JP2009224221A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and negative electrode - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery with a gel electrolyte that improves cycle characteristics. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, negative electrode and gel electrolyte. The negative electrode contains a negative electrode mixture containing a binding agent, and the binding agent contains polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone and a mass ratio of polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone is 99.9:0.1 to 70:30. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、負極の結着剤としてポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンとを含む非水電解質二次電池および負極に関する。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery and a negative electrode containing polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone as a negative electrode binder.

近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ)、デジタルカメラ、携帯電話、携帯情報端末、ノート型コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池や、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、広く実用化されている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a digital camera, a mobile phone, a portable information terminal, and a notebook computer have appeared, and their size and weight have been reduced. As a portable power source for these electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among them, a lithium ion secondary battery is widely put into practical use because a large energy density can be obtained as compared with a lead battery or a nickel cadmium battery which is a conventional aqueous electrolyte secondary battery.

ここで、電池特性を向上するために種々の添加剤が検討されているが、例えば、負極の結着剤としてポリフッ化ビニリデンが用いられている(特許文献1〜3参照)。これは、活物質層と集電体を結着させるためである。
特開2004−79370号公報 特開2004−146253号公報 特開2003−249212号公報
Here, various additives have been studied in order to improve battery characteristics. For example, polyvinylidene fluoride is used as a binder for the negative electrode (see Patent Documents 1 to 3). This is for binding the active material layer and the current collector.
JP 2004-79370 A JP 2004-146253 A JP 2003-249212 A

しかしながら、上記従来技術では、サイクル特性の向上に改良の余地があった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ゲル状電解質を供えた非水電解質二次電池において、サイクル特性を向上することにある。
However, the above prior art has room for improvement in improving the cycle characteristics.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve cycle characteristics in a nonaqueous electrolyte secondary battery provided with a gel electrolyte.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねたところ、負極の結着剤としてポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンとを含ませることにより負極とゲル状電解質との親和性が増し、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は以下の非水電解質二次電池および負極に係るものである。
[1]正極と、負極と、ゲル状の非水電解質とを備えた非水電解質二次電池であって、
前記負極は結着剤を含む負極合剤を含有し、
前記結着剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとを含有し、かつポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとの質量比が99.9:0.1〜70:30であることを特徴とする非水電解質二次電池。
[2]結着剤を含む負極合剤を含有し、前記結着剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとを含有し、かつポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとの質量比が99.9:0.1〜70:30であることを特徴とする負極。
As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have increased the affinity between the negative electrode and the gel electrolyte by including polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone as the negative electrode binder. The present inventors have found that the object can be achieved and have completed the present invention.
That is, the present invention relates to the following nonaqueous electrolyte secondary battery and negative electrode.
[1] A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a gel-like non-aqueous electrolyte,
The negative electrode contains a negative electrode mixture containing a binder,
The non-aqueous electrolyte, wherein the binder contains polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone, and the mass ratio of polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone is 99.9: 0.1 to 70:30. Secondary battery.
[2] A negative electrode mixture containing a binder is contained, the binder contains polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone, and the mass ratio of polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone is 99.9: 0. 1 to 70:30, The negative electrode characterized by the above-mentioned.

本発明によれば負極とゲル状電解質との親和性が増し、その結果サイクル特性を向上することができる。   According to the present invention, the affinity between the negative electrode and the gel electrolyte is increased, and as a result, the cycle characteristics can be improved.

以下、本発明の非水電解質二次電池の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の非水電解質二次電池の一実施形態であって、ラミネート型二次電池の一例を示す分解斜視図である。同図に示すように、この二次電池は、負極端子11と正極端子12が取り付けられた電池素子20をフィルム状の外装部材30の内部に封入して構成されている。負極端子11及び正極端子12は、外装部材30の内部から外部に向かって、例えば同一方向にそれぞれ導出されている。負極端子11及び正極端子12は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)又はステンレス(SUS)などの金属材料によりそれぞれ構成される。
Hereinafter, embodiments of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a laminated secondary battery as an embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. As shown in the figure, this secondary battery is configured by enclosing a battery element 20 to which a negative electrode terminal 11 and a positive electrode terminal 12 are attached inside a film-shaped exterior member 30. The negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 are led out from the inside of the exterior member 30 to the outside, for example, in the same direction. The negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 are each made of a metal material such as aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or stainless steel (SUS).

外装部材30は、例えばナイロンフィルム、アルミニウム箔及びポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材30は、例えばポリエチレンフィルム側と電池素子20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着又は接着剤により互いに接合されている。外装部材30と負極端子11及び正極端子12との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。密着フィルム31は、負極端子11及び正極端子12に対して密着性を有する材料により構成され、例えば負極端子11及び正極端子12が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン及び変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。   The exterior member 30 is configured by a rectangular laminate film in which, for example, a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 30 is arrange | positioned so that the polyethylene film side and the battery element 20 may oppose, for example, and each outer edge part is mutually joined by melt | fusion or the adhesive agent. An adhesion film 31 is inserted between the exterior member 30 and the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 to prevent the outside air from entering. The adhesion film 31 is made of a material having adhesion to the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12. For example, when the negative electrode terminal 11 and the positive electrode terminal 12 are made of the metal materials described above, polyethylene, polypropylene, modified It is preferably composed of a polyolefin resin such as polyethylene and modified polypropylene.

なお、外装部材30は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルム又は金属フィルムなどにより構成してもよい。ここで、外装部材の一般的な構成は、外装層/金属箔/シーラント層の積層構造で表すことができ(但し、外装層及びシーラント層は複数層で構成されることがある。)、上記の例では、ナイロンフィルムが外装層、アルミニウム箔が金属箔、ポリエチレンフィルムがシーラント層に相当する。なお、金属箔としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔及びメッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。   In addition, the exterior member 30 may be configured by another structure, for example, a laminate film having no metal material, a polymer film such as polypropylene, or a metal film, instead of the above-described laminate film. Here, the general structure of an exterior member can be represented by the laminated structure of an exterior layer / metal foil / sealant layer (however, the exterior layer and the sealant layer may be composed of a plurality of layers), and the above. In this example, the nylon film corresponds to the exterior layer, the aluminum foil corresponds to the metal foil, and the polyethylene film corresponds to the sealant layer. In addition, as metal foil, it is sufficient if it functions as a moisture-permeable barrier film, and not only aluminum foil but also stainless steel foil, nickel foil and plated iron foil can be used, but it is thin and lightweight. Thus, an aluminum foil excellent in workability can be suitably used.

