JP2011249046A - Method of manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is eagerly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.
モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用されるリチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電池の中で比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a lithium ion secondary battery used for a mobile phone, a notebook computer, or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having a relatively high theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.
リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダーを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダーを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case.
従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素、特に黒鉛系材料が用いられてきた。また、最近では、高容量の負極活物質として、リチウムと合金化しうる材料などが研究されている。たとえば、Si材料は、充放電において1molあたり4.4molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li22Si5においては4200mAh/g程度もの理論容量を有する。このようにリチウムと合金化しうる材料は電極のエネルギー密度を増加させることができるため、車両用途における負極材料として期待されている。 Conventionally, carbon that is advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost, particularly graphite-based materials, has been used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery. Recently, materials capable of being alloyed with lithium have been studied as high-capacity negative electrode active materials. For example, Si material occludes and releases 4.4 mol of lithium ions per mol during charge / discharge, and Li 22 Si 5 has a theoretical capacity of about 4200 mAh / g. Thus, since the material which can be alloyed with lithium can increase the energy density of an electrode, it is anticipated as a negative electrode material in a vehicle use.
しかしながら、このような大容量を有する炭素材料やリチウムと合金化する材料を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池の多くは、初期充放電時の不可逆容量が大きい。このため、充填された正極の容量利用率が低下し、電池のエネルギー密度が低下するという問題がある。ここで、不可逆容量とは、リチウムイオン二次電池において、初期充電で負極中に吸蔵されたリチウムの全てを放電によって放出することはできず、放電後も負極中に残留するリチウム量のことを意味する。この不可逆容量の問題は、高容量が要求される車両用途への実用化において大きな開発課題となっている。 However, many of the lithium ion secondary batteries using such a carbon material having a large capacity or a material alloyed with lithium as a negative electrode active material have a large irreversible capacity during initial charge / discharge. For this reason, there exists a problem that the capacity utilization factor of the filled positive electrode falls and the energy density of a battery falls. Here, the irreversible capacity refers to the amount of lithium remaining in the negative electrode even after the discharge in the lithium ion secondary battery, in which all of the lithium occluded in the negative electrode during the initial charge cannot be released by the discharge. means. This irreversible capacity problem has become a major development issue in the practical application to vehicle applications that require high capacity.
そこで、この不可逆容量による電池容量の損失を補うための方法として、負極へのリチウムイオンのドープがある。この方法は、セルを組み立てる際に負極表面へリチウム金属箔を重ね合わせておき、正極やセパレータを積層し、電解液の注液を行うことで、負極活物質内へのリチウムのインターカレーション反応を開始させているものである。さらにインターカレーション反応を均一に進行させるために、高温エージングやエージング前に電池の上下限の電圧で充電することが行われている(特許文献1参照)。 Therefore, as a method for compensating for the loss of battery capacity due to this irreversible capacity, there is doping of lithium ions into the negative electrode. In this method, when assembling the cell, the lithium metal foil is overlaid on the negative electrode surface, the positive electrode and the separator are stacked, and the electrolytic solution is injected to intercalate lithium into the negative electrode active material. Is what is starting. Furthermore, in order to make the intercalation reaction proceed uniformly, high-temperature aging and charging at the upper and lower limit voltages of the battery before aging are performed (see Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来の方法では、未だリチウムイオンの拡散が不十分であり、特に面内方向のリチウムイオンの濃度が不均一となっている。具体的にはリチウム金属箔を重ね合わされた部分の負極活物質内のリチウムイオン濃度は多く、リチウムを重ね合わせていない部分のリチウムイオン濃度は少なくなる。 However, in the conventional method described above, diffusion of lithium ions is still insufficient, and in particular, the concentration of lithium ions in the in-plane direction is not uniform. Specifically, the lithium ion concentration in the negative electrode active material in the portion where the lithium metal foil is overlaid is high, and the lithium ion concentration in the portion where the lithium is not overlaid is low.
