JP2009009858A - Electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Kazuki Miyatake
一希 宮竹
Osamu Shimamura
修 嶋村
Takaaki Abe
孝昭 安部
Yoshio Shimoida
良雄 下井田
Hideaki Horie
英明 堀江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means preventing electrocrystallization of lithium on the surface of an electrode and micro short circuit in the electrode for a lithium ion secondary battery. <P>SOLUTION: The electrode for the lithium ion secondary battery has a current collector, and a negative electrode active material layer formed on the current collector and containing a negative electrode active material. Absorption of lithium in the negative electrode active material layer in charging starts in earlier stages in a nearer place to the current collector. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用電極に関する。特に本発明は、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改良に関する。   The present invention relates to an electrode for a lithium ion secondary battery. In particular, the present invention relates to an improvement for improving the output characteristics of a lithium ion secondary battery.

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。   In recent years, hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles have been manufactured and sold from the viewpoints of environment and fuel efficiency, and new developments are continuing. In these so-called electric vehicles, it is indispensable to use a power supply device capable of discharging and charging. As the power supply device, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, an electric double layer capacitor, or the like is used. In particular, lithium ion secondary batteries are considered suitable for electric vehicles because of their high energy density and high durability against repeated charging and discharging, and various developments have been intensively advanced.

リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質を含む正極活物質層を正極集電体の両面に塗布した正極と、負極活物質を含む負極活物質層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(例えば、特許文献1を参照)。
特開2003−7345号公報
Generally, a lithium ion secondary battery has a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is applied on both sides of a positive electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material applied on both sides of the negative electrode current collector. The negative electrode is connected via an electrolyte layer and is housed in a battery case (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-7345 A

近年、EV用高容量電池は、容量を向上させるために活物質層を厚膜化する傾向がある。このような厚膜電極を用いた電池の場合、負極では初回充電時にリチウムの電析が起こり、微小短絡が起きるという問題があった。すなわち、リチウムイオン二次電池の初回充電時には、電解質層中に含まれるリチウムイオンが負極活物質中に導入され、リチウムイオンが還元される負極反応が起こるが、グラファイトなどの高密度の炭素材料を負極活物質層に用いた場合、活物質層中でのリチウムイオンの拡散が進行しにくく、そのため、初回充電時における負極反応は、活物質層のうち電解質層に接触する表面近傍の領域に集中する。このため、電極表面にリチウムが析出し、微小短絡を引き起こす。   In recent years, high-capacity batteries for EVs have a tendency to thicken the active material layer in order to improve capacity. In the case of a battery using such a thick film electrode, there has been a problem that in the negative electrode, lithium is electrodeposited at the first charge and a micro short circuit occurs. That is, when the lithium ion secondary battery is charged for the first time, lithium ions contained in the electrolyte layer are introduced into the negative electrode active material to cause a negative electrode reaction in which lithium ions are reduced. When used in the negative electrode active material layer, the diffusion of lithium ions in the active material layer is difficult to proceed, so the negative electrode reaction during the initial charge is concentrated in the region near the surface of the active material layer that contacts the electrolyte layer. To do. For this reason, lithium deposits on the electrode surface, causing a micro short circuit.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池用電極において、電極表面上でのリチウムの電析と微小短絡を抑制する手段を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the means which suppresses the electrodeposition of lithium and a micro short circuit on the electrode surface in the electrode for lithium ion secondary batteries.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った。そしてその際に、負極活物質層において、電解質層に接触する表面近傍の領域よりも、集電体近傍の領域で、充電時の負極反応が早期に起こる構造とすることで、集電体近傍の領域における負極反応のリチウムイオン拡散律速を解決できることを見出した。その結果、初回充電時の負極表面でのリチウムイオンの電析が抑制され、電池容量に優れた電池を構築できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. In that case, the negative electrode active material layer has a structure in which the negative electrode reaction at the time of charging occurs earlier in the region near the current collector than in the region near the surface in contact with the electrolyte layer. It was found that the lithium ion diffusion rate limiting of the negative electrode reaction in the above region can be solved. As a result, it was found that lithium ion electrodeposition on the negative electrode surface during the initial charge was suppressed, and a battery having excellent battery capacity could be constructed, and the present invention was completed.

すなわち本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、前記負極活物質層における充電時のリチウムの吸蔵が、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極である。   That is, the present invention is an electrode for a lithium ion secondary battery having a current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material formed on the surface of the current collector, wherein the negative electrode active material layer The lithium ion secondary battery electrode is characterized in that the occlusion of lithium at the time of charging occurs earlier as it approaches the current collector.

また、本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、前記正極活物質層における放電時のリチウムの取り込みが、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極である。   Further, the present invention is an electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on a surface of the current collector, wherein the positive electrode active material The lithium ion secondary battery electrode is characterized in that the lithium uptake at the time of discharge in the layer occurs earlier as it approaches the current collector.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極の負極活物質層においては、充電時のリチウムの吸蔵が、前記集電体に近づくほど早期に起こる。これにより、負極活物質中のリチウムイオンの拡散律速によって電極表面で生じる電析を抑制することができる。従って、本発明の電極は、リチウムイオン二次電池の負極として用いられた場合、電池の高容量化に寄与しうる。   In the negative electrode active material layer of the electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, the occlusion of lithium at the time of charging occurs earlier as it approaches the current collector. Thereby, the electrodeposition which arises on the electrode surface by the diffusion control of the lithium ion in a negative electrode active material can be suppressed. Therefore, when the electrode of the present invention is used as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, it can contribute to an increase in battery capacity.

以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、下記の形態のみに制限されることはない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態)
(構成)
本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、前記負極活物質層における充電時のリチウムの吸蔵が、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極である。
(First embodiment)
(Constitution)
The present invention is an electrode for a lithium ion secondary battery having a current collector and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on a surface of the current collector, wherein the negative electrode active material layer includes: The lithium ion secondary battery electrode is characterized in that occlusion of lithium during charging occurs earlier as the current collector approaches the current collector.

好ましくは、本発明のリチウムイオン二次電池用電極は、前記負極活物質層が、2層以上の層から形成され、各層に含まれる前記負極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、負極活物質層の厚み方向において前記集電体の側の層に向かって高くなる。   Preferably, in the electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer is formed of two or more layers, and the reaction potential of the negative electrode active material contained in each layer with respect to lithium metal is negative electrode active material. It becomes higher toward the layer on the side of the current collector in the thickness direction of the layer.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池用電極の構造について、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。   Hereinafter, the structure of the electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention will be described with reference to the 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用電極の一実施形態を示す概略断面図である。図1に示す形態のリチウムイオン二次電池用電極1は、集電体2の一方の面に負極活物質層3が形成されてなる電極である。リチウムイオン二次電池用電極1は、電池に組み込まれる際、負極活物質層3の表面で電解質層5に接触する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention. The lithium ion secondary battery electrode 1 in the form shown in FIG. 1 is an electrode in which a negative electrode active material layer 3 is formed on one surface of a current collector 2. The lithium ion secondary battery electrode 1 comes into contact with the electrolyte layer 5 on the surface of the negative electrode active material layer 3 when incorporated in the battery.

本発明の電池用電極(以下、単に「電極」とも称する)1は、図1に示すように、負極活物質層3が、リチウム金属に対する反応電位が低い負極活物質4aを含む表面側の層(層1)3a、およびリチウム金属に対する反応電位が高い負極活物質4bを含む集電体側の層(層2)3bの2層から形成される。   As shown in FIG. 1, a battery electrode (hereinafter, also simply referred to as “electrode”) 1 of the present invention has a negative electrode active material layer 3 containing a negative electrode active material 4a having a low reaction potential for lithium metal. (Layer 1) 3a and a current collector side layer (Layer 2) 3b including a negative electrode active material 4b having a high reaction potential with respect to lithium metal.

図1に示す形態においては、負極活物質層3中に含まれる負極活物質のリチウム金属との反応電位を、表面側の層(層1)3aで低く、集電体側の層(層2)3bで高くなるようにすることにより、充電時に、リチウムイオンが集電体側に吸蔵されやすくなり、その結果、電極表面へのリチウムの電析が抑制されうる。   In the embodiment shown in FIG. 1, the reaction potential of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 3 with lithium metal is low in the surface side layer (layer 1) 3a, and the current collector side layer (layer 2). By making it high at 3b, at the time of charging, lithium ions are easily occluded on the collector side, and as a result, lithium electrodeposition on the electrode surface can be suppressed.

上述のような負極活物質4aおよび負極活物質4bを用いた電極の充電特性は、例えば図2のようになる。充電の際、負極活物質4bは比較的高電位でリチウムイオンと反応し、負極活物質4aは比較的低電位でリチウムイオンと反応する。負極活物質4bを用いた電極では、負極反応がより早期に開始され、充電の進行に伴って反応が進行する。一方で、負極活物質4aを用いた電極では、リチウム金属に近い電位で反応し、高い電池電圧を得ることができる。そのため、負極活物質層において、電解質層に接触する表面側の層に負極活物質4aを用い、集電体側の層に負極活物質4bを用いると、リチウムイオンとの負極反応が電極表面近傍に集中することを避けることができる。   The charging characteristics of the electrode using the negative electrode active material 4a and the negative electrode active material 4b as described above are, for example, as shown in FIG. During charging, the negative electrode active material 4b reacts with lithium ions at a relatively high potential, and the negative electrode active material 4a reacts with lithium ions at a relatively low potential. In the electrode using the negative electrode active material 4b, the negative electrode reaction is started earlier, and the reaction proceeds as the charging progresses. On the other hand, an electrode using the negative electrode active material 4a can react at a potential close to that of lithium metal to obtain a high battery voltage. Therefore, in the negative electrode active material layer, when the negative electrode active material 4a is used for the surface side layer in contact with the electrolyte layer and the negative electrode active material 4b is used for the current collector side layer, the negative electrode reaction with lithium ions occurs near the electrode surface. You can avoid concentrating.