外装部材として、使用可能な構成を(外装層/金属箔/シーラント層)の形式で列挙すると、Ny(ナイロン)/Al(アルミニウム)/CPP(無延伸ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)/Al/CPP、PET/Al/PET/CPP、PET/Ny/Al/CPP、PET/Ny/Al/Ny/CPP、PET/Ny/Al/Ny/PE(ポリエチレン)、Ny/PE/Al/LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレン)、PET/PE/Al/PET/LDPE(低密度ポリエチレン)、及びPET/Ny/Al/LDPE/CPPなどがある。   The structures that can be used as the exterior member are listed in the form of (exterior layer / metal foil / sealant layer): Ny (nylon) / Al (aluminum) / CPP (unstretched polypropylene), PET (polyethylene terephthalate) / Al / CPP, PET / Al / PET / CPP, PET / Ny / Al / CPP, PET / Ny / Al / Ny / CPP, PET / Ny / Al / Ny / PE (polyethylene), Ny / PE / Al / LLDPE (directly) Chain low density polyethylene), PET / PE / Al / PET / LDPE (low density polyethylene), and PET / Ny / Al / LDPE / CPP.

図2は、図1に示した電池素子20のII−II線に沿った模式的な断面図である。同図において、電池素子20は、負極21と正極22とがゲル状の非水電解質から成る非水電解質層23及びセパレータ24を介して対向して位置し、巻回されているものであり、最外周部は保護テープ25により保護されている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of the battery element 20 shown in FIG. In the figure, a battery element 20 is formed by winding a negative electrode 21 and a positive electrode 22 facing each other with a non-aqueous electrolyte layer 23 and a separator 24 made of a gel-like non-aqueous electrolyte, The outermost periphery is protected by a protective tape 25.

[負極]
ここで、負極21は、例えば対向する一対の面を有する負極集電体21Aの両面又は片面に負極合剤層21Bが設けられた構造を有している。負極集電体21Aには、長手方向における一方の端部に負極合剤層21Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極端子11が取り付けられている。負極集電体21Aは、例えば銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。
[Negative electrode]
Here, the negative electrode 21 has a structure in which, for example, a negative electrode mixture layer 21B is provided on both surfaces or one surface of a negative electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. The negative electrode current collector 21A has an exposed portion where the negative electrode mixture layer 21B is not provided at one end in the longitudinal direction, and the negative electrode terminal 11 is attached to the exposed portion. The negative electrode current collector 21A is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極合剤層21Bは、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、金属リチウムのいずれか1種又は2種以上を含んでおり、結着剤として、ポリフッ化ビニリデンと、ビニルピロリドンとを含んでおり、必要に応じて導電剤を含んでいてもよい。また、負極合剤層21Bの面密度は、両面辺り5mg/cm以上が好ましく、10mg/cm以上がより好ましい。面密度をかかる範囲とすることで、本発明のサイクル改善効果が得られやすい。 The negative electrode mixture layer 21B includes, as a negative electrode active material, one or more of negative electrode materials capable of occluding and releasing lithium ions and metallic lithium, and polyvinylidene fluoride as a binder. And vinylpyrrolidone, and may contain a conductive agent as necessary. Further, the surface density of the negative electrode mixture layer 21B is preferably 5 mg / cm 2 or more, more preferably 10 mg / cm 2 or more, on both sides. By setting the surface density within such a range, the cycle improvement effect of the present invention can be easily obtained.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維および活性炭などの炭素材料が挙げられる。また、炭素材料の比表面積は、負極合剤スラリー安定性の観点から0.3〜2m/gであることが好ましい。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークス又は石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素又は易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンおよびポリピロールなどがある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。
また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
Examples of the anode material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic high Examples thereof include carbon materials such as molecular compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon. Moreover, it is preferable that the specific surface area of a carbon material is 0.3-2 m < 2 > / g from a viewpoint of negative electrode mixture slurry stability. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and partly non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density.
Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵及び放出することが可能であり、金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。
この負極材料は金属元素又は半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、また、これらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、この発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はそれらのうちの2種以上が共存するものがある。
Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and including at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.
This negative electrode material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, the alloy includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

この負極材料を構成する金属元素又は半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)および白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), and germanium (Ge). ), Tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) ) And platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.

中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素又は半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)及びスズ(Sn)の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素(Si)及びスズ(Sn)は、リチウム(Li)を吸蔵及び放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。   Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or metalloid element as a constituent element in the short-period type periodic table is preferable, and at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is particularly preferable. It is included as an element. This is because silicon (Si) and tin (Sn) have a large ability to occlude and release lithium (Li), and a high energy density can be obtained.

スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、及びクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)及びクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). The thing containing 1 type is mentioned.

スズ(Sn)の化合物又はケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)又は炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)又はケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the compound of tin (Sn) or the compound of silicon (Si) include those containing oxygen (O) or carbon (C). In addition to tin (Sn) or silicon (Si), the above-described compounds Two constituent elements may be included.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物又は高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、MnO、V、V13などの酸化物、NiS、MoSなどの硫化物及びLiNなどのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリン及びポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as MnO 2 , V 2 O 5 , and V 6 O 13 , sulfides such as NiS and MoS, and lithium nitrides such as LiN 3 , and polymer materials include polyacetylene, Examples include polyaniline and polypyrrole.

また、リチウムを合金可能な材料としては、多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ(Sn)、コバルト(Co)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)及びこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、粉体を結着剤で塗布膜にすればよい。   As materials capable of alloying lithium, various kinds of metals can be used, such as tin (Sn), cobalt (Co), indium (In), aluminum (Al), silicon (Si), and these. Often alloys are used. When metallic lithium is used, the powder may be formed into a coating film with a binder.

