JP2010287470A - Nonaqueous secondary battery and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous secondary battery including olivine lithium phosphate as a positive electrode active material, which maintains battery performance such as charge and discharge cyclic characteristics and output characteristics at a high level for a long period and gets rid of varied battery performance in mass production. <P>SOLUTION: In the nonaqueous secondary battery 1 including a flat electrode group 10 formed at a flat shape by winding while intervening a separator between a positive electrode and a negative electrode, a battery case 11, and a nonaqueous electrolyte, the positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode active material layer, the positive electrode active material layer includes olivine lithium phosphate and a fluorocarbon resin with a crosslinking functional group, and at least a part of the fluorocarbon resin with a crosslinking functional group is constituted to be crosslinked. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水二次電池およびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は主に、正極活物質としてオリビン型リン酸リチウムを含む非水二次電池における正極の改良に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention mainly relates to improvement of a positive electrode in a non-aqueous secondary battery containing olivine type lithium phosphate as a positive electrode active material.

非水二次電池は、高容量および高エネルギー密度を有し、小型化および軽量化が比較的容易であることから、たとえば、携帯用電子機器の電源として汎用されている。携帯用電子機器には、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯ゲーム機などがある。また、非水二次電池を、電気自動車、ハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)などにおける電気モータ駆動用の主電源または補助電源に適用することが期待され、一部では実用化されつつある。   Non-aqueous secondary batteries have a high capacity and a high energy density, and are relatively easy to reduce in size and weight, so that they are widely used as power sources for portable electronic devices, for example. Examples of portable electronic devices include cellular phones, personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers, video cameras, and portable game machines. In addition, non-aqueous secondary batteries are expected to be applied to main or auxiliary power sources for driving electric motors in electric vehicles, hybrid vehicles (HEV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), etc. It is being done.

現在市販されている代表的な非水二次電池は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を含有する正極、炭素材料を含有する負極およびポリオレフィン製セパレータを含む。このうち、正極活物質に用いられるコバルト酸リチウムは、コバルトが希少金属であるため、安定供給に難があり、コストも高い。また、コバルト酸リチウムは、コバルトの反応性が高いため、電池内部での過充電や短絡に伴う発熱をさらに助長する可能性がある。なお、コバルト酸リチウムを含む非水二次電池は高い安全性を有し、内部短絡などを起こす可能性はほとんどない。しかしながら、万が一の場合を想定して、さらに高い安全性を求めることが必要である。 A typical non-aqueous secondary battery currently on the market includes a positive electrode containing lithium cobaltate (LiCoO 2 ), a negative electrode containing a carbon material, and a polyolefin separator. Among these, lithium cobaltate used for the positive electrode active material has difficulty in stable supply and high cost because cobalt is a rare metal. In addition, since lithium cobaltate has high cobalt reactivity, there is a possibility of further promoting heat generation due to overcharge or short circuit inside the battery. In addition, the non-aqueous secondary battery containing lithium cobaltate has high safety, and there is almost no possibility of causing an internal short circuit. However, even in the unlikely event that it is necessary to obtain higher safety.

コバルト酸リチウムに代わる正極活物質として、オリビン型リン酸リチウムが注目を集めている。オリビン型リン酸リチウムは、地球上に豊富に存在する金属を含むため、安定供給が比較的容易であり、コストも安い。また、オリビン型リン酸リチウムは、含有する金属の反応性がコバルトの反応性よりも低いため、過充電や短絡に伴う発熱を助長する可能性が一層低い。したがって、オリビン型リン酸リチウムを含む非水二次電池は、コバルト酸リチウムを含む非水二次電池よりも安全性がさらに高いと考えられている。   As a positive electrode active material that replaces lithium cobaltate, olivine type lithium phosphate has attracted attention. Since olivine-type lithium phosphate contains abundant metals on the earth, stable supply is relatively easy and the cost is low. Moreover, since the reactivity of the metal contained in olivine type lithium phosphate is lower than the reactivity of cobalt, the possibility of promoting heat generation due to overcharge or short circuit is further reduced. Therefore, it is considered that a non-aqueous secondary battery containing olivine type lithium phosphate has higher safety than a non-aqueous secondary battery containing lithium cobaltate.

しかしながら、オリビン型リン酸リチウムを正極活物質として用いると、非水二次電池の充放電サイクル特性、出力特性などの電池性能が不十分になることが多い。また、オリビン型リン酸リチウムを含む非水二次電池を大量生産すると、電池性能のばらつきが大きい。   However, when olivine type lithium phosphate is used as the positive electrode active material, battery performance such as charge / discharge cycle characteristics and output characteristics of the non-aqueous secondary battery is often insufficient. Also, when non-aqueous secondary batteries containing olivine type lithium phosphate are mass-produced, the battery performance varies greatly.

オリビン型リン酸リチウムを含む非水二次電池の電池性能を向上させるために、たとえば、オリビン型リン酸リチウムの一種である鉄リン酸リチウムと結合剤である分子量37万〜100万のポリフッ化ビニリデンとを含む非水二次電池用正極が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。しかしながら、この正極を含む非水二次電池は、充放電サイクルの回数が増加すると電池性能の低下が大きくなり、大量生産時の電池性能のばらつきがあるという問題が十分に解消されていない。   In order to improve the battery performance of a non-aqueous secondary battery containing olivine-type lithium phosphate, for example, polyfluoride having a molecular weight of 370,000 to 1,000,000 as a binder and iron phosphate that is a kind of olivine-type lithium phosphate A positive electrode for a non-aqueous secondary battery containing vinylidene has been proposed (for example, see Patent Document 1). However, in the non-aqueous secondary battery including the positive electrode, when the number of charge / discharge cycles is increased, the battery performance is greatly deteriorated, and the problem that the battery performance varies during mass production is not sufficiently solved.

一方、正極活物質をオリビン型リン酸リチウムに限定しない非水二次電池の改良技術が種々提案されている。たとえば、負極活物質および結着剤を含む水系負極合剤スラリーに、pH調整剤を添加する技術が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。結着剤には、ゴムラテックスと水溶性高分子化合物との混合物が使用されている。pH調整剤には、アンモニア水または水酸化リチウムが使用されている。pH調整剤の使用により、負極活物質および結着剤の分散性が向上し、負極活物質層が緻密で均一な組織になり、負極活物質層と集電体との密着性が向上する。しかしながら、特許文献2の技術では、架橋性官能基を有する結着剤を使用していないので、pH調整剤が存在しても、結着剤の架橋は起こらない。   On the other hand, various techniques for improving a non-aqueous secondary battery in which the positive electrode active material is not limited to olivine type lithium phosphate have been proposed. For example, a technique for adding a pH adjusting agent to an aqueous negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material and a binder has been proposed (see, for example, Patent Document 2). As the binder, a mixture of rubber latex and a water-soluble polymer compound is used. Ammonia water or lithium hydroxide is used as the pH adjuster. By using the pH adjuster, the dispersibility of the negative electrode active material and the binder is improved, the negative electrode active material layer has a dense and uniform structure, and the adhesion between the negative electrode active material layer and the current collector is improved. However, since the technique of Patent Document 2 does not use a binder having a crosslinkable functional group, crosslinking of the binder does not occur even when a pH adjuster is present.

また、活物質層に含まれる結着剤を架橋する技術が提案されている(たとえば、特許文献3〜5参照)。特許文献3では、ポリフッ化ビニリデンまたは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を、アミン基含有ポリマーによって熱架橋している。これにより、活物質層と集電体との密着性が向上した正極を得ようとしている。特許文献3で使用される前記共重合体は、架橋性官能基を有していない。   Moreover, the technique which bridge | crosslinks the binder contained in an active material layer is proposed (for example, refer patent documents 3-5). In Patent Document 3, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is thermally crosslinked by an amine group-containing polymer. Thereby, the positive electrode with improved adhesion between the active material layer and the current collector is being obtained. The copolymer used in Patent Document 3 does not have a crosslinkable functional group.

しかしながら、アミン基は前記共重合体に結合しておらずかつ4.0V以上の高電圧領域で分解することから、アミン基を介した架橋部分も前記高電圧領域で分解し易い。一方、非水二次電池は、一般に充電最大電圧が4.0Vまたはそれを超えるように設定されている。したがって、特許文献3の正極を非水二次電池に用いても、活物質層と集電体との密着性を長期間持続させることはできない。   However, since the amine group is not bonded to the copolymer and decomposes in a high voltage region of 4.0 V or higher, a cross-linked portion via the amine group is easily decomposed in the high voltage region. On the other hand, the non-aqueous secondary battery is generally set so that the maximum charging voltage is 4.0 V or more. Therefore, even if the positive electrode of Patent Document 3 is used for a non-aqueous secondary battery, the adhesion between the active material layer and the current collector cannot be maintained for a long time.

特許文献4では、正極活物質層用の結着剤であるポリフッ化ビニリデンまたは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を、電子線により架橋している。しかしながら、電子線の照射では、活物質層全体を均一に架橋させることが困難である。また、電子線の照射により、鉄オリビン酸リチウムの表層が損傷し、電池容量が低下するおそれがある。   In Patent Document 4, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, which is a binder for the positive electrode active material layer, is crosslinked by an electron beam. However, it is difficult to uniformly crosslink the entire active material layer by electron beam irradiation. Moreover, the surface layer of lithium iron olivicate may be damaged by the electron beam irradiation, and the battery capacity may be reduced.

特許文献5では、負極活物質層用の結着剤であるカルボキシル基を含有するポリフッ化ビニリデンを、エポキシ基を2個以上含有する架橋剤で架橋させている。前記架橋剤としては、グリシシジルエーテル、グリシジルエステル、グリシジルアミンなどが例示されている。しかしながら、エポキシ基もアミン基と同様に耐電圧性が低いため、活物質層と集電体との密着性を長期間にわたって持続させることができない。   In Patent Document 5, polyvinylidene fluoride containing a carboxyl group, which is a binder for the negative electrode active material layer, is crosslinked with a crosslinking agent containing two or more epoxy groups. Examples of the crosslinking agent include glycidyl ether, glycidyl ester, glycidyl amine and the like. However, since the epoxy group has a low voltage resistance like the amine group, the adhesion between the active material layer and the current collector cannot be maintained for a long period of time.

