JP2007157502A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for improving an output property of a lithium secondary battery while restraining the lowering of an output per cubic volume accompanied by the increased amount of a conductive assistant to the minimum. <P>SOLUTION: A cathode activator layer of the lithium ion secondary battery contains a cathode activator and a fibrous conductive assistant having branched structure. The ratio of the total surface area a1 of the conductive assistant with respect to the total surface area a2 of the cathode activator is 1.7≤a1/a2≤5.4. The lithium ion secondary battery or an anode activator of the lithium ion secondary battery contains an anode activator and a fibrous conductive assistant having branched structure. The ratio of the total surface area b1 of the conductive assistant with respect to the total surface area b2 of the cathode activator is 0.5≤b1/b2≤2.7. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関し、特に出力特性を向上させたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a lithium ion secondary battery with improved output characteristics.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case.

上述したような自動車等のモータ駆動用電源として用いられるリチウムイオン二次電池には、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性を有することが求められており、かような要求に応えるべく鋭意研究開発が進められているのが現状である。   The lithium ion secondary battery used as a motor drive power source for automobiles as described above has extremely high output characteristics as compared with consumer lithium ion secondary batteries used in mobile phones, laptop computers, etc. The current situation is that research and development is underway to meet such demands.

ここで、自動車への搭載を念頭にリチウムイオン二次電池の出力特性を向上させるための技術として、例えば、Li−Mn−Ni複合酸化物を含有するリチウム二次電池用正極活物質であって、Li−Mn−Ni複合酸化物の1次粒子の平均直径が2.0μm以下であり、かつ、BET比表面積が0.4m/g以上であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質が開示されている(特許文献1を参照)。
特開2003−68299号公報
Here, as a technique for improving the output characteristics of a lithium ion secondary battery in consideration of mounting in an automobile, for example, a positive electrode active material for a lithium secondary battery containing a Li—Mn—Ni composite oxide, A positive electrode for a lithium secondary battery, wherein an average diameter of primary particles of Li—Mn—Ni composite oxide is 2.0 μm or less and a BET specific surface area is 0.4 m 2 / g or more. An active material is disclosed (see Patent Document 1).
JP 2003-68299 A

上記特許文献1に記載の技術によれば、放電容量特性およびサイクル耐久性に優れるリチウムイオン二次電池が提供されうる。これは、正極活物質であるLi−Mn−Ni複合酸化物の平均直径および比表面積が上記の値に制御されると、電解液と接触可能な正極活物質の表面積が増大する結果、充放電反応が充分に進行しうるためであると考えられる。   According to the technique described in Patent Document 1, a lithium ion secondary battery having excellent discharge capacity characteristics and cycle durability can be provided. This is because, when the average diameter and specific surface area of the Li—Mn—Ni composite oxide, which is the positive electrode active material, are controlled to the above values, the surface area of the positive electrode active material that can come into contact with the electrolytic solution increases. This is probably because the reaction can proceed sufficiently.

このように、電極の活物質層に含まれる活物質の粒径をより減少させることは、電池の高出力化の観点からは好ましい。しかしながら、高出力化に寄与する導電ネットワークを効率的に構築させるためには、過剰量の導電助剤が必要となり、それにより電極の体積が増大し、体積あたりの出力が低下するという問題があった。   Thus, it is preferable to reduce the particle size of the active material contained in the active material layer of the electrode from the viewpoint of increasing the output of the battery. However, in order to efficiently build a conductive network that contributes to higher output, an excessive amount of conductive aid is required, which increases the volume of the electrode and lowers the output per volume. It was.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池において、導電助剤の使用量の増加に伴う体積あたりの出力の低下を最小限に抑制しつつ、出力特性を向上させうる手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a means capable of improving output characteristics while minimizing a decrease in output per volume due to an increase in the amount of conductive aid used in a lithium ion secondary battery. To do.

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究を積み重ねた結果、分岐構造を有する繊維状の導電助剤の総表面積と活物質の総表面積との比が特定の範囲にある場合、電極の体積が低減でき、かつ電極体積あたりの出力を増大させることができることを見出した。   In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, when the ratio of the total surface area of the fibrous conductive additive having a branched structure to the total surface area of the active material is within a specific range, the electrode It was found that the volume of the electrode can be reduced and the output per electrode volume can be increased.

すなわち、本発明は、リチウムイオン二次電池の正極活物質層が、正極活物質、および分岐構造を有する繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の総表面積a1が、前記正極活物質の総表面積a2に対して、1.7≦a1/a2≦5.4の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。   That is, according to the present invention, the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a positive electrode active material and a fibrous conductive additive having a branched structure, and the total surface area a1 of the conductive auxiliary agent is the positive electrode active material. The lithium ion secondary battery is characterized in that the ratio is 1.7 ≦ a1 / a2 ≦ 5.4 with respect to the total surface area a2.

また、本発明は、リチウムイオン二次電池の負極活物質層が、負極活物質、および分岐構造を有する繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の総表面積b1が、前記負極活物質の総表面積b2に対して、0.5≦b1/b2≦2.7の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。   Further, in the present invention, the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a negative electrode active material and a fibrous conductive additive having a branched structure, and the total surface area b1 of the conductive auxiliary agent is the negative electrode active material. The lithium ion secondary battery is characterized in that the ratio is 0.5 ≦ b1 / b2 ≦ 2.7 with respect to the total surface area b2.