本発明の電極において、負極活物質層は、図1に示すように、異なる負極活物質を含む2層から形成されてもよいが、2以上の負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、負極活物質層の厚み方向において前記集電体の側に向かって高くなるような単一の層から形成されてもよい。負極活物質層の厚さは、好ましくは1〜300μmであり、より好ましくは10〜100μmである。異なる負極活物質を含む層が積層される場合、好ましくは、それぞれ1〜200μm、より好ましくは10〜100μmの厚さの層が積層される。   In the electrode of the present invention, the negative electrode active material layer may be formed of two layers containing different negative electrode active materials, as shown in FIG. You may form from the single layer that the reaction potential with respect to a metal becomes high toward the said collector side in the thickness direction of a negative electrode active material layer. The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 1 to 300 μm, more preferably 10 to 100 μm. When layers containing different negative electrode active materials are laminated, preferably, layers having a thickness of 1 to 200 μm, more preferably 10 to 100 μm, are laminated.

負極活物質層が、異なる負極活物質を含む、表面側の層1と集電体側の層2とから形成される場合、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0〜2.0V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.1〜1.6V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.1〜1.0V(対Li/Li)である。前記層2に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0.2〜3.0V(対Li/Li)であり、より好ましくは、0.6〜2.0V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.8〜1.6V(対Li/Li)である。各層に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位が上記範囲であれば、電池容量に優れた電池が得られ、電極表面の電析を効果的に抑制できる。また、層1および層2に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜1.0Vであり、より好ましくは、0.2〜0.5Vである。 When the negative electrode active material layer is formed of the surface side layer 1 and the current collector side layer 2 containing different negative electrode active materials, the reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 1 with respect to lithium metal is preferably Is 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.1 to 1.6 V (vs. Li + / Li), still more preferably 0.1 to 1.0 V (vs. Li + / Li). The reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 2 with respect to lithium metal is preferably 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.6 to 2.0 V (vs. Li). + / Li), and more preferably 0.8 to 1.6 V (vs. Li + / Li). If the reaction potential with respect to the lithium metal of the negative electrode active material contained in each layer is within the above range, a battery having excellent battery capacity can be obtained, and electrodeposition on the electrode surface can be effectively suppressed. Moreover, the difference of the reaction potential with respect to the lithium metal of the negative electrode active material contained in the layer 1 and the layer 2 is preferably 0.1 to 1.0 V, and more preferably 0.2 to 0.5 V.

本発明において、負極活物質のリチウム金属との反応電位は、活物質を作用極、リチウム金属を参照極、対極に用いたサイクリックボルタンメトリー法等によって測定される活物質とリチウムイオンの反応開始電位を意味する。負極活物質のリチウム金属との反応電位は、サイクリックボルタンメトリー法等によって測定される活物質とリチウムイオンの反応開始電位の方法で測定した値を用いるものとする。   In the present invention, the reaction potential of the negative electrode active material with lithium metal is the reaction initiation potential of the active material and lithium ions measured by a cyclic voltammetry method using the active material as a working electrode, lithium metal as a reference electrode, and a counter electrode, etc. Means. As the reaction potential of the negative electrode active material with lithium metal, the value measured by the method of the reaction starting potential between the active material and lithium ions measured by a cyclic voltammetry method or the like is used.

前記層2の膜厚に対する前記層1の膜厚の比は、好ましくは、0.1〜10(層1/層2)であり、より好ましくは0.2〜5であり、さらに好ましくは0.5〜2である。膜厚比が上述の範囲であれば、電池容量に優れた電池が製造される。   The ratio of the thickness of the layer 1 to the thickness of the layer 2 is preferably 0.1 to 10 (layer 1 / layer 2), more preferably 0.2 to 5, and further preferably 0. .5 to 2. If the film thickness ratio is in the above range, a battery having excellent battery capacity is produced.

また、前記負極活物質層が、表面側の層1、集電体側の層3、および前記層1と前記層3との中間層である層2の3層から形成される場合、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0〜1.5V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.1〜1.0V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.1〜0.6V(対Li/Li)である。前記層2に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0〜2.0V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.1〜1.6V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.2〜1.0V(対Li/Li)である。前記層3に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0.2〜3.0V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.5〜1.6V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.6〜1.0V(対Li/Li)である。また、隣接する層に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜1.0Vであり、より好ましくは、0.1〜0.5Vであり、層1と層3とに含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜1.0Vであり、より好ましくは、0.1〜0.5Vである。前記層2の膜厚に対する前記層1の膜厚の比は、好ましくは、0.1〜10(層1/層2)であり、より好ましくは0.2〜5であり、さらに好ましくは0.5〜2である。前記層3の膜厚に対する前記層2の膜厚の比は、好ましくは、0.1〜10(層2/層3)であり、より好ましくは0.2〜5であり、さらに好ましくは0.5〜2である。 In the case where the negative electrode active material layer is formed of three layers, that is, a surface side layer 1, a current collector side layer 3, and a layer 2 that is an intermediate layer between the layer 1 and the layer 3, the layer 1 The reaction potential of the negative electrode active material contained in the lithium metal is preferably 0 to 1.5 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.1 to 1.0 V (vs. Li + / Li). More preferably, it is 0.1 to 0.6 V (vs. Li + / Li). The reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 2 with respect to lithium metal is preferably 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.1 to 1.6 V (vs. Li + / Li). More preferably, it is 0.2 to 1.0 V (vs. Li + / Li). The reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 3 with respect to lithium metal is preferably 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.5 to 1.6 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.6 to 1.0 V (vs. Li + / Li). Further, the difference in reaction potential with respect to lithium metal of the negative electrode active material contained in the adjacent layer is preferably 0.1 to 1.0 V, more preferably 0.1 to 0.5 V, and The difference of the reaction potential with respect to the lithium metal of the negative electrode active material contained in the layer 3 is preferably 0.1 to 1.0 V, and more preferably 0.1 to 0.5 V. The ratio of the thickness of the layer 1 to the thickness of the layer 2 is preferably 0.1 to 10 (layer 1 / layer 2), more preferably 0.2 to 5, and further preferably 0. .5 to 2. The ratio of the thickness of the layer 2 to the thickness of the layer 3 is preferably 0.1 to 10 (layer 2 / layer 3), more preferably 0.2 to 5, and still more preferably 0. .5 to 2.

さらに、前記負極活物質層が、表面側から集電体側に向かって層1〜層n(nは3以上の整数である)のn層から形成され、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0〜1.5V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.1〜1.0V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.2〜0.6V(対Li/Li)である。前記層2〜層(n−1)に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0〜2.0V(対Li/Li)であり、より好ましくは0.1〜1.6V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.2〜1.0V(対Li/Li)である。前記層3に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは0.2〜3.0V(対Li/Li)であり、より好ましくはより好ましくは0.5〜2.0V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは0.6〜1.6V(対Li/Li)である。積層数nは、好ましくは3〜10層であり、より好ましくは3〜5層である。多数の層を積層することによって、初回充電時の電極表面への電流の集中をより効果的に低減でき、電析の少ない電極を作製することができる。隣接する層に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜1.0Vであり、より好ましくは、0.1〜0.6Vであり、層1と層nとに含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜1.5Vであり、より好ましくは、0.2〜1.0Vである。 Further, the negative electrode active material layer is formed of n layers of layers 1 to n (n is an integer of 3 or more) from the surface side toward the current collector side, and the negative electrode active material contained in the layer 1 The reaction potential for lithium metal is preferably 0 to 1.5 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.1 to 1.0 V (vs. Li + / Li), still more preferably 0.2. ~ 0.6V (vs. Li + / Li). The reaction potential with respect to the lithium metal of the negative electrode active material contained in the layers 2 to (n-1) is preferably 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.1 to 1. 6 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.2 to 1.0 V (vs. Li + / Li). The reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 3 with respect to lithium metal is preferably 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li), more preferably 0.5 to 2.0 V ( Vs Li + / Li), more preferably 0.6 to 1.6 V (vs Li + / Li). The stacking number n is preferably 3 to 10 layers, and more preferably 3 to 5 layers. By laminating a large number of layers, it is possible to more effectively reduce the concentration of current on the electrode surface during the initial charge, and it is possible to produce an electrode with less electrodeposition. The difference in reaction potential with respect to lithium metal of the negative electrode active material contained in the adjacent layer is preferably 0.1 to 1.0 V, more preferably 0.1 to 0.6 V, and layer 1 and layer n The difference of the reaction potential with respect to the lithium metal of the negative electrode active material contained in is preferably 0.1 to 1.5V, and more preferably 0.2 to 1.0V.

また、本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、前記正極活物質層における放電時のリチウムの取り込みが、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極である。   Further, the present invention is an electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on a surface of the current collector, wherein the positive electrode active material The lithium ion secondary battery electrode is characterized in that the lithium uptake at the time of discharge in the layer occurs earlier as it approaches the current collector.

