JP2007335308A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
リチウムイオンを介して充放電を行う非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であり、携帯電話等に代表される小型携帯機器に広く採用されている。近年、携帯機器の小型化や利便性の向上を目的とした急速充放電への要求、さらに、環境問題への関心の高まりから、電気自動車やハイブリット自動車、電力貯蔵用等への非水電解質二次電池の適用を目指して、エネルギー密度や入出力特性、サイクル特性の向上への要求が高まっている。 Nonaqueous electrolyte secondary batteries that charge and discharge via lithium ions have a high energy density and are widely used in small portable devices typified by mobile phones and the like. In recent years, the demand for rapid charging and discharging for the purpose of miniaturization and improvement of convenience of portable devices and the increasing concern about environmental problems have led to non-aqueous electrolytes for electric vehicles, hybrid vehicles, power storage, etc. With the aim of applying secondary batteries, there are increasing demands for improving energy density, input / output characteristics, and cycle characteristics.
同種の電池において、エネルギー密度や急速充放電特性、入出力特性を向上する手法としては、活物質の比表面積の拡大、電極の薄肉化、高密度化等が挙げられる。負極の活物質には、エネルギー密度の観点から、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材が一般的に使用されている。炭素材を使用した負極では、集電体に銅が使用されている。しかしながら、集電体に銅を用いると、過放電状態になった場合は、負極の電位上昇により集電体の銅表面が溶解してしまい、特に高温環境下ではこの現象が顕著となり、集電効率の低下等により容量が劣化するという問題を抱えていた。 In the same type of battery, methods for improving the energy density, rapid charge / discharge characteristics, and input / output characteristics include increasing the specific surface area of the active material, thinning the electrode, and increasing the density. As the negative electrode active material, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions is generally used from the viewpoint of energy density. In the negative electrode using a carbon material, copper is used for the current collector. However, when copper is used for the current collector, the copper surface of the current collector dissolves due to an increase in the potential of the negative electrode in an overdischarged state, and this phenomenon becomes prominent particularly in a high temperature environment. There was a problem that the capacity deteriorated due to a decrease in efficiency.
これに対して、特許文献1に記載されているように、平均結晶粒径50μm以下のアルミニウムまたはアルミニウム合金箔からなる負極集電体と、一次粒子径1μm以下の粒度分布をもつ負極活物質とを用いた非水電解質二次電池が提案されている。集電体の平均結晶粒径を50μm以下にすることで、集電体の強度が向上するため、負極活物質として、一次粒子径1μm以下の粒度分布をもつ粉体を使用しても電極密度が向上し、エネルギー密度や入出力特性が改善される。
本発明は、短い製造時間で、優れた急速充電特性と体積エネルギー密度が得られる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of obtaining excellent rapid charge characteristics and volume energy density in a short manufacturing time.
本発明に係る非水電解質二次電池は、正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された電極群を具備する非水電解質二次電池であって、
前記正極及び前記負極は、それぞれ、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の長辺側端部に接続された少なくとも1本のリード部と、前記集電体に担持された活物質含有層とを含み、かつ下記(1)式を満足することを特徴とする。
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a flat spiral shape through a separator,
Each of the positive electrode and the negative electrode is carried by the current collector, a current collector made of aluminum or an aluminum alloy, at least one lead portion connected to a long side end of the current collector, and An active material-containing layer, and satisfy the following formula (1).
(L/W)≦30 (1)
但し、前記Lは前記リード部1本当りの有効集電体長さで、前記Wは前記集電体の短辺方向の幅である。
(L / W) ≦ 30 (1)
Here, L is the effective current collector length per one lead portion, and W is the width in the short side direction of the current collector.
本発明によれば、短い製造時間で、優れた急速充電特性と体積エネルギー密度が得られる非水電解質二次電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery which can obtain the quick charge characteristic and volume energy density which were excellent in the short manufacturing time can be provided.
前述した特許文献1に記載の非水電解質二次電池の集電体に用いられているアルミニウムの体積固有抵抗は、2.62[μΩ・cm]と銅の1.69[μΩ・cm]に比して高いため、集電体の導電性の点では不利である。更に、エネルギー密度や入出力特性の向上を目的に集電体の厚さを薄くした場合、集電体の抵抗が上昇してしまい、活物質から得た電子を十分に集電し、素早く取り出すことができないために、入出力密度が低下してしまうことがあった。そこで、電極を短冊状にして、各葉から集電のリードを取り出すことで、集電体の実質的な長さを低減し、これにより集電体の抵抗による電圧損失を抑えることで、入出力特性を確保することが試みられている。この場合、電池容量と対向面積を稼ぐために、複数枚の電極が必要となるため、電極群を製造する際に、生産性が低く、コストがかかるなどの問題がある。
The volume resistivity of aluminum used for the current collector of the non-aqueous electrolyte secondary battery described in
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、高温過放電環境下での集電体の溶出を抑えるために集電体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用した場合であっても、概略四角形の長尺電極の長辺および短辺の寸法を下記(1)式に示すように規制することによって、小型電極の各葉に集電リードを付加して、複数枚を積み重ねる電極構造とすることなしに、捲回構造の電極群を用いて、大電流での入出力特性とエネルギー密度が改善されることを見出し、本発明に至ったのである。 As a result of extensive research, the present inventors have found that even when aluminum or an aluminum alloy is used for the current collector in order to suppress elution of the current collector in a high-temperature overdischarge environment, By restricting the dimensions of the long and short sides of the shank electrode as shown in the following formula (1), it is possible to add a current collecting lead to each leaf of the small electrode and to make an electrode structure in which a plurality of sheets are stacked. The inventors have found that the input / output characteristics and energy density at a large current can be improved by using an electrode group having a wound structure, and the present invention has been achieved.
(L/W)≦30 (1)
但し、前記Lは前記リード部1本当りの有効集電体長さで、前記Wは前記集電体の短辺方向の幅である。
(L / W) ≦ 30 (1)
Here, L is the effective current collector length per one lead portion, and W is the width in the short side direction of the current collector.