そこで本発明の目的は、負極内のリチウムイオン濃度を均一にすることのできるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a lithium ion secondary battery that can make the lithium ion concentration in the negative electrode uniform.
上記目的を達成するための本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、負極活物質層表面または内部にリチウムを含む負極を形成し、この負極を用いて発電要素を形成する。そしてこの発電要素からなる電池セルを第1の所定電圧まで充電した後、第2の所定電圧まで放電する。この放電において第2の所定電圧を所定時間維持することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention forms a negative electrode containing lithium on the surface or inside of a negative electrode active material layer, and uses this negative electrode to form a power generation element. And after charging the battery cell which consists of this electric power generation element to the 1st predetermined voltage, it discharges to the 2nd predetermined voltage. In this discharge, the second predetermined voltage is maintained for a predetermined time.
本発明によれば、放電中および放電後の電圧をある程度保持することができるようになるため、リチウムイオンを移動させるための駆動力を長く保って、インカレーションを促進して負極内のリチウムイオン濃度を均一にすることができる。 According to the present invention, the voltage during and after the discharge can be held to some extent, so that the driving force for moving the lithium ions is kept long, and the incarnation is promoted to promote the lithium ions in the negative electrode. The concentration can be made uniform.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Moreover, the size and ratio of each member in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and are different from the actual size and ratio.
リチウムイオン二次電池は、たとえば、形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池などさまざまな形態・構造である。下記実施形態においても、これらの形態が適用可能であるが、ここでは積層型(扁平型)電池構造を採用した場合について説明する。もちろん、本発明そのものは、巻回型(円筒型)電池など積層型(扁平型)電池構造以外の構造のものでも実施可能である。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。 Lithium ion secondary batteries have various forms and structures, such as stacked (flat) batteries and wound (cylindrical) batteries, for example, when distinguished by form and structure. Although these forms can be applied to the following embodiments, a case where a stacked (flat) battery structure is employed will be described here. Of course, the present invention itself can be implemented even with a structure other than a stacked (flat) battery structure such as a wound (cylindrical) battery. By adopting a stacked (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.
図1は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
図1では双極型でない積層型(内部並列接続タイプ)のリチウムイオン二次電池を例に挙げているが、これに制限されるべきものではない。たとえば、双極型(内部直列接続タイプ)の積層型電池であってもよい。なお、双極型の積層型電池とは、一つの集電体の一方の面に正極、他方の面に負極を形成した双極型集電体を用いて、正極と負極の間に電解質層を挟んで積層した形態の電池を云う。 In FIG. 1, a laminated type (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery that is not a bipolar type is taken as an example, but the present invention should not be limited to this. For example, a bipolar battery (internal series connection type) stacked battery may be used. A bipolar stacked battery uses a bipolar current collector in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode on the other surface, and an electrolyte layer is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. It is a battery that is stacked in the form of
図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートシートを電池の外装として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素21を収納し密封した構成を有している。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior. Have. Specifically, the power generation element 21 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate sheet as the battery exterior and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.
発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、正極、電解質層および負極がこの順に積層されている。 The power generation element 21 includes a positive electrode in which the positive electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 17, and a negative electrode in which the negative electrode active material layer 15 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 12. It has a stacked configuration. Specifically, the positive electrode, the electrolyte layer, and the negative electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. .
これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。 Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19.
したがって、本実施形態のリチウムイオン電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層12が配置されている。なお、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面のみに負極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Therefore, it can be said that the lithium ion battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. The positive electrode active material layer 12 is disposed only on one side of the outermost positive electrode current collector located in both outermost layers of the power generation element 21. 1, the arrangement of the positive electrode and the negative electrode is reversed so that the outermost negative electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 21, and the negative electrode is formed only on one side of the outermost negative electrode current collector. An active material layer may be arranged.