リチウムイオン二次電池の正極においては、放電時にリチウムイオンが活物質層に導入され、正極反応が起こる。したがって、正極活物質層において、集電体に近い領域ほど、放電時の正極反応が早期に起こる構成とすることで、リチウムイオンが効率的に集電体近傍の領域に拡散され、初回放電時の電極表面のリチウムの析出を抑制することができる。   In the positive electrode of a lithium ion secondary battery, lithium ions are introduced into the active material layer during discharge, and a positive electrode reaction occurs. Therefore, in the positive electrode active material layer, the region closer to the current collector has a structure in which the positive electrode reaction at the time of discharge occurs earlier, so that lithium ions are efficiently diffused into the region near the current collector, and the first discharge Precipitation of lithium on the electrode surface can be suppressed.

前記正極活物質層は、好ましくは2層以上の層から形成され、各層に含まれる前記正極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、表面側の層から前記集電体の側の層に向かって低くなるように積層された構造を有する。   The positive electrode active material layer is preferably formed of two or more layers, and the reaction potential of the positive electrode active material contained in each layer with respect to lithium metal is directed from the surface side layer toward the current collector side layer. It has a laminated structure so as to be lowered.

または、前記正極活物質層が、2以上の正極活物質を含み、前記正極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、表面側から前記集電体の側に向かって低くなる構造を有してもよい。   Alternatively, the positive electrode active material layer may include two or more positive electrode active materials, and a reaction potential of the positive electrode active material with respect to lithium metal may decrease from the surface side toward the current collector side. Good.

正極活物質層が、異なる正極活物質を含む、表面側の層1と集電体側の層2とから形成される場合、前記層1に含まれる正極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは1.5〜4.5V(対Li/Li)であり、より好ましくは1.6〜4.2V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは3〜3.9V(対Li/Li)である。前記層2に含まれる正極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、好ましくは1.5〜4.2(対Li/Li)であり、より好ましくは、1.6〜4.0V(対Li/Li)であり、さらに好ましくは2.0〜3.9V(対Li/Li)である。各層に含まれる正極活物質のリチウム金属に対する反応電位が上記範囲であれば、電池容量に優れた電池が得られ、初回放電時の電極表面の電析を効果的に抑制できる。また、層1および層2に含まれる正極活物質のリチウム金属に対する反応電位の差は、好ましくは0.1〜3.0Vであり、より好ましくは、0.1〜2.0Vである。 When the positive electrode active material layer is formed of the surface side layer 1 and the current collector side layer 2 containing different positive electrode active materials, the reaction potential of the positive electrode active material contained in the layer 1 with respect to lithium metal is preferably Is 1.5 to 4.5 V (vs. Li + / Li), more preferably 1.6 to 4.2 V (vs. Li + / Li), and further preferably 3 to 3.9 V (vs. Li + / Li). The reaction potential of the positive electrode active material contained in the layer 2 with respect to lithium metal is preferably 1.5 to 4.2 (vs. Li + / Li), more preferably 1.6 to 4.0 V (vs. Li). + / Li), and more preferably 2.0 to 3.9 V (vs. Li + / Li). If the reaction potential with respect to the lithium metal of the positive electrode active material contained in each layer is within the above range, a battery having excellent battery capacity can be obtained, and electrodeposition on the electrode surface during the first discharge can be effectively suppressed. Moreover, the difference in the reaction potential with respect to the lithium metal of the positive electrode active material contained in the layer 1 and the layer 2 is preferably 0.1 to 3.0V, and more preferably 0.1 to 2.0V.

以下、本発明の電極の構成について説明する。集電体、活物質、バインダ、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー、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。また、本発明の電極は、正極および負極の双方に適用可能であるが、負極に適用するとより顕著な効果が得られる。正極に適用する場合には、集電体および活物質として、正極用の集電体および正極活物質として作用することが知られている化合物を採用すればよい。   Hereinafter, the configuration of the electrode of the present invention will be described. There is no particular limitation on the selection of the current collector, active material, binder, supporting salt (lithium salt), ion-conducting polymer, and other compounds added as necessary. Depending on the intended use, it may be selected by appropriately referring to conventionally known knowledge. The electrode of the present invention can be applied to both the positive electrode and the negative electrode, but when applied to the negative electrode, a more remarkable effect can be obtained. When applied to the positive electrode, a compound known to act as a current collector and positive electrode active material for the positive electrode may be employed as the current collector and active material.

[集電体]
集電体2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 2 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2上には、活物質層3が形成される。活物質層3は、充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。本発明の電極が正極として用いられる場合、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、活物質層は負極活物質を含む。
[Active material layer]
An active material layer 3 is formed on the current collector 2. The active material layer 3 is a layer containing an active material that plays a central role in the charge / discharge reaction. 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、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物が好ましく、例えば、LiCoO(リチウム金属に対する反応電位:3.8〜4.0V(対Li/Li)などのLi−Co系複合酸化物、LiMn(リチウム金属に対する反応電位:3.0〜4.0V(対Li/Li)などのLi−Mn系複合酸化物やLiNiO(リチウム金属に対する反応電位:3.8〜4.0V(対Li/Li)などのLi−Ni系複合酸化物、LiFePO(リチウム金属に対する反応電位:3.4V(対Li/Li)などが挙げられる。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。 The positive electrode active material is preferably a lithium-transition metal composite oxide, a lithium-transition metal phosphate compound, or a lithium-transition metal sulfate compound. For example, LiCoO 2 (reaction potential with respect to lithium metal: 3.8 to 4.0 V ( Li—Co based composite oxide such as Li + / Li), LiMn 2 O 4 (reaction potential against lithium metal: 3.0 to 4.0 V (relative to Li + / Li)) And LiNiO 2 (reaction potential for lithium metal: 3.8 to 4.0 V (vs. Li + / Li), Li—Ni-based composite oxides, LiFePO 4 (reaction potential for lithium metal: 3.4 V (vs. Li + / Li) etc. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

負極活物質としては、炭素材料や、上記のリチウム遷移金属−複合酸化物、金属材料、リチウム−金属合金材料が好ましい。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。金属材料としては、例えば、リチウム金属などが挙げられ、リチウム−金属合金材料としては、例えば、Li−Al合金、Sn系合金などが挙げられる。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。   As the negative electrode active material, a carbon material, the above-described lithium transition metal-composite oxide, metal material, or lithium-metal alloy material is preferable. Examples of the carbon material include graphite-based carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. Examples of the metal material include lithium metal and the like, and examples of the lithium-metal alloy material include Li-Al alloy and Sn-based alloy. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.

炭素材料の負極特性は、炭素の結晶性、配向性、形状などによって変化する。例えば、層間距離d002が0.34nm以下のグラファイト材料の場合、リチウム金属に対する反応電位は0.3V以下(対Li/Li)であるが、非晶質炭素材料では、より高い電位でリチウム金属と反応する。例えば、図1に示すような電極では、好ましくは、層1にグラファイト材料を、層2に非晶質炭素材料を用いる。非晶質炭素材料としては、例えば、ハードカーボン(リチウム金属に対する反応電位:1.0V(対Li/Li)やソフトカーボン(リチウム金属に対する反応電位:1.5V(対Li/Li)が挙げられる。さらに、ハードカーボン、ソフトカーボン、またはその前駆体をさまざまな温度で焼成し、負極特性の異なる材料を作製することもできる。例えば、ハードカーボンまたはその前駆体を、2000℃で焼成して得られた炭素材料のリチウム金属に対する反応電位は1.0V(対Li/Li)であるが、1500℃で焼成して得られた炭素材料のリチウム金属に対する反応電位は1.2V(対Li/Li)であり、1200℃で焼成して得られた炭素材料のリチウム金属に対する反応電位は1.5V(対Li/Li)である。 The negative electrode characteristics of the carbon material vary depending on the crystallinity, orientation, shape, etc. of the carbon. For example, in the case of a graphite material having an interlayer distance d002 of 0.34 nm or less, the reaction potential for lithium metal is 0.3 V or less (vs. Li + / Li), but in the case of an amorphous carbon material, lithium metal at a higher potential. React with. For example, in the electrode as shown in FIG. 1, it is preferable to use a graphite material for the layer 1 and an amorphous carbon material for the layer 2. Examples of the amorphous carbon material include hard carbon (reaction potential with respect to lithium metal: 1.0 V (vs. Li + / Li) and soft carbon (reaction potential with respect to lithium metal: 1.5 V (vs. Li + / Li)). In addition, hard carbon, soft carbon, or a precursor thereof can be fired at various temperatures to produce materials having different negative electrode characteristics, for example, hard carbon or a precursor thereof can be fired at 2000 ° C. The reaction potential of the carbon material obtained with respect to lithium metal is 1.0 V (vs. Li + / Li), but the reaction potential of the carbon material obtained by firing at 1500 ° C. with respect to lithium metal is 1.2 V (vs. Li + / Li), and the reaction potential of the carbon material obtained by firing at 1200 ° C. with respect to lithium metal is 1.5 V (vs. Li + / Li). It is.