また、本発明における負極の結着剤は、ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンとを含有する。さらに、かつポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンとの質量比は99.9:0.1〜70:30、好ましくは99:1〜70:30である。ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンとの質量比が上記範囲内であれば負極合剤スラリーの安定性が得られる。ポリフッ化ビニリデンとしては、例えば固有粘度が1.5〜10.0dl/gのものなどを使用することが好ましいが、これに限定されるものではない。   The negative electrode binder in the present invention contains polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone. Furthermore, the mass ratio of polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone is 99.9: 0.1 to 70:30, preferably 99: 1 to 70:30. If the mass ratio of polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone is within the above range, the stability of the negative electrode mixture slurry can be obtained. For example, polyvinylidene fluoride having an intrinsic viscosity of 1.5 to 10.0 dl / g is preferably used, but is not limited thereto.

上記ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンの合計含有量は、負極合剤の全含有量を基準として好ましくは2〜6.5質量%、より好ましくは2.5〜5質量%である。ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンの合計含有量を上記範囲とすることで、良好なサイクル特性が得られる。なお、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンに加え、ポリアクリロニトリル等を混合して用いてもよい。   The total content of polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone is preferably 2 to 6.5% by mass, more preferably 2.5 to 5% by mass based on the total content of the negative electrode mixture. By setting the total content of polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone within the above range, good cycle characteristics can be obtained. As the binder, in addition to polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone, polyacrylonitrile or the like may be mixed and used.

導電剤としては、例えばカーボンブラック又はグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。   As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used.

[正極]
一方、正極22は、負極21と同様に、例えば対向する一対の面を有する正極集電体22Aの両面又は片面に正極合剤層22Bが被覆された構造を有している。正極集電体22Aには、長手方向における一方の端部に正極合剤層22Bが被覆されずに露出している部分があり、この露出部分に正極端子12が取り付けられている。正極集電体22Aは、例えばアルミニウム箔などの金属箔により構成される。
[Positive electrode]
On the other hand, like the negative electrode 21, the positive electrode 22 has a structure in which, for example, both surfaces or one surface of a positive electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces are coated with a positive electrode mixture layer 22B. The positive electrode current collector 22A has a portion that is exposed without being covered with the positive electrode mixture layer 22B at one end portion in the longitudinal direction, and the positive electrode terminal 12 is attached to the exposed portion. The positive electrode current collector 22A is made of a metal foil such as an aluminum foil.

正極合剤層22Bは、例えば正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含んでおり、必要に応じて導電剤と結着剤を含んでいてもよい。ここで、正極活物質、導電剤及び結着剤は均一に分散していればよく、その混合比は問わない。   The positive electrode mixture layer 22B includes, for example, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and may include a conductive agent and a binder as necessary. Here, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder need only be uniformly dispersed, and the mixing ratio is not limited.

正極活物質として用いられるリチウムを吸蔵及び放出可能な正極材料としては、目的とする電池の種類に応じて、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物又はリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及び鉄(Fe)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(1)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(2)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、及び式(3)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiCo0.33Ni0.33Mn0.33、LiFePOなどがある。 As a positive electrode material capable of occluding and releasing lithium used as a positive electrode active material, for example, lithium oxide, lithium phosphorous oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is used depending on the type of the target battery. Lithium-containing compounds are suitable, and two or more of these may be mixed and used. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O) is preferable. Among them, as the transition metal element, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron It is more preferable if it contains at least one of the group consisting of (Fe). As such a lithium-containing compound, for example, a lithium composite oxide having a layered rock salt structure shown in Formula (1), a lithium composite oxide having a spinel structure shown in Formula (2), and a formula Examples thereof include lithium composite phosphates having the olivine type structure shown in (3). Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo 0.33 Ni 0.33 Mn 0.33 There are O 2 , LiFePO 4 and the like.

層状岩塩型:Li Mn(1−p−q−r) NiM1]O(2−y1)z1 (1)
式(1)中、M1は、コバルト(Co)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。p、q、r、y1およびz1は、0<p≦0. 2、0. 1≦q≦0. 8、0≦r≦0. 5、−0. 1≦y1≦0. 2、0≦z1≦0.1の範囲内の値である。
Layered rock-salt: Li p Mn (1-p -q-r) Ni q M1 r] O (2-y1) F z1 (1)
In formula (1), M1 is cobalt (Co), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper It represents at least one selected from the group consisting of (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). p, q, r, y1 and z1 are 0 <p ≦ 0.2, 0.1 ≦ q ≦ 0.8, 0 ≦ r ≦ 0.5, −0.1 ≦ y1 ≦ 0.2, 0 ≦ It is a value within the range of z1 ≦ 0.1.

スピネル型:LiMn2−bM4 (2)
式(2)中、M4は、コバルト、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。a、b、cおよびdは、a≧0.9、0≦b≦0.6、3.7≦c≦4.1、0≦d≦0.1の範囲内の値である。
Spinel: Li a Mn 2-b M4 b O c F d (2)
In the formula (2), M4 represents at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium, and tungsten. To express. a, b, c and d are values within the ranges of a ≧ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.6, 3.7 ≦ c ≦ 4.1, and 0 ≦ d ≦ 0.1.

オリビン型:LiM5PO (3)
式(3)中、M5は、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、ニオブ、銅、亜鉛、モリブデン、カルシウム、ストロンチウム、タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも1種を表す。a≧0.9を満たす値である。
Olivine type: Li a M5PO 4 (3)
In Formula (3), M5 is at least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, iron, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, niobium, copper, zinc, molybdenum, calcium, strontium, tungsten, and zirconium. Represents a species. It is a value satisfying a ≧ 0.9.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、MnO、V、V13、NiS、MoSなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。 In addition to these, examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include inorganic compounds such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS that do not contain lithium.

また、導電剤としては、例えばカーボンブラック及びグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。更に、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデントリフルオライド等が用いられる。   In addition, as the conductive agent, for example, carbon materials such as carbon black and graphite are used. Furthermore, as the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene trifluoride, or the like is used.