本発明によれば、導電助剤の使用量の増加に伴う体積あたりの出力の低下を最小限に抑制しつつ、出力特性を向上させたリチウムイオン二次電池が提供されうる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery which improved the output characteristic can be provided, suppressing the fall of the output per volume accompanying the increase in the usage-amount of a conductive support agent to the minimum.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(第一実施形態)
(構成)
本発明の第一は、リチウムイオン二次電池の正極活物質層が、正極活物質、および分岐した繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の表面積a1、および前記正極活物質の表面積a2の比が、1.7≦a1/a2≦5.4の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。
(First embodiment)
(Constitution)
In the first aspect of the present invention, the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a positive electrode active material and a branched fibrous conductive auxiliary agent, the surface area a1 of the conductive auxiliary agent, and the surface area of the positive electrode active material. The lithium ion secondary battery is characterized in that the ratio of a2 is a ratio of 1.7 ≦ a1 / a2 ≦ 5.4.

本発明の第二は、リチウムイオン二次電池の負極活物質層が、負極活物質、および分岐した繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の表面積b1、および前記負極活物質の表面積b2が、0.5≦b1/b2≦2.7の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。   In the second aspect of the present invention, the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a negative electrode active material and a branched fibrous conductive assistant, and the surface area b1 of the conductive assistant and the surface area of the negative active material. The lithium ion secondary battery is characterized in that b2 is a ratio of 0.5 ≦ b1 / b2 ≦ 2.7.

まず、本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる単電池の構造について、図面を参照して説明する。なお、本発明においては、説明の都合上、図面が誇張されており、本発明の技術的範囲は、図面に掲示する形態に限定されない。また、図面以外の実施形態も採用されうる。   First, the structure of the unit cell used for the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated with reference to drawings. In the present invention, the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and the technical scope of the present invention is not limited to the forms shown in the drawings. Also, embodiments other than the drawings may be employed.

図1は、本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる単電池の一実施形態を示す断面図である。図1に示すように、単電池1は、集電体11の上に正極活物質層13が形成された正極と、別の集電体11の上に負極活物質層15が形成された負極とが、電解質層17を介して積層している構成を有する。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a unit cell used in the lithium ion secondary battery of the present invention. As shown in FIG. 1, the cell 1 includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer 13 is formed on a current collector 11, and a negative electrode in which a negative electrode active material layer 15 is formed on another current collector 11. Are stacked with the electrolyte layer 17 interposed therebetween.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池の構成の一実施形態について、図1を参照して説明する。本実施形態の電極は、正極および負極のそれぞれについて、後述する導電助剤の総表面積および後述する活物質の総表面積の比が上述した所定の値である点に特徴を有する。集電体、活物質の種類、バインダ、支持塩(リチウム塩)、電解質、その他必要に応じて添加される化合物の選択について、特に制限はない。使用用途に応じて、従来公知の知見を適宜参照することにより、選択すればよい。以下、本発明に用いられる電極を構成する部材について、詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the configuration of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described with reference to FIG. The electrode of this embodiment is characterized in that, for each of the positive electrode and the negative electrode, the ratio of the total surface area of the conductive additive described later and the total surface area of the active material described below is the predetermined value described above. There is no particular limitation on the selection of the current collector, the type of active material, the binder, the supporting salt (lithium salt), the electrolyte, and other compounds added as necessary. Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge. Hereafter, the member which comprises the electrode used for this invention is demonstrated in detail.

[集電体]
集電体11は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
[Current collector]
The current collector 11 is made of a conductive material such as an aluminum foil, a nickel foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.

[活物質層]
集電体11上には、活物質層(13、15)が形成される。活物質層(13、15)は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。本発明においては、正極活物質層13もしくは負極活物質層15のいずれか一方または双方において、導電助剤の総表面積および活物質の総表面積の比が上述した所定の値を満足する。
[Active material layer]
An active material layer (13, 15) is formed on the current collector 11. The active material layers (13, 15) are layers containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. In the present invention, in either one or both of the positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15, the ratio of the total surface area of the conductive additive to the total surface area of the active material satisfies the predetermined value described above.

活物質層(13、15)は、活物質を含む。本発明の電極が正極として用いられる場合には、活物質層は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合には、活物質層は負極活物質を含む。   The active material layers (13, 15) include an active material. When the electrode of the present invention is used as a positive electrode, the active material layer contains a positive electrode active material. On the other hand, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode, the active material layer contains a negative electrode active material.

正極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、およびリチウム−遷移金属硫酸化合物などが例示される。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。   Examples of the positive electrode active material include lithium-transition metal oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、例えば、炭素材料、リチウム−遷移金属化合物、金属材料、およびリチウム−金属合金材料などが例示される。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。   Examples of the negative electrode active material include carbon materials, lithium-transition metal compounds, metal materials, and lithium-metal alloy materials. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の単電池において、正極活物質層13に含まれる正極活物質の平均粒径は5μm以下である。当該平均粒径は、好ましくは3μm以下であり、より好ましくは1μm以下である。なお、本発明の作用効果を得るという観点からは、正極活物質の平均粒径の下限値は特に制限されないが、電極内に導電ネットワークを充分に形成させるという観点からは、正極活物質の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上であり、より好ましくは0.1μm以上である。   In the unit cell of the lithium ion secondary battery of this embodiment, the average particle diameter of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 13 is 5 μm or less. The average particle size is preferably 3 μm or less, more preferably 1 μm or less. From the viewpoint of obtaining the effects of the present invention, the lower limit of the average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently forming a conductive network in the electrode, the average of the positive electrode active material The particle size is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