また、上記構成にすると、集電体の抵抗による電圧損失が大幅に低減されるため、一方の端面のみから正極及び負極のリード部が引き出されているリード部断面積が小さい捲回型電極群を用いても、優れた入出力特性を得ることができる。この捲回型電極群は、両方の端面から正負極のリード部が引き出された場合に比して、容器内のデッドスペースを少なくすることができるため、体積エネルギー密度の点で有利である。一方の端面のみから正極及び負極のリード部を引き出す場合、正極のリード部の断面積を0.1〜10mm2の範囲にし、負極のリード部の断面積を0.1〜10mm2の範囲にすることができる。なお、正極がリード部を複数有する場合、各リード部の断面積の合計値を使用する。負極の場合も同様である。 In addition, with the above configuration, voltage loss due to the resistance of the current collector is greatly reduced, so that the positive electrode and negative electrode lead portions are drawn out only from one end surface, and the wound electrode group having a small lead cross-sectional area Even if is used, excellent input / output characteristics can be obtained. This wound electrode group is advantageous in terms of volumetric energy density because the dead space in the container can be reduced as compared with the case where the positive and negative electrode lead portions are drawn out from both end faces. If only one end face elicit lead portion of the positive electrode and the negative electrode, the sectional area of the lead portion of the positive electrode in the range of 0.1 to 10 mm 2, the cross-sectional area of the lead portion of the negative electrode in the range of 0.1 to 10 mm 2 can do. In addition, when a positive electrode has multiple lead parts, the total value of the cross-sectional areas of each lead part is used. The same applies to the negative electrode.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、電極群1は、正極2及び負極3をその間にセパレータ4を介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。帯状の正極リード部5は、正極2に電気的に接続されている。一方、帯状の負極リード部6は、負極3に電気的に接続されている。この電極群1は、両方の長辺と一方の短辺に封止部8が形成されているラミネートフィルム製容器7内に収納されている。図1及び図2に示すように、正極リード部5と負極リード部6の先端は、容器7の短辺側の封止部8から引き出されている。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、正極2は、正極集電体2aと、正極集電体2aの一方もしくは両面に担持された正極活物質含有層2bとを含む。負極3は、負極集電体3aと、負極集電体3aの一方もしくは両面に担持された負極活物質含有層3bとを含む。セパレータ4は、正極活物質含有層2bと負極活物質含有層3bの間に介在されている。
As shown in FIG. 3, the
正極2及び負極3のリード部取り付け位置を図4を参照して説明する。図4に負極3の場合を示す。正極2及び負極3は、いずれも、帯状である。負極集電体3aの長辺の一方の端部に負極リード部6が溶接されている。負極リード部6の先端は、負極3の短辺方向に引き出されている。負極活物質含有層3bは、負極集電体3aの両面に、負極リード部6の溶接箇所を除いて形成されている。正極2の場合も負極3の場合と同様な構成を有する。正極集電体2aの長辺の一方の端部に正極リード部5が溶接されている。正極リード部5の先端は、正極2の短辺方向に引き出されている。正極活物質含有層2bは、正極集電体2aの両面に、正極リード部5の溶接箇所を除いて形成されている。正極2及び負極3は、それぞれ、下記(1)式を満足する。
The lead part attachment positions of the
(L/W)≦30 (1)
但し、Lはリード部1本当りの有効集電体長さで、Wは集電体の短辺方向の幅である。
(L / W) ≦ 30 (1)
However, L is the effective current collector length per lead portion, and W is the width of the current collector in the short side direction.
図4のように負極集電体3aの長辺の一方の端部に負極リード部6が溶接されている場合、Lは、負極リード部6と、負極リード部6の反対側に位置する短辺との距離(負極リード部6の幅は含まない)である。正極2の場合も、正極集電体2aの長辺の一方の端部に正極リード部5が溶接されている場合、Lは、正極リード部5と、正極リード部5の反対側に位置する短辺との距離(正極リード部5の幅は含まない)である。
When the negative
正極2または負極3の(L/W)が30を超えると、正極集電体2aもしくは負極集電体3aの抵抗による電圧損失が大きくなるため、大電流での入出力特性が低下する。正極2及び負極3の(L/W)を30以上にすることによって、大電流での入出力特性と体積エネルギー密度に優れる二次電池を生産性良く提供することができる。なお、正極2または負極3の(L/W)を7.5未満にすると、二次電池の体積エネルギー密度が低下する恐れがあるため、正極2及び負極3の(L/W)の下限値は7.5にすることが望ましい。
When (L / W) of the
正極2及び負極3において、集電体の厚さを20μm以下にし、かつ活物質含有層の厚さtと集電体の厚さTとの比率(t/T)値を3以下にすることが望ましい。これにより、大電流での入出力特性と体積エネルギー密度をさらに向上することができる。なお、集電体の厚さの下限値は3μmに、厚さ比(t/T)値の下限値は1.2(さらに好ましくは1.5)にすることができる。図5に、負極3の負極集電体3aの厚さTと、負極活物質含有層3bの厚さtを示す。
In the
活物質含有層の厚さtと集電体の厚さTは、以下に説明する方法で測定される。 The thickness t of the active material-containing layer and the thickness T of the current collector are measured by the method described below.
電池を分解して正極および負極を取り出し、平坦にする。電極の平坦面を先端φ10平面測定端子を有するダイヤルゲージ(測定圧力 1.4N以下)にて厚さを測定し、電極厚さT1とする。さらに、活物質未塗工部(活物質含有層非形成部)の集電体厚さを同様に測定し、Tとする。T1からTを差し引いた値を活物質含有層の厚さtとする。但し、集電体の両面に活物質含有層が形成されている電極の厚さをT1とする場合、(T1−T)の1/2の値を活物質含有層の厚さtとする。 The battery is disassembled and the positive and negative electrodes are removed and flattened. The thickness of the flat surface of the electrode is measured with a dial gauge (measuring pressure of 1.4 N or less) having a tip φ10 plane measuring terminal to obtain an electrode thickness T1. Further, the current collector thickness of the active material uncoated part (active material containing layer non-formed part) is measured in the same manner, and is defined as T. The value obtained by subtracting T from T1 is defined as the thickness t of the active material-containing layer. However, when the thickness of the electrode in which the active material-containing layer is formed on both surfaces of the current collector is T1, the value of 1/2 of (T1-T) is the thickness t of the active material-containing layer.