[非水電解質層]
非水電解質層23は、ゲル状の非水電解質によって形成されている。ゲル状非水電解質は、非水電解液をマトリクス高分子でゲル化して成る。ゲル状の非水電解質は、非水電解液が、マトリクス高分子に含浸ないしは保持されるようになっている。かかるマトリクス高分子の膨潤やゲル化ないしは非流動化により、得られる電池で非水電解質の漏液が起こるのを効果的に抑制することができる。非水電解液としてはリチウムイオン二次電池に一般的に使用されるものを用いることができる。このような非水電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させたものを用いることができる。
[Nonaqueous electrolyte layer]
The nonaqueous electrolyte layer 23 is formed of a gel-like nonaqueous electrolyte. The gel-like nonaqueous electrolyte is formed by gelling a nonaqueous electrolyte with a matrix polymer. The gel-like nonaqueous electrolyte is configured such that a nonaqueous electrolyte is impregnated or held in a matrix polymer. By such swelling, gelation or non-fluidization of the matrix polymer, it is possible to effectively suppress leakage of the nonaqueous electrolyte in the obtained battery. As the non-aqueous electrolyte, those generally used for lithium ion secondary batteries can be used. As such a nonaqueous electrolytic solution, a solution obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent can be used.

非水溶媒としては、具体的には、炭酸エチレン及び炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレン及び炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。   Specifically, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate can be used as the nonaqueous solvent, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, in particular, a mixture of both. This is because the cycle characteristics can be improved.

非水溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル及び炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。   As the non-aqueous solvent, in addition to these cyclic carbonates, it is preferable to use a mixture of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and methylpropyl carbonate. This is because high ionic conductivity can be obtained.

非水溶媒としては、更にまた、2,4−ジフルオロアニソール又は炭酸ビニレンを含むことが好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量及びサイクル特性を向上させることができるので好ましい。   The non-aqueous solvent preferably further contains 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can improve cycle characteristics. Therefore, it is preferable to use a mixture of these because the discharge capacity and cycle characteristics can be improved.

これらの他にも、非水溶媒としては、例えば、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド及びリン酸トリメチルなどが挙げられる。   In addition to these, examples of the non-aqueous solvent include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl- 1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N , N-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide and trimethyl phosphate.

なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素等のハロゲンで置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。   A compound in which at least a part of hydrogen in these nonaqueous solvents is substituted with a halogen such as fluorine may improve the reversibility of the electrode reaction depending on the type of electrode to be combined. is there.

電解質塩としては、例えばリチウム塩を挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiClO、LiNO、LiB(C、LiCHSO、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(SOCF、LiAlCl、LiSiF、 ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、LiBr、LiCl、及びLiIなどが挙げられる。リチウム塩を溶解する濃度として、上記非水溶媒に対して0.4mol/kg以上、2.0mol/kg以下の範囲であることが好ましい。酸化安定性の観点からLiPF、LiBFを用いることが望ましい。中でも、LiPFは高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。 As electrolyte salt, lithium salt is mentioned, for example, 1 type may be used independently and 2 or more types may be mixed and used for it. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 3 , LiClO 4 , LiNO 3 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, lithium bisoxalate borate, LiBr, Examples include LiCl and LiI. The concentration for dissolving the lithium salt is preferably in the range of 0.4 mol / kg to 2.0 mol / kg with respect to the non-aqueous solvent. From the viewpoint of oxidation stability, it is desirable to use LiPF 6 or LiBF 4 . Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics.

ゲル状非水電解質は、上述の非水電解液をマトリクス高分子でゲル化して作成される。マトリクス高分子は、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されて成る非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。また、マトリクス高分子の非水電解質における好ましい含有量は5〜30質量%である。マトリクス高分子としては、少なくともフッ化ビニリデンをモノマーとして含む重合体が好ましく、具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとモノクロロトリフルオロエチレンとの共重合体、およびフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとモノメチルマレイン酸エステルとの共重合体などを挙げることができ、中でも酸化還元安定性の観点から、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体が好ましい。ポリフッ化ビニリデン又はビニリデンフルオライドにヘキサフルオロプロピレンが75%以下の割合で導入された共重合体を用いることができる。このようなポリマーは、数平均分子量が5.0×10〜7.0×10(50万〜70万)の範囲であるか、又は重量平均分子量が2.1×10〜3.1×10(21万〜31万)の範囲であり、固有粘度が1.7(dl/g)〜2.1(dl/g)の範囲とされている。このようなポリマーは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。 The gel-like nonaqueous electrolyte is prepared by gelling the above-described nonaqueous electrolyte with a matrix polymer. The matrix polymer is not particularly limited as long as it is compatible with a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving the electrolyte salt in the nonaqueous solvent and can be gelled. Moreover, the preferable content in the nonaqueous electrolyte of a matrix polymer is 5-30 mass%. As the matrix polymer, a polymer containing at least vinylidene fluoride as a monomer is preferable. Specifically, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and monochloro Examples thereof include a copolymer of trifluoroethylene and a copolymer of vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and monomethylmaleic acid ester, and in particular, from the viewpoint of redox stability, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. And a copolymer are preferred. A copolymer in which hexafluoropropylene is introduced into polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride at a ratio of 75% or less can be used. Such polymers have a number average molecular weight in the range of 5.0 × 10 5 to 7.0 × 10 5 (500,000 to 700,000) or a weight average molecular weight of 2.1 × 10 5 to 3. It is in the range of 1 × 10 5 (210,000-310,000), and the intrinsic viscosity is in the range of 1.7 (dl / g) to 2.1 (dl / g). Such a polymer may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

[セパレータ]
また、セパレータ24は、例えばポリプロピレン及びポリエチレンなどのポリオレフィン系の有機樹脂から成る多孔質膜、又はセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜など、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の薄膜から構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、ポリオレフィン系の多孔質膜を含むものは、負極21と正極22との分離性に優れ、内部短絡や開回路電圧の低下をいっそう低減できるので好適である。
[Separator]
The separator 24 has a high ion permeability and a predetermined mechanical strength, such as a porous film made of a polyolefin-based organic resin such as polypropylene and polyethylene, or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. It is good also as a structure which laminated | stacked these 2 or more types of porous films. In particular, those containing a polyolefin-based porous membrane are preferable because they have excellent separability between the negative electrode 21 and the positive electrode 22 and can further reduce internal short circuit and open circuit voltage drop.

