶縁層を備えた非水電解質電池であって、
正極における上記活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上であり、
総充電時間を10分間とし、そのうち、5C以上の電流値での充電時間を8分以上とする条件で充電した際の充電容量が、0.2Cで4.2Vまで定電流充電し、引き続き4. 2Vで定電圧充電し、総充電時間を7時間とした際の充電容量に対して、80%以上であり、
6C、15Vの条件で1時間充電を行っても発火しないことを特徴とする非水電解質電池。
A positive electrode having an active material-containing layer containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions on one or both sides of a current collector, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions, and the positive electrode and the negative electrode A non-aqueous electrolyte battery having an ion-permeable insulating layer interposed between
The capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more,
The total charging time is 10 minutes, and the charging capacity when charging under the condition that the charging time at a current value of 5C or more is 8 minutes or more is constant current charging to 4.2V at 0.2C. . 80% or more of the charging capacity when charging at a constant voltage of 2 V and the total charging time is 7 hours,
A non-aqueous electrolyte battery that does not ignite even when charged for 1 hour under conditions of 6C and 15V.
正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下である請求項1に記載の非水電解質電池。   The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the active material-containing layer in the positive electrode has a thickness of 30 μm or less. 集電体の片面または両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する活物質含有層を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極と、該正極と該負極との間に介在するイオン透過性絶縁層を備えた非水電解質電池であって、
正極における上記活物質含有層の厚みが30μm以下であり、且つ
上記イオン透過性絶縁層の厚みが、正極における上記活物質含有層の厚み以上であることを特徴とする非水電解質電池。
A positive electrode having an active material-containing layer containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions on one or both sides of a current collector, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions, and the positive electrode and the negative electrode A non-aqueous electrolyte battery having an ion-permeable insulating layer interposed between
A nonaqueous electrolyte battery, wherein the active material-containing layer in the positive electrode has a thickness of 30 μm or less, and the ion-permeable insulating layer has a thickness equal to or greater than the thickness of the active material-containing layer in the positive electrode.
正極における上記活物質含有層の単位体積当たりの容量が250mAh/cm以上である請求項3に記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 3, wherein the capacity per unit volume of the active material-containing layer in the positive electrode is 250 mAh / cm 3 or more. 上記イオン透過性絶縁層の厚みが、5〜30μmである請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質電池。   The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the ion-permeable insulating layer has a thickness of 5 to 30 μm. 上記イオン透過性絶縁層が、正極および/または負極と一体化されている請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the ion-permeable insulating layer is integrated with a positive electrode and / or a negative electrode. 上記イオン透過性絶縁層が、該イオン透過性絶縁層の構成材料を含有するイオン透過性絶縁層形成用組成物を塗布することにより形成されたものである請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解質電池。
The ion permeable insulating layer is formed by applying an ion permeable insulating layer forming composition containing a constituent material of the ion permeable insulating layer. Non-aqueous electrolyte battery.
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