正極2のリード部5または負極3のリード部6の本数は2本以上にすることができる。負極3の場合を例にし、図6を参照して説明する。負極集電体3aの長辺の両端部に負極リード部61、62が溶接されている。負極リード部61、62の先端は、負極3の短辺方向に引き出されている。負極活物質含有層3bは、負極集電体3aの両面に、負極リード部61、62の溶接箇所を除いて形成されている。この場合、Lは、負極リード部61と負極リード部62との距離(負極リード部6の幅は含まない)の半分に相当する長さである。正極2においても、正極集電体2aの長辺の両端部に正極リード部が溶接されている場合、Lは、2本の正極リード部間の距離(正極リード部の幅は含まない)の半分に相当する長さである。
The number of the
図6に例示されるように2本のリード部を用いる場合、1個の電極群から正極リード部及び負極リード部を2本ずつ引き出しても良いが、図7に例示されるように電極群を複数作製し、各電極群から正極リード部及び負極リード部を1本ずつ引き出しても良い。具体的に説明する。正極及び負極それぞれを長さLで半分に切断し、正極及び負極を2葉ずつ用意する。それぞれから電極群を作製し、図7に示すように2組の電極群11、12を得る。電極群11の負極端子61と電極群12の負極端子62とを溶接などにより電気的に接続すると共に、電極群11の正極端子51と電極群12の正極端子52とを溶接などにより電気的に接続する。このような方法によると、1個の電極群を作製するのに必要な正極及び負極の長さを短くすることができるため、複数本のリード部を備えた電極群の作製がより容易になる。
When two lead portions are used as illustrated in FIG. 6, two positive electrode lead portions and two negative electrode lead portions may be drawn out from one electrode group, but as illustrated in FIG. It is also possible to produce a plurality of electrodes and to draw out one positive electrode lead portion and one negative electrode lead portion from each electrode group. This will be specifically described. Each of the positive electrode and the negative electrode is cut in half with a length L, and two positive electrodes and two negative electrodes are prepared. Electrode groups are prepared from each of them, and two sets of
正極リード部及び負極リード部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は50μm以下にすることが望ましい。 The positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion can be formed from aluminum or an aluminum alloy. The average crystal grain size of the aluminum foil and the aluminum alloy foil is desirably 50 μm or less.
以下、負極、正極、非水電解質、セパレータ及び容器について説明する。 Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the nonaqueous electrolyte, the separator, and the container will be described.
1)負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極活物質含有層とを含む。
1) Negative electrode The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer that is supported on one or both surfaces of the negative electrode current collector and includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.
負極集電体には、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を使用することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は50μm以下にすることが望ましい。平均結晶粒径の範囲が50μm以下であることにより、高温環境下での過放電サイクル時の集電体の溶解が抑制され、かつ負極集電体を破断させることなく薄くて高密度な負極を得ることが可能となり、大電流での入出力特性をさらに向上することができる。より好ましい平均結晶粒径は、3μm以下である。また、平均結晶粒径の下限値は0.01μmにすることが望ましい。 An aluminum foil or an aluminum alloy foil can be used for the negative electrode current collector. The average crystal grain size of the aluminum foil and the aluminum alloy foil is desirably 50 μm or less. When the average crystal grain size is 50 μm or less, dissolution of the current collector during an overdischarge cycle in a high-temperature environment is suppressed, and a thin and high-density negative electrode is formed without breaking the negative electrode current collector. Thus, the input / output characteristics at a large current can be further improved. A more preferable average crystal grain size is 3 μm or less. Further, it is desirable that the lower limit value of the average crystal grain size is 0.01 μm.
アルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、1mm×1mmの視野内に存在する結晶粒子数nを測定し、下記(A)式より平均結晶粒子面積S(μm2)を算出する。 The average crystal grain size of aluminum and aluminum alloy is measured by the method described below. The structure of the current collector surface is observed with a metal microscope, the number n of crystal grains existing in a 1 mm × 1 mm visual field is measured, and the average crystal grain area S (μm 2 ) is calculated from the following formula (A).
S=(1×106)/n (A)
ここで、(1×106)で表わされる値は1mm×1mmの視野面積(μm2)で、nは結晶粒子数である。
S = (1 × 10 6 ) / n (A)
Here, the value represented by (1 × 10 6 ) is a visual field area (μm 2 ) of 1 mm × 1 mm, and n is the number of crystal grains.
得られた平均結晶粒子面積Sを用いて下記(B)式から平均結晶粒径d(μm)を算出する。このような平均結晶粒径dの算出を5箇所(5視野)について行ない、その平均値を平均結晶粒径とする。なお、想定誤差は約5%である。 The average crystal grain size d (μm) is calculated from the following formula (B) using the obtained average crystal grain area S. Such calculation of the average crystal grain size d is performed for five locations (five fields of view), and the average value is defined as the average crystal grain size. Note that the assumed error is about 5%.
d=2(S/π)1/2 (B)
負極集電体の厚さは、高容量化のため、20μm以下が好ましい。より好ましい範囲は12μm以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、3μmにすることが望ましい。
d = 2 (S / π) 1/2 (B)
The thickness of the negative electrode current collector is preferably 20 μm or less in order to increase the capacity. A more preferable range is 12 μm or less. Further, the lower limit value of the thickness of the negative electrode current collector is desirably 3 μm.