次に、上述した非水電解質二次電池の製造方法の一例を説明する。
上記ラミネート型二次電池は、以下のようにして製造することができる。まず、負極21を作製する。例えば粒子状の負極活物質を用いる場合には、負極活物質と上述した結着剤と必要に応じて導電剤を混合して負極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて負極合剤スラリーを作製する。次いで、この負極合剤スラリーを負極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層21Bを形成する。
Next, an example of the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery mentioned above is demonstrated.
The laminate type secondary battery can be manufactured as follows. First, the negative electrode 21 is produced. For example, when a particulate negative electrode active material is used, a negative electrode mixture is prepared by mixing the negative electrode active material, the above-described binder, and a conductive agent as necessary, and dispersing N-methyl-2-pyrrolidone or the like A negative electrode mixture slurry is prepared by dispersing in a medium. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 21A, dried, and compression molded to form the negative electrode mixture layer 21B.

また、正極22を作製する。例えば粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じて導電剤及び結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤スラリーを作製する。この後、この正極合剤スラリーを正極集電体22Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極合剤層22Bを形成する。   Moreover, the positive electrode 22 is produced. For example, when a particulate positive electrode active material is used, a positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder, and a dispersion medium such as N-methyl-2-pyrrolidone. To produce a positive electrode mixture slurry. Thereafter, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 22A, dried, and compression molded to form the positive electrode mixture layer 22B.

次いで、負極21に負極端子11を取り付けるとともに、正極22に正極端子12を取り付ける。このとき、負極端子11や正極端子12の溶接部及びその裏面、又は合剤塗布部分と集電体露出部分の境界部分の集電体上には保護テープ25を貼ってもよい。   Next, the negative electrode terminal 11 is attached to the negative electrode 21, and the positive electrode terminal 12 is attached to the positive electrode 22. At this time, you may stick the protective tape 25 on the collector of the welding part of the negative electrode terminal 11 or the positive electrode terminal 12, and its back surface, or the boundary part of a mixture application part and an electrical power collector exposure part.

次いで、得られた負極21の片面又は両面に非水電解質層23を形成する。例えば六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶媒と、ポリフッ化ビニリデンなどのマトリクス高分子とをジメチルカーボネーと(DMC)などの希釈溶剤と混合溶解し、ゾル状の非水電解質を作製する。このゾル状の非水電解質を負極21に塗布し希釈溶剤を揮発させてゲル状の非水電解質から成る非水電解質層23を形成する。   Next, the nonaqueous electrolyte layer 23 is formed on one side or both sides of the obtained negative electrode 21. For example, an electrolyte salt such as lithium hexafluorophosphate, a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and a matrix polymer such as polyvinylidene fluoride are mixed and dissolved in a diluent solvent such as dimethyl carbonate and (DMC). A sol-like nonaqueous electrolyte is prepared. The sol-like non-aqueous electrolyte is applied to the negative electrode 21 and the diluting solvent is volatilized to form a non-aqueous electrolyte layer 23 made of a gel-like non-aqueous electrolyte.

更に、得られた正極22の片面又は両面に非水電解質層23を形成する。例えば上述した六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶媒と、ポリフッ化ビニリデンなどのマトリクス高分子とをジメチルカーボネーと(DMC)などの希釈溶剤と混合溶解し、ゾル状の非水電解質を作製する。このゾル状の非水電解質を正極22に塗布し希釈溶剤を揮発させてゲル状の非水電解質から成る非水電解質層23を形成する。   Furthermore, the nonaqueous electrolyte layer 23 is formed on one side or both sides of the obtained positive electrode 22. For example, the electrolyte salt such as lithium hexafluorophosphate described above, a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and a matrix polymer such as polyvinylidene fluoride are mixed with a diluting solvent such as dimethyl carbonate (DMC). Dissolve to produce a sol-like non-aqueous electrolyte. This sol-like non-aqueous electrolyte is applied to the positive electrode 22 and the diluting solvent is volatilized to form a non-aqueous electrolyte layer 23 made of a gel-like non-aqueous electrolyte.

しかる後、セパレータ24、非水電解質層23を形成した正極22、セパレータ24及び非水電解質層23を形成した負極21を順次積層して巻回し、最外周部に保護テープ25を接着して電池素子20を形成する。更に、この電池素子20を外装部材30で包装して、図1及び図2に示したラミネート型二次電池が完成する。   Thereafter, the separator 24, the positive electrode 22 with the non-aqueous electrolyte layer 23 formed thereon, the separator 24 and the negative electrode 21 with the non-aqueous electrolyte layer 23 formed thereon are sequentially stacked and wound, and the protective tape 25 is adhered to the outermost peripheral portion. Element 20 is formed. Further, the battery element 20 is packaged with an exterior member 30 to complete the laminate type secondary battery shown in FIGS.

なお、この非水電解質二次電池は次のようにして製造してもよい。例えば、完成された電池素子を外装部材で包装するのではなく、負極21及び正極22の上、又はセパレータ24にマトリクス高分子のモノマー又はポリマーを塗布して巻回して巻回電極体を作製し、外装部材30の内部に収納した後に上述した非水電解液を注入するようにして非水電解質層23を形成してもよい。但し、外装部材30の内部でモノマーを重合させるようにした方が非水電解質層23とセパレータ24との接合性が向上し、内部抵抗を低くすることができるので好ましい。また、外装部材30の内部に非水電解液を注入してゲル状の非水電解質を形成するようにした方が、少ない工程で簡単に製造することができるので好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery may be manufactured as follows. For example, instead of wrapping the completed battery element with an exterior member, a matrix polymer monomer or polymer is applied on the negative electrode 21 and the positive electrode 22 or on the separator 24 and wound to produce a wound electrode body. Alternatively, the non-aqueous electrolyte layer 23 may be formed by injecting the non-aqueous electrolyte described above after being housed in the exterior member 30. However, it is preferable to polymerize the monomer inside the exterior member 30 because the bondability between the nonaqueous electrolyte layer 23 and the separator 24 is improved and the internal resistance can be lowered. In addition, it is preferable to inject a non-aqueous electrolyte into the exterior member 30 to form a gel-like non-aqueous electrolyte because it can be easily manufactured with fewer steps.