中でも、負極活物質層が、表面側から集電体側に向かって、層1、層2の2層から形成される場合、表面側の層1にグラファイト材料を、層2にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1000〜3000℃で焼成した非晶質炭素材料を用いると、電池特性が特に優れる。   In particular, when the negative electrode active material layer is formed from two layers of layer 1 and layer 2 from the surface side to the current collector side, graphite material is used for layer 1 on the surface side, and hard carbon or a precursor thereof is used for layer 2. When an amorphous carbon material obtained by firing the body, preferably at 1000 to 3000 ° C., is used, the battery characteristics are particularly excellent.

また、負極活物質層が、表面側から集電体側に向かって、層1、層2、層3の3層から形成される場合、表面側の層1にグラファイト材料を、層2にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1200〜3000℃で焼成した非晶質炭素材料、層3にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1000〜2000℃で焼成した非晶質炭素材料を用いるとよい。   In addition, when the negative electrode active material layer is formed from three layers of layer 1, layer 2, and layer 3 from the surface side toward the current collector side, graphite material is used for surface layer 1 and hard carbon is used for layer 2. Alternatively, the precursor is preferably an amorphous carbon material fired at 1200 to 3000 ° C., and the layer 3 is hard carbon or its precursor, preferably an amorphous carbon material fired at 1000 to 2000 ° C. .

また、負極活物質層が、表面側から集電体側に向かって、層1、層2、層3および層4の4層から形成される場合、表面側の層1にグラファイト材料を、層2にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1500〜3000℃で焼成した非晶質炭素材料、層3にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1200〜2000℃で焼成した非晶質炭素材料、層4にハードカーボンまたはその前駆体を、好ましくは1000〜1500℃で焼成した非晶質炭素材料を用いるとよい。   In the case where the negative electrode active material layer is formed of four layers of layer 1, layer 2, layer 3, and layer 4 from the surface side toward the current collector side, a graphite material is applied to layer 1 on the surface side, and layer 2 Amorphous carbon material obtained by firing hard carbon or a precursor thereof, preferably at 1500 to 3000 ° C., an amorphous carbon material obtained by firing hard carbon or a precursor thereof for layer 3, preferably at 1200 to 2000 ° C., The layer 4 may be an amorphous carbon material obtained by firing hard carbon or a precursor thereof, preferably at 1000 to 1500 ° C.

本発明の電極に用いられうる正極活物質または負極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは0.1〜50μmであり、より好ましくは、好ましくは1〜20μmであり、特に好ましくは5〜10μm以下である。ただし、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、本願において活物質の平均粒子径は、レーザ回折散乱法により測定された値を採用するものとする。   The average particle diameter of the positive electrode active material or the negative electrode active material that can be used for the electrode of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm, and particularly preferably. It is 5-10 micrometers or less. However, forms outside these ranges can also be employed. In the present application, the average particle diameter of the active material is a value measured by a laser diffraction scattering method.

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。バインダを用いることによって、導電性構造体中に担持された活物質が固着され、安定に保持されうる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder. By using the binder, the active material carried in the conductive structure can be fixed and stably held.

導電助剤とは、特に正極において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。導電助剤としては、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF)等の種々の炭素繊維などが挙げられる。   The conductive auxiliary agent refers to an additive blended to improve the conductivity of the active material layer particularly in the positive electrode. Examples of the conductive aid include carbon powder such as graphite and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF).

支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON(LiBETI)、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 (LiBETI), 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.

本発明の電極において、正極活物質層または負極活物質層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。   In the electrode of the present invention, the compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

本発明の電極を負極として用いる場合、負極活物質層に含まれる負極活物質の含有量は、好ましくは50〜99質量%であり、より好ましくは、80〜98質量%であり、さらに好ましくは85〜95質量%である。   When using the electrode of this invention as a negative electrode, content of the negative electrode active material contained in a negative electrode active material layer becomes like this. Preferably it is 50-99 mass%, More preferably, it is 80-98 mass%, More preferably It is 85-95 mass%.

また、本発明の電極を正極として用いる場合、正極活物質層に含まれる正極活物質の含有量は、好ましくは50〜99質量%であり、より好ましくは、80〜95質量%であり、さらに好ましくは80〜90質量%である。   Moreover, when using the electrode of this invention as a positive electrode, content of the positive electrode active material contained in a positive electrode active material layer becomes like this. Preferably it is 50-99 mass%, More preferably, it is 80-95 mass%, Preferably it is 80-90 mass%.

(製造方法)
本発明の電池用電極の製造方法は特に制限されず、電池用電極の製造分野において従来公知の知見を適宜参照することにより、本発明の電極は製造されうる。以下、図1に示すように、複数の層から形成される活物質層を有し、各層に含まれる活物質のリチウム金属との反応電位が集電体側に向かって高くなる、電極1の製造方法を簡単に説明する。
(Production method)
The method for producing the battery electrode of the present invention is not particularly limited, and the electrode of the present invention can be produced by appropriately referring to conventionally known knowledge in the field of battery electrode production. Hereinafter, as shown in FIG. 1, an electrode 1 having an active material layer formed of a plurality of layers, in which the reaction potential of the active material contained in each layer with lithium metal increases toward the current collector side. The method will be briefly described.

電極1は、例えば、それぞれの活物質を含む活物質スラリーを個々に調製し、当該活物質スラリーを順次、集電体の表面に塗布してプレスする工程を繰り返すことによって作製されうる。以下、かような製造方法を工程順に詳細に説明する。   The electrode 1 can be produced, for example, by individually preparing active material slurries containing each active material, and sequentially applying and pressing the active material slurries on the surface of the current collector. Hereinafter, such a manufacturing method will be described in detail in the order of steps.

はじめに、所望の活物質、および必要に応じて他の成分(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、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。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。なお、図1に示すような負極を作製するにはスラリー中に負極活物質を添加するが、正極を作製するにはスラリー中に正極活物質を添加すべきであることは当然である。   First, a desired active material and other components (for example, a binder, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, a polymerization initiator, and the like) are mixed in a solvent to obtain an active material slurry. Prepare. 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, and thus detailed description thereof is omitted here. In order to produce the negative electrode as shown in FIG. 1, the negative electrode active material is added to the slurry. However, it is natural that the positive electrode active material should be added to the slurry to produce the positive electrode.

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.

続いて、活物質層3を形成するための集電体2を準備する。本工程において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。   Subsequently, a current collector 2 for forming the active material layer 3 is prepared. The specific form of the current collector prepared in this step is the same as that described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted here.

続いて、上記で調製した活物質スラリーを、上記で準備した集電体2の表面に塗布し、塗膜を形成する。その後、乾燥処理を施す。これにより、塗膜中の溶媒が除去され、活物質層となるべき塗膜が形成される。   Subsequently, the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector 2 prepared above to form a coating film. Thereafter, a drying process is performed. Thereby, the solvent in a coating film is removed and the coating film which should become an active material layer is formed.

その後、上記で準備した塗膜をプレスする。プレス手段については、特に限定されず、従来公知の手段が適宜採用されうる。プレス手段の一例を挙げると、カレンダーロール、平板プレスなどが挙げられる。   Then, the coating film prepared above is pressed. The pressing means is not particularly limited, and conventionally known means can be appropriately employed. If an example of a press means is given, a calendar roll, a flat plate press, etc. will be mentioned.

本発明の電極は、好ましくは、上述の塗膜を形成する工程と塗膜をプレスする工程の組み合わせ工程を2回以上繰り返すことによって作製されうる。   The electrode of the present invention can be preferably produced by repeating the combination step of the step of forming the above-mentioned coating film and the step of pressing the coating film twice or more.

なお、前記活物質層が、2以上の活物質を含み、前記活物質のリチウム金属に対する反応電位が、前記集電体の側の活物質層に向かって高くなる構造を有する活物質層を作製する方法としては、例えば、活物質スラリーを多孔性金属集電体に含浸させる方法などが用いられうる。   Note that an active material layer having a structure in which the active material layer includes two or more active materials and a reaction potential of the active material with respect to lithium metal increases toward the active material layer on the current collector side is manufactured. For example, a method of impregnating a porous metal current collector with an active material slurry can be used.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の電池用電極を用いて、電池を構成する。
(Second Embodiment)
In 2nd Embodiment, a battery is comprised using the battery electrode of said 1st Embodiment.

すなわち、本発明の第2実施形態は、正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が本発明の電極である、電池である。本発明の電極は、正極、負極、双極型電極のいずれにも適用されうる。本発明の電極を、少なくとも1つの電極として含む電池は、本発明の技術的範囲に属する。ただし、好ましくは、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、電池の耐久性を効果的に向上させうる。   That is, the second embodiment of the present invention is a battery having at least one single cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the present invention. It is a battery which is an electrode. The electrode of the present invention can be applied to any of a positive electrode, a negative electrode, and a bipolar electrode. A battery including the electrode of the present invention as at least one electrode belongs to the technical scope of the present invention. However, preferably, all of the electrodes constituting the battery are the electrodes of the present invention. By adopting such a configuration, the durability of the battery can be effectively improved.

本発明の二次電池の構造としては、特に限定されず、形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。   The structure of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and when it is distinguished by the form and structure, any conventionally known form such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery is used.・ Applicable to structures. Further, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it can be applied to both (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. .

本発明では、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   In the present invention, long-term reliability can be ensured by a simple sealing technique such as thermocompression bonding by adopting a laminated (flat) battery structure, which is advantageous in terms of cost and workability.

したがって、以下の説明では、本発明の(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池及び双極型(内部直列接続タイプ)のリチウムイオン二次電池につき図面を用いてごく簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。   Therefore, in the following description, the (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery and the bipolar type (internal series connection type) lithium ion secondary battery of the present invention will be described very simply with reference to the drawings. Should not be limited to.