特開2005−302300号公報JP 2005-302300 A 特開2003−272619号公報JP 2003-272619 A 特開平7−296815号公報JP-A-7-296815 特開平7−296816号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-296816 特開2001−283856号公報JP 2001-283856 A

本発明の目的は、オリビン型リン酸リチウムを正極活物質として含み、充放電サイクル特性、出力特性などの電池性能が長期にわたって高水準に保持され、大量生産でも電池性能のばらつきのない非水二次電池およびその製造方法を提供することである。   It is an object of the present invention to include olivine-type lithium phosphate as a positive electrode active material, to maintain battery performance such as charge / discharge cycle characteristics and output characteristics at a high level for a long period of time, and to maintain non-dispersive battery performance even in mass production. A secondary battery and a manufacturing method thereof are provided.

本発明者は、前記課題を解決する過程で特許文献1の技術に着目し、特許文献1の技術において電池性能にばらつきが生じる原因について研究した。その結果、オリビン型リン酸リチウムとポリフッ化ビニリデンとを含む正極活物質層は、正極集電体との密着性が低いことを見出した。さらに、オリビン型リン酸リチウムとポリフッ化ビニリデンとを含む正極合剤スラリーを正極集電体に塗布および乾燥した後の圧延工程で、正極活物質層の正極集電体からの剥離が起こり易くなることを見出した。さらに、充放電サイクルの繰返しに伴い、前記剥離がその周囲に拡がることを見出した。このため、正極集電体の集電性能が低下し、電池性能が大きく低下し、大量生産すると電池性能にばらつきが生じるものと推測される。   The present inventor paid attention to the technique of Patent Document 1 in the process of solving the above-mentioned problems and studied the cause of variation in battery performance in the technique of Patent Document 1. As a result, it has been found that the positive electrode active material layer containing olivine-type lithium phosphate and polyvinylidene fluoride has low adhesion to the positive electrode current collector. Furthermore, peeling of the positive electrode active material layer from the positive electrode current collector is likely to occur in the rolling step after the positive electrode material mixture slurry containing olivine type lithium phosphate and polyvinylidene fluoride is applied to the positive electrode current collector and dried. I found out. Furthermore, it has been found that the separation spreads around the charge / discharge cycle. For this reason, the current collecting performance of the positive electrode current collector is lowered, the battery performance is greatly lowered, and it is estimated that the battery performance varies when mass-produced.

また、本発明者は、架橋性官能基を有するフッ素樹脂をアルキルアミン、芳香族アミン、水酸化リチウムまたは炭酸ナトリウムである架橋剤の存在下で加熱する場合には、予想外にも、耐電圧性の高い架橋部分が得られることを見出した。この架橋部分は、4.0V以上の高電圧領域でも安定であり、分解し難いものと推測される。   In addition, when the present inventors heat a fluororesin having a crosslinkable functional group in the presence of a crosslinker that is an alkylamine, aromatic amine, lithium hydroxide or sodium carbonate, the withstand voltage is unexpectedly increased. It has been found that a highly crosslinked part can be obtained. This cross-linked portion is stable even in a high voltage region of 4.0 V or higher, and is assumed to be difficult to decompose.

これらの知見に基づいて、本発明者は、さらに研究を重ねた。その結果、オリビン型リン酸リチウムと架橋性官能基を有するフッ素樹脂とを含む正極合剤スラリーに前記架橋剤を添加し、正極活物質層の乾燥時の加熱により架橋を行う構成を想到するに至った。この構成によれば、正極活物質層と正極集電体との密着性が向上し、正極活物質層の圧延時および充放電サイクル数の増加時に、正極活物質層の正極集電体からの剥離が顕著に抑制されることを見出した。その結果、電池性能が長期にわたって高水準で保持され、大量生産しても電池性能のばらつきが非常に少ない非水二次電池が得られることを見出し、本発明を完成した。   Based on these findings, the present inventor has further studied. As a result, a configuration is conceived in which the crosslinking agent is added to a positive electrode mixture slurry containing an olivine type lithium phosphate and a fluororesin having a crosslinkable functional group, and crosslinking is performed by heating during drying of the positive electrode active material layer. It came. According to this configuration, the adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector is improved, and when the positive electrode active material layer is rolled and when the number of charge / discharge cycles is increased, the positive electrode active material layer is separated from the positive electrode current collector. It has been found that peeling is remarkably suppressed. As a result, the present inventors have found that a non-aqueous secondary battery can be obtained in which battery performance is maintained at a high level for a long period of time and variation in battery performance is very small even when mass-produced.

本発明は、正極、負極、正極と負極との間に介在するように配置されるセパレータおよびリチウムイオン伝導性の非水電解質を含み、正極は正極活物質層と正極集電体とを含み、正極活物質層はオリビン型リン酸リチウムと架橋性官能基を有するフッ素樹脂とを含有し、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋しており、かつ負極はリチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層と負極集電体とを含む非水二次電池を提供する。
オリビン型リン酸リチウムは、好ましくは、鉄リン酸リチウムである。
フッ素樹脂における架橋性官能基の含有量は、好ましくは、フッ素樹脂1g当たり0.1〜100mmolである。
The present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed so as to be interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a lithium ion conductive nonaqueous electrolyte, the positive electrode includes a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector, The positive electrode active material layer contains olivine-type lithium phosphate and a fluororesin having a crosslinkable functional group, at least a part of the fluororesin having a crosslinkable functional group is cross-linked, and the negative electrode absorbs lithium ions and Provided is a non-aqueous secondary battery including a negative electrode active material layer containing a releasable negative electrode active material and a negative electrode current collector.
The olivine type lithium phosphate is preferably iron iron phosphate.
The content of the crosslinkable functional group in the fluororesin is preferably 0.1 to 100 mmol per 1 g of the fluororesin.

フッ素樹脂は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体およびポリフッ化ビニリデンよりなる群から選ばれる少なくとも1つである。
架橋性官能基は、好ましくは、カルボキシル基である。
The fluororesin is preferably polytetrafluoroethylene, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, hexafluoropropylene-vinylidene fluoride. It is at least one selected from the group consisting of a copolymer and polyvinylidene fluoride.
The crosslinkable functional group is preferably a carboxyl group.

また本発明は、正極作製工程、負極作製工程、電極群作製工程および電池組立工程を含み、正極作製工程では、正極集電体の表面に、オリビン型リン酸リチウム、架橋性官能基を有するフッ素樹脂、架橋剤および有機溶媒を含有する正極合剤スラリーを塗布し、加熱して、正極活物質層を形成し、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極を作製し、負極作製工程では、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極を作製し、電極群作製工程では、正極と負極との間にセパレータを介在させてこれらを積層または捲回して電極群を作製し、かつ電池組立工程では、電極群をリチウムイオン伝導性の非水電解質とともに、開口を有する電池ケースに収容し、次いで電池ケースの開口を封口して非水二次電池を得る非水二次電池の製造方法を提供する。   The present invention also includes a positive electrode preparation step, a negative electrode preparation step, an electrode group preparation step, and a battery assembly step. In the positive electrode preparation step, olivine type lithium phosphate and fluorine having a crosslinkable functional group are formed on the surface of the positive electrode collector. A positive electrode mixture slurry containing a resin, a crosslinking agent and an organic solvent is applied and heated to form a positive electrode active material layer, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions is prepared. In the electrode group manufacturing process, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and these are stacked or wound to form an electrode group. In the battery assembly process, the electrode group is And a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte in a battery case having an opening, and then sealing the battery case opening to provide a non-aqueous secondary battery manufacturing method. To.

正極合剤スラリーに含有される架橋剤は、好ましくは、アルキルアミン、芳香族アミン、水酸化リチウムおよび炭酸ナトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも1つである。
正極合剤スラリーにおける架橋剤の含有量は、好ましくは、正極合剤スラリー全量の0.003〜2重量%である。
The crosslinking agent contained in the positive electrode mixture slurry is preferably at least one selected from the group consisting of alkylamines, aromatic amines, lithium hydroxide, and sodium carbonate.
The content of the crosslinking agent in the positive electrode mixture slurry is preferably 0.003 to 2% by weight of the total amount of the positive electrode mixture slurry.

正極作製工程における加熱は、好ましくは、80℃〜100℃の温度下に行われる。
正極作製工程における加熱は、好ましくは、露点0℃以上の雰囲気中にて行われる。
露点0℃以上の雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは10-5atm〜10-2atmである。
The heating in the positive electrode manufacturing step is preferably performed at a temperature of 80 ° C to 100 ° C.
Heating in the positive electrode manufacturing step is preferably performed in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher.
The oxygen partial pressure in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher is preferably 10 −5 atm to 10 −2 atm.

本発明の非水二次電池は、オリビン型リン酸リチウムを含有することにより、コバルト酸リチウムを含みかつ高い安全性を有する非水二次電池よりもさらに高い安全性を有している。また、本発明の非水二次電池は、オリビン型リン酸リチウムを含有しているにもかかわらず、正極活物質層と正極集電体との密着性が良好であり、充放電サイクル特性、出力特性などの電池性能が長期にわたって高水準で保持される。また、大量生産した場合に、電池性能のばらつきが非常に少ない。   The non-aqueous secondary battery of the present invention has higher safety than the non-aqueous secondary battery containing lithium cobaltate and having high safety by containing olivine type lithium phosphate. Further, the non-aqueous secondary battery of the present invention has good adhesion between the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector, despite containing olivine type lithium phosphate, Battery performance such as output characteristics is maintained at a high level for a long time. In addition, when mass-produced, there is very little variation in battery performance.

また、本発明の非水二次電池の製造方法によれば、従来の非水二次電池の製造方法をほとんど変更することなく、本発明の非水二次電池を効率良く製造できる。また、従来の非水二次電池の製造工程をそのまま利用できるので、電池性能にばらつきのない本発明の非水二次電池の量産が可能になる。   Further, according to the method for producing a non-aqueous secondary battery of the present invention, the non-aqueous secondary battery of the present invention can be efficiently produced without substantially changing the conventional method for producing a non-aqueous secondary battery. Moreover, since the conventional manufacturing process of the non-aqueous secondary battery can be used as it is, mass production of the non-aqueous secondary battery of the present invention without variation in battery performance becomes possible.