一方、本実施形態のリチウムイオン二次電池の単電池において、負極活物質層15に含まれる負極活物質の平均粒径は10μm以下である。当該平均粒径は、好ましくは5μm以下であり、より好ましくは1μm以下である。なお、本発明の作用効果を得るという観点からは、負極活物質の平均粒径の下限値は特に制限されないが、電極内に導電ネットワークを充分に形成させるという観点からは、負極活物質の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上であり、より好ましくは0.1μm以上である。   On the other hand, in the unit cell of the lithium ion secondary battery of this embodiment, the average particle diameter of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 15 is 10 μm or less. The average particle size is preferably 5 μm or less, and more preferably 1 μm or less. From the viewpoint of obtaining the effects of the present invention, the lower limit of the average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently forming a conductive network in the electrode, the average of the negative electrode active material The particle size is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

活物質層はまた、分岐構造を有する繊維状の導電助剤を含む。   The active material layer also includes a fibrous conductive additive having a branched structure.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。本発明においては、導電助剤として、分岐構造を有する繊維状の導電性物質が用いられる。その具体的な形態について特に制限はないが、導電性、強度などの観点から炭素繊維が好ましい。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. In the present invention, a fibrous conductive substance having a branched structure is used as the conductive assistant. Although there is no restriction | limiting in particular about the specific form, Carbon fiber is preferable from viewpoints, such as electroconductivity and intensity | strength.

前記炭素繊維の製造方法は特に制限されず、例えば紡糸法、気相成長法などが挙げられるが、得られる炭素繊維が高結晶性となり、高導電性、高強度、および良好な化学的安定性を有しうる気相成長法が好ましい。   The method for producing the carbon fiber is not particularly limited, and examples thereof include a spinning method and a vapor phase growth method. The obtained carbon fiber has high crystallinity, high conductivity, high strength, and good chemical stability. Vapor phase epitaxy that can have

本発明は、前記導電助剤の総表面積が前記活物質の総表面積に対して、特定の比であることに特徴がある。   The present invention is characterized in that the total surface area of the conductive additive is a specific ratio with respect to the total surface area of the active material.

正極において、前記導電助剤の総表面積a1は、活物質の総表面積a2に対して、1.7≦a1/a2≦5.4の比である。電極内の導電ネットワーク形成の観点から前記総表面積比は1.8≦a1/a2≦3.0であることがより好ましい。前記総表面積比が1.7より小さい場合、導電ネットワークが充分に形成されず、5.4を超える場合、導電助剤が過剰となるため好ましくない。   In the positive electrode, the total surface area a1 of the conductive additive is a ratio of 1.7 ≦ a1 / a2 ≦ 5.4 with respect to the total surface area a2 of the active material. From the viewpoint of forming a conductive network in the electrode, the total surface area ratio is more preferably 1.8 ≦ a1 / a2 ≦ 3.0. When the total surface area ratio is less than 1.7, the conductive network is not sufficiently formed. When the total surface area ratio exceeds 5.4, the conductive auxiliary agent becomes excessive, which is not preferable.

負極において、前記導電助剤の総表面積b1は、活物質の総表面積b2に対して、0.5≦b1/b2≦2.7の比である。前記総表面積比が0.5より小さい場合、導電ネットワークが充分に形成されず、2.7を超える場合、導電助剤が過剰となるため好ましくない。   In the negative electrode, the total surface area b1 of the conductive auxiliary agent is a ratio of 0.5 ≦ b1 / b2 ≦ 2.7 with respect to the total surface area b2 of the active material. When the total surface area ratio is less than 0.5, the conductive network is not sufficiently formed, and when it exceeds 2.7, the conductive aid becomes excessive, which is not preferable.

前記導電助剤の総表面積の算出方法は、下記数式1に従う。   The calculation method of the total surface area of the conductive assistant follows Formula 1 below.

Figure 2007157502
Figure 2007157502

ここで導電助剤の主鎖および側鎖は円筒構造とし、体積、表面積の算出に必要な主鎖および側鎖の繊維径ならびに繊維長は、走査電子顕微鏡(SEM)により測定する。   Here, the main chain and side chain of the conductive auxiliary agent have a cylindrical structure, and the fiber diameter and fiber length of the main chain and side chain necessary for calculating the volume and surface area are measured by a scanning electron microscope (SEM).

また、活物質の総表面積は、前記導電助剤の主鎖の総表面積の算出方法に従って算出される。   The total surface area of the active material is calculated according to a method for calculating the total surface area of the main chain of the conductive additive.

さらに、前記導電助剤の形状としては、主鎖および側鎖の少なくとも一方の長さが、活物質の粒径以上の長さを有していることが好ましい。この構造を有することにより、一個の導電助剤に対して二個以上の活物質との接触が可能となり、電極内でより効率的な導電ネットワークを形成させることができる。加えて、前記導電助剤の繊維径が小さいほど、体積当たりの活物質と導電助剤との接触点が多くなるため出力特性が向上し、より好ましい。   Furthermore, as the shape of the conductive auxiliary agent, it is preferable that at least one of the main chain and the side chain has a length equal to or larger than the particle diameter of the active material. By having this structure, it is possible to contact two or more active materials with respect to one conductive auxiliary agent, and a more efficient conductive network can be formed in the electrode. In addition, the smaller the fiber diameter of the conductive auxiliary agent, the more the contact characteristics between the active material per volume and the conductive auxiliary agent, so that the output characteristics are improved, which is more preferable.

図1に示す形態においては、正極および負極の双方において、導電助剤の総表面積および活物質の総表面積の比が上述した所定の値であるが、本発明の技術的範囲はかような形態のみには制限されず、正極または負極のいずれか一方のみが上述した所定の値を満足する形態もまた、包含しうる。   In the embodiment shown in FIG. 1, the ratio of the total surface area of the conductive additive and the total surface area of the active material is the above-mentioned predetermined value in both the positive electrode and the negative electrode, but the technical scope of the present invention is such a form. However, the present invention is not limited thereto, and a mode in which only one of the positive electrode and the negative electrode satisfies the above-described predetermined value can also be included.