図3は、本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に非双極型リチウムイオン二次電池、または非双極型二次電池ともいう)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 3 shows a flat type (stacked type) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a non-bipolar lithium ion secondary battery or a non-bipolar type secondary battery), which is a typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.

図3に示すように、本実施形態の非双極型リチウムイオン二次電池10では、電池外装材22に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素(電池要素)17を収納し密封した構成を有している。ここで、発電要素(電池要素)17は、正極集電体11の両面に正極(正極活物質層)12が形成された正極板、電解質層13、および負極集電体14の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に負極(負極活物質層)15が形成された負極板を積層した構成を有している。この際、一の正極板片面の正極(正極活物質層)12と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極(負極活物質層)15とが電解質層13を介して向き合うようにして、正極板、電解質層13、負極板の順に複数積層されている。   As shown in FIG. 3, in the non-bipolar lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment, a laminate film composed of a polymer and a metal is used for the battery exterior material 22, and the entire peripheral part is heat-sealed. The power generation element (battery element) 17 is housed and sealed by joining together. Here, the power generation element (battery element) 17 includes a positive electrode plate in which positive electrodes (positive electrode active material layers) 12 are formed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 13, and both surfaces of the negative electrode current collector 14 (power generation elements). The lowermost layer and the uppermost layer have a structure in which a negative electrode plate having a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 formed thereon is laminated on one side. At this time, the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 on one surface of one positive electrode plate and the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 on one surface of one negative electrode plate adjacent to the one positive electrode plate face each other through the electrolyte layer 13. Thus, a plurality of layers of the positive electrode plate, the electrolyte layer 13, and the negative electrode plate are laminated in this order.

これにより、隣接する正極(正極活物質層)12、電解質層13、および負極(負極活物質層)15は、一つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素(電池要素;積層体)17の両最外層に位置する最外層正極集電体11aには、いずれも片面のみに正極(正極活物質層)12が形成されている。なお、図3と正極板と負極板の配置を変えることで、発電要素(電池要素)17の両最外層に最外層負極集電体(図示せず)が位置するようにし、該最外層負極集電体の場合にも片面のみに負極(負極活物質層)15が形成されているようにしてもよい。   As a result, the adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 12, electrolyte layer 13, and negative electrode (negative electrode active material layer) 15 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Note that the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 is formed only on one side of the outermost layer positive electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element (battery element; laminate) 17. 3, the outermost layer negative electrode current collector (not shown) is positioned on both outermost layers of the power generation element (battery element) 17 by changing the arrangement of the positive electrode plate and the negative electrode plate. Also in the case of the current collector, the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 may be formed only on one side.

また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極タブ18および負極タブ19が、正極端子リード20および負極端子リード21を介して各電極板の正極集電体11及び負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材22の外部に露出される構造を有している。   Further, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 that are electrically connected to the respective electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate) are connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode of each electrode plate via the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21. It is attached to the current collector 14 by ultrasonic welding, resistance welding, or the like, and has a structure that is sandwiched between the heat fusion parts and exposed to the outside of the battery exterior material 22.

図4は、本発明のリチウムイオン電池の他の代表的な一実施形態である双極型の扁平型(積層型)のリチウムイオン二次電池(以下、単に双極型リチウムイオン二次電池、または双極型二次電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。   FIG. 4 shows another typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention, which is a bipolar flat (stacked) lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a bipolar lithium ion secondary battery, or bipolar). 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a secondary battery.

図4に示すように、本実施形態の双極型リチウムイオン二次電池30は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素(電池要素)37が、電池外装材42の内部に封止された構造を有する。図4に示すように、本実施形態の双極型二次電池30の発電要素(電池要素)37は、1枚または2枚以上で構成される双極型電極34で電解質層35を挟み、隣合う双極型電極34の正極(正極活物質層)32と負極(負極活物質層)33とが対向するようになっている。ここで、双極型電極34は、集電体31の片面に正極(正極活物質層)32を設け、もう一方の面に負極(負極活物質層)33を設けた構造を有している。すなわち、双極型二次電池30では、集電体31の片方の面上に正極(正極活物質層)32を有し、他方の面上に負極(負極活物質層)33を有する双極型電極34を、電解質層35を介して複数枚積層した構造の発電要素(電池要素)37を具備してなるものである。   As shown in FIG. 4, the bipolar lithium ion secondary battery 30 according to the present embodiment has a substantially rectangular power generation element (battery element) 37 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside the battery exterior member 42. Has a structured. As shown in FIG. 4, the power generation element (battery element) 37 of the bipolar secondary battery 30 of the present embodiment is adjacent to each other with the electrolyte layer 35 sandwiched between bipolar electrodes 34 composed of one or more sheets. A positive electrode (positive electrode active material layer) 32 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 of the bipolar electrode 34 are opposed to each other. Here, the bipolar electrode 34 has a structure in which a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 is provided on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 is provided on the other surface. That is, in the bipolar secondary battery 30, a bipolar electrode having a positive electrode (positive electrode active material layer) 32 on one surface of the current collector 31 and a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 on the other surface. A power generation element (battery element) 37 having a structure in which a plurality of 34 are stacked via an electrolyte layer 35 is provided.

隣接する正極(正極活物質層)32、電解質層35および負極(負極活物質層)33は、一つの単電池層(=電池単位ないし単セル)36を構成する。従って、双極型二次電池30は、単電池層36が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層35からの電解液の漏れによる液絡を防止するために単電池層36の周辺部にはシール部(絶縁層)43が配置されている。該シール部(絶縁層)43を設けることで隣接する集電体31間を絶縁し、隣接する電極(正極32及び負極33)間の接触による短絡を防止することもできる。   The adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 32, electrolyte layer 35, and negative electrode (negative electrode active material layer) 33 constitute one single battery layer (= battery unit or single cell) 36. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 30 has a configuration in which the single battery layers 36 are stacked. Further, a seal portion (insulating layer) 43 is disposed around the unit cell layer 36 in order to prevent liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 35. By providing the seal portion (insulating layer) 43, the adjacent current collectors 31 can be insulated and a short circuit due to contact between the adjacent electrodes (the positive electrode 32 and the negative electrode 33) can be prevented.

なお、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側電極34a及び負極側電極34bは、双極型電極構造でなくてもよく、集電体31a、31b(または端子板)に必要な片面のみの正極(正極活物質層)32または負極(負極活物質層)33を配置した構造としてもよい。発電要素(電池要素)37の最外層に位置する正極側の最外層集電体31aには、片面のみに正極(正極活物質層)32が形成されているようにしてもよい。同様に、発電要素(電池要素)37の最外層に位置する負極側の最外層集電体31bには、片面のみに負極(負極活物質層)33が形成されているようにしてもよい。また、双極型リチウムイオン二次電池30では、上下両端の正極側最外層集電体31a及び負極側最外層集電体31bにそれぞれ正極タブ38および負極タブ39が、必要に応じて正極端子リード40及び負極端子リード41を介して接合されている。但し、正極側最外層集電体31aが延長されて正極タブ38とされ、電池外装材42であるラミネートシートから導出されていてもよい。同様に、負極側最外層集電体31bが延長されて負極タブ39とされ、同様に電池外装材42であるラミネートシートから導出される構造としてもよい。   The positive electrode 34a and the negative electrode 34b located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37 may not have a bipolar electrode structure, and are necessary for the current collectors 31a and 31b (or terminal plates). It is good also as a structure which has arrange | positioned the positive electrode (positive electrode active material layer) 32 or the negative electrode (negative electrode active material layer) 33 of only one side. A positive electrode (positive electrode active material layer) 32 may be formed on only one side of the positive electrode side outermost layer current collector 31 a located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. Similarly, a negative electrode (negative electrode active material layer) 33 may be formed only on one side of the outermost current collector 31b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element (battery element) 37. In the bipolar lithium ion secondary battery 30, the positive electrode tab 38 and the negative electrode tab 39 are provided on the positive electrode side outermost layer current collector 31 a and the negative electrode side outermost layer current collector 31 b at both the upper and lower ends, respectively. 40 and the negative terminal lead 41 are joined. However, the positive electrode side outermost layer current collector 31 a may be extended to form a positive electrode tab 38, and may be derived from a laminate sheet that is the battery exterior material 42. Similarly, the negative electrode side outermost layer current collector 31b may be extended to form a negative electrode tab 39, which may be similarly derived from a laminate sheet that is the battery outer packaging material 42.

また、双極型リチウムイオン二次電池30でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素(電池要素;積層体)37部分を電池外装材(外装パッケージ)42に減圧封入し、正極タブ38及び負極タブ39を電池外装材42の外部に取り出した構造とするのがよい。この双極型リチウムイオン二次電池30の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)36が直列に接続された構成ともいえるものである。   In the bipolar lithium ion secondary battery 30, the power generation element (battery element; laminated body) 37 portion is used as a battery exterior material (exterior package) 42 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. It is preferable to have a structure in which the positive electrode tab 38 and the negative electrode tab 39 are taken out of the battery exterior material 42 by being sealed under reduced pressure. The basic configuration of the bipolar lithium ion secondary battery 30 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers (single cells) 36 are connected in series.