本発明の実施形態の1つである非水二次電池の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structure of the non-aqueous secondary battery which is one of embodiment of this invention.

本発明の非水二次電池は、正極、負極、セパレータおよびリチウムイオン伝導性非水電解質を含み、正極に特徴を有している。正極は、正極活物質層がオリビン型リン酸リチウムおよび架橋性官能基を有するフッ素樹脂を含有し、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋していることを特徴とする。本発明の非水二次電池では、正極以外の構成は従来の非水二次電池と同様の構成を採ることができる。   The nonaqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium ion conductive nonaqueous electrolyte, and is characterized by a positive electrode. The positive electrode is characterized in that the positive electrode active material layer contains an olivine-type lithium phosphate and a fluororesin having a crosslinkable functional group, and at least a part of the fluororesin having a crosslinkable functional group is cross-linked. In the non-aqueous secondary battery of this invention, structures other than a positive electrode can take the structure similar to the conventional non-aqueous secondary battery.

本発明では、正極集電体に正極合剤スラリーを塗布し、これを乾燥させて正極活物質層を形成する。この時、正極合剤スラリーは、正極活物質であるオリビン型リン酸リチウムおよび結着剤である架橋性官能基を有するフッ素樹脂とともに、特定の架橋剤を含有している。この正極合剤スラリーに乾燥時の加熱を施すと、特定の架橋剤の存在下で、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋を起こすものと推測される。さらに、フッ素樹脂の官能基の一部は、正極集電体の表面とも結合するものと推測される。これにより、正極集電体と正極活物質層との密着性が向上し、大量生産しても電池性能のばらつきがなくなるものと推測される。   In the present invention, a positive electrode mixture slurry is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer. At this time, the positive electrode mixture slurry contains a specific crosslinking agent together with the olivine-type lithium phosphate that is the positive electrode active material and the fluororesin having a crosslinkable functional group that is the binder. When this positive electrode mixture slurry is heated during drying, it is presumed that at least a part of the fluororesin having a crosslinkable functional group causes crosslinking in the presence of a specific crosslinking agent. Furthermore, it is presumed that some of the functional groups of the fluororesin are also bonded to the surface of the positive electrode current collector. As a result, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved, and it is presumed that there is no variation in battery performance even in mass production.

また、本発明の非水二次電池は、充放電サイクル数が増加しても、充放電サイクル特性、出力特性などの電池性能の急激な低下が抑制されている。このことから、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の架橋部分は、4.0Vを超えるような高電圧領域でも安定に存在し、分解され難いものと推測される。このため、充放電サイクル数が増加しても、正極集電体と正極活物質層との密着性が低下せず、正極集電体の集電性能の低下が抑制され、電池性能が高水準で維持されるものと推測される。   Moreover, even if the non-aqueous secondary battery of this invention increases the number of charging / discharging cycles, the rapid fall of battery performance, such as charging / discharging cycling characteristics and an output characteristic, is suppressed. From this, it is assumed that the cross-linked portion of the fluororesin having a cross-linkable functional group is stably present even in a high voltage region exceeding 4.0 V and is hardly decomposed. For this reason, even if the number of charge / discharge cycles increases, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer does not decrease, the decrease in the current collection performance of the positive electrode current collector is suppressed, and the battery performance is high. It is estimated that it will be maintained at

図1は、本発明の実施形態の1つである非水二次電池1の構成を模式的に示す斜視図である。図1では、非水二次電池1の要部の構成を示すために、一部を切り欠いて示している。
非水二次電池1は、角型電池ケース11内に扁平状電極群10が収容された角型電池である。非水二次電池1は、扁平状電極群10、電池ケース11、正極リード12、負極リード13、封口板14、負極端子15、ガスケット16および封栓17を含む。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a non-aqueous secondary battery 1 which is one embodiment of the present invention. In FIG. 1, in order to show the structure of the principal part of the non-aqueous secondary battery 1, a part is notched.
The nonaqueous secondary battery 1 is a rectangular battery in which a flat electrode group 10 is accommodated in a rectangular battery case 11. The nonaqueous secondary battery 1 includes a flat electrode group 10, a battery case 11, a positive electrode lead 12, a negative electrode lead 13, a sealing plate 14, a negative electrode terminal 15, a gasket 16 and a plug 17.

扁平状電極群10は、図示しない、正極、負極およびセパレータを含む。
正極は、正極集電体と正極活物質層とを含む。正極は、セパレータを介して負極に対向するように配置される。具体的には、正極の正極活物質層と負極の負極活物質層とがセパレータを介して対向する。
The flat electrode group 10 includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator (not shown).
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer. The positive electrode is disposed so as to face the negative electrode with a separator interposed therebetween. Specifically, the positive electrode active material layer of the positive electrode and the negative electrode active material layer of the negative electrode face each other via a separator.

正極集電体は、帯状集電体である。正極集電体には、たとえば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどからなる金属箔および多孔質金属シートを使用できる。多孔質シートには、織布、不織布、パンチングシートなどがある。正極集電体の厚みは特に制限されないが、好ましくは1〜500μm、さらに好ましくは5〜20μmである。   The positive electrode current collector is a strip-shaped current collector. For the positive electrode current collector, for example, a metal foil and a porous metal sheet made of stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, or the like can be used. Examples of the porous sheet include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a punching sheet. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 μm, more preferably 5 to 20 μm.

正極活物質層は、本実施形態では、正極集電体の厚さ方向の両方の表面に形成されるが、それに限定されず、厚さ方向のいずれか一方の表面に形成されてもよい。
正極活物質層は、正極活物質であるオリビン型リン酸リチウムと結着剤である架橋性官能基を有するフッ素樹脂とを含んでいる。そして、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋している。すなわち、正極活物質層は、架橋部分を含んでいる。
In the present embodiment, the positive electrode active material layer is formed on both surfaces in the thickness direction of the positive electrode current collector, but is not limited thereto, and may be formed on either surface in the thickness direction.
The positive electrode active material layer includes an olivine-type lithium phosphate that is a positive electrode active material and a fluororesin having a crosslinkable functional group that is a binder. And at least one part of the fluororesin which has a crosslinkable functional group is bridge | crosslinked. That is, the positive electrode active material layer includes a cross-linked portion.

架橋部分の生成は、たとえば、赤外分光分析により確認することができる。正極活物質層が架橋部分を含むことにより、前記したように、正極集電体と正極活物質層との密着性が向上する。さらに正極活物質層は、オリビン型リン酸リチウムおよび架橋性官能基を有するフッ素樹脂の他に、導電剤などを含有してもよい。   The formation of the cross-linked moiety can be confirmed, for example, by infrared spectroscopic analysis. When the positive electrode active material layer includes a cross-linked portion, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved as described above. Furthermore, the positive electrode active material layer may contain a conductive agent in addition to the olivine-type lithium phosphate and the fluororesin having a crosslinkable functional group.

オリビン型リン酸リチウムの具体例としては、一般式LiXPO4、Li2XPO4F(前記各式中、XはCr、Cu、Ni、Mn、Fe、ZnおよびAlよりなる群から選ばれる少なくとも1つである)などが挙げられる。これらの中でも、符号XがNi、MnまたはFeであるオリビン型リン酸リチウムが好ましく、符号XがFeである鉄リン酸リチウムがさらに好ましい。 Specific examples of the olivine-type lithium phosphate include general formulas LiXPO 4 and Li 2 XPO 4 F (wherein X is at least one selected from the group consisting of Cr, Cu, Ni, Mn, Fe, Zn and Al). For example). Among these, the olivine type lithium phosphate whose code | symbol X is Ni, Mn, or Fe is preferable, and the iron iron phosphate whose code | symbol X is Fe is further more preferable.

鉄リン酸リチウムは、たとえば、安定供給性および安全性の面で特に優れている。鉄リン酸リチウムは、リン酸鉄リチウム、リチウムリン酸鉄などと呼ばれることもある。鉄リン酸リチウムは、鉄の一部が異種金属(以下「異種金属A」とする)で置換されていても良い。異種金属Aは鉄およびリチウム以外の金属であり、たとえば、Mn、Cr、Cu、Ni、Zn、Alなどが挙げられる。異種金属の置換割合は特に制限はないが、鉄と異種金属Aとの合計量における異種金属Aの割合が0.5〜50モル%であることが好ましい。   For example, lithium iron phosphate is particularly excellent in terms of stable supply and safety. Iron lithium phosphate is sometimes called lithium iron phosphate, lithium iron phosphate, or the like. In iron lithium phosphate, a part of iron may be replaced with a different metal (hereinafter referred to as “different metal A”). The different metal A is a metal other than iron and lithium, and examples thereof include Mn, Cr, Cu, Ni, Zn, and Al. The substitution ratio of the different metal is not particularly limited, but the ratio of the different metal A in the total amount of iron and the different metal A is preferably 0.5 to 50 mol%.

オリビン型リン酸リチウムは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。また、本発明では、オリビン型リン酸リチウムの好ましい特性を損なわない範囲で、オリビン型リン酸リチウム以外の公知の正極活物質を併用できる。   The olivine type lithium phosphate can be used alone or in combination of two or more. Moreover, in this invention, well-known positive electrode active materials other than olivine type lithium phosphate can be used together in the range which does not impair the preferable characteristic of olivine type lithium phosphate.

架橋性官能基を有するフッ素樹脂において、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。   In the fluororesin having a crosslinkable functional group, as the fluororesin, polytetrafluoroethylene, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer , Hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer, polyvinylidene fluoride, and the like.

これらの中でも、正極集電体と正極活物質層との密着性の持続性などを考慮すると、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどが好ましく、ポリフッ化ビニリデンが特に好ましい。
フッ素樹脂の分子量は特に制限されないが、好ましくは重量平均分子量として20万〜150万である。
Among these, in consideration of the durability of the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer, polyvinylidene fluoride, and the like. Etc. are preferable, and polyvinylidene fluoride is particularly preferable.
The molecular weight of the fluororesin is not particularly limited, but is preferably 200,000 to 1,500,000 as a weight average molecular weight.