なお、本発明の電池に用いられる電極材料は、分岐構造を有する繊維状の導電助剤を必須成分として含むが、その他の従来公知の導電助剤を含んでもよい。例えばアセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト等のカーボン粉末などが含まれうる。   In addition, although the electrode material used for the battery of this invention contains the fibrous conductive support agent which has a branched structure as an essential component, you may also contain other conventionally well-known conductive support agents. For example, carbon black such as acetylene black, carbon powder such as graphite, and the like can be included.

活物質層(13、15)には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えばバインダ、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layers (13, 15) may contain other materials if necessary. For example, a binder, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder.

支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the supporting salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。ここで、前記ポリマーは、本発明の電極が採用される電池の電解質層において用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. Here, the polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the electrolyte layer of the battery in which the electrode of the present invention is employed, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal polymerization initiator, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

活物質層(13、15)に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layers (13, 15) is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

活物質層(13、15)の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層(13、15)の厚さは、好ましくは10〜100μm程度であり、より好ましくは20〜50μmである。活物質層(13、15)が10μm程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層(13、15)が100μm程度以下であれば、電極深部(集電体側)にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。   The thickness of the active material layers (13, 15) is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the lithium ion secondary battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the active material layers (13, 15) is preferably about 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm. When the active material layers (13, 15) are about 10 μm or more, the battery capacity can be sufficiently secured. On the other hand, when the active material layers (13, 15) are about 100 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of the problem of an increase in internal resistance due to the difficulty in diffusing lithium ions in the electrode deep part (current collector side).

(製造方法)
続いて、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法を説明する。
(Production method)
Then, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated.

まず、図1に示す形態の単電池1の製造方法について説明する。   First, the manufacturing method of the cell 1 of the form shown in FIG. 1 is demonstrated.

本発明に用いられる電極は、例えば、溶媒に、活物質を添加することにより、活物質スラリーを調製し(活物質スラリー調製工程)、この活物質スラリーを集電体の表面に塗布し、乾燥させることにより塗膜を形成し(塗膜形成工程)、前記塗膜形成工程を経て作製された積層体を積層方向にプレスする(プレス工程)ことにより、製造されうる。活物質スラリーにイオン伝導性ポリマーが添加され、当該イオン伝導性ポリマーを架橋させる目的で重合開始剤がさらに添加される場合には、塗膜形成工程における乾燥と同時に、または当該乾燥の前もしくは後に、重合処理を施してもよい(重合工程)。   The electrode used in the present invention is prepared by, for example, adding an active material to a solvent to prepare an active material slurry (active material slurry preparation step), applying the active material slurry to the surface of the current collector, and drying. It can be manufactured by forming a coating film by applying (coating film forming process) and pressing the laminate produced through the coating film forming process in the laminating direction (pressing process). When an ion conductive polymer is added to the active material slurry and a polymerization initiator is further added for the purpose of crosslinking the ion conductive polymer, it is simultaneously with drying in the coating film forming process, or before or after the drying. A polymerization treatment may be performed (polymerization step).

以下、かような製造方法について、工程順に詳細に説明するが、下記の形態のみには制限されない。   Hereinafter, although such a manufacturing method is demonstrated in detail in order of a process, it is not restrict | limited only to the following form.

[活物質スラリー調製工程]
本工程においては、所望の活物質、分岐構造を有する繊維状の導電助剤、および必要に応じて他の成分(例えば、他の導電助剤、バインダ、イオン伝導性ポリマー、支持塩(リチウム塩)、重合開始剤など)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。この活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Active material slurry preparation process]
In this step, a desired active material, a fibrous conductive assistant having a branched structure, and other components as necessary (for example, other conductive assistants, binders, ion conductive polymers, supporting salts (lithium salts) ), A polymerization initiator, etc.) are mixed in a solvent to prepare an active material slurry. Since the specific form of each component blended in the active material slurry is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, detailed description is omitted here.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

[塗膜形成工程]
続いて、集電体を準備し、上記で調製した活物質スラリーを当該集電体の表面に塗布し、乾燥させる。これにより、集電体の表面に活物質スラリーからなる塗膜が形成される。この塗膜は、後述するプレス工程を経て、活物質層となる。
[Coating film forming process]
Subsequently, a current collector is prepared, and the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector and dried. Thereby, the coating film which consists of an active material slurry is formed on the surface of an electrical power collector. This coating film becomes an active material layer through a pressing step described later.

準備する集電体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The specific form of the current collector to be prepared is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されない。例えば、自走型コータなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。   The application means for applying the active material slurry is not particularly limited. For example, a commonly used means such as a self-propelled coater can be adopted.

塗膜は、製造される電極における集電体と活物質層との所望の配置形態に応じて、形成される。例えば、製造される電極がバイポーラ電極の場合、集電体の一方の面には正極活物質を含む塗膜が形成され、他方の面には負極活物質を含む塗膜が形成される。これに対し、バイポーラ型でない電極を製造する場合には、正極活物質または負極活物質のいずれか一方を含む塗膜が1枚の集電体の両面に形成される。   A coating film is formed according to the desired arrangement | positioning form of the electrical power collector and active material layer in the electrode manufactured. For example, when the manufactured electrode is a bipolar electrode, a coating film containing a positive electrode active material is formed on one surface of the current collector, and a coating film containing a negative electrode active material is formed on the other surface. On the other hand, when manufacturing a non-bipolar electrode, a coating film containing either the positive electrode active material or the negative electrode active material is formed on both surfaces of one current collector.

その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。   Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed.