負極集電体に用いられるアルミニウムの純度は、耐食性の向上および高強度化のため、99.99%以上が好ましい。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、鉄、マグネシウム、亜鉛、マンガン及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素を含む合金が好ましい。例えば、Al−Fe合金、Al−Mn系合金およびAl−Mg系合金は、アルミニウムよりさらに高い強度を得ることが可能である。一方、アルミニウムおよびアルミニウム合金中のニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は100ppm以下(0ppmを含む)にすることが好ましい。例えば、Al−Cu系合金では、強度は高まるが、耐食性は悪化するので、集電体としては不適である。アルミニウム合金中のアルミニウム含有量は、95重量%以上、99.5重量%以下にすることが望ましい。この範囲を外れると、平均結晶粒径を50μm以下にしても十分な強度を得られない恐れがあるからである。より好ましいアルミニウム含有量は、98重量%以上、99.5重量%以下である。 The purity of aluminum used for the negative electrode current collector is preferably 99.99% or more for improving corrosion resistance and increasing strength. The aluminum alloy is preferably an alloy containing one or more elements selected from the group consisting of iron, magnesium, zinc, manganese and silicon in addition to aluminum. For example, an Al-Fe alloy, an Al-Mn alloy, and an Al-Mg alloy can obtain higher strength than aluminum. On the other hand, the content of transition metals such as nickel and chromium in aluminum and aluminum alloys is preferably 100 ppm or less (including 0 ppm). For example, an Al—Cu-based alloy increases strength but deteriorates corrosion resistance, and is not suitable as a current collector. The aluminum content in the aluminum alloy is desirably 95% by weight or more and 99.5% by weight or less. If it is out of this range, sufficient strength may not be obtained even if the average crystal grain size is 50 μm or less. A more preferable aluminum content is 98% by weight or more and 99.5% by weight or less.
負極活物質の平均粒径は1μm以下とすることが望ましい。負極活物質の平均粒径を1μm以下にすることによって、負極活物質のリチウムイオン拡散性が向上するため、大電流での入出力特性をさらに向上させることができる。より好ましい平均粒径は、0.3μm以下である。また、平均粒径の下限値は0.001μmにすることが望ましい。 The average particle size of the negative electrode active material is desirably 1 μm or less. By setting the average particle size of the negative electrode active material to 1 μm or less, the lithium ion diffusibility of the negative electrode active material is improved, so that the input / output characteristics at a large current can be further improved. A more preferable average particle diameter is 0.3 μm or less. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the average particle diameter is 0.001 μm.
負極活物質の粒径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所 型番SALD−300)もしくはこれと等価な機能を有する測定装置が用いられる。まず、ビーカー等に試料約0.1gを入れた後、界面活性剤と1〜2mLの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入する。2秒間隔で、64回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が50%の粒径(D50)を平均粒径とする。 For the measurement of the particle size of the negative electrode active material, a laser diffraction particle size distribution measuring device (Shimadzu Corporation, model number SALD-300) or a measuring device having an equivalent function is used. First, after putting about 0.1 g of a sample in a beaker or the like, a surfactant and 1 to 2 mL of distilled water are added, sufficiently stirred, and poured into a stirred water tank. The light intensity distribution is measured 64 times at intervals of 2 seconds, the particle size distribution data is analyzed, and the particle size (D50) having a cumulative frequency distribution of 50% is defined as the average particle size.
負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出する物質を使用することができる。負極活物質のリチウム吸蔵電位(開回路)は、リチウム金属電位に対して0.4V以上であることが好ましい。これにより、負極集電体のアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行および負極集電体の微紛化を抑制できる。さらに、リチウム吸蔵電位(開回路)は、リチウム金属電位に対して0.4V以上、3V以下の範囲であることが好ましい。これにより、電池電圧を向上させることができる。さらに好ましい電位範囲は、0.4V以上、2V以下である。 As the negative electrode active material, a material that absorbs and releases lithium can be used. The lithium occlusion potential (open circuit) of the negative electrode active material is preferably 0.4 V or more with respect to the lithium metal potential. Thereby, the progress of the alloying reaction between the aluminum component of the negative electrode current collector and lithium and the pulverization of the negative electrode current collector can be suppressed. Furthermore, the lithium occlusion potential (open circuit) is preferably in the range of 0.4 V to 3 V with respect to the lithium metal potential. Thereby, a battery voltage can be improved. A more preferable potential range is 0.4 V or more and 2 V or less.
0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物としては、例えばTiO2などのチタン酸化物、例えばLi4+xTi5O12(xは−1≦x≦3)やLi2Ti3O7などのリチウムチタン酸化物、例えばWO3などのタングステン酸化物、例えばSnB0.4P0.6O3.1などのアモルファススズ酸化物、例えばSnSiO3などのスズ珪素酸化物、例えばSiOなどの酸化珪素などが挙げられる。中でも、リチウムチタン酸化物が好ましい。 As a metal oxide capable of occluding lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less, for example, a titanium oxide such as TiO 2 , for example, Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is −1 ≦ x ≦ 3) and lithium titanium oxides such as Li 2 Ti 3 O 7 , tungsten oxides such as WO 3 , amorphous tin oxides such as SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 , tin silicon oxides such as SnSiO 3, etc. Examples thereof include silicon oxide such as SiO. Among these, lithium titanium oxide is preferable.
0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物としては、例えばTiS2などの硫化リチウム、例えばMoS2などの硫化モリブデン、例えばFeS、FeS2、LixFeS2などの硫化鉄等が挙げられる。 Examples of the metal sulfide capable of occluding lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less include lithium sulfide such as TiS 2 , molybdenum sulfide such as MoS 2 , such as FeS, FeS 2 , and Li x FeS 2. And iron sulfide.
0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物としては、例えばLixCoyN(0<x<4,0<y<0.5)などのリチウムコバルト窒化物等が挙げられる。 Examples of the metal nitride capable of occluding lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less include lithium cobalt nitride such as Li x Co y N (0 <x <4, 0 <y <0.5). Thing etc. are mentioned.
電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。 A carbon material can be used as a conductive agent for increasing electron conductivity and suppressing contact resistance with the current collector. Examples thereof include acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite.
活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴムなどが挙げられる。負極の活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、負極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上18重量%以下、結着剤は2重量%以上7重量%以下の範囲にすることが好ましい。 Examples of the binder for binding the active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, and styrene butadiene rubber. Regarding the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder, the negative electrode active material is 80% by weight to 95% by weight, the conductive agent is 3% by weight to 18% by weight, and the binder is 2% by weight or more. It is preferable to make it into the range of 7 weight% or less.