正極集電体11および負極集電体12には、各電極(正極および負極)と導通される正極タブ25および負極タブ27がそれぞれ取り付けられている。そして、これらのタブ(25、27)はそれぞれ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出されている。正極タブ25および負極タブ27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are respectively attached with a positive electrode tab 25 and a negative electrode tab 27 that are electrically connected to each electrode (positive electrode and negative electrode). Each of these tabs (25, 27) is led out of the laminate sheet 29 so as to be sandwiched between end portions of the laminate sheet 29. The positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 are ultrasonic welded or resistance welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode, respectively, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown) as necessary. May be attached.
以下各部材について詳細に説明する
[負極]
負極は、負極活物質層の表面にリチウム層が設けられた構造を有する。負極活物質層は負極活物質及び電解質を含む。
Each member will be described in detail below [Negative electrode]
The negative electrode has a structure in which a lithium layer is provided on the surface of the negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and an electrolyte.
図2は負極の構造を説明するための断面図であり、図3はさらにその変形例を説明するための平面図(図3(a))と断面図(図3(b))である。 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the negative electrode, and FIG. 3 is a plan view (FIG. 3 (a)) and a cross-sectional view (FIG. 3 (b)) for further explaining a modification thereof.
負極は、集電体1と、負極活物質層2と、リチウム層3とが順に積層された構造を有する。なお、図2および3においては集電体1の片面にのみ負極活物質層2およびリチウム層3が積層された構造と示したが、図1に示した電池を製作する場合は、集電体1の両面に負極活物質層2およびリチウム層3を積層する。なお、図1ではリチウム層は図示省略してある。 The negative electrode has a structure in which a current collector 1, a negative electrode active material layer 2, and a lithium layer 3 are sequentially stacked. 2 and 3 show the structure in which the negative electrode active material layer 2 and the lithium layer 3 are laminated only on one side of the current collector 1, but when the battery shown in FIG. 1, a negative electrode active material layer 2 and a lithium layer 3 are laminated on both surfaces. In FIG. 1, the lithium layer is not shown.
図2は負極活物質層2の全面にリチウム層3を配置した例である。図3は負極活物質層2の面上に部分的にリチウム層3を配置した例である。すなわち、この負極において、リチウム層3は、負極活物質層の表面に存在していればよく、負極活物質層の表面の少なくとも一部に付着した形態であればよい。また、負極活物質層2とリチウム層3との間に他の層が介在してもよい。しかし、電極反応の反応面積の減少や液抵抗の上昇を回避するため、リチウム層と負極活物質層とが他の物質または層を介さずに接触していることが好ましい。リチウム層の負極活物質層への付着は、物理的相互作用によるものであってもよいし、化学的相互作用によるものであってもよい。 FIG. 2 shows an example in which the lithium layer 3 is disposed on the entire surface of the negative electrode active material layer 2. FIG. 3 shows an example in which the lithium layer 3 is partially disposed on the surface of the negative electrode active material layer 2. That is, in this negative electrode, the lithium layer 3 only needs to be present on the surface of the negative electrode active material layer, and may be in a form attached to at least a part of the surface of the negative electrode active material layer. Further, another layer may be interposed between the negative electrode active material layer 2 and the lithium layer 3. However, in order to avoid a decrease in the reaction area of the electrode reaction and an increase in liquid resistance, it is preferable that the lithium layer and the negative electrode active material layer are in contact with each other without any other substance or layer. The adhesion of the lithium layer to the negative electrode active material layer may be due to physical interaction or chemical interaction.