上記した通り、非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しては、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。また、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池および/または双極型リチウムイオン二次電池を用いて、組電池や車両を構成することもできる。   As described above, regarding each constituent requirement and manufacturing method of the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery, the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery is different. Except for this, it is basically the same. Moreover, an assembled battery and a vehicle can also be comprised using the non-bipolar lithium ion secondary battery and / or bipolar lithium ion secondary battery of this invention.

[リチウムイオン二次電池の外観構成]
図5は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Appearance structure of lithium ion secondary battery]
FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of a stacked flat non-bipolar or bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery according to the present invention.

図5に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58及び負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図3あるいは図4に示す非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池10、30の発電要素(電池要素)17、37に相当するものであり、正極(正極活物質層)12、32、電解質層13、35および負極(負極活物質層)15、33で構成される単電池層(単セル)16、36が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 5, the laminated flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is wrapped by the battery outer packaging material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element (battery element) 57 includes a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59. It is sealed in a state where it is pulled out to the outside. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation elements (battery elements) 17 and 37 of the non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries 10 and 30 shown in FIG. 3 or FIG. 4 described above. A plurality of unit cell layers (single cells) 16 and 36 composed of positive electrodes (positive electrode active material layers) 12 and 32, electrolyte layers 13 and 35, and negative electrodes (negative electrode active material layers) 15 and 33 are laminated. It is a thing.

なお、本発明のリチウムイオン電池は、図3、4に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   The lithium ion battery of the present invention is not limited to the stacked flat shape as shown in FIGS. 3 and 4, and the wound lithium ion battery has a cylindrical shape. It is not particularly limited, for example, such a cylindrical shape may be transformed into a rectangular flat shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit.

また、図5に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図5に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   5 is not particularly limited, and the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out. However, the present invention is not limited to the one shown in FIG. 5, for example. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

以下、本実施形態の電池10、30、50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 batteries 10, 30, and 50 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13、35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]
As the electrolyte constituting the electrolyte layers 13 and 35, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

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13、35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13、35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 addition, when the electrolyte layers 13 and 35 are comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for the electrolyte layers 13 and 35. FIG. 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13、35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 layers 13 and 35 are made 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.

[シール部(絶縁層)]
双極型電池30においては、通常、各単電池層36の周囲にシール部(絶縁層)43が設けられる。このシール部(絶縁層)43は、電池内で隣り合う集電体31同士が接触したり、電池要素37における単電池層36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。かようなシール部(絶縁層)43の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型電池30が提供されうる。
[Seal (insulating layer)]
In the bipolar battery 30, a seal portion (insulating layer) 43 is usually provided around each single battery layer 36. The seal portion (insulating layer) 43 prevents the adjacent current collectors 31 in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness of the end of the unit cell layer 36 in the battery element 37. It is provided for the purpose. By installing such a seal portion (insulating layer) 43, long-term reliability and safety are ensured, and a high-quality bipolar battery 30 can be provided.

シール部(絶縁層)43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 sealing portion (insulating layer) 43 has insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber or 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.

[タブ]
タブ(正極タブ18、38、58および負極タブ19、39、59)の材質は、特に制限されず、電池用のタブ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、正極タブ18、38、58と負極タブ19、39、59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。
[tab]
The material of the tabs (positive electrode tabs 18, 38, 58 and negative electrode tabs 19, 39, 59) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a tab for a battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. The positive electrode tabs 18, 38, 58 and the negative electrode tabs 19, 39, 59 may be made of the same material or different materials.

本発明のリチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。   The lithium ion battery of the present invention is used as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. It can be suitably used.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第2実施形態の電池を用いて組電池を構成する。
(Third embodiment)
In 3rd Embodiment, an assembled battery is comprised using the battery of said 2nd Embodiment.

本発明の組電池は、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。   The assembled battery of the present invention is formed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion secondary battery and the bipolar lithium ion secondary battery of the present invention are used, and these are combined in series, in parallel, or in series and in parallel. Thus, an assembled battery can be configured.

また、図6は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。   6 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of an assembled battery.

図6に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成し、この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図6Aは、組電池の平面図、図6Aは正面図、図6Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   As shown in FIG. 6, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 in which a plurality of lithium ion secondary batteries according to the present invention are connected in series or in parallel to be detachable. A plurality of detachable small assembled batteries 250 are connected in series or in parallel, and have a large capacity and a large output suitable for vehicle power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. The assembled battery 300 can also be formed. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6A is a front view, and FIG. 6C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached and detached is provided with an electrical connection means such as a bus bar. The assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using the connection jig 310. How many non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries are connected to produce the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are stacked to produce the assembled battery 300 are mounted. What is necessary is just to determine according to the battery capacity and output of the vehicle (electric vehicle) to be.

(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態の電池、または第3実施形態の組電池を用いて車両を構成する。
(Fourth embodiment)
In 4th Embodiment, a vehicle is comprised using the battery of said 2nd Embodiment or the assembled battery of 3rd Embodiment.

本発明の車両は、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明の高容量正極を用いると高エネルギー密度の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   The vehicle of the present invention is characterized in that the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is mounted. When the high-capacity positive electrode of the present invention is used, a battery having a high energy density can be configured. Therefore, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance or an electric vehicle having a long charge travel distance can be configured. In other words, the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle. The lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these is a vehicle, for example, a car, a hybrid car, a fuel cell car, an electric car (all are four-wheeled vehicles (passenger cars, commercial vehicles such as trucks and buses, This is because it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles (in addition to mini vehicles, etc.)) to provide a long-life and highly reliable vehicle. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

図7は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention.

図7に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図7に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   As shown in FIG. 7, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

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に示す形態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 to only the forms shown in the following examples.

<実施例1>
<負極の作成>
負極活物質として、ハードカーボン前駆体を2000℃で焼成したもの(非晶質炭素材料1、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.0V(対Li/Li))(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)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2を調製した。
<Example 1>
<Creation of negative electrode>
As a negative electrode active material, a hard carbon precursor calcined at 2000 ° C. (amorphous carbon material 1, average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.0 V (vs. Li / Li + )) (90 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, is added to a solid content of polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 parts by mass), which is a binder, and a binder. Material slurry 2 was prepared.

一方、負極用の集電体として、銅箔(厚さ:10μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した負極活物質スラリー2を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚10μmになるようにプレスし、層2を形成した。   On the other hand, a copper foil (thickness: 10 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry 2 prepared above was applied to one surface of the prepared current collector with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 10 μm to form layer 2.

次いで、黒鉛(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:0.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー1を調製した。 Next, an appropriate amount of NMP is added to the solid content of graphite (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 0.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass). The negative electrode active material slurry 1 was prepared by addition.

次に、層2の上に、負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚80μmになるようにプレスし、層1を形成した。   Next, the negative electrode active material slurry 1 was applied onto the layer 2 with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 80 μm to form the layer 1.

<正極の作製>
正極として、リチウム金属箔(厚さ:100μm)を準備した。
<Preparation of positive electrode>
A lithium metal foil (thickness: 100 μm) was prepared as a positive electrode.

<試験用セルの作製>
試験用セルの正極および負極として用いるために、上記で作製した正極および負極を、ポンチを用いてそれぞれ20mmφおよび18mmφに打ち抜いた。
<Production of test cell>
In order to use as a positive electrode and a negative electrode of a test cell, the positive electrode and the negative electrode prepared above were punched to 20 mmφ and 18 mmφ, respectively, using a punch.

さらに、セパレータとしてポリエチレン微多孔膜(厚さ:30μm)を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiPFを1Mの濃度に溶解させたものを準備した。 Furthermore, a polyethylene microporous film (thickness: 30 μm) was prepared as a separator. Further, as an electrolytic solution was prepared that the LiPF 6 is equal volume mixture of lithium salt of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) was dissolved in a concentration of 1M.

上記で得られた負極、セパレータ、および正極をこの順に積層し、セパレータに電解液を注入した。次いで、負極および正極にそれぞれ電流取り出し用端子(正極にはアルミニウム端子、負極にはニッケル端子)を接続し、電流取り出し用端子が外部に露出するように電池要素をアルミニウム製のラミネートフィルム中に入れ、ラミネートフィルムの開口部を減圧下で封止して、試験用セルを作製した。   The negative electrode, separator, and positive electrode obtained above were laminated in this order, and the electrolyte was injected into the separator. Next, a current extraction terminal (aluminum terminal for the positive electrode and a nickel terminal for the negative electrode) is connected to the negative electrode and the positive electrode, respectively, and the battery element is placed in an aluminum laminate film so that the current extraction terminal is exposed to the outside. The opening of the laminate film was sealed under reduced pressure to produce a test cell.

<実施例2>
前記層2の塗布膜厚を20μmに、前記層1の塗布膜厚を70μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 2>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode having a coating thickness of layer 2 of 20 μm and a coating thickness of layer 1 of 70 μm was used.

<実施例3>
前記層2の塗布膜厚を29μmに、前記層1の塗布膜厚を61μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 3>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode having a coating thickness of the layer 2 of 29 μm and a coating thickness of the layer 1 of 61 μm was used.

<実施例4>
前記層2の塗布膜厚を39μmに、前記層1の塗布膜厚を51μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 4>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode was used in which the coating thickness of the layer 2 was 39 μm and the coating thickness of the layer 1 was 51 μm.

<実施例5>
前記層2の塗布膜厚を48μmに、前記層1の塗布膜厚を42μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 5>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode was used in which the coating thickness of the layer 2 was 48 μm and the coating thickness of the layer 1 was 42 μm.