負極の密度は、1.5g/cm3以上、5g/cm3以下にすることが望ましい。これにより、高い電池容量を得ることができる。さらに好ましい範囲は、2g/cm3以上、4g/cm3以下である。 The density of the negative electrode is desirably 1.5 g / cm 3 or more and 5 g / cm 3 or less. Thereby, a high battery capacity can be obtained. A more preferable range is 2 g / cm 3 or more and 4 g / cm 3 or less.
負極は、例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。 The negative electrode is produced, for example, by suspending a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder in a suitable solvent, applying the suspension to a current collector, drying, and pressing.
2)正極
この正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode layer supported on one or both surfaces of the positive electrode current collector and including a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.
正極集電体には、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔を使用することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔は、それぞれ、平均結晶粒径が50μm以下であることが好ましい。これにより、正極集電体の強度が増大し、正極集電体を断絶させずに正極を高密度化することが可能となり、容量密度を向上することができる。より好ましくは、3μm以下である。また、平均結晶粒径の下限値は0.01μmにすることが望ましい。 For the positive electrode current collector, for example, an aluminum foil or an aluminum alloy foil can be used. Each of the aluminum foil and the aluminum alloy foil preferably has an average crystal grain size of 50 μm or less. As a result, the strength of the positive electrode current collector is increased, the positive electrode can be densified without breaking the positive electrode current collector, and the capacity density can be improved. More preferably, it is 3 μm or less. Further, it is desirable that the lower limit value of the average crystal grain size is 0.01 μm.
正極集電体の厚さは、高容量化のため、20μm以下が好ましい。より好ましい範囲は15μm以下である。また、正極集電体の厚さの下限値は、3μmにすることが望ましい。 The thickness of the positive electrode current collector is preferably 20 μm or less in order to increase the capacity. A more preferable range is 15 μm or less. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the thickness of the positive electrode current collector be 3 μm.
正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。酸化物として、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、例えばLixMn2O4またはLixMnO2などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばLixNiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、例えばLixCoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばLiNi1-yCoyO2などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばLiMnyCo1-yO2などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばLixMn2-yNiyO4などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばLixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物、例えばFe2(SO4)3などの硫酸鉄、例えばV2O5などのバナジウム酸化物などが挙げられる。なお、x、yは0〜1の範囲であることが好ましい。
Examples of the positive electrode active material include oxides, sulfides, and polymers. As the oxide, for example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide such as Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 , lithium such as Li x NiO 2, etc. nickel composite oxide, for example, Li x lithium-cobalt composite oxides such as CoO 2, for example, LiNi 1-y Co y O 2 lithium-nickel-cobalt composite oxide such as, for example, lithium manganese cobalt such as LiMn y Co 1-y O 2 composite oxides, for example olivine, such as Li x Mn 2-y Ni y
例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。その他に、イオウ(S)、フッ化カーボンなども使用できる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い正極電圧が得られる。 Examples of the polymer include conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, and disulfide polymer materials. In addition, sulfur (S), carbon fluoride, and the like can be used. Preferred positive electrode active materials include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, lithium manganese cobalt composite oxide, lithium phosphorus Examples include acid iron. According to these active materials, a high positive electrode voltage can be obtained.
電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。 Examples of the conductive agent for increasing the electron conductivity and suppressing the contact resistance with the current collector include acetylene black, carbon black, and graphite.
活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。 Examples of the binder for binding the active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.
正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、正極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上18重量%以下、結着剤は2重量%以上7重量%以下の範囲にすることが好ましい。 Regarding the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder, the positive electrode active material is 80% by weight to 95% by weight, the conductive agent is 3% by weight to 18% by weight, and the binder is 2% by weight to 7%. It is preferable to make it into the range below weight%.
正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。 The positive electrode is produced, for example, by suspending a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in an appropriate solvent, applying the suspension to a positive electrode current collector, drying, and pressing.
3)非水電解質
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)を非水電解質として使用してもよい。
3) Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent, a gel non-aqueous electrolyte obtained by combining a liquid electrolyte and a polymer material, or a lithium salt electrolyte A solid non-aqueous electrolyte in which molecular materials are combined is mentioned. Moreover, you may use the normal temperature molten salt (ionic melt) containing lithium ion as a non-aqueous electrolyte.
液状非水電解質は、電解質を0.5〜2mol/Lの濃度で有機溶媒に溶解することにより、調製される。 The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in an organic solvent at a concentration of 0.5 to 2 mol / L.
電解質としては、例えば、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、Li(CF3SO2)3C、LiB[(OCO)2]2などが挙げられる。使用する電解質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。 Examples of the electrolyte include LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ). 3 C, LiB [(OCO) 2 ] 2 and the like. The type of electrolyte used can be one type or two or more types.
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)やジメチルカーボネート(DMC)あるいはメチルエチルカーボネート(MEC)などの鎖状カーボネート、ジメトキシエタン(DME)やジエトエタン(DEE)などの鎖状エーテル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキソラン(DOX)などの環状エーテル、γ−ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、スルホラン(SL)などを挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用いることができる。 Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC), dimethoxyethane ( Examples thereof include chain ethers such as DME) and dietoethane (DEE), cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and dioxolane (DOX), γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN) and sulfolane (SL). These organic solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more.
高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。 Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), and the like.
また、常温溶融塩(イオン性融体)は、リチウムイオン、有機物カチオンおよび有機物アニオンから構成されることが好ましい。また、常温溶融塩は、100℃以下、好ましくは室温以下で液体状であることが望ましい。 The room temperature molten salt (ionic melt) is preferably composed of lithium ions, organic cations and organic anions. The room temperature molten salt is desirably in a liquid state at 100 ° C. or less, preferably at room temperature or less.
4)セパレータ
セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。
4) Separator As the separator, for example, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or the like can be used.
5)容器
ラミネートフィルム製容器を構成するラミネートフィルムの厚さは、0.5mm以下にすることが望ましい。また、ラミネートフィルムの厚さの下限値は、0.01mmにすることが望ましい。
5) Container It is desirable that the thickness of the laminate film constituting the laminate film container is 0.5 mm or less. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the thickness of the laminate film be 0.01 mm.
ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層と金属層を被覆する樹脂層とを含む多層フィルムを挙げることができる。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子から形成することができる。ラミネートフィルム製容器は、例えば、ラミネートフィルムを熱融着により貼り合わせることで得られる。 Examples of the laminate film include a multilayer film including a metal layer and a resin layer that covers the metal layer. In order to reduce the weight, the metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The resin layer is for reinforcing the metal layer, and can be formed of a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET). A laminate film container can be obtained, for example, by laminating a laminate film by thermal fusion.
容器には、前述した図1に例示されるラミネートフィルム製容器の代りに、金属製容器を使用しても良い。金属製容器の厚さは、0.5mm以下にすることが望ましい。金属製容器の下限値は、0.05mmにすることが望ましい。 As the container, a metal container may be used instead of the laminate film container illustrated in FIG. 1 described above. The thickness of the metal container is desirably 0.5 mm or less. The lower limit of the metal container is desirably 0.05 mm.
金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることが望ましい。アルミニウム及びアルミニウム合金それぞれの平均結晶粒径は50μm以下であることが好ましい。平均結晶粒径を50μm以下にすることにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属製容器の強度が増大し、容器の肉厚を薄くしても十分な機械的強度を確保することができる。なお、より好ましくは、10μm以下である。また、平均結晶粒径の下限値は0.01μmにすることが望ましい。これらの特徴は、高温条件、高エネルギー密度等が求められる電池、例えば、車載用二次電池に好適である。負極集電体と同様の理由で、アルミニウムの純度は99.99%以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、アルミニウム及びアルミニウム合金は、それぞれ、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量を100ppm以下にすることが好ましい。金属製容器の封口は、レーザーにより行うことができる。 The metal container is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. The average crystal grain size of each of aluminum and aluminum alloy is preferably 50 μm or less. By setting the average crystal grain size to 50 μm or less, the strength of a metal container made of aluminum or an aluminum alloy is increased, and sufficient mechanical strength can be ensured even if the thickness of the container is reduced. In addition, More preferably, it is 10 micrometers or less. Further, it is desirable that the lower limit value of the average crystal grain size is 0.01 μm. These features are suitable for batteries that require high temperature conditions, high energy density, etc., for example, in-vehicle secondary batteries. For the same reason as the negative electrode current collector, the purity of aluminum is preferably 99.99% or more. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon is preferable. On the other hand, it is preferable that the content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium in aluminum and aluminum alloy is 100 ppm or less. The metal container can be sealed with a laser.
容器の形状は非水電解質二次電池の形態に応じたものにする。非水電解質二次電池の形態としては、扁平型、角型、シート型、電気自動車等に積載される大型電池等が挙げられる。 The shape of the container depends on the form of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Examples of the form of the nonaqueous electrolyte secondary battery include a flat battery, a square battery, a sheet battery, a large battery mounted on an electric vehicle, and the like.
[実施例]
以下、本発明の実施例について、前述した図面を参照して説明する。なお、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings described above. It should be noted that the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.
(実施例1)
<負極の作製>
負極活物質として、平均粒径1μmでLi吸蔵電位が1.55V(vs.Li/Li+)のチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粉末を用意した。負極活物質と、導電剤として平均粒子径0.4μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で90:7:3となるように配合し、これらをn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。
Example 1
<Production of negative electrode>
As the negative electrode active material, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) powder having an average particle diameter of 1 μm and a Li storage potential of 1.55 V (vs. Li / Li + ) was prepared. A negative electrode active material, a carbon powder having an average particle diameter of 0.4 μm as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were blended so as to have a weight ratio of 90: 7: 3, and these were n- A slurry was prepared by dispersing in methylpyrrolidone (NMP) solvent.
一方、厚さ15μmで平均結晶粒径50μmのアルミニウム箔(純度99.99%)を負極集電体として用意した。得られた負極集電体にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより負極を作製した。得られた負極を長辺方向の一端部に無地部(負極活物質含有層が形成されていない領域)が位置するように裁断した後、断面積が0.4mm2のアルミニウム製負極リード部を溶接し、集電体の有効長さL、短辺方向の幅W、活物質含有層の厚さt、集電体の厚さTが下記表1の条件を満足する負極を得た。 On the other hand, an aluminum foil (purity 99.99%) having a thickness of 15 μm and an average crystal grain size of 50 μm was prepared as a negative electrode current collector. A slurry was applied to the obtained negative electrode current collector, dried, and then pressed to prepare a negative electrode. After cutting the obtained negative electrode so that a solid portion (region where the negative electrode active material-containing layer is not formed) is located at one end portion in the long side direction, an aluminum negative electrode lead portion having a cross-sectional area of 0.4 mm 2 is formed. Welded to obtain a negative electrode in which the effective length L of the current collector, the width W in the short side direction, the thickness t of the active material-containing layer, and the thickness T of the current collector satisfy the conditions shown in Table 1 below.
<正極の作製>
正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で87:8:5となるように配合し、これらをn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ15μmの平均結晶粒子径10μmのアルミニウム箔(純度99.99%)にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより正極を作製した。得られた正極を長辺方向の一端部に無地部(正極活物質含有層が形成されていない領域)が位置するように裁断した後、断面積が0.4mm2のアルミニウム製正極リード部を溶接し、集電体の有効長さL、短辺方向の幅W、活物質含有層の厚さt、集電体の厚さTが下記表1の条件を満足する正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as the positive electrode active material, graphite powder as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder were blended in a weight ratio of 87: 8: 5. A slurry was prepared by dispersing in n-methylpyrrolidone (NMP) solvent. The slurry was applied to an aluminum foil (purity 99.99%) having a thickness of 15 μm and an average crystal particle diameter of 10 μm, dried, and then pressed to produce a positive electrode. After cutting the obtained positive electrode so that a plain portion (region where the positive electrode active material-containing layer is not formed) is located at one end portion in the long side direction, an aluminum positive electrode lead portion having a cross-sectional area of 0.4 mm 2 is formed. Welded to obtain a positive electrode in which the effective length L of the current collector, the width W in the short side direction, the thickness t of the active material-containing layer, and the thickness T of the current collector satisfy the conditions shown in Table 1 below.