以上に説明した二次電池では、充電を行うと、正極合剤層22Bからリチウムイオンが放出され、非水電解質層23を介して負極合剤層21Bに吸蔵される。放電を行うと、負極合剤層21Bからリチウムイオンが放出され、非水電解質層23を介して正極合剤層22Bに吸蔵される。   In the secondary battery described above, when charged, lithium ions are released from the positive electrode mixture layer 22 </ b> B and inserted into the negative electrode mixture layer 21 </ b> B through the nonaqueous electrolyte layer 23. When discharge is performed, lithium ions are released from the negative electrode mixture layer 21 </ b> B and inserted into the positive electrode mixture layer 22 </ b> B through the nonaqueous electrolyte layer 23.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。具体的には、以下の各例に記載したような操作を行い、図1及び図2に示したようなラミネート型二次電池を作製し、その性能を評価した。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Specifically, operations as described in the following examples were performed to produce a laminate type secondary battery as shown in FIGS. 1 and 2, and the performance was evaluated.

(実施例1−1)
<負極の作製>
まず、負極活物質として比表面積0.7m/gの人造黒鉛99質量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を0.999質量%、及びビニルピロリドン(PVP)を0.001質量%となるように均質に混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、負極合剤スラリーを得た。次いで、得られた負極合剤スラリーを、厚み10μmの銅箔より成る負極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥し、ロールプレスにより圧縮成形して、負極合剤層(両面面密度:20mg/cm、結着剤含有量:1質量%)を形成し、幅52mmに切り出して、負極を作製した。その後、負極にニッケルより成る負極端子を取り付けた。
(Example 1-1)
<Production of negative electrode>
First, 99% by mass of artificial graphite having a specific surface area of 0.7 m 2 / g as a negative electrode active material, 0.999% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and 0.001% by mass of vinylpyrrolidone (PVP). %, And N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, the obtained negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and compression-molded by a roll press to form a negative electrode mixture layer (double-side surface density: 20 mg / cm 2 , binder content: 1% by mass) was formed and cut into a width of 52 mm to produce a negative electrode. Thereafter, a negative electrode terminal made of nickel was attached to the negative electrode.

<正極の作製>
次に、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)を96質量部と、導電剤としてケッチェンブラックを1質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを3質量部とを均質に混合し、NMPを添加して、正極合剤スラリーを得た。次いで、得られた正極合剤スラリーを、厚み15μmのアルミニウム箔より成る正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥し、ロールプレス機で圧縮成形して、正極合剤層(両面面密度:40mg/cm)を形成し、幅50mmに切り出して、正極を作製した。その後、正極にアルミニウムより成る正極端子を取り付けた。
<Preparation of positive electrode>
Next, 96 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 1 part by mass of ketjen black as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are uniformly mixed, NMP was added to obtain a positive electrode mixture slurry. Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and compression-molded with a roll press machine. : 40 mg / cm 2 ) was formed and cut into a width of 50 mm to produce a positive electrode. Thereafter, a positive electrode terminal made of aluminum was attached to the positive electrode.

<非水電解質の作製>
エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC)=1:1(質量比)の割合で混合して得られた非水溶媒に、電解質塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を1mol/kgとなるように溶解させて、電解液を作製した。ゲルを形成するマトリクス高分子としてポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン=94:6(質量比)の共重合体を用い、マトリクス高分子:電解液=10:90(質量比)の割合で混合し、溶剤としてジメチルカーボネートを用いてゾル状の非水電解質を作製した。得られたゾル状の非水電解質を、得られた負極及び正極の両面に均一に塗布し、溶剤を揮発させて、負極及び正極にゲル状の非水電解質層を形成した。
<Preparation of nonaqueous electrolyte>
1 mol / liter of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt was added to a non-aqueous solvent obtained by mixing at a ratio of ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC) = 1: 1 (mass ratio). It was made to melt | dissolve to kg and the electrolyte solution was produced. Using a copolymer of polyvinylidene fluoride: hexafluoropropylene = 94: 6 (mass ratio) as a matrix polymer for forming the gel, mixing at a ratio of matrix polymer: electrolyte = 10: 90 (mass ratio), A sol-like nonaqueous electrolyte was prepared using dimethyl carbonate as a solvent. The obtained sol-like nonaqueous electrolyte was uniformly applied to both surfaces of the obtained negative electrode and positive electrode, and the solvent was volatilized to form a gel-like nonaqueous electrolyte layer on the negative electrode and positive electrode.

<電池の作製>
このゲル状の非水電解質層を形成した負極及び正極を、厚み10μmの多孔質ポリエチレンから成るセパレータを介して積層し、巻回して電池素子を作製し、外装部材であるアルミニウムラミネートフィルムによってこれを包装して、非水電解質二次電池を得た。得られた二次電池について以下の評価を行い、その結果を表1に示した。
<Production of battery>
The negative electrode and the positive electrode on which the gel-like nonaqueous electrolyte layer is formed are laminated through a separator made of porous polyethylene having a thickness of 10 μm, and wound to produce a battery element, which is formed by an aluminum laminate film as an exterior member. The non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained by packaging. The following evaluation was performed on the obtained secondary battery, and the results are shown in Table 1.

<電池の評価>
負極合剤スラリー安定性:
負極合剤スラリーを攪拌後、30分放置後に結着剤の沈降が視認できないものを「○」とし、沈降が視認できたものを「×」と判定した。
サイクル特性評価:
電池を1Cで4.2Vを上限として3時間充電した後、1Cで3Vを下限として定電流放電する事を200サイクル繰り返した時の放電容量の比(%)を評価の指標とした。
引張強度:
集電体箔上に活物質を塗布したサンプルの活物質表面にテープを張った(テープサイズ1.5mm×100mm)。そのテープの片側を引張り試験機に固定して一定速度(5mm/s)にて引張り、そのときの強度を測定した。平均強度を算出して、剥離強度とした。
<Battery evaluation>
Negative electrode mixture slurry stability:
After stirring the negative electrode mixture slurry, a sample in which sedimentation of the binder was not visually recognized after standing for 30 minutes was evaluated as “◯”, and a sample in which sedimentation was visually confirmed was determined as “x”.
Cycle characterization:
The ratio (%) of the discharge capacity when charging the battery for 3 hours at 1 C with 4.2 V as the upper limit and repeating constant current discharge with 3 C as the lower limit at 1 C was used as an evaluation index.
Tensile strength:
A tape was applied to the surface of the active material of the sample in which the active material was applied on the current collector foil (tape size 1.5 mm × 100 mm). One side of the tape was fixed to a tensile tester and pulled at a constant speed (5 mm / s), and the strength at that time was measured. The average strength was calculated and taken as the peel strength.