図2に示したように、負極活物質層2の全面にリチウム層3を配置した場合、負極活物質層2に対して比較的均一に(図3と比較してという意味)リチウムイオンが拡散する。しかし、そでれもなお十分に拡散しない部分ができる。たとえば、負極活物質層2の面内方向への拡散が不均一に進行したり、リチウム層3から遠くなる深さ方向への拡散が十分に行われなかったりするのである。また、負極活物質層2の側面はリチウム層3が存在しないため負極活物質層2の端部では十分にリチウムイオンがいきわたらないのである。 As shown in FIG. 2, when the lithium layer 3 is disposed on the entire surface of the negative electrode active material layer 2, lithium ions diffuse relatively uniformly with respect to the negative electrode active material layer 2 (meaning that compared with FIG. 3). To do. However, there is still a part that does not diffuse sufficiently. For example, the diffusion in the in-plane direction of the negative electrode active material layer 2 proceeds non-uniformly, or the diffusion in the depth direction far from the lithium layer 3 is not sufficiently performed. Further, since the lithium layer 3 does not exist on the side surface of the negative electrode active material layer 2, lithium ions do not sufficiently flow at the end of the negative electrode active material layer 2.
一方、図3に示した例では、リチウム層3が点在しているため、どうしても負極活物質層2の面内方向への拡散が不十分となるのである。なお、図3に示した点在させたリチウム層3の形状は四角形に限定されるものではなく、円形(粒子形状)やそのほかの形状であってもよく、特に限定されない。また、リチウム層3は(図2のように全面に設ける場合も図3のように点在される場合も)負極活物質層の表面に限らず内部に配置してもよい。 On the other hand, in the example shown in FIG. 3, since the lithium layers 3 are scattered, the diffusion of the negative electrode active material layer 2 in the in-plane direction is inevitably insufficient. In addition, the shape of the interspersed lithium layers 3 shown in FIG. 3 is not limited to a quadrangle, and may be a circle (particle shape) or other shapes, and is not particularly limited. Further, the lithium layer 3 may be disposed not only on the surface of the negative electrode active material layer (whether provided on the entire surface as shown in FIG. 2 or scattered as shown in FIG. 3).
(負極活物質層)
負極活物質層は負極活物質を含む。負極活物質はリチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されず、炭素系材料、リチウムと合金化する材料が挙げられる。場合によっては、これらの負極活物質が2種以上併用されてもよい。中でもリチウムと合金化しうる元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化しうる元素を含む形態としては、リチウムと合金化しうる元素の単体、これらの元素を含む酸化物および炭化物等が挙げられる。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium, and examples thereof include carbon materials and materials that alloy with lithium. In some cases, two or more of these negative electrode active materials may be used in combination. Among them, it is preferable to contain an element that can be alloyed with lithium. Examples of the form containing an element that can be alloyed with lithium include simple elements that can be alloyed with lithium, oxides and carbides containing these elements, and the like.
リチウムと合金化する材料を用いることにより、炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量の電池を得ることが可能となる。また、Liと合金化する材料はLiのプレドープ時に急激な発熱反応を起こし、炭素材料などの他の負極活物質に比べて発熱量を増加させる。かかる急激な発熱反応により負極活物質層内のバインダー等が熱融解する虞れがある場合には、後述するように初充電時に予備吸蔵させるのではなく、電池作製後初充電前にエージングする工程を設けて予備吸蔵させるのが望ましい形態といえる。エージング処理では、電極間に電圧が印加されていない為、リチウム層3からのLiイオンの放出(拡散)速度が遅く、Liと負極活物質との急激な反応を抑制することができるものといえる。必要があれば、当該エージング工程中、外装材で封止した電池を水冷するなどしてもよいといえる。 By using a material that is alloyed with lithium, a high-capacity battery having a higher energy density than that of a carbon-based material can be obtained. In addition, the material that is alloyed with Li causes a rapid exothermic reaction when Li is pre-doped, and the calorific value is increased as compared with other negative electrode active materials such as a carbon material. When there is a possibility that the binder in the negative electrode active material layer is thermally melted due to such a rapid exothermic reaction, a process of aging before the first charge after the battery is manufactured, instead of pre-occlusion at the time of the first charge as described later It can be said that it is a desirable form to pre-occlude by providing. In the aging treatment, since no voltage is applied between the electrodes, the release (diffusion) speed of Li ions from the lithium layer 3 is slow, and it can be said that rapid reaction between Li and the negative electrode active material can be suppressed. . If necessary, it can be said that the battery sealed with the exterior material may be water-cooled during the aging process.