容器の形成材料として、厚さが0.1mmのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約0.03mmであり、平均結晶粒子径は約100μmであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリエチレンを使用した。このラミネートフィルムに凹部を形成し、容器を得た。 An aluminum-containing laminate film having a thickness of 0.1 mm was prepared as a container forming material. The aluminum layer of this aluminum-containing laminate film had a film thickness of about 0.03 mm and an average crystal particle diameter of about 100 μm. Polyethylene was used as the resin for reinforcing the aluminum layer. A concave portion was formed in the laminate film to obtain a container.
次いで、厚さ25μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極と負極間に介在させて扁平型の渦巻き形状に捲回し、電極群を得た。容器の凹部内に電極群を挿入した。ECとGBLが体積比(EC:GBL)で1:2の割合で混合された有機溶媒に、リチウム塩のLiBF4を1.5mol/L溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を容器内に注液した後、ヒートシールにより封止し、前述した図1に示す構造を有し、厚さ3.1mm、幅24mm(電池の短辺方向の幅)、長さ32{電池の長辺方向の幅(但し正負極リード部を除く)}mmの扁平型の非水電解質二次電池を作製した。 Next, a separator made of a polyethylene porous film having a thickness of 25 μm was interposed between the positive electrode and the negative electrode and wound into a flat spiral shape to obtain an electrode group. An electrode group was inserted into the recess of the container. Lithium salt LiBF 4 was dissolved in an organic solvent in which EC and GBL were mixed at a volume ratio (EC: GBL) of 1: 2 to prepare a liquid nonaqueous electrolyte. The obtained non-aqueous electrolyte was poured into a container, and then sealed by heat sealing, having the structure shown in FIG. 1 described above, thickness 3.1 mm, width 24 mm (width in the short side direction of the battery) A flat non-aqueous electrolyte secondary battery having a length of 32 {width in the long side direction of the battery (excluding positive and negative electrode lead portions)} mm was prepared.
(実施例2)
長辺の両端部にリード部を設け、集電体の有効長さL、短辺方向の幅W、活物質含有層の厚さt、集電体の厚さTを下記表1に示すように設定すること以外は、実施例1で説明したのと同様にして正極及び負極を作製した。得られた正極と負極を用いること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。なお、電極群の同じ端面から引き出された2本ずつの正極リード部と負極リード部については、正極リード部同士を溶接したものを正極タブに接続し、また、負極リード部同士を溶接したものを負極タブに接続し、正極タブ及び負極タブを容器の外部に引出した。
(Example 2)
Lead portions are provided at both ends of the long side, and the effective length L of the current collector, the width W in the short side direction, the thickness t of the active material-containing layer, and the thickness T of the current collector are as shown in Table 1 below. A positive electrode and a negative electrode were produced in the same manner as described in Example 1 except that the setting was set to. A flat nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as described in Example 1, except that the obtained positive electrode and negative electrode were used. For each of the two positive electrode lead portions and negative electrode lead portions drawn from the same end face of the electrode group, the positive electrode lead portions welded together are connected to the positive electrode tab, and the negative electrode lead portions are welded together. Was connected to the negative electrode tab, and the positive electrode tab and the negative electrode tab were pulled out of the container.
(実施例3〜5,7〜8)
集電体、活物質含有層及び負極活物質が下記表1に示す条件を満足すること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
(Examples 3-5, 7-8)
A flat nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as described in Example 1 except that the current collector, the active material-containing layer, and the negative electrode active material satisfied the conditions shown in Table 1 below.
(実施例6)
実施例2で作製した正極及び負極を、長辺の長さが半分となる位置で切断し、正極及び負極を2葉ずつ得た。それぞれから電極群を作製し、2組の電極群を得た。一方の電極群の正極リード部を他方の電極群の正極リード部に、一方の電極群の負極リード部を他方の電極群の負極リード部に溶接し、一方の電極群の正負極と他方の電極群の正負極とを電気的に接続した。溶接された正極リード部同士に正極タブを溶接し、また、負極リード部同士に負極タブを溶接した。以上説明した構成を有する電極群を用いること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
(Example 6)
The positive electrode and the negative electrode produced in Example 2 were cut at a position where the length of the long side was halved, and two positive electrodes and two negative electrodes were obtained. Electrode groups were prepared from each, and two sets of electrode groups were obtained. Weld the positive lead part of one electrode group to the positive lead part of the other electrode group, the negative lead part of one electrode group to the negative lead part of the other electrode group, The positive and negative electrodes of the electrode group were electrically connected. Positive electrode tabs were welded to the welded positive electrode lead parts, and negative electrode tabs were welded to the negative electrode lead parts. A flat nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as described in Example 1 except that the electrode group having the configuration described above was used.
(比較例1)
実施例1で説明したのと同様にして作製した正極及び負極を、短冊状で、短辺の一端にリード部が形成されるように打ち抜いた。正極及び負極の長辺方向の幅をWとし、リード部とリード部の反対側に位置する長辺との距離をLとして下記表1に示す。
(Comparative Example 1)
A positive electrode and a negative electrode produced in the same manner as described in Example 1 were strip-shaped and punched out so that a lead portion was formed at one end of the short side. The width in the long side direction of the positive electrode and the negative electrode is W, and the distance between the lead portion and the long side located on the opposite side of the lead portion is L, and is shown in Table 1 below.
正極を16葉、負極を15葉用意し、正極と負極をその間にセパレータを介在させながら交互に積層することにより、積層型電極群を得た。ひきつづき、正極のリード部をレーザ溶接により一体化し、また、負極のリード部をレーザ溶接により一体化した。得られた電極群は、絶縁テープにより固定した。 Sixteen leaves for the positive electrode and 15 leaves for the negative electrode were prepared, and the positive electrode and the negative electrode were alternately stacked with a separator interposed therebetween to obtain a stacked electrode group. Subsequently, the lead portion of the positive electrode was integrated by laser welding, and the lead portion of the negative electrode was integrated by laser welding. The obtained electrode group was fixed with an insulating tape.
このようにして得られた電極群に実施例1で説明したのと同様な組成の非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、扁平型の非水電解質二次電池を作製した。 The electrode group thus obtained was impregnated with a non-aqueous electrolyte having the same composition as described in Example 1, and then sealed in a container to produce a flat non-aqueous electrolyte secondary battery. did.