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。   The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the application amount of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry.

塗膜が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、塗膜中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋される。   When a coating film contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in a coating film is bridge | crosslinked by a crosslinkable group by performing a superposition | polymerization process further.

重合工程における重合処理も特に制限されることはなく、従来公知の知見を適宜参照すればよい。例えば、塗膜が熱重合開始剤(AIBNなど)を含む場合には、塗膜に熱処理を施す。また、塗膜が光重合開始剤(BDKなど)を含む場合には、紫外光などの光を照射する。なお、熱重合のための熱処理は、上記の乾燥工程と同時に行われてもよいし、当該乾燥工程の前または後に行われてもよい。   The polymerization treatment in the polymerization step is not particularly limited, and conventionally known knowledge may be referred to as appropriate. For example, when the coating film contains a thermal polymerization initiator (AIBN or the like), the coating film is subjected to heat treatment. Moreover, when a coating film contains a photoinitiator (BDK etc.), light, such as an ultraviolet light, is irradiated. In addition, the heat processing for thermal polymerization may be performed simultaneously with said drying process, and may be performed before or after the said drying process.

[プレス工程]
続いて、前記塗膜形成工程を経て作製された積層体を積層方向にプレスする。これにより、本発明の電池用電極が完成する。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。
[Pressing process]
Then, the laminated body produced through the said coating-film formation process is pressed to the lamination direction. Thereby, the battery electrode of the present invention is completed. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the press conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.

上記の第1実施形態の電極を用いて、リチウムイオン二次電池を構成する。前記電極は、正極、負極、バイポーラ電極のいずれにも適用されうる。前記電極を、少なくとも1つの電極として含むリチウムイオン二次電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、リチウムイオン二次電池を構成する電極の全てが本発明の電極である。かような構成を採用することにより、リチウムイオン二次電池の出力特性を効果的に向上させうる。   A lithium ion secondary battery is configured using the electrode of the first embodiment. The electrode can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode. A lithium ion secondary battery including the electrode as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the lithium ion secondary battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the output characteristics of the lithium ion secondary battery can be effectively improved.

本発明の電池は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池(以下、「バイポーラ電池」とも称する)でありうる。図2は、バイポーラ電池である、本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。以下、図2に示すバイポーラ電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。   The battery of the present invention may be a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”). FIG. 2 is a cross-sectional view showing a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, which is a bipolar battery. Hereinafter, the bipolar battery shown in FIG. 2 will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図2に示す本実施形態のバイポーラ電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。   The bipolar battery 10 of this embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior.

図2に示すように、本実施形態のバイポーラ電池10の電池要素21は、正極活物質層13と、負極活物質層15とが集電体11のそれぞれの面に形成されたバイポーラ電極を複数個有する。各バイポーラ電極は、電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一のバイポーラ電極の正極活物質層13と前記一のバイポーラ電極に隣接する他のバイポーラ電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各バイポーラ電極および電解質層17が積層されている。   As shown in FIG. 2, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of this embodiment includes a plurality of bipolar electrodes in which a positive electrode active material layer 13 and a negative electrode active material layer 15 are formed on each surface of a current collector 11. Have one. Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar electrode and electrolyte layer are arranged such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. 17 are stacked.

そして、隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。従って、バイポーラ電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周には、隣接する集電体11間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、11b)には、片面のみに、正極活物質層13(正極側最外層集電体11a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11b)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked. In addition, an insulating layer 31 for insulating adjacent current collectors 11 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 11b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 13 (positive electrode side outermost layer current collector 11a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (negative electrode side outermost layer current collector 11b) is formed.

さらに、図2に示すバイポーラ電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極出力端子25とされ、外装であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bが延長されて負極出力端子27とされ、同様にラミネートシート29から導出している。   Furthermore, in the bipolar battery 10 shown in FIG. 2, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to be a positive electrode output terminal 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 b is extended to form a negative electrode output terminal 27, which is similarly derived from the laminate sheet 29.

以下、本実施形態のバイポーラ電池10を構成する部材について簡単に説明する。ただし、電極を構成する成分については上記で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明の技術的範囲が下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, members constituting the bipolar battery 10 of the present embodiment will be briefly described. However, since the components constituting the electrode are as described above, the description thereof is omitted here. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms, and conventionally known forms can be similarly adopted.

[電解質層]
電解質層17を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
[Electrolyte layer]
A liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte constituting the electrolyte layer 17.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。   The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。   The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer made of an ion conductive polymer. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved.

なお、電解質層17が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層17にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In the case where the electrolyte layer 17 is composed of a liquid electrolyte or a gel electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer 17. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。従って、電解質層17が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer 17 is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel electrolyte or the intrinsic polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

[絶縁層]
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起きたりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
[Insulation layer]
In the bipolar battery 10, an insulating layer 31 is usually provided around each unit cell layer 19. The insulating layer 31 is provided for the purpose of preventing the adjacent current collectors 11 in the battery from contacting each other and short-circuiting due to a slight unevenness at the end of the battery cell layer 19 in the battery element 21. It is done. The installation of such an insulating layer 31 ensures long-term reliability and safety, and can provide a high-quality bipolar battery 10.

絶縁層31としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating layer 31 only needs to have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance under battery operating temperature, etc. Urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber and the like can be used. Of these, urethane resins and epoxy resins are preferred from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming properties), economy, and the like.