本実施形態では、後述するようにこのエージング処理に加えて(またはエージング処理を省略して)、リチウムイオン濃度を均一化するために、1回または数回の充放電を行っている。したがって、二次電池として提供される時点では、このリチウムイオン濃度を均一化するための充放電を行った後の状態である。 In this embodiment, as will be described later, in addition to this aging process (or by omitting the aging process), one or several times of charge / discharge is performed in order to make the lithium ion concentration uniform. Therefore, when it is provided as a secondary battery, it is in a state after charge / discharge for making the lithium ion concentration uniform.
リチウムと合金化しうる元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、負極活物質は、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、SiまたはSnの元素を含むことがより好ましく、Siを含むことが特に好ましい。酸化物としては、一酸化ケイ素(SiO)、二酸化スズ(SnO2)、一酸化スズ(SnO)などを用いることができる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Elements that can be alloyed with lithium are not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl and the like can be mentioned. Among these, from the viewpoint that a battery excellent in capacity and energy density can be configured, the negative electrode active material contains at least one element selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is preferable to include Si, Sn elements are more preferable, and Si is particularly preferable. As the oxide, silicon monoxide (SiO), tin dioxide (SnO 2 ), tin monoxide (SnO), or the like can be used. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
この他、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、 金属材料、リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:Li4Ti5O12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物、およびその他の従来公知の負極活物質が使用可能である。場合によっては、これらの負極活物質が2種以上併用されてもよい。 In addition, carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, metal materials, lithium-transition metal composite oxides such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ), and other conventional materials A known negative electrode active material can be used. In some cases, two or more of these negative electrode active materials may be used in combination.
ただし、容量を向上させるためには、リチウムと合金化しうる元素を含む負極活物質を多く活物質中に含むことが好ましい。より好ましい形態において、具体的には、負極活物質中、リチウムと合金化しうる元素を含む活物質が60質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、特に好ましくは100質量%含まれる。 However, in order to improve the capacity, it is preferable to include a large amount of a negative electrode active material containing an element that can be alloyed with lithium in the active material. In a more preferred form, specifically, in the negative electrode active material, the active material containing an element capable of alloying with lithium is 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, particularly preferably. 100% by mass is contained.
負極活物質の平均粒径は特に制限されないが、好ましくは1〜100μmであり、より好ましくは1〜50μmであり、さらに好ましくは1〜20μmである。ただし、これらの範囲を外れる形態もまた、採用されうる。なお、ここでいう活物質の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定された値を採用するものとする。 The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm, and further preferably 1 to 20 μm. However, forms outside these ranges can also be employed. In addition, the value measured by the laser diffraction type particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method) shall be employ | adopted for the average particle diameter of an active material here.
(負極の電解質)
負極の電解質成分としては、電解液またはゲル電解質が挙げられる。なお、「電解質成分」とは、溶媒中に溶解した際に、陽イオンと陰イオンに電離する物質を意味する。中でも、負極に用いられる電解質成分としては、ゲル電解質であることが好ましい。
(Negative electrolyte)
Examples of the electrolyte component of the negative electrode include an electrolytic solution or a gel electrolyte. The “electrolyte component” means a substance that ionizes into a cation and an anion when dissolved in a solvent. Among these, the electrolyte component used for the negative electrode is preferably a gel electrolyte.
電解質としては、たとえば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、それらの共重合体などを含むイオン伝導性ポリマー(固体高分子電解質)などが挙げられるが、これらに制限されることはない。 Examples of the electrolyte include, but are not limited to, ion conductive polymers (solid polymer electrolytes) including polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. .
また、電解質成分には支持塩(リチウム塩)が含まれる。たとえば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩が挙げられる。これらの支持塩は、単独で使用されてもまたは2種以上混合して使用してもよい。 The electrolyte component includes a supporting salt (lithium salt). For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 ; LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li Organic acid anion salts such as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N can be mentioned. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more.