<実施例6>
前記層2の塗布膜厚を57μmに、前記層1の塗布膜厚を33μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 6>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode was used in which the coating thickness of the layer 2 was 57 μm and the coating thickness of the layer 1 was 33 μm.

<実施例7>
前記層2の塗布膜厚を65μmに、前記層1の塗布膜厚を25μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 7>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode was used in which the coating thickness of the layer 2 was 65 μm and the coating thickness of the layer 1 was 25 μm.

<実施例8>
前記層2の塗布膜厚を74μmに、前記層1の塗布膜厚を16μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 8>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode having a coating thickness of layer 2 of 74 μm and a coating thickness of layer 1 of 16 μm was used.

<実施例9>
前記層2の塗布膜厚を82μmに、前記層1の塗布膜厚を8μmとした負極を用いたたこと以外は、上記の実施例1と同様に試験用セルを作製した。
<Example 9>
A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode having a coating thickness of layer 2 of 82 μm and a coating thickness of layer 1 of 8 μm was used.

<実施例10>
負極活物質として、ハードカーボン前駆体を1500℃で焼成したもの(非晶質炭素材料2、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.2V(対Li/Li))(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)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3を調製した。
<Example 10>
As a negative electrode active material, a hard carbon precursor calcined at 1500 ° C. (amorphous carbon material 2, average particle diameter: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.2 V (vs. Li / Li + )) (90 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, is added to a solid content of polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 parts by mass), which is a binder, and a binder. Material slurry 3 was prepared.

負極用の集電体として、銅箔(厚さ:10μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した負極活物質スラリー3を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚58μmになるようにプレスし、層3を形成した。   A copper foil (thickness: 10 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry 3 prepared above was applied to one surface of the prepared current collector with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 58 μm to form layer 3.

その後、ハードカーボン前駆体を2000℃で焼成したもの(非晶質炭素材料1、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.5V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー2を調製した。 Thereafter, the hard carbon precursor was fired at 2000 ° C. (amorphous carbon material 1, average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.5 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) An appropriate amount of NMP was added to the solid content of PVdF (10 parts by mass) to prepare a negative electrode active material slurry 2.

次に、層3の上に、負極活物質スラリー2を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚16μmになるようにプレスし、層2を形成した。   Next, on the layer 3, the negative electrode active material slurry 2 was apply | coated with the desktop coater, and it pressed so that it might become a coating film thickness of 16 micrometers, and the layer 2 was formed.

次いで、黒鉛(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:0.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー1を調製した。 Next, an appropriate amount of NMP is added to the solid content of graphite (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 0.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass). The negative electrode active material slurry 1 was prepared by addition.

次に、層2の上に、負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚16μmになるようにプレスし、層1を形成した。   Next, the negative electrode active material slurry 1 was applied onto the layer 2 with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 16 μm to form the layer 1.

上記のように負極を調製した以外は、実施例1と同様に試験用セルを作製した。   A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was prepared as described above.

<実施例11>
負極活物質として、ハードカーボン前駆体を1200℃で焼成したもの(非晶質炭素材料3、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.5V(対Li/Li))(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)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4を調製した。
<Example 11>
As a negative electrode active material, a hard carbon precursor fired at 1200 ° C. (amorphous carbon material 3, average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.5 V (vs. Li / Li + )) (90 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, is added to a solid content of polyvinylidene fluoride (PVdF) (10 parts by mass), which is a binder, and a binder. Material slurry 4 was prepared.

負極用の集電体として、銅箔(厚さ:10μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上記で調製した負極活物質スラリー4を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚42μmになるようにプレスし、層4を形成した。   A copper foil (thickness: 10 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry 4 prepared above was applied to one surface of the prepared current collector with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 42 μm to form a layer 4.

次いで、ハードカーボン前駆体を1500℃で焼成したもの(非晶質炭素材料2、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー3を調製した。 Next, a hard carbon precursor fired at 1500 ° C. (amorphous carbon material 2, average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) An appropriate amount of NMP was added to the solid content of PVdF (10 parts by mass) to prepare a negative electrode active material slurry 3.

次に、層4の上に、負極活物質スラリー3を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚16μmになるようにプレスし、層3を形成した。   Next, on the layer 4, the negative electrode active material slurry 3 was apply | coated with the desktop coater, and it pressed so that it might become a coating film thickness of 16 micrometers, and the layer 3 was formed.

その後、ハードカーボン前駆体を2000℃で焼成したもの(非晶質炭素材料1、平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.0V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー2を調製した。 Thereafter, the hard carbon precursor was fired at 2000 ° C. (amorphous carbon material 1, average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.0 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) An appropriate amount of NMP was added to the solid content of PVdF (10 parts by mass) to prepare a negative electrode active material slurry 2.

次に、層3の上に、負極活物質スラリー2を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚16μmになるようにプレスし、層2を形成した。   Next, on the layer 3, the negative electrode active material slurry 2 was apply | coated with the desktop coater, and it pressed so that it might become a coating film thickness of 16 micrometers, and the layer 2 was formed.

次いで、黒鉛(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:0.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー1を調製した。 Next, an appropriate amount of NMP is added to the solid content of graphite (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 0.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass). The negative electrode active material slurry 1 was prepared by addition.

次に、層2の上に、負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚16μmになるようにプレスし、層1を形成した。   Next, the negative electrode active material slurry 1 was applied onto the layer 2 with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 16 μm to form the layer 1.

上記のように負極を調製した以外は、実施例1と同様に試験用セルを作製した。   A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was prepared as described above.

<比較例1>
負極活物質として、黒鉛(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:0.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー1を調製した。
<Comparative Example 1>
As a negative electrode active material, a solid content composed of graphite (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 0.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass), An appropriate amount of NMP was added to prepare a negative electrode active material slurry 1.

負極用の集電体として、銅箔(厚さ:10μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上述の負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚90μmになるようにプレスし、層1を形成した。   A copper foil (thickness: 10 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry 1 was applied to one surface of the prepared current collector with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 90 μm to form layer 1.

上記のように負極を調製した以外は、実施例1と同様に試験用セルを作製した。   A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was prepared as described above.

<比較例2>
負極活物質として、黒鉛(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:0.2V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー2を調製した。
<Comparative Example 2>
As a negative electrode active material, a solid content composed of graphite (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 0.2 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass), An appropriate amount of NMP was added to prepare a negative electrode active material slurry 2.

負極用の集電体として、銅箔(厚さ:10μm)を準備した。準備した集電体の一方の表面に、上述の負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚39μmになるようにプレスし、層2を形成した。   A copper foil (thickness: 10 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry 1 described above was applied to one surface of the prepared current collector with a desktop coater and pressed to a coating film thickness of 39 μm to form a layer 2.

次いで、非晶質炭素材料1(平均粒子径:10μm、リチウム金属との反応電位:1.0V(対Li/Li))(90質量部)およびPVdF(10質量部)からなる固形分に対し、NMPを適量添加して、負極活物質スラリー1を調製した。 Next, the solid content of amorphous carbon material 1 (average particle size: 10 μm, reaction potential with lithium metal: 1.0 V (vs. Li / Li + )) (90 parts by mass) and PVdF (10 parts by mass) On the other hand, an appropriate amount of NMP was added to prepare a negative electrode active material slurry 1.

次に、層2の上に、負極活物質スラリー1を卓上コーターで塗布し、塗布膜厚51μmになるようにプレスし、層1を形成した。   Next, the negative electrode active material slurry 1 was applied onto the layer 2 with a desktop coater and pressed to a coating thickness of 51 μm to form the layer 1.

上記のように負極を調製した以外は、実施例1と同様に試験用セルを作製した。   A test cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was prepared as described above.

<試験用セルの電池特性の評価>
上記の各実施例および比較例について試験用セルを作製し、初充電とガス抜きを実施した。それぞれの試験用セルを0.5Cで8時間、定電流定電圧(CCCV)充電を行った(上限電圧4.2V)。充電後、1週間のエージングを置いてガス抜きを行い、0.5Cで放電容量測定を行った(カットオフ電圧2.5V。ガス抜きは電池を容器中の平板上に置き、重しを上面に載せて容器内を減圧することにより行なった。
<Evaluation of battery characteristics of test cell>
Test cells were prepared for each of the above Examples and Comparative Examples, and initial charging and degassing were performed. Each test cell was charged with a constant current and constant voltage (CCCV) at 0.5 C for 8 hours (upper limit voltage 4.2 V). After charging, aging was performed for 1 week, and degassing was performed, and discharge capacity was measured at 0.5 C (cutoff voltage 2.5 V. Degassing was performed by placing the battery on a flat plate in a container and placing the weight on the top surface. It was carried out by putting the pressure inside the container under reduced pressure.

その後、作製した試験用セルについて、活物質理論容量から算出した50CA電流値により満充電から5秒間の放電を行い、5秒後の電位と電流値から抵抗値を算出し、出力の指標とした。比較例を1としたときの、各実施例で作製した試験用セルの比出力を、下記の表1に示す。   Thereafter, the produced test cell was discharged for 5 seconds from full charge with a 50 CA current value calculated from the active material theoretical capacity, and a resistance value was calculated from the potential and current value after 5 seconds, and used as an output index. . Table 1 below shows the specific output of the test cell produced in each example when the comparative example is 1.