[端子]
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続された端子(正極端子25および負極端子27)が外装の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極端子25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極端子27とが、外装の外部に取り出される。
[Terminal]
In the bipolar battery 10, terminals (positive terminal 25 and negative terminal 27) electrically connected to the outermost current collector (11 a, 11 b) are taken out of the exterior for the purpose of taking out current outside the battery. Specifically, a positive electrode terminal 25 electrically connected to the positive electrode outermost layer current collector 11a and a negative electrode terminal 27 electrically connected to the negative electrode outermost layer current collector 11b are provided outside the exterior. It is taken out.

端子(正極端子25および負極端子27)の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池用の端子として従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極端子25と負極端子27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。なお、本実施形態のように、最外層集電体(11a、11b)を延長することにより端子(25、27)としてもよいし、別途準備した端子を最外層集電体に接続してもよい。   The material of the terminals (the positive electrode terminal 25 and the negative electrode terminal 27) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a terminal for a bipolar battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. The positive electrode terminal 25 and the negative electrode terminal 27 may be made of the same material or different materials. As in the present embodiment, the outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form terminals (25, 27), or a separately prepared terminal may be connected to the outermost layer current collector. Good.

[外装]
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、好ましくはラミネートシート29などの外装内に収容される。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the bipolar battery 10, the battery element 21 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 29 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an assembled battery is configured by connecting a plurality of the bipolar batteries of the first embodiment in parallel and / or in series.

図3は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図3に示すように、組電池40は、上記の第2実施形態に記載のバイポーラ電池が複数個接続されることにより構成される。各バイポーラ電池10の正極端子25および負極端子27がバスバを用いて接続されることにより、各バイポーラ電池10が接続されている。組電池40の一の側面には、組電池40全体の電極として、電極ターミナル(42、43)が設けられている。   As shown in FIG. 3, the assembled battery 40 is configured by connecting a plurality of bipolar batteries described in the second embodiment. Each bipolar battery 10 is connected by connecting the positive electrode terminal 25 and the negative electrode terminal 27 of each bipolar battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 40, electrode terminals (42, 43) are provided as electrodes of the entire assembled battery 40.

組電池40を構成する複数個のバイポーラ電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池40の長期信頼性が向上しうる。   The connection method when connecting the plurality of bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 40 can be improved.

本実施形態の組電池40によれば、組電池40を構成する個々のバイポーラ電池10が出力特性に優れることから、出力特性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 40 of the present embodiment, each bipolar battery 10 constituting the assembled battery 40 is excellent in output characteristics, and therefore, an assembled battery excellent in output characteristics can be provided.

なお、組電池40を構成するバイポーラ電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The connection of the bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be all connected in parallel, all may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection may be used. Also good.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第1実施形態のバイポーラ電池10、または第2実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the bipolar battery 10 of the first embodiment or the assembled battery 40 of the second embodiment is mounted as a motor driving power source to constitute a vehicle. As a vehicle using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle that does not use gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, etc., wheels are driven by a motor. A driving car can be mentioned.

参考までに、図4に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池40を搭載する自動車50は出力特性に優れ、高出力条件下においても充分な出力を提供しうる。   For reference, FIG. 4 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 50 equipped with the assembled battery 40 has excellent output characteristics, and can provide sufficient output even under high output conditions.

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。例えば、上記の第1実施形態ではバイポーラ型のリチウムイオン二次電池(バイポーラ電池)を例に挙げて説明したが、本発明の電池の技術的範囲がバイポーラ電池のみに制限されることはなく、例えば、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池であってもよい。参考までに、図5に、バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池60の概要を示す断面図を示す。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. . For example, in the first embodiment, the bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been described as an example, but the technical scope of the battery of the present invention is not limited to the bipolar battery, For example, a non-bipolar lithium ion secondary battery may be used. For reference, FIG. 5 is a cross-sectional view showing an outline of a lithium ion secondary battery 60 that is not bipolar.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

実施例で用いた分岐構造を有する炭素繊維は、表1に示した通りである。表1のRおよびLは、図6に示すように、それぞれ炭素繊維の繊維径および繊維長を表し、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて測定した。   The carbon fibers having a branched structure used in the examples are as shown in Table 1. As shown in FIG. 6, R and L in Table 1 represent the fiber diameter and fiber length of the carbon fiber, respectively, and were measured using a scanning electron microscope (SEM).

Figure 2007157502
Figure 2007157502

<実施例1>
<正極の作製>
正極活物質であるスピネル型マンガン酸リチウム(平均粒径:1.0μm)(80質量%)、導電助剤である分岐構造を有する炭素繊維(表1に示すType1)(10質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
<Example 1>
<Preparation of positive electrode>
Spinel-type lithium manganate (average particle size: 1.0 μm) (80% by mass) as a positive electrode active material, carbon fiber having a branched structure as a conductive assistant (Type 1 shown in Table 1) (10% by mass), and An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent was added to a solid content of polyvinylidene fluoride (PVdF) (10% by mass) as a binder to prepare a positive electrode active material slurry. .

上記で調製した正極活物質スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚さ:20μm)上に自走型ダイコータを用いて目付け量6.0mg/cmで塗布し、乾燥させて、積層体を得た。次いで、得られた積層体を、プレス機を用いてプレスし、集電体に出力端子を接続して、試験用正極を作製した。 The positive electrode active material slurry prepared above was applied on an aluminum foil (thickness: 20 μm) as a positive electrode current collector at a weight per unit area of 6.0 mg / cm 2 using a self-propelled die coater, dried, and laminated. Got the body. Next, the obtained laminate was pressed using a press machine, and an output terminal was connected to the current collector to produce a test positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質であるハードカーボン(平均粒径:9μm)(85質量%)、導電助剤である気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)(5質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)からなる固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。
<Production of negative electrode>
Hard carbon (average particle diameter: 9 μm) (85% by mass) as a negative electrode active material, vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark) (5% by mass) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride as a binder ( An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content of PVdF) (10% by mass) to prepare a negative electrode active material slurry.