フッ素樹脂が有する架橋性官能基には、カルボキシル基、水酸基、カルボニル基、酸無水物基、アミノ基、シアノ基、シラノール基などがある。これらの中でも、前記架橋部分の高電圧領域での安定性などを考慮すると、カルボキシル基、水酸基、シラノール基などが好ましく、カルボキシル基が特に好ましい。1種または2種以上の架橋性官能基がフッ素樹脂に置換していてもよい。架橋性官能基は、通常、フッ素樹脂に含まれる水素原子やフッ素原子と置換する。   Examples of the crosslinkable functional group possessed by the fluororesin include a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, an acid anhydride group, an amino group, a cyano group, and a silanol group. Among these, a carboxyl group, a hydroxyl group, a silanol group, and the like are preferable, and a carboxyl group is particularly preferable in consideration of the stability of the cross-linked portion in a high voltage region. One or two or more kinds of crosslinkable functional groups may be substituted with a fluororesin. The crosslinkable functional group is generally substituted with a hydrogen atom or a fluorine atom contained in the fluororesin.

フッ素樹脂に置換する官能基の量は特に制限されないが、好ましくはフッ素樹脂1g当たり0.1〜100mmol、より好ましくはフッ素樹脂1g当たり0.5〜10mmolである。官能基の置換量が0.1mmol未満では、正極集電体と正極活物質層との密着性が不十分になるおそれがある。一方、官能基の置換量が100mmolを超えると、正極活物質層中の前記架橋部分の割合が増加し、正極活物質層のリチウムイオン伝導性が低下するおそれがある。   The amount of the functional group substituted for the fluororesin is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 mmol per 1 g of the fluororesin, more preferably 0.5 to 10 mmol per 1 g of the fluororesin. If the substitution amount of the functional group is less than 0.1 mmol, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be insufficient. On the other hand, when the substitution amount of the functional group exceeds 100 mmol, the ratio of the cross-linked portion in the positive electrode active material layer increases, and the lithium ion conductivity of the positive electrode active material layer may be lowered.

本発明で使用する架橋性官能基を有するフッ素樹脂は、たとえば、架橋性官能基を有するフッ素樹脂モノマーと、官能基を有さないフッ素樹脂モノマーとを共重合させることにより合成できる。官能基を有さないフッ素樹脂モノマーとしては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンなどが挙げられる。   The fluororesin having a crosslinkable functional group used in the present invention can be synthesized, for example, by copolymerizing a fluororesin monomer having a crosslinkable functional group and a fluororesin monomer having no functional group. Examples of the fluororesin monomer having no functional group include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and vinylidene fluoride.

また、本発明では架橋性官能基を有するフッ素樹脂の市販品をも使用でき、たとえば、商品名:KFポリマー9210、(株)クレハ製)などが挙げられる。   In the present invention, a commercially available fluororesin having a crosslinkable functional group can also be used, and examples thereof include trade name: KF polymer 9210, manufactured by Kureha Corporation.

架橋性官能基を有するフッ素樹脂は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
本発明では、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の好ましい特性を損なわない範囲で、従来からこの分野で使用される結着剤を併用することができる。
The fluororesin which has a crosslinkable functional group can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
In this invention, the binder conventionally used in this field | area can be used together in the range which does not impair the preferable characteristic of the fluororesin which has a crosslinkable functional group.

導電剤には、天然黒鉛、人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類などの炭素材料などがある。導電剤は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   Examples of the conductive agent include natural graphite, artificial graphite graphite, carbon materials such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. A conductive agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極活物質層は、たとえば、正極合剤スラリーを正極集電体表面に塗布し、乾燥し、圧延することにより形成できる。
正極合剤スラリーは、たとえば、オリビン型リン酸リチウム、架橋性官能基を有するフッ素樹脂および架橋剤を有機溶媒に溶解または分散することにより調製できる。有機溶媒には、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。正極合剤ペーストには、さらに、オリビン型リン酸リチウム以外の非水二次電池用正極活物質、架橋性官能基を有するフッ素樹脂以外の結着剤、導電剤などを含有させてもよい。
The positive electrode active material layer can be formed, for example, by applying a positive electrode mixture slurry to the surface of the positive electrode current collector, drying, and rolling.
The positive electrode mixture slurry can be prepared, for example, by dissolving or dispersing an olivine type lithium phosphate, a fluororesin having a crosslinkable functional group, and a crosslinker in an organic solvent. As the organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran, dimethylformamide and the like can be used. The positive electrode mixture paste may further contain a positive electrode active material for non-aqueous secondary batteries other than olivine-type lithium phosphate, a binder other than a fluororesin having a crosslinkable functional group, a conductive agent, and the like.

架橋剤としては、アルキルアミン、芳香族アミン、水酸化リチウムおよび炭酸ナトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも1つを使用する。これらの特定の架橋剤を正極合剤スラリーに含有させることにより、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋し、4.0V以上の高電圧領域でも安定な架橋部分が生成する。また、これらの架橋剤は水溶液中でも、正極合剤スラリーのような有機溶媒をマトリックスとするスラリー中でも、アルカリとして作用する。しかし、水溶液中での挙動と前記スラリー中での挙動とは異なったものになると推測される。   As the crosslinking agent, at least one selected from the group consisting of alkylamines, aromatic amines, lithium hydroxide and sodium carbonate is used. By including these specific crosslinking agents in the positive electrode mixture slurry, at least a part of the fluororesin having a crosslinkable functional group is crosslinked, and a stable crosslinked portion is generated even in a high voltage region of 4.0 V or higher. Moreover, these crosslinking agents act as an alkali even in an aqueous solution or a slurry using an organic solvent such as a positive electrode mixture slurry as a matrix. However, it is presumed that the behavior in an aqueous solution and the behavior in the slurry are different.

アルキルアミンとしては、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミンなどの、炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖状のアルキル基が1〜3個置換したアルキルアミンが挙げられる。芳香族アミン類としては、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ベンジルアミン、ジベンジルアミン、N−メチルベンジルアミンなどが挙げられる。これらの中でも、ジエチルアミン、N−メチルアニリンなどが好ましい。   Examples of the alkylamine include ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triisopropylamine, and tributylamine. Examples thereof include alkylamines in which 1 to 3 linear or branched alkyl groups of ˜4 are substituted. Aromatic amines include aniline, N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, benzylamine, dibenzylamine, N-methylbenzylamine and the like. Among these, diethylamine, N-methylaniline and the like are preferable.

架橋剤の使用量は特に制限されないが、好ましくは、正極合剤スラリー全量の0.003〜2重量%、さらに好ましくは0.1〜1重量%である。架橋剤の使用量が0.003重量%未満では、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の架橋が十分に進行せず、正極集電体と正極活物質層との密着性が不十分になるおそれがある。一方、架橋剤の使用量が2重量%を超えると、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の架橋が進行しすぎて、正極活物質層のリチウムイオン伝導性が低下し、電池性能が損なわれるおそれがある。   The amount of the crosslinking agent to be used is not particularly limited, but is preferably 0.003 to 2% by weight, more preferably 0.1 to 1% by weight, based on the total amount of the positive electrode mixture slurry. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.003% by weight, the crosslinking of the fluororesin having a crosslinkable functional group does not sufficiently proceed, and the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be insufficient. There is. On the other hand, when the amount of the crosslinking agent used exceeds 2% by weight, the crosslinking of the fluororesin having a crosslinkable functional group proceeds excessively, and the lithium ion conductivity of the positive electrode active material layer is lowered, and battery performance may be impaired. There is.

なお、架橋剤の使用量を決定するための正極合剤スラリーは、通常、オリビン型リン酸リチウム50〜90重量部、架橋性官能基を有するフッ素樹脂0.5〜7重量部および導電剤0.5〜20重量部を、有機溶媒100〜300重量部に溶解または分散させた正極合剤スラリーである。   The positive electrode mixture slurry for determining the amount of the crosslinking agent used is usually 50 to 90 parts by weight of an olivine type lithium phosphate, 0.5 to 7 parts by weight of a fluororesin having a crosslinkable functional group and a conductive agent 0. It is a positive electrode mixture slurry in which 5 to 20 parts by weight are dissolved or dispersed in 100 to 300 parts by weight of an organic solvent.

正極合剤スラリーの正極集電体表面への塗布方法は特に制限されず、たとえば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、キャスティング法、ディップ法、スクイーズ法などを利用できる。   The method of applying the positive electrode mixture slurry to the surface of the positive electrode current collector is not particularly limited. For example, reverse roll method, direct roll method, blade method, knife method, extrusion method, curtain method, gravure method, bar method, casting Method, dip method, squeeze method, etc. can be used.

乾燥は、正極集電体表面に塗布した正極合剤スラリーを加熱することにより実施される。加熱は、80℃〜100℃の温度下に行われ、5〜20分程度で終了する。架橋剤の存在下で加熱を実施することにより、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋し、4.0V以上の高電圧領域で化学的に安定な架橋部分が生成する。その結果、正極集電体と正極活物質層との密着性が向上し、非水二次電池1の電池性能が長期にわたって高水準に保持される。   Drying is performed by heating the positive electrode mixture slurry applied to the surface of the positive electrode current collector. Heating is performed at a temperature of 80 ° C. to 100 ° C. and is completed in about 5 to 20 minutes. By heating in the presence of the crosslinking agent, at least a part of the fluororesin having a crosslinkable functional group is crosslinked, and a chemically stable crosslinked portion is generated in a high voltage region of 4.0 V or higher. As a result, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved, and the battery performance of the non-aqueous secondary battery 1 is maintained at a high level for a long time.