(実施例1−2〜1―4、比較例1−1〜1−4)
負極の結着剤におけるPVdFとPVPの配合割合を表1に示すように変えたこと以外は、実施例1−1と同様とし、各二次電池を得た。評価結果を表1に示した。
(Examples 1-2 to 1-4, Comparative Examples 1-1 to 1-4)
Respective secondary batteries were obtained in the same manner as Example 1-1 except that the blending ratio of PVdF and PVP in the negative electrode binder was changed as shown in Table 1. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表1の結果から、実施例1−1〜1−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例1−1よりも優れたサイクル特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例1−2〜1−4では負極合剤スラリーが安定して作成できなかったため、信頼性の高い容量保持率は測定できなかった。さらに、剥離強度はPVDF:PVP=90:10の実施例1−3の時に最大となったが、99:1〜70:30の範囲では、実施例1−3とほぼ同様の剥離強度を得ることができた。一方、比較例1−2〜1−4では、負極合剤スラリーが安定して作成できなかったため、剥離強度は測定できなかった。これは、PVPの配合比が高いと、電極が硬くなり、剥離試験中にうまく剥離せず、活物質層が割れることがあり、安定した測定ができないためと考えられる。   From the results of Table 1, the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-4 exhibited cycle characteristics superior to those of Comparative Example 1-1 in which only PVdF was used as a negative electrode binder, and the stability of the negative electrode mixture was stable. It was found that it was possible to ensure sex. Moreover, in Comparative Examples 1-2 to 1-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP is outside the scope of the present invention, since the negative electrode mixture slurry could not be stably formed, a highly reliable capacity retention rate could not be measured. It was. Further, the peel strength was maximized in the case of Example 1-3 with PVDF: PVP = 90: 10, but in the range of 99: 1 to 70:30, peel strength almost similar to that of Example 1-3 was obtained. I was able to. On the other hand, in Comparative Examples 1-2 to 1-4, since the negative electrode mixture slurry could not be stably formed, the peel strength could not be measured. This is considered to be because when the blending ratio of PVP is high, the electrode becomes hard, and does not peel well during the peel test, and the active material layer may break, and stable measurement cannot be performed.

(実施例2−1〜2−4、比較例2−1〜2−4)
負極の結着剤含有量を2質量%とした以外は実施例1−1等と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表2に示した。
(Examples 2-1 to 2-4, Comparative Examples 2-1 to 2-4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the binder content of the negative electrode was 2% by mass. The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表2の結果から、実施例2−1〜2−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例2−1よりも優れたサイクル特性および引張強度特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例2−2〜2−4では負極合剤の安定性が悪く、サイクル特性および引張強度特性を評価できなかった。   From the results of Table 2, the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-4 showed cycle characteristics and tensile strength characteristics superior to those of Comparative Example 2-1, in which only PVdF was used as the binder for the negative electrode. It was found that the stability of the mixture could be ensured. Moreover, in Comparative Examples 2-2 to 2-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP was outside the scope of the present invention, the stability of the negative electrode mixture was poor, and the cycle characteristics and tensile strength characteristics could not be evaluated.

(実施例3−1〜3−4、比較例3−1〜3−4)
負極の結着剤含有量を3.5質量%とした以外は実施例1−1等と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表3に示した。
(Examples 3-1 to 3-4, Comparative examples 3-1 to 3-4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the binder content of the negative electrode was 3.5% by mass. The evaluation results are shown in Table 3.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表3の結果から、実施例3−1〜3−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例3−1よりも優れたサイクル特性および引張強度特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例3−2〜3−4では負極合剤の安定性が悪く、サイクル特性および引張強度特性を評価できなかった。   From the results of Table 3, the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-4 showed cycle characteristics and tensile strength characteristics superior to those of Comparative Example 3-1, in which only PVdF was used as a negative electrode binder. It was found that the stability of the mixture could be ensured. Moreover, in Comparative Examples 3-2 to 3-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP is outside the scope of the present invention, the stability of the negative electrode mixture was poor, and the cycle characteristics and the tensile strength characteristics could not be evaluated.

(実施例4−1〜4−4、比較例4−1〜4−4)
負極の結着剤含有量を5質量%とした以外は実施例1−1等と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表4に示した。
(Examples 4-1 to 4-4, Comparative Examples 4-1 to 4-4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the binder content of the negative electrode was changed to 5% by mass. The evaluation results are shown in Table 4.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表4の結果から、実施例4−1〜4−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例4−1よりも優れたサイクル特性および引張強度特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例4−2〜4−4では負極合剤の安定性が悪く、サイクル特性および引張強度特性を評価できなかった。   From the results of Table 4, the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-4 showed cycle characteristics and tensile strength characteristics superior to those of Comparative Example 4-1, in which only PVdF was used as a binder for the negative electrode. It was found that the stability of the mixture could be ensured. Moreover, in Comparative Examples 4-2 to 4-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP was outside the scope of the present invention, the stability of the negative electrode mixture was poor, and the cycle characteristics and tensile strength characteristics could not be evaluated.

(実施例5−1〜5−4、比較例5−1〜5−4)
負極の結着剤含有量を6.5質量%とした以外は実施例1−1等と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表5に示した。
(Examples 5-1 to 5-4, Comparative Examples 5-1 to 5-4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the binder content of the negative electrode was 6.5% by mass. The evaluation results are shown in Table 5.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表5の結果から、実施例5−1〜5−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例5−1よりも優れたサイクル特性および引張強度特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例5−2〜5−4では負極合剤の安定性が悪く、サイクル特性および引張強度特性を評価できなかった。   From the results of Table 5, the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-4 showed cycle characteristics and tensile strength characteristics superior to those of Comparative Example 5-1, in which only PVdF was used as the negative electrode binder. It was found that the stability of the mixture could be ensured. Moreover, in Comparative Examples 5-2 to 5-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP was outside the scope of the present invention, the stability of the negative electrode mixture was poor, and the cycle characteristics and tensile strength characteristics could not be evaluated.