上記で調製した負極活物質スラリーを、負極集電体としての銅箔(厚さ:10μm)上に自走型ダイコータを用いて目付け量1.5mg/cmで塗布し、乾燥させて、積層体を得た。次いで、得られた積層体を、負極活物質層の空隙率が55%となるように、プレス機を用いてプレスし、集電体に出力端子を接続して、試験用負極を作製した。 The negative electrode active material slurry prepared above was applied onto a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector at a basis weight of 1.5 mg / cm 2 using a self-propelled die coater, dried, and laminated. Got the body. Next, the obtained laminate was pressed using a press so that the porosity of the negative electrode active material layer was 55%, and an output terminal was connected to the current collector to produce a test negative electrode.

<電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびジエチルカーボネート(DEC)を2:2:6の体積比で混合し、電解液の可塑剤(有機溶媒)とした。次いで、この可塑剤に、リチウム塩であるLiPFを1Mの濃度になるように添加して、電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 2: 2: 6 to obtain a plasticizer (organic solvent) of the electrolytic solution. Then, the plasticizer, the addition of LiPF 6 as lithium salt to a concentration of 1M, to prepare an electrolytic solution.

<ラミネート電池の作製>
上記で作製した試験用正極および試験用負極で、リチウムイオン電池用セパレータであるポリエチレン製微多孔膜(厚さ:25μm)を挟持した。次いで得られた挟持体を三方シール済みの外装材であるアルミラミネートパック中に挿入した。その後、前記アルミラミネートパック中に上記で調製した電解液を注入し、パックから出力端子が露出するようにパックを真空シールして、ラミネート電池を完成させた。
<Production of laminated battery>
A polyethylene microporous membrane (thickness: 25 μm) as a lithium ion battery separator was sandwiched between the test positive electrode and the test negative electrode prepared above. Next, the obtained sandwiched body was inserted into an aluminum laminate pack which is a three-side sealed exterior material. Thereafter, the electrolytic solution prepared above was injected into the aluminum laminate pack, and the pack was vacuum-sealed so that the output terminals were exposed from the pack, thereby completing a laminate battery.

<実施例2>
前記正極活物質スラリー中の固形分であるスピネル型マンガン酸リチウム、分岐構造を有する炭素繊維、およびポリフッ化ビニリデンの質量比を83:7:10としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、ラミネート電池を作製した。
<Example 2>
The same as Example 1 except that the mass ratio of the spinel type lithium manganate, which is a solid content in the positive electrode active material slurry, the carbon fiber having a branched structure, and the polyvinylidene fluoride was 83: 7: 10. A laminated battery was prepared by the method described above.

<実施例3>
表1にType2として示す分岐構造を有する炭素繊維を導電助剤として用い、前記正極活物質スラリー中の固形分であるスピネル型マンガン酸リチウム、分岐構造を有する炭素繊維、およびポリフッ化ビニリデンの質量比を87:3:10としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、ラミネート電池を作製した。
<Example 3>
Mass ratio of spinel type lithium manganate which is solid content in the positive electrode active material slurry, carbon fiber having a branched structure, and polyvinylidene fluoride using a carbon fiber having a branched structure shown as Type 2 in Table 1 as a conductive additive A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that was set to 87: 3: 10.

<実施例4>
表1にType3として示す分岐構造を有する炭素繊維を導電助剤として用い、前記正極活物質スラリー中の固形分であるスピネル型マンガン酸リチウム、分岐構造を有する炭素繊維、およびポリフッ化ビニリデンの質量比を89:1:10としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、ラミネート電池を作製した。
<Example 4>
Mass ratio of spinel type lithium manganate which is solid content in the positive electrode active material slurry, carbon fiber having a branched structure, and polyvinylidene fluoride using a carbon fiber having a branched structure shown as Type 3 in Table 1 as a conductive additive. A laminated battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the ratio was 89: 1: 10.

<比較例>
前記炭素繊維の代わりに、粒径が0.5μmである球状のアセチレンブラックを用い、前記正極活物質スラリー中の固形分であるスピネル型マンガン酸リチウム、アセチレンブラック、およびポリフッ化ビニリデンの質量比を89:1:10としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、ラミネート電池を作製した。
<Comparative example>
Instead of the carbon fiber, spherical acetylene black having a particle size of 0.5 μm is used, and the mass ratio of spinel type lithium manganate, acetylene black, and polyvinylidene fluoride, which are solid components in the positive electrode active material slurry, is determined. A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was 89: 1: 10.

<ラミネート電池の電池特性の評価>
上記の各実施例および各比較例で作製したラミネート電池を用いて、以下の手法により充放電試験を行った。
<Evaluation of battery characteristics of laminated battery>
Using the laminate batteries prepared in each of the above examples and comparative examples, a charge / discharge test was performed by the following method.

具体的には、各ラミネート電池について、0.2Cの定電流にて初充電を行い、0.5Cの定電流にて放電後、1Cの定電流にて10サイクルの充放電試験を行った。   Specifically, each laminate battery was initially charged at a constant current of 0.2 C, discharged at a constant current of 0.5 C, and then subjected to a 10-cycle charge / discharge test at a constant current of 1 C.

その後、満充電状態(4.2V)で100C(20mA/cm以上)での5秒値の直流抵抗を評価した。結果を下記の表2に示す。 Thereafter, the DC resistance of a 5-second value at 100 C (20 mA / cm 2 or more) in a fully charged state (4.2 V) was evaluated. The results are shown in Table 2 below.