加熱温度が80℃未満では、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の架橋が十分に進行せず、正極集電体と正極活物質層との密着性が不十分になるおそれがある。一方、加熱温度が100℃を超えると、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の架橋が進行しすぎて、正極活物質層のリチウムイオン伝導性が低下し、電池性能が損なわれるおそれがある。また、オリビン型リン酸リチウムおよび架橋性官能基を有するフッ素樹脂の変質が生じるおそれがある。   When the heating temperature is less than 80 ° C., the crosslinking of the fluororesin having a crosslinkable functional group does not proceed sufficiently, and the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be insufficient. On the other hand, when the heating temperature exceeds 100 ° C., the crosslinking of the fluororesin having a crosslinkable functional group proceeds excessively, the lithium ion conductivity of the positive electrode active material layer is lowered, and the battery performance may be impaired. Moreover, there is a possibility that alteration of the olivine type lithium phosphate and the fluororesin having a crosslinkable functional group may occur.

加熱は、露点0℃以上の雰囲気中にて行われるのが好ましい。通常、非水二次電池の製造工程における正極合剤スラリーの加熱は、露点−25℃程度の雰囲気中にて行われる。これに対し、本発明では、通常よりも露点温度の高い雰囲気中で乾燥を行うのが好ましい。これにより、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の部分的な架橋が確実に進行し、正極活物質層中に高電圧領域での安定性の高い架橋部分が確実に生成する。また、オリビン型リン酸リチウムからリチウムが溶出し、架橋部位が生成されるため、架橋剤の添加量を少なくすることができるといった利点もある。   Heating is preferably performed in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher. Usually, the heating of the positive electrode mixture slurry in the production process of the nonaqueous secondary battery is performed in an atmosphere having a dew point of about -25 ° C. On the other hand, in the present invention, drying is preferably performed in an atmosphere having a higher dew point temperature than usual. Thereby, partial cross-linking of the fluororesin having a cross-linkable functional group surely proceeds, and a cross-linked portion having high stability in the high voltage region is reliably generated in the positive electrode active material layer. Further, since lithium is eluted from the olivine-type lithium phosphate and a cross-linked site is generated, there is an advantage that the amount of the cross-linking agent can be reduced.

また、露点0℃以上の雰囲気の酸素含有量は、酸素分圧で10-5atm〜10-2atmであることが好ましい。これにより、オリビン型リン酸リチウムの酸化が抑制され、電池容量の低下を防止できる。これは、オリビン型リン酸リチウムのうちでも、鉄リン酸リチウムを用いる場合に特に顕著である。酸素分圧を10-5atm未満にするのは、現状では、技術的に困難であり、コストが高くなる。一方、酸素分圧が10-2atmを超えると、オリビン型リン酸リチウムの少なくとも一部が酸化され、電池容量が低下するおそれがある。 The oxygen content in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher is preferably 10 −5 atm to 10 −2 atm in terms of oxygen partial pressure. Thereby, the oxidation of olivine-type lithium phosphate is suppressed, and a reduction in battery capacity can be prevented. This is particularly noticeable when lithium iron phosphate is used among olivine-type lithium phosphates. At present, it is technically difficult to make the oxygen partial pressure less than 10 −5 atm, and the cost becomes high. On the other hand, if the oxygen partial pressure exceeds 10 −2 atm, at least a part of the olivine-type lithium phosphate is oxidized, and the battery capacity may be reduced.

乾燥後の正極活物質層には必要に応じて圧延処理が施される。本発明では、架橋性官能基を有するフッ素樹脂の部分的な架橋により、正極集電体と正極活物質層との密着性が向上している。したがって、圧延処理を施しても、正極活物質層の正極集電体からの剥離は非常に起こり難い。こうして得られる正極活物質層の厚さは特に制限されないが、好ましくは50μm〜200μmである。
正極集電体の表面に正極活物質層を形成して正極を作製する工程が、本発明の非水二次電池の製造方法における正極作製工程に相当する。
The positive electrode active material layer after drying is subjected to a rolling treatment as necessary. In the present invention, adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved by partial crosslinking of the fluororesin having a crosslinkable functional group. Therefore, even if a rolling process is performed, peeling of the positive electrode active material layer from the positive electrode current collector hardly occurs. The thickness of the positive electrode active material layer thus obtained is not particularly limited, but is preferably 50 μm to 200 μm.
The step of forming a positive electrode active material layer on the surface of the positive electrode current collector to produce a positive electrode corresponds to the positive electrode production step in the method for producing a nonaqueous secondary battery of the present invention.

負極は、負極集電体と負極活物質層とを含む。
負極集電体は、正極集電体と同様に、帯状集電体である。負極集電体には、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などからなる金属箔および多孔質金属シートを使用できる。多孔質シートには、織布、不織布、パンチングシートなどがある。負極集電体の厚みは特に制限されないが、好ましくは1〜500μm、さらに好ましくは5〜20μmである。
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer.
The negative electrode current collector is a strip-shaped current collector, like the positive electrode current collector. For the negative electrode current collector, for example, a metal foil and a porous metal sheet made of stainless steel, nickel, copper, copper alloy, or the like can be used. Examples of the porous sheet include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a punching sheet. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 μm, more preferably 5 to 20 μm.

負極活物質層は、本実施形態では負極集電体の厚さ方向の両方の表面に形成されるが、それに限定されず、厚さ方向の一方の表面に形成されてもよい。負極活物質層は負極活物質を含有し、必要に応じて結着剤、導電剤、増粘剤などを含有する。   In the present embodiment, the negative electrode active material layer is formed on both surfaces in the thickness direction of the negative electrode current collector, but is not limited thereto, and may be formed on one surface in the thickness direction. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and contains a binder, a conductive agent, a thickener and the like as necessary.

負極活物質には、炭素材料、合金系負極活物質、リチウム合金などがある。炭素材料には、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、非晶質炭素などがある。合金系負極活物質は、リチウムと合金化することによりリチウムイオンを吸蔵し、負極電位下でリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する物質である。合金系負極活物質には、珪素を含有する合金系負極活物質、錫を含有する合金系負極活物質などがある。   Examples of the negative electrode active material include a carbon material, an alloy-based negative electrode active material, and a lithium alloy. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, coke, graphitized carbon, carbon fiber, spherical carbon, and amorphous carbon. The alloy-based negative electrode active material is a material that occludes lithium ions by alloying with lithium and reversibly occludes and releases lithium ions under a negative electrode potential. The alloy-based negative electrode active material includes an alloy-based negative electrode active material containing silicon and an alloy-based negative electrode active material containing tin.

珪素を含有する合金系負極活物質には、珪素、式:SiOa(0.05<a<1.95)で表される珪素酸化物、式:SiNb(0<b<4/3)で表される珪素窒化物、珪素合金、珪素化合物などがある。珪素合金には、珪素と珪素以外の元素とを含む合金がある。珪素以外の元素には、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、SnおよびTiよりなる群から選ばれる1または2以上の元素を使用できる。 The alloy-based negative electrode active material containing silicon includes silicon, silicon oxide represented by the formula: SiO a (0.05 <a <1.95), formula: SiN b (0 <b <4/3) There are silicon nitrides, silicon alloys, silicon compounds, and the like. Silicon alloys include alloys containing silicon and elements other than silicon. As an element other than silicon, one or more elements selected from the group consisting of Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, and Ti can be used.

珪素化合物には、珪素、珪素酸化物、珪素窒化物または珪素合金に含まれる珪素の一部が他の元素で置換された化合物などがある。ここでの他の元素には、たとえば、B、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、NおよびSnよりなる群から選ばれる1または2以上の元素を使用できる。   Examples of the silicon compound include compounds in which part of silicon contained in silicon, silicon oxide, silicon nitride, or silicon alloy is substituted with another element. Other elements here include, for example, B, Mg, Ni, Ti, Mo, Co, Ca, Cr, Cu, Fe, Mn, Nb, Ta, V, W, Zn, C, N, and Sn. One or more elements selected from the group can be used.

錫を含有する合金系負極活物質には、錫、錫酸化物、錫合金、錫化合物などがある。錫酸化物には、SnO2、式:SnOd(0<d<2)で表される酸化珪素などがある。錫合金には、Ni−Sn合金、Mg−Sn合金、Fe−Sn合金、Cu−Sn合金、Ti−Sn合金などがある。錫化合物には、SnSiO3、Ni2Sn4、Mg2Snなどがある。
負極活物質は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
The alloy-based negative electrode active material containing tin includes tin, tin oxide, tin alloy, tin compound, and the like. Examples of the tin oxide include SnO 2 and silicon oxide represented by the formula: SnO d (0 <d <2). Examples of the tin alloy include a Ni—Sn alloy, a Mg—Sn alloy, a Fe—Sn alloy, a Cu—Sn alloy, and a Ti—Sn alloy. Examples of the tin compound include SnSiO 3 , Ni 2 Sn 4 , and Mg 2 Sn.
A negative electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

結着剤には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子などがある。フッ素樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などがある。ゴム粒子には、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子などがある。結着剤は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。増粘剤には、カルボキシメチルセルロースなどがある。   Examples of the binder include polyethylene, polypropylene, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Examples of rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. A binder can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Thickeners include carboxymethyl cellulose.

負極活物質層は、たとえば、負極合剤ペーストを負極集電体表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。負極合剤ペーストは、たとえば、負極活物質を、必要に応じて、結着剤、導電剤、増粘剤などとともに有機溶媒または水に混合することにより調製できる。有機溶媒には、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。負極活物質層の厚さは特に制限されないが、好ましくは50〜200μmである。   The negative electrode active material layer can be formed, for example, by applying a negative electrode mixture paste to the surface of the negative electrode current collector, drying, and rolling as necessary. The negative electrode mixture paste can be prepared, for example, by mixing the negative electrode active material in an organic solvent or water together with a binder, a conductive agent, a thickener, and the like as necessary. As the organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran, dimethylformamide and the like can be used. The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 50 to 200 μm.

また、負極活物質として合金系負極活物質を用いる場合には、気相法により、合金系負極活物質からなる負極活物質層を形成してもよい。気相法には、たとえば、蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長法などがある。
負極集電体表面に負極活物質層を形成して負極を作製する工程が、本発明の非水二次電池の製造方法における負極作製工程に相当する。
When an alloy-based negative electrode active material is used as the negative electrode active material, a negative electrode active material layer made of an alloy-based negative electrode active material may be formed by a vapor phase method. Examples of the vapor phase method include a vapor deposition method, a sputtering method, and a chemical vapor deposition method.
The step of forming a negative electrode active material layer on the surface of the negative electrode current collector to produce a negative electrode corresponds to the negative electrode production step in the method for producing a nonaqueous secondary battery of the present invention.