(リチウム層)
リチウム層は、初回充放電において生じる電極の不可逆容量を補償するためのリチウム(イオン)の予備吸蔵層として機能する。リチウム層は、リチウムを含む層であればその形態は特に制限されないが、好ましくは、金属リチウムを90質量%以上含む金属箔である。より好ましくは、金属リチウムを95質量%以上含み、さらに好ましくは、99質量%含有する。
(Lithium layer)
The lithium layer functions as a lithium (ion) pre-occlusion layer for compensating for the irreversible capacity of the electrode generated in the first charge / discharge. The form of the lithium layer is not particularly limited as long as it is a layer containing lithium, but is preferably a metal foil containing 90% by mass or more of metallic lithium. More preferably, it contains 95% by mass or more of metallic lithium, and more preferably 99% by mass.
このようなリチウムを含む金属箔としては、金属リチウム単体の箔の他に、たとえば、Li−Al、Li−Al−Mn、Li−Al−Mg、Li−Al−Sn、Li−Al−In、Li−Al−Cdなどであってもよい。 As such a metal foil containing lithium, in addition to the foil of metal lithium alone, for example, Li-Al, Li-Al-Mn, Li-Al-Mg, Li-Al-Sn, Li-Al-In, Li-Al-Cd or the like may be used.
リチウム層の厚さに特に制限はないが、高エネルギー密度化の観点から、電極の不可逆容量を補償するためのリチウムを吸蔵できる限り薄い方が好ましい。一例を挙げると、リチウム層の厚さは1〜100μmであり、より好ましくは10〜50μmである。 Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a lithium layer, From the viewpoint of high energy density, the thinner one is preferable as long as it can occlude lithium for compensating the irreversible capacity of an electrode. If an example is given, the thickness of a lithium layer is 1-100 micrometers, More preferably, it is 10-50 micrometers.
リチウム層は、上述のように、負極活物質層の表面の全体を覆うように配置してもよく、表面の一部のみの上に配置してもよい。好ましくは、リチウム層は、負極活物質層の表面の面積の20〜100%を覆う。また、リチウム層は、厚さが均一であることが好ましい。リチウム層を表面の一部のみに配置する場合、ストライプ状、枠状、島状など任意の形態で配置することができる。好ましくは、一定の間隔でリチウム層を配置する。 As described above, the lithium layer may be disposed so as to cover the entire surface of the negative electrode active material layer, or may be disposed on only a part of the surface. Preferably, the lithium layer covers 20 to 100% of the surface area of the negative electrode active material layer. The lithium layer preferably has a uniform thickness. In the case where the lithium layer is disposed only on a part of the surface, it can be disposed in any form such as a stripe shape, a frame shape, or an island shape. Preferably, the lithium layers are arranged at regular intervals.
(その他)
そのほか、負極には、活物質同士または活物質と活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で結着剤が加えられていてもよい。
(Other)
In addition, a binder may be added to the negative electrode for the purpose of maintaining the electrode structure by binding the active materials to each other or the active material, the active material, and the current collector.
また、リチウム層3に代えて、負極活物質内にリチウム粉末を導入してもよい。リチウム粉末を導入することでも活物質層の不可逆容量の補填を行う効果がある。しかし、リチウム粉末を導入した場合でも、リチウム粉末が負極活物質内に均等に行き渡らない可能性がある。リチウム粉末が均等に行き渡らない場合でも、本実施形態ではリチウムイオン濃度を均一にできる。 Further, lithium powder may be introduced into the negative electrode active material instead of the lithium layer 3. The introduction of lithium powder also has an effect of compensating for the irreversible capacity of the active material layer. However, even when lithium powder is introduced, the lithium powder may not be evenly distributed in the negative electrode active material. Even when the lithium powder is not evenly distributed, the lithium ion concentration can be made uniform in this embodiment.
導入するリチウム粉末は、たとえばリチウム金属粒子