Figure 2009009858
Figure 2009009858

各実施例と比較例との比較から、電極の負極活物質層が、2層以上から形成され、集電体側の層ほど、負極活物質のリチウム金属との反応電位が高くなるようにすることで、リチウムイオンの活物質層中での拡散が改善され、電池の容量が向上しうることがわかる。   From the comparison between each example and the comparative example, the negative electrode active material layer of the electrode is formed from two or more layers, and the reaction potential with the lithium metal of the negative electrode active material is higher in the layer on the current collector side. Thus, it can be seen that the diffusion of lithium ions in the active material layer is improved, and the capacity of the battery can be improved.

このように、本発明の電極は、電極層表面のリチウムの析出を抑え、その結果、電池の容量の向上に有効に寄与しうる。   As described above, the electrode of the present invention can suppress the precipitation of lithium on the surface of the electrode layer, and as a result, can effectively contribute to the improvement of the battery capacity.

本発明の電池用電極の一実施形態(第1実施形態)を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment (1st Embodiment) of the battery electrode of this invention. 本発明の電極に用いられうる活物質の充電特性を示す概略断面図であるIt is a schematic sectional drawing which shows the charge characteristic of the active material which can be used for the electrode of this invention 本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である積層型の扁平な非双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a laminated flat non-bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a lithium ion battery of the present invention. 本発明のリチウムイオン電池の代表的な他の一実施形態である積層型の扁平な双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the outline | summary of the laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is another typical embodiment of the lithium ion battery of this invention. 本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a stacked flat lithium ion secondary battery that is a typical embodiment of a lithium ion battery according to the present invention. 本発明に係る組電池の代表的な実施形態を模式的に表した外観図であって、図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。FIG. 6A is an external view schematically showing a typical embodiment of an assembled battery according to the present invention, FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of a battery. 本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the assembled battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電極、
2 集電体、
3、3a、3b 活物質層、
4、4a、4b 活物質、
5 電解質層、
10 非双極型リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極(正極活物質層)、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極(負極活物質層)、
16、36 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17、37、57 発電要素(電池要素;積層体)、
18、38、58 正極タブ、
19、39、59 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31 集電体、
31a 正極側の最外層集電体、
31b 負極側の最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 シール部(絶縁層)、
50 リチウムイオン二次電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
1 electrode,
2 current collector,
3, 3a, 3b active material layer,
4, 4a, 4b active material,
5 electrolyte layer,
10 Non-bipolar lithium ion secondary battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode (positive electrode active material layer),
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode (negative electrode active material layer),
16, 36 single battery layer (= battery unit or single cell),
17, 37, 57 Power generation element (battery element; laminate),
18, 38, 58 positive electrode tab,
19, 39, 59 negative electrode tab,
20, 40 Positive terminal lead,
21, 41 Negative terminal lead,
22, 42, 52 Battery exterior material (for example, laminate film),
30 Bipolar lithium ion secondary battery,
31 current collector,
31a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
31b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
34 Bipolar electrode,
34a, 34b The electrode located in the outermost layer,
43 Sealing part (insulating layer),
50 lithium ion secondary battery,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.

Claims (17)

集電体と、前記集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、
前記負極活物質層における充電時のリチウムの吸蔵が、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極。
An electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: a current collector; and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on a surface of the current collector,
An electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the occlusion of lithium at the time of charging in the negative electrode active material layer occurs earlier as it approaches the current collector.
前記負極活物質層が、2層以上の層から形成され、各層に含まれる前記負極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、負極活物質層の厚み方向において前記集電体の側の層に向かって高くな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用電極。   The negative electrode active material layer is formed of two or more layers, and the reaction potential of the negative electrode active material contained in each layer with respect to lithium metal is directed toward the current collector side layer in the thickness direction of the negative electrode active material layer. The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrode is high. 前記負極活物質層が、2以上の負極活物質を含み、前記負極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、負極活物質層の厚み方向において前記集電体の側に向かって高くなることを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The negative electrode active material layer includes two or more negative electrode active materials, and the reaction potential of the negative electrode active material with respect to lithium metal increases toward the current collector in the thickness direction of the negative electrode active material layer. The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2. 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から選択される1以上の材料を含む、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用電極。   4. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the negative electrode active material includes one or more materials selected from the group consisting of a carbon material, a lithium-transition metal compound, a metal material, and a lithium-metal alloy material. Of lithium ion secondary battery. 前記負極活物質層が、表面側の層1と集電体側の層2とから形成され、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0〜2.0V(対Li/Li)であり、前記層2に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0.2〜3.0V(対Li/Li)である、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用電極。 The negative electrode active material layer is formed of a surface side layer 1 and a current collector side layer 2, and the reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 1 with respect to lithium metal is 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li), and the reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 2 with respect to lithium metal is 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li). Of lithium ion secondary battery. 前記層2の膜厚に対する前記層1の膜厚の比は0.1〜10である、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   6. The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein a ratio of the film thickness of the layer 1 to the film thickness of the layer 2 is 0.1-10. 前記層1がグラファイトを含み、前記層2が非晶質炭素材料を含む、請求項5または6に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5 or 6, wherein the layer 1 includes graphite and the layer 2 includes an amorphous carbon material. 前記負極活物質層が、表面側の層1、集電体側の層3、および前記層1と前記層3との中間層である層2から形成され、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、0〜1.5V(対Li/Li)であり、前記層2に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0〜2.0V(対Li/Li)であり、前記層3に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0.2〜3.0V(対Li/Li)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用電極。 The negative electrode active material layer is formed of a surface side layer 1, a current collector side layer 3, and a layer 2 that is an intermediate layer between the layer 1 and the layer 3. The reaction potential with respect to lithium metal is 0 to 1.5 V (vs. Li + / Li), and the reaction potential with respect to lithium metal of the negative electrode active material contained in the layer 2 is 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li). 5. The reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 3 with respect to lithium metal is 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li), 5. The electrode for lithium ion secondary batteries as described in the item. 前記負極活物質層が、表面側から集電体側に向かって層1〜層n(nは3以上の整数である)のn層から形成され、前記層1に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は、0〜1.5V(対Li/Li)であり、前記層2〜層(n−1)に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0〜2.0V(対Li/Li)であり、前記層3に含まれる負極活物質のリチウム金属に対する反応電位は0.2〜3.0V(対Li/Li)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用電極。 The negative electrode active material layer is formed of n layers of layers 1 to n (n is an integer of 3 or more) from the surface side toward the current collector side, and lithium metal of the negative electrode active material contained in the layer 1 The reaction potential with respect to lithium is 0 to 1.5 V (vs. Li + / Li), and the reaction potential with respect to lithium metal of the negative electrode active material contained in the layers 2 to (n−1) is 0 to 2.0 V (vs. Li + / Li), and the reaction potential of the negative electrode active material contained in the layer 3 with respect to lithium metal is 0.2 to 3.0 V (vs. Li + / Li). 5. The electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of 4 above. 集電体と、前記集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極であって、
前記正極活物質層における放電時のリチウムの取り込みが、前記集電体に近づくほど早期に起こることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用電極。
An electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: a current collector; and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on a surface of the current collector,
An electrode for a lithium ion secondary battery, wherein lithium uptake at the time of discharging in the positive electrode active material layer occurs earlier as it approaches the current collector.
前記正極活物質層が、2層以上の層から形成され、各層に含まれる前記正極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、正極活物質層の厚み方向において前記集電体の側の層に向かって低くな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用電極。   The positive electrode active material layer is formed of two or more layers, and the reaction potential of the positive electrode active material included in each layer with respect to lithium metal is directed toward the current collector side layer in the thickness direction of the positive electrode active material layer. The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 10, wherein the electrode is lowered. 前記正極活物質層が、2以上の正極活物質を含み、前記正極活物質のリチウム金属に対する反応電位が、正極活物質の厚み方向において前記集電体の側に向かって低くなることを特徴とする、請求項10または11に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The positive electrode active material layer includes two or more positive electrode active materials, and the reaction potential of the positive electrode active material with respect to lithium metal decreases toward the current collector in the thickness direction of the positive electrode active material. The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 10 or 11. 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、リチウム−遷移金属硫酸化合物からなる群から選択される1以上の材料を含む、請求項10〜12のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The said positive electrode active material contains one or more materials selected from the group which consists of a lithium transition metal oxide, a lithium transition metal phosphate compound, a lithium transition metal sulfate compound, The any one of Claims 10-12 The electrode for lithium ion secondary batteries as described in the item. 正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極が請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用電極である、および/または前記正極が請求項10〜13のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用電極である、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery having at least one single cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order,
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 10 to 13, wherein the negative electrode is an electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9, and / or the positive electrode is a lithium ion secondary battery according to any one of claims 10 to 13. Lithium ion secondary battery, which is an electrode for use.
前記電解質層が、液体電解質、ゲル電解質、またはポリマー電解質を含む、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 layer includes a liquid electrolyte, a gel electrolyte, or a polymer electrolyte. 請求項14または15に記載のリチウムイオン二次電池を用いた組電池。   An assembled battery using the lithium ion secondary battery according to claim 14. 請求項14または15に記載のリチウムイオン二次電池、または請求項16に記載の組電池を搭載した車両。   A vehicle equipped with the lithium ion secondary battery according to claim 14 or 15 or the assembled battery according to claim 16.
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