(比較例2)
集電体、活物質含有層及び負極活物質が下記表1に示す条件を満足すること以外は、実施例1で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A flat nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as described in Example 1 except that the current collector, the active material-containing layer, and the negative electrode active material satisfied the conditions shown in Table 1 below.
得られた二次電池について、以下に説明する条件にて20C充電容量維持率と容量密度を測定し、その結果を下記表2に示す。また、電極群を作製するのに要した時間を下記表2に併記する。 With respect to the obtained secondary battery, the 20C charge capacity retention ratio and the capacity density were measured under the conditions described below, and the results are shown in Table 2 below. The time required to produce the electrode group is also shown in Table 2 below.
<20C充電容量維持率>
20℃環境下において、1Cの電流値にて2.8Vの定電圧充電を3時間で行った際の充電容量を測定し、1C充電容量とし、更に、20℃環境下において、20Cの電流値にて2.8Vの定電圧充電を10分で行った際の充電容量を測定し、20C充電容量とする。1C充電容量を100としたときの20C充電容量の比率を20C充電容量維持率とした。
<20C charge capacity maintenance rate>
In a 20 ° C environment, the charge capacity when a constant voltage of 2.8V is charged for 3 hours at a current value of 1C is measured to obtain a 1C charge capacity. Furthermore, in a 20 ° C environment, the current value of 20C Measure the charge capacity when charging at a constant voltage of 2.8 V in 10 minutes and set it to 20 C charge capacity. The ratio of the 20C charge capacity when the 1C charge capacity is 100 was defined as the 20C charge capacity maintenance rate.
<容量密度>
20℃環境下において、1Cの電流値にて2.8Vの定電圧充電を3時間で行った後、1Cの電流値にて0Vまで放電した際の放電容量を測定し、1C放電容量とした。この1C放電容量を電池の厚さ、幅、長さから求めた体積Vで除して、容量密度を算出した。
Under a 20 ° C. environment, a constant voltage of 2.8 V was charged at a current value of 1 C for 3 hours, and then the discharge capacity when discharged to 0 V at a current value of 1 C was measured to obtain a 1 C discharge capacity. . The 1C discharge capacity was divided by the volume V obtained from the thickness, width, and length of the battery to calculate the capacity density.
表1,2から明らかな通りに、(L/W)が30以下の捲回型電極群を用いた実施例1〜8の二次電池によると、20C充電容量維持率と容量密度に優れる電極群を短時間のうちに製造できる。 As is clear from Tables 1 and 2, according to the secondary batteries of Examples 1 to 8 using a wound electrode group with (L / W) of 30 or less, an electrode excellent in the 20C charge capacity retention rate and capacity density Groups can be manufactured in a short time.
実施例1,5,7の比較により、厚さ比(t/T)を3以下にすると、より高い20C充電容量維持率を得られることがわかる。また、実施例1,5,8の比較により、集電体厚さを20μm以下にすることが、容量密度の改善に有効であることがわかる。 From the comparison of Examples 1, 5, and 7, it can be seen that when the thickness ratio (t / T) is 3 or less, a higher 20C charge capacity retention rate can be obtained. Further, it is understood from comparison between Examples 1, 5, and 8 that the current collector thickness of 20 μm or less is effective in improving the capacity density.
これに対し、積層型電極群を用いた比較例1の二次電池では、正極及び負極のリード部同士を溶接するのに時間を要し、電極群製造タクトが30秒と長かった。また、(L/W)が30を超える捲回型電極群を用いた比較例2の二次電池では、20C充電容量維持率と容量密度が実施例1〜8の二次電池に比して低かった。 On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 1 using the laminated electrode group, it took time to weld the lead portions of the positive electrode and the negative electrode, and the electrode group manufacturing tact was as long as 30 seconds. Moreover, in the secondary battery of Comparative Example 2 using the wound electrode group with (L / W) exceeding 30, the 20C charge capacity maintenance rate and the capacity density are higher than those of the secondary batteries of Examples 1 to 8. It was low.
(実施例9)
負極活物質の平均粒径を5μmにすること以外は、実施例1で説明したのと同様にして非水電解質二次電池を製造した。得られた二次電池は、20C充電容量維持率が15%で、容量密度が42(mAH/cm2)で、電極群製造タクトが9秒であった。
Example 9
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as described in Example 1 except that the average particle diameter of the negative electrode active material was changed to 5 μm. The obtained secondary battery had a 20C charge capacity retention rate of 15%, a capacity density of 42 (mAH / cm 2 ), and an electrode group manufacturing tact of 9 seconds.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1,11,12…電極群、2…正極、2a…正極集電体、2b…正極活物質含有層、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、4…セパレータ、5,51,52…正極リード部、6,61,62…負極リード部、7…容器、8…封止部。 1, 1 1 , 1 2 ... electrode group, 2 ... positive electrode, 2a ... positive electrode current collector, 2b ... positive electrode active material-containing layer, 3 ... negative electrode, 3a ... negative electrode current collector, 3b ... negative electrode active material-containing layer, 4 ... Separator, 5, 5 1 , 5 2 ... Positive electrode lead part, 6, 6 1 , 6 2 ... Negative electrode lead part, 7 ... Container, 8 ... Sealing part.
Claims (5)
前記正極及び前記負極は、それぞれ、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の長辺側端部に接続された少なくとも1本のリード部と、前記集電体に担持された活物質含有層とを含み、かつ下記(1)式を満足することを特徴とする非水電解質二次電池。
(L/W)≦30 (1)
但し、前記Lは前記リード部1本当りの有効集電体長さで、前記Wは前記集電体の短辺方向の幅である。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a flat spiral shape via a separator,
Each of the positive electrode and the negative electrode is carried by the current collector, a current collector made of aluminum or an aluminum alloy, at least one lead portion connected to a long side end of the current collector, and A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an active material-containing layer and satisfying the following formula (1):
(L / W) ≦ 30 (1)
Here, L is the effective current collector length per one lead portion, and W is the width in the short side direction of the current collector.
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