Figure 2007157502
Figure 2007157502

上記の表2から示されるように、比較例である球状の導電助剤に比べ、実施例である分岐構造を有する繊維状の導電助剤を用いた場合、優れた出力特性を有することが確認された。また実施例から示されるように、表面積比が同じ場合、繊維径が小さいほど出力特性がより優れているということがわかる。   As shown in Table 2 above, it was confirmed that when a fibrous conductive additive having a branched structure as an example was used, compared with a spherical conductive additive as a comparative example, it had excellent output characteristics. It was done. Further, as shown in the examples, it can be seen that when the surface area ratio is the same, the smaller the fiber diameter, the better the output characteristics.

以上のことから、本発明のリチウムイオン二次電池は、高出力特性を有する。   From the above, the lithium ion secondary battery of the present invention has high output characteristics.

本発明の一実施形態による単電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cell by one Embodiment of this invention. 第1実施形態のバイポーラ電池の好ましい一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one preferable embodiment of the bipolar battery of 1st Embodiment. 第2実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 2nd Embodiment. 第2実施形態の組電池を搭載する第3実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 3rd Embodiment carrying the assembled battery of 2nd Embodiment. バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the lithium ion secondary battery which is not a bipolar type. 本発明に用いられる炭素繊維の模式図である。It is a schematic diagram of the carbon fiber used for this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 単電池、
10 バイポーラ電池、
11 集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極端子、
27 負極端子、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車、
60 バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池。
1 cell,
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive terminal,
27 negative terminal,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
33 positive electrode current collector,
35 negative electrode current collector,
40 battery packs,
42, 43 electrode terminals,
50 cars,
60 Lithium ion secondary battery that is not bipolar.

Claims (17)

リチウムイオン二次電池の正極活物質層が、正極活物質、および分岐構造を有する繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の総表面積a1が、前記正極活物質の総表面積a2に対して、1.7≦a1/a2≦5.4の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。   The positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a positive electrode active material and a fibrous conductive additive having a branched structure, and the total surface area a1 of the conductive auxiliary agent is larger than the total surface area a2 of the positive electrode active material. The lithium ion secondary battery is characterized by having a ratio of 1.7 ≦ a1 / a2 ≦ 5.4. リチウムイオン二次電池の負極活物質層が、負極活物質、および分岐構造を有する繊維状の導電助剤を含み、前記導電助剤の総表面積b1が、前記負極活物質の総表面積b2に対して、0.5≦b1/b2≦2.7の比であることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。   The negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery includes a negative electrode active material and a fibrous conductive additive having a branched structure, and the total surface area b1 of the conductive auxiliary agent is smaller than the total surface area b2 of the negative electrode active material. The lithium ion secondary battery is characterized in that the ratio is 0.5 ≦ b1 / b2 ≦ 2.7. 前記導電助剤の総表面積a1、および前記正極活物質の総表面積a2の比が、1.8≦a1/a2≦3.0であることを特徴とする、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The ratio of the total surface area a1 of the conductive additive and the total surface area a2 of the positive electrode active material is 1.8 ≦ a1 / a2 ≦ 3.0. Next battery. 前記導電助剤の主鎖の長さが、前記活物質の粒径以上の長さであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   4. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a length of a main chain of the conductive additive is equal to or greater than a particle size of the active material. 5. 前記導電助剤の側鎖の長さが、前記活物質の粒径以上の長さであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   5. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a length of a side chain of the conductive auxiliary agent is not less than a particle size of the active material. 前記導電助剤は、炭素系材料であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the conductive auxiliary agent is a carbon-based material. 前記炭素系材料は、気相成長法によって製造された材料であることを特徴とする、請求項6に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein the carbon-based material is a material manufactured by a vapor deposition method. 前記正極活物質の平均粒径が5μm以下であることを特徴とする、請求項1、3〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   8. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an average particle diameter of the positive electrode active material is 5 μm or less. 9. 前記正極活物質の平均粒径が1μm以下であることを特徴とする、請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein an average particle diameter of the positive electrode active material is 1 μm or less. 前記負極活物質の平均粒径が10μm以下であることを特徴とする、請求項2〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 2 to 7, wherein an average particle size of the negative electrode active material is 10 µm or less. 前記負極活物質の平均粒径が5μm以下であることを特徴とする、請求項10に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 10, wherein an average particle diameter of the negative electrode active material is 5 μm or less. 前記正極活物質が、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属リン酸化合物、およびリチウム遷移金属硫酸化合物からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The said positive electrode active material contains at least one selected from the group which consists of a lithium transition metal oxide, a lithium transition metal phosphate compound, and a lithium transition metal sulfate compound, The any one of Claims 1-11 characterized by the above-mentioned. 2. The lithium ion secondary battery according to item 1. 前記負極活物質が、炭素材料、リチウム遷移金属化合物、金属材料、およびリチウム−金属合金材料からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The negative electrode active material includes at least one selected from the group consisting of a carbon material, a lithium transition metal compound, a metal material, and a lithium-metal alloy material. The lithium ion secondary battery according to item. 前記リチウムイオン二次電池の電解質は、液体電解質、ポリマー電解質、およびゲル電解質からなる群より選択されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 13, wherein the electrolyte of the lithium ion secondary battery is selected from the group consisting of a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, and a gel electrolyte. . 前記電解質がポリマー電解質、またはゲル電解質であることを特徴とする、請求項14に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 14, wherein the electrolyte is a polymer electrolyte or a gel electrolyte. 請求項1〜15のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池を用いた組電池。   The assembled battery using the lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-15. 請求項1〜15のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池、または請求項16に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。   A vehicle equipped with the lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 15 or the assembled battery according to claim 16 as a motor driving power source.
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