セパレータは、正極と負極との間に介在するように配置され、正極と負極とを絶縁し、リチウムイオン透過性を有する。セパレータには、内部に空孔を有する多孔質シート、樹脂繊維の不織布、織布などがある。多孔質シートおよび樹脂繊維は合成樹脂からなる。合成樹脂には、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどがある。これらの中でも多孔質シートが好ましい。多孔質シートの空孔径は、好ましくは0.05〜0.15μmである。多孔質シートの厚さは、好ましくは5〜30μmである。   The separator is disposed so as to be interposed between the positive electrode and the negative electrode, insulates the positive electrode from the negative electrode, and has lithium ion permeability. Examples of the separator include a porous sheet having pores therein, a resin fiber nonwoven fabric, and a woven fabric. The porous sheet and the resin fiber are made of a synthetic resin. Synthetic resins include, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyamide, and polyamideimide. Among these, a porous sheet is preferable. The pore diameter of the porous sheet is preferably 0.05 to 0.15 μm. The thickness of the porous sheet is preferably 5 to 30 μm.

扁平状電極群10は、たとえば、捲回型電極群を加圧して扁平形状に成形することにより作製できる。捲回型電極群は、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極の、幅方向に沿う一方の端部(長手方向の一方の端部)を捲回軸にして捲回することにより作製される。このとき、正極の所定の位置には、図示しない正極集電体露出部が設けられ、正極リード12の一端が接続される。また、負極の所定の位置には、図示しない集電体露出部が設けられ、負極リード13の一端が接続される。また、捲回型電極群の加圧は、たとえば、プレス加圧などにより行われる。   The flat electrode group 10 can be produced, for example, by pressurizing the wound electrode group and forming it into a flat shape. A wound electrode group is formed by winding an electrode having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode with one end portion (one end portion in the longitudinal direction) along the width direction as a winding axis. Produced. At this time, a positive electrode current collector exposed portion (not shown) is provided at a predetermined position of the positive electrode, and one end of the positive electrode lead 12 is connected. A current collector exposed portion (not shown) is provided at a predetermined position of the negative electrode, and one end of the negative electrode lead 13 is connected. Further, the wound electrode group is pressed by, for example, press pressing.

捲回型電極群および扁平状電極群10の作製は、本発明の製造方法における電極群作製工程に相当する。なお、本実施形態では電極群作製工程において捲回型電極群が作製されるが、正極と負極との間にセパレータを介在させて積層した積層型電極群を作製してもよい。   The production of the wound electrode group and the flat electrode group 10 corresponds to an electrode group production step in the production method of the present invention. In the present embodiment, the wound electrode group is manufactured in the electrode group manufacturing step, but a stacked electrode group in which a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode may be manufactured.

扁平状電極群10には、非水電解質が含浸される。本実施形態では、非水電解質として液状非水電解質が用いられる。液状非水電解質は、溶質(支持塩)と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。
溶質には、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類などを使用できる。
The flat electrode group 10 is impregnated with a nonaqueous electrolyte. In the present embodiment, a liquid nonaqueous electrolyte is used as the nonaqueous electrolyte. The liquid non-aqueous electrolyte contains a solute (supporting salt) and a non-aqueous solvent, and further contains various additives as necessary.
Solutes include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , lithium lower aliphatic carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, borates, imide salts and the like can be used.

ホウ酸塩類には、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムなどがある。イミド塩類には、NLi(SO2CF32、NLi(SO2CF3)(SO249)、NLi(SO2252などがある。溶質は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。溶質は、非水溶媒1リットルに対して0.5〜2モルの割合で添加するのが好ましい。 Examples of borates include lithium bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ') borate, bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O') boric acid. Lithium, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) lithium borate and so on. Examples of the imide salts include NLi (SO 2 CF 3 ) 2 , NLi (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and NLi (SO 2 C 2 F 5 ) 2 . Solutes can be used alone or in combination of two or more. The solute is preferably added at a ratio of 0.5 to 2 moles per liter of the nonaqueous solvent.

非水溶媒には、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどがある。環状炭酸エステルには、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)などがある。鎖状炭酸エステルには、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)などがある。環状カルボン酸エステルには、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などがある。非水溶媒は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   Nonaqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, and cyclic carboxylic acid esters. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC). Examples of cyclic carboxylic acid esters include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). A non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

添加剤には、ビニレンカーボネート化合物(以下「VC化合物」とする)、ベンゼン化合物などがある。VC化合物は、たとえば、電池の充放電効率を向上させる。VC化合物には、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、ジビニルエチレンカーボネートなどがある。VC化合物はフッ素原子を含んでいてもよい。ベンゼン化合物は、たとえば、過充電時に電池を不活性化する。ベンゼン化合物には、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどがある。ベンゼン化合物は、非水溶媒100体積部に対して10体積部以下の割合で使用するのが好ましい。   Examples of the additive include vinylene carbonate compounds (hereinafter referred to as “VC compounds”), benzene compounds, and the like. The VC compound improves, for example, the charge / discharge efficiency of the battery. Examples of the VC compound include vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), and divinyl ethylene carbonate. The VC compound may contain a fluorine atom. The benzene compound inactivates the battery during overcharge, for example. Examples of the benzene compound include cyclohexylbenzene, biphenyl, diphenyl ether and the like. The benzene compound is preferably used at a ratio of 10 parts by volume or less with respect to 100 parts by volume of the non-aqueous solvent.

正極リード12は、一端が正極の正極集電体に接続され、他端が封口板14の下面に接続される。正極リード12には、アルミニウム製リードなどを使用できる。負極リード13は、一端が負極の負極集電体に接続され、他端が負極端子15に接続される。負極リード13には、ニッケル製リードなどを使用できる。   One end of the positive electrode lead 12 is connected to the positive electrode current collector of the positive electrode, and the other end is connected to the lower surface of the sealing plate 14. An aluminum lead or the like can be used for the positive electrode lead 12. The negative electrode lead 13 has one end connected to the negative electrode current collector of the negative electrode and the other end connected to the negative electrode terminal 15. A nickel lead or the like can be used for the negative electrode lead 13.

封口板14は、角型の形状を有する電池ケース11の開口に接続される。封口板14には負極端子15が配置され、図示しない注液孔が設けられている。本実施形態では、封口板14が正極端子になる。ガスケット16は、負極端子15の周囲に配置され、封口板14と負極端子15とを絶縁する。注液孔から電池ケース11内部に非水電解質が注液される。注液後、注液孔には封栓17が装着され、封口される。
このように、電極群10、電池ケース11、正極リード12、負極リード13、封口板14、負極端子15、ガスケット16および封栓17を用いて非水二次電池1を組み立てるのが、本発明の非水二次電池の製造方法における電池組立工程に相当する。
The sealing plate 14 is connected to the opening of the battery case 11 having a square shape. A negative electrode terminal 15 is disposed on the sealing plate 14 and a liquid injection hole (not shown) is provided. In the present embodiment, the sealing plate 14 is a positive electrode terminal. The gasket 16 is disposed around the negative electrode terminal 15 and insulates the sealing plate 14 from the negative electrode terminal 15. A nonaqueous electrolyte is injected into the battery case 11 from the injection hole. After the liquid injection, a plug 17 is attached to the liquid injection hole and sealed.
As described above, the non-aqueous secondary battery 1 is assembled using the electrode group 10, the battery case 11, the positive electrode lead 12, the negative electrode lead 13, the sealing plate 14, the negative electrode terminal 15, the gasket 16, and the plug 17. This corresponds to the battery assembly step in the method for manufacturing a non-aqueous secondary battery.

本実施形態では、角型の形状を有する非水二次電池1について説明している。しかしながら、本発明の非水二次電池は、角型電池に限定されない。本発明の非水二次電池は、捲回型電極群を含む円筒型電池、捲回型電極群、扁平状電極群、積層型電極群を含むラミネートパック型電池、積層型電極群を含むコイン型電池など、種々の形態の電池に形成できる。   In the present embodiment, a non-aqueous secondary battery 1 having a square shape is described. However, the nonaqueous secondary battery of the present invention is not limited to a prismatic battery. The non-aqueous secondary battery of the present invention includes a cylindrical battery including a wound electrode group, a wound electrode group, a flat electrode group, a laminate pack battery including a stacked electrode group, and a coin including a stacked electrode group. It can be formed into various types of batteries such as a type battery.

以下に実施例および比較例ならびに試験例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
(実施例1)
(1)正極の作製
鉄リン酸リチウム(LiFePO4、正極活物質)100重量部、アセチレンブラック(導電剤)2重量部、カルボキシル基を有するポリフッ化ビニリデン(商品名:KFポリマー9210、重量平均分子量50万、(株)クレハ製)5重量部およびN−メチル−2−ピロリドン200重量部を双腕型練合機で混合し、これにトリメチルアミン0.5重量部を加え、双腕型練合機でさらに混合し、正極合剤スラリーを調製した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, Comparative Examples, and Test Examples.
Example 1
(1) Preparation of positive electrode 100 parts by weight of lithium iron phosphate (LiFePO 4 , positive electrode active material), 2 parts by weight of acetylene black (conductive agent), polyvinylidene fluoride having a carboxyl group (trade name: KF polymer 9210, weight average molecular weight) (500,000, manufactured by Kureha Co., Ltd.) 5 parts by weight and 200 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone are mixed with a double-arm kneader. The mixture was further mixed with a machine to prepare a positive electrode mixture slurry.