(実施例6−1〜6−4、比較例6−1〜6−4)
負極の結着剤含有量を8質量%とした以外は実施例1−1等と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表6に示した。
(Examples 6-1 to 6-4, Comparative Examples 6-1 to 6-4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the binder content of the negative electrode was 8 mass%. The evaluation results are shown in Table 6.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表6の結果から、実施例6−1〜6−4の二次電池はPVdFのみを負極の結着剤として用いた比較例6−1よりも優れたサイクル特性および引張強度特性を示し、負極合剤の安定性を確保できるものであることがわかった。また、PVdFとPVPの配合比が本願発明の範囲外である比較例6−2〜6−4では負極合剤の安定性が悪く、サイクル特性および引張強度特性を評価できなかった。   From the results of Table 6, the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-4 showed cycle characteristics and tensile strength characteristics superior to those of Comparative Example 6-1 in which only PVdF was used as the binder for the negative electrode. It was found that the stability of the mixture could be ensured. Moreover, in Comparative Examples 6-2 to 6-4 in which the blending ratio of PVdF and PVP is outside the scope of the present invention, the stability of the negative electrode mixture was poor, and the cycle characteristics and the tensile strength characteristics could not be evaluated.

また、表1〜表6の結果から、結着剤の含有量すなわちポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンの含有量が1質量%と8質量%の場合では、サイクル特性が低下した。これより、ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンの負極合剤に対する合計含有量は、2〜6.5質量%が好ましいことが分かった。   Moreover, from the results of Tables 1 to 6, when the binder content, that is, the content of polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone was 1% by mass and 8% by mass, the cycle characteristics were deteriorated. From this, it was found that the total content of the polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone negative electrode mixture is preferably 2 to 6.5% by mass.

(実施例7−1〜7−2、比較例7−1〜7−2)
負極活物質の人造黒鉛の比表面積を表7に示すように変化させた以外は実施例4−3と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表7に示した。
(Examples 7-1 to 7-2, Comparative examples 7-1 to 7-2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4-3 except that the specific surface area of the artificial graphite as the negative electrode active material was changed as shown in Table 7. The evaluation results are shown in Table 7.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表7の結果より、黒鉛の比表面積が0.3〜2m/gであれば負極合剤の安定性を確保でき、サイクル特性および引張強度特性を良好に維持できることが分かった。 From the results of Table 7, it was found that when the specific surface area of graphite is 0.3 to 2 m 2 / g, the stability of the negative electrode mixture can be secured, and the cycle characteristics and the tensile strength characteristics can be maintained well.

(比較例8−1〜8−7)
表8に示すように、ポリフッ化ビニリデンとビニルピロリドンを正極の結着剤として添加した以外は実施例4−3と同様にして非水電解質二次電池を作製した。評価結果を表8に示した。
(Comparative Examples 8-1 to 8-7)
As shown in Table 8, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 4-3 except that polyvinylidene fluoride and vinylpyrrolidone were added as the binder for the positive electrode. The evaluation results are shown in Table 8.

Figure 2009224221
Figure 2009224221

表8の結果より、PVPを含まない比較例8−1の電池における正極に、比較例8−2〜8−7のようにPVPを添加しても、サイクル特性の向上は見られず、むしろ微減した。これは負極活物質と異なり、正極活物質ではゲル状非水電解質との親和性が高いため、PVPが添加されても親和性効果に変化がないためと考えられる。   From the results of Table 8, even when PVP was added to the positive electrode in the battery of Comparative Example 8-1 not including PVP as in Comparative Examples 8-2 to 8-7, no improvement in cycle characteristics was observed, rather Slightly decreased. This is presumably because, unlike the negative electrode active material, the positive electrode active material has a high affinity with the gel-like nonaqueous electrolyte, so that the affinity effect does not change even when PVP is added.

本発明の非水電解質二次電池の一実施形態であって、ラミネート型電池の一例を示す分解斜視図である。It is one Embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention, Comprising: It is a disassembled perspective view which shows an example of a laminate type battery. 図1に示した電池素子のII−II線に沿った模式的な断面図である。It is typical sectional drawing along the II-II line of the battery element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…負極端子、12…正極端子、20…電池素子、21…負極、21A…負極集電体、21B…負極合剤層、22…正極、22A…正極集電体、22B…正極合剤層、23…ゲル状非水電解質層、24…セパレータ、25…保護テープ、30…外装部材、31…密着フィルム DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Negative electrode terminal, 12 ... Positive electrode terminal, 20 ... Battery element, 21 ... Negative electrode, 21A ... Negative electrode collector, 21B ... Negative electrode mixture layer, 22 ... Positive electrode, 22A ... Positive electrode collector, 22B ... Positive electrode mixture layer , 23 ... Gel-like non-aqueous electrolyte layer, 24 ... Separator, 25 ... Protective tape, 30 ... Exterior member, 31 ... Adhesive film

Claims (5)

正極と、負極と、ゲル状の非水電解質とを備えた非水電解質二次電池であって、
前記負極は結着剤を含む負極合剤を含有し、
前記結着剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとを含有し、かつポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとの質量比が99.9:0.1〜70:30であることを特徴とする非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a gel-like non-aqueous electrolyte,
The negative electrode contains a negative electrode mixture containing a binder,
The non-aqueous electrolyte, wherein the binder contains polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone, and the mass ratio of polyvinylidene fluoride and polyvinyl pyrrolidone is 99.9: 0.1 to 70:30. Secondary battery.
前記非水電解質は、少なくともフッ化ビニリデンをモノマーとして含む重合体を含むことを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte includes a polymer including at least vinylidene fluoride as a monomer. 前記ポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンの負極合剤に対する合計含有量が2〜6.5質量%であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。   2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a total content of the polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone with respect to the negative electrode mixture is 2 to 6.5 mass%. 前記負極の活物質として、比表面積0.3〜2m/gの黒鉛を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, comprising graphite having a specific surface area of 0.3 to 2 m 2 / g as an active material of the negative electrode. 結着剤を含む負極合剤を含有し、前記結着剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとを含有し、かつポリフッ化ビニリデンとポリビニルピロリドンとの質量比が99.9:0.1〜70:30であることを特徴とする負極。   A negative electrode mixture containing a binder, wherein the binder contains polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone, and the mass ratio of polyvinylidene fluoride and polyvinylpyrrolidone is 99.9: 0.1 to 70 : A negative electrode characterized by being 30.
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