この正極合剤スラリーを厚さ15μmの帯状アルミニウム箔(正極集電体、35mm×400mm)の両面に塗布した。帯状アルミニウム箔表面の正極合剤スラリーを、露点0℃および酸素分圧10-4atmの空気・窒素混合雰囲気中にて、90℃の温度下に10分間加熱し、正極活物質層を形成した。引き続き、正極活物質層を圧延し、正極を作製した。両面の正極活物質層と正極集電体との合計厚さは100μmであった。その後、正極を所定の寸法に裁断して、帯状の正極板を得た。 This positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a strip-shaped aluminum foil (positive electrode current collector, 35 mm × 400 mm) having a thickness of 15 μm. The positive electrode mixture slurry on the surface of the strip-shaped aluminum foil was heated at 90 ° C. for 10 minutes in an air / nitrogen mixed atmosphere having a dew point of 0 ° C. and an oxygen partial pressure of 10 −4 atm to form a positive electrode active material layer. . Subsequently, the positive electrode active material layer was rolled to produce a positive electrode. The total thickness of the positive electrode active material layers on both sides and the positive electrode current collector was 100 μm. Thereafter, the positive electrode was cut into a predetermined size to obtain a belt-like positive electrode plate.

裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、アルミニウム箔と正極活物質層との間には、正極活物質層の剥離した部分は認められなかった。また、裁断片の正極活物質層について赤外分光分析を行い、カルボキシル基に起因する吸収の強度を測定したところ、正極活物質層中に、カルボキシル基を有するポリフッ化ビニリデンの架橋部分が存在することが確認された。   When the cross section of the cut piece was observed with a scanning electron microscope, a portion where the positive electrode active material layer was peeled off was not observed between the aluminum foil and the positive electrode active material layer. In addition, when the infrared ray spectroscopic analysis was performed on the positive electrode active material layer of the cut piece and the intensity of the absorption due to the carboxyl group was measured, a cross-linked portion of polyvinylidene fluoride having a carboxyl group was present in the positive electrode active material layer. It was confirmed.

(2)負極の作製
鱗片状の人造黒鉛を粉砕および分級して、体積平均粒子径を20μmに調整し、負極活物質とした。負極活物質100重量部と、スチレンブタジエンゴム(結着剤)1重量部と、カルボキシメチルセルロースの1重量%水溶液100重量部とを双腕型練合機で混合し、負極合剤ペーストを調製した。負極合剤ペーストを厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布して乾燥させた後、圧延し、負極を作製した。両面の負極活物質層と負極集電体との合計厚さは90μmであった。その後、負極を所定の寸法に裁断して、帯状の負極板を得た。
(2) Production of Negative Electrode Scale-like artificial graphite was pulverized and classified to adjust the volume average particle diameter to 20 μm to obtain a negative electrode active material. 100 parts by weight of the negative electrode active material, 1 part by weight of styrene butadiene rubber (binder), and 100 parts by weight of a 1% by weight aqueous solution of carboxymethyl cellulose were mixed with a double-arm kneader to prepare a negative electrode mixture paste. . The negative electrode mixture paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector), dried, and then rolled to prepare a negative electrode. The total thickness of the negative electrode active material layers on both sides and the negative electrode current collector was 90 μm. Thereafter, the negative electrode was cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped negative electrode plate.

(3)非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:3で混合した混合溶媒99重量部にビニレンカーボネート1重量部を添加して、混合溶液を得た。その後、濃度が1.0mol/LとなるようにLiPF6を混合溶液に溶解して、非水電解質を調製した。
(3) Preparation of nonaqueous electrolyte 1 part by weight of vinylene carbonate was added to 99 parts by weight of a mixed solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 3 to obtain a mixed solution. Thereafter, LiPF 6 was dissolved in the mixed solution so that the concentration became 1.0 mol / L to prepare a non-aqueous electrolyte.

(4)電極群の作製
得られた正極板、負極板および非水電解質を用い、次のようにして、電極群10を作製した。
アルミニウム製正極リード12の一端を正極集電体に接続した。ニッケル製負極リード13の一端を負極集電体に接続した。正極板と負極板との間に厚さ16μmのポリエチレン製多孔質シート(セパレータ、商品名:ハイポア、旭化成(株)製)を介在させてこれらを捲回した。得られた捲回型電極群を25℃環境下でプレスし、扁平状電極群10を作製した。プレス圧は0.5MPaとした。
(4) Production of electrode group Using the obtained positive electrode plate, negative electrode plate and non-aqueous electrolyte, an electrode group 10 was produced as follows.
One end of the aluminum positive electrode lead 12 was connected to the positive electrode current collector. One end of the nickel negative electrode lead 13 was connected to the negative electrode current collector. These were wound by interposing a porous sheet made of polyethylene (separator, trade name: Hypore, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) having a thickness of 16 μm between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The obtained wound electrode group was pressed under an environment of 25 ° C. to produce a flat electrode group 10. The press pressure was 0.5 MPa.

(5)電池の組立
得られた扁平状電極群10を角型電池ケース11に挿入した。電極群10の上部には、図示しない樹脂製枠体を装着した。樹脂製枠体は、電極群10と封口板14とを隔離するとともに、正極リード12または負極リード13と電池ケース11との接触を防止する。正極リード12の他端を封口板14の下面に接続した。負極リード13の他端を負極端子15に接続した。負極端子15は樹脂製ガスケット16を介して封口板14に配置した。封口板14を電池ケース11の開口に配置して溶接した。封口板14の注液孔から、所定量の非水電解質を電池ケース11内に注液した。その後、注液口を封栓17により塞ぐことにより、本発明の非水二次電池1を作製した。
(5) Battery Assembly The obtained flat electrode group 10 was inserted into the square battery case 11. A resin frame (not shown) was mounted on the upper part of the electrode group 10. The resin frame body separates the electrode group 10 and the sealing plate 14 and prevents the positive electrode lead 12 or the negative electrode lead 13 and the battery case 11 from contacting each other. The other end of the positive electrode lead 12 was connected to the lower surface of the sealing plate 14. The other end of the negative electrode lead 13 was connected to the negative electrode terminal 15. The negative electrode terminal 15 was disposed on the sealing plate 14 through a resin gasket 16. The sealing plate 14 was placed in the opening of the battery case 11 and welded. A predetermined amount of nonaqueous electrolyte was injected into the battery case 11 from the injection hole of the sealing plate 14. Then, the non-aqueous secondary battery 1 of the present invention was produced by closing the liquid injection port with a plug 17.

(実施例2)
トリメチルアミン0.5重量部に代えて、アニリン0.5重量部を使用する以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水二次電池1を作製した。
実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分は認められなかった。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、架橋部分の存在が確認された。
(Example 2)
A nonaqueous secondary battery 1 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.5 part by weight of aniline was used instead of 0.5 part by weight of trimethylamine.
When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, no portion where the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil was found. Further, when the positive electrode active material layer of the cut piece was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of a crosslinked portion was confirmed.

(実施例3)
トリメチルアミン0.5重量部に代えて、水酸化リチウム1重量部を使用する以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水二次電池1を作製した。
実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分は認められなかった。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、架橋部分の存在が確認された。
(Example 3)
A nonaqueous secondary battery 1 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that 1 part by weight of lithium hydroxide was used instead of 0.5 part by weight of trimethylamine.
When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, no portion where the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil was found. Further, when the positive electrode active material layer of the cut piece was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of a crosslinked portion was confirmed.

(実施例4)
トリメチルアミン0.5重量部に代えて、炭酸ナトリウム1重量部を使用する以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水二次電池1を作製した。
実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分は認められなかった。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、架橋部分の存在が確認された。
Example 4
A nonaqueous secondary battery 1 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that 1 part by weight of sodium carbonate was used instead of 0.5 part by weight of trimethylamine.
When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, no portion where the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil was found. Further, when the positive electrode active material layer of the cut piece was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of a crosslinked portion was confirmed.

(実施例5)
トリメチルアミンの添加量を0.5重量部から0.002重量部に変更する以外は、実施例1と同様にして、非水二次電池を作製した。
実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分がわずかに認められた。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、実施例1〜6よりも少ない架橋部分の存在が確認された。
(Example 5)
A nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trimethylamine added was changed from 0.5 parts by weight to 0.002 parts by weight.
When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, a portion where the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil was slightly observed. Moreover, when the positive electrode active material layer of the cut piece was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of fewer cross-linked portions than in Examples 1 to 6 was confirmed.

(実施例6)
トリメチルアミンの添加量を0.5重量部から2.5重量部に変更する以外は、実施例1と同様にして、非水二次電池を作製した。
実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分は認められなかった。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、架橋部分の存在が確認された。
(Example 6)
A nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trimethylamine added was changed from 0.5 parts by weight to 2.5 parts by weight.
When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, no portion where the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil was found. Further, when the positive electrode active material layer of the cut piece was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of a crosslinked portion was confirmed.

(比較例1)
下記のようにして作製された正極を用いる以外は、実施例1と同様にして、非水二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode produced as described below was used.

[正極作製]
鉄リン酸リチウム(LiFePO4、正極活物質)100重量部と、アセチレンブラック(導電剤)2重量部と、N−メチル−2−ピロリドンにポリフッ化ビニリデン(PVDF、結着剤)3重量部を溶解した溶液とを双腕型練合機で混合し、正極合剤ペーストを調製した。厚さ15μmの帯状アルミニウム箔(正極集電体、35mm×400mm)の両面に、正極合剤ペーストを塗布し、乾燥させた後、圧延し、正極を作製した。両面の正極活物質層と正極集電体との合計厚さは150μmであった。その後、正極を所定の寸法に裁断して、帯状の正極板を得た。ここでのポリフッ化ビニリデンは、カルボキシル基などの官能基を有していない。
[Positive electrode preparation]
100 parts by weight of lithium iron phosphate (LiFePO 4 , positive electrode active material), 2 parts by weight of acetylene black (conductive agent), 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF, binder) in N-methyl-2-pyrrolidone The dissolved solution was mixed with a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste was applied to both sides of a strip-shaped aluminum foil (positive electrode current collector, 35 mm × 400 mm) having a thickness of 15 μm, dried, and then rolled to produce a positive electrode. The total thickness of the positive electrode active material layers on both sides and the positive electrode current collector was 150 μm. Thereafter, the positive electrode was cut into a predetermined size to obtain a belt-like positive electrode plate. The polyvinylidene fluoride here does not have a functional group such as a carboxyl group.

実施例1と同様にして、正極板の裁断片の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、正極活物質層がアルミニウム箔から剥離した部分が認められた。また、裁断片の正極活物質層を実施例1と同様にして、赤外分光分析したところ、架橋部分の存在は確認されなかった。   When the cross section of the cut piece of the positive electrode plate was observed with a scanning electron microscope in the same manner as in Example 1, a portion where the positive electrode active material layer was separated from the aluminum foil was observed. Further, when the cut positive electrode active material layer was subjected to infrared spectroscopic analysis in the same manner as in Example 1, the presence of a crosslinked portion was not confirmed.

(試験例1)
実施例1〜6および比較例1で得られた非水二次電池を、下記の評価に供した。結果を表1に示す。
(Test Example 1)
The nonaqueous secondary batteries obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were subjected to the following evaluation. The results are shown in Table 1.

[電池容量評価]
実施例1〜6および比較例1の非水二次電池について、以下の条件で充放電サイクルを3回繰返し、3回目の放電容量を求め、電池容量とした。結果を表1に示す。
定電流充電:200mA、終止電圧4.2V。
定電圧充電:終止電流20mA、休止時間20分。
定電流放電:電流200mA、終止電圧2.5V、休止時間20分。
[Battery capacity evaluation]
For the non-aqueous secondary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, the charge / discharge cycle was repeated three times under the following conditions, and the third discharge capacity was obtained to obtain the battery capacity. The results are shown in Table 1.
Constant current charging: 200 mA, final voltage 4.2V.
Constant voltage charging: end current 20 mA, rest time 20 minutes.
Constant current discharge: current 200 mA, final voltage 2.5 V, rest time 20 minutes.

[サイクル寿命評価]
実施例1〜6および比較例1の電池について、45℃において、以下の条件で充放電を繰り返した。サイクル寿命は、電池の放電容量が、1サイクル目の放電容量の半分になったところのサイクル数とした。結果を表1に示す。
定電流充電:充電電流値500mA/充電終止電圧4.2V
定電圧充電:充電電圧値4.2V/充電終止電流100mA
定電流放電:放電電流値500mA/放電終止電圧3V
[Cycle life evaluation]
The batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were repeatedly charged and discharged at 45 ° C. under the following conditions. The cycle life was defined as the number of cycles where the discharge capacity of the battery was half the discharge capacity of the first cycle. The results are shown in Table 1.
Constant current charging: Charging current value 500 mA / end-of-charge voltage 4.2 V
Constant voltage charging: Charging voltage value 4.2V / end-of-charge current 100mA
Constant current discharge: discharge current value 500 mA / discharge end voltage 3 V

Figure 2010287470
Figure 2010287470

表1から、実施例1〜4の電池は、充放電サイクルを繰り返しても放電容量の低下が少なく、電池性能を長期にわたって高水準で保持できることが明らかである。これは、結着剤であるカルボキシル基を有するポリフッ化ビニリデンの一部を架橋させることにより、正極集電体と正極活物質層との密着性が向上するためであると考えられる。   From Table 1, it is clear that the batteries of Examples 1 to 4 have little decrease in discharge capacity even after repeated charge and discharge cycles, and can maintain battery performance at a high level for a long period. This is considered to be because the adhesiveness between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved by crosslinking a part of the polyvinylidene fluoride having a carboxyl group as a binder.

また、サイクル寿命評価では、充電終止電圧4.2Vで定電流充電を行い、かつ充電電圧値4.2Vで定電圧充電を行っているにも関わらず、実施例1〜4の電池はサイクル寿命特性に優れていた。これは、正極活物質層中の、カルボキシル基を有するポリフッ化ビニリデンの架橋部分が4.0V以上の高電圧領域においても安定であり、分解し難いことによるものと推測される。   In addition, in the cycle life evaluation, the batteries of Examples 1 to 4 have a cycle life despite constant current charging at a charge end voltage of 4.2 V and constant voltage charging at a charge voltage value of 4.2 V. Excellent characteristics. This is presumably because the cross-linked portion of polyvinylidene fluoride having a carboxyl group in the positive electrode active material layer is stable even in a high voltage region of 4.0 V or higher and is not easily decomposed.

本発明の非水二次電池は、従来の非水二次電池と同様の用途に使用でき、特に、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末(PDA)、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラなどがある。また、本発明の非水二次電池は、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインHEVなどにおける電気モータ駆動用の主電源または補助電源、電動工具、掃除機、ロボットなどの駆動用電源などとしての利用も期待される。   The non-aqueous secondary battery of the present invention can be used in the same applications as conventional non-aqueous secondary batteries, and is particularly useful as a power source for portable electronic devices. Examples of portable electronic devices include personal computers, mobile phones, mobile devices, personal digital assistants (PDAs), portable game devices, and video cameras. The non-aqueous secondary battery of the present invention is a main power source or auxiliary power source for driving an electric motor in a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a plug-in HEV, etc., a driving power source for a power tool, a vacuum cleaner, a robot, etc. Is expected to be used.

1 非水二次電池
10 扁平状電極群
11 電池ケース
12 正極リード
13 負極リード
14 封口板
15 負極端子
16 ガスケット
17 封栓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-aqueous secondary battery 10 Flat electrode group 11 Battery case 12 Positive electrode lead 13 Negative electrode lead 14 Sealing plate 15 Negative electrode terminal 16 Gasket 17 Sealing

Claims (11)

正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するように配置されるセパレータおよびリチウムイオン伝導性の非水電解質を含み、
前記正極は、正極活物質層と正極集電体とを含み、前記正極活物質層はオリビン型リン酸リチウムと架橋性官能基を有するフッ素樹脂とを含有し、前記架橋性官能基を有するフッ素樹脂の少なくとも一部が架橋しており、かつ
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層と負極集電体とを含む非水二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, a separator disposed so as to be interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a lithium ion conductive nonaqueous electrolyte,
The positive electrode includes a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector, the positive electrode active material layer contains olivine type lithium phosphate and a fluororesin having a crosslinkable functional group, and the fluorine having the crosslinkable functional group. A non-aqueous secondary battery in which at least a part of a resin is crosslinked and the negative electrode includes a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions and a negative electrode current collector.
前記オリビン型リン酸リチウムが鉄リン酸リチウムである請求項1に記載の非水二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the olivine type lithium phosphate is iron lithium phosphate. 前記フッ素樹脂における前記官能基の含有量は、前記フッ素樹脂1g当たり0.1〜100mmolである請求項1または2に記載の非水二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the content of the functional group in the fluororesin is 0.1 to 100 mmol per 1 g of the fluororesin. 前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体およびポリフッ化ビニリデンよりなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項1〜3のいずれか1つに記載の非水二次電池。   The fluororesin is polytetrafluoroethylene, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer The nonaqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which is at least one selected from the group consisting of a coalescence and polyvinylidene fluoride. 前記架橋性官能基がカルボキシル基である請求項1〜4のいずれか1つに記載の非水二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinkable functional group is a carboxyl group. 正極作製工程、負極作製工程、電極群作製工程および電池組立工程を含み、
前記正極作製工程では、正極集電体の表面に、オリビン型リン酸リチウム、架橋性官能基を有するフッ素樹脂、架橋剤および有機溶媒を含有する正極合剤スラリーを塗布し、加熱して、正極活物質層を形成し、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極を作製し、
前記負極作製工程では、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極を作製し、
前記電極群作製工程では、前記正極と前記負極との間にセパレータを介在させてこれらを積層または捲回して電極群を作製し、かつ
前記電池組立工程では、前記電極群を、リチウムイオン伝導性の非水電解質とともに、開口を有する電池ケースに収容し、次いで前記電池ケースの前記開口を封口して非水二次電池を得る非水二次電池の製造方法。
Including a positive electrode manufacturing process, a negative electrode manufacturing process, an electrode group manufacturing process and a battery assembly process,
In the positive electrode preparation step, a positive electrode mixture slurry containing an olivine type lithium phosphate, a fluororesin having a crosslinkable functional group, a crosslinker and an organic solvent is applied to the surface of the positive electrode current collector, heated, and positive electrode An active material layer is formed, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions is produced.
In the negative electrode preparation step, a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions is prepared,
In the electrode group production step, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and these are laminated or wound to produce an electrode group. In the battery assembly step, the electrode group is made of lithium ion conductive material. A non-aqueous secondary battery manufacturing method for obtaining a non-aqueous secondary battery by housing the battery case in an open battery case together with the non-aqueous electrolyte and then sealing the opening of the battery case.
前記正極合剤スラリーに含有される前記架橋剤は、アルキルアミン、芳香族アミン、水酸化リチウムおよび炭酸ナトリウムよりなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項6に記載の非水二次電池の製造方法。   The non-aqueous secondary battery according to claim 6, wherein the crosslinking agent contained in the positive electrode mixture slurry is at least one selected from the group consisting of alkylamines, aromatic amines, lithium hydroxide, and sodium carbonate. Production method. 前記正極合剤スラリーにおける前記架橋剤の含有量は、前記正極合剤スラリー全量の0.003〜2重量%である請求項6または7に記載の非水二次電池の製造方法。   The method for producing a nonaqueous secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the content of the crosslinking agent in the positive electrode mixture slurry is 0.003 to 2 wt% of the total amount of the positive electrode mixture slurry. 前記正極作製工程における前記加熱は、80℃〜100℃の温度下に行われる請求項6〜8のいずれか1つに記載の非水二次電池の製造方法。   The method for manufacturing a non-aqueous secondary battery according to claim 6, wherein the heating in the positive electrode manufacturing step is performed at a temperature of 80 ° C. to 100 ° C. 前記正極作製工程における前記加熱は、露点0℃以上の雰囲気中にて行われる請求項6〜9のいずれか1つに記載の非水二次電池の製造方法。   The method of manufacturing a non-aqueous secondary battery according to claim 6, wherein the heating in the positive electrode manufacturing step is performed in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher. 前記露点0℃以上の雰囲気中の酸素分圧が10-5atm〜10-2atmである請求項10に記載の非水二次電池の製造方法。 The method for producing a non-aqueous secondary battery according to claim 10, wherein an oxygen partial pressure in an atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher is 10 −5 atm to 10 −2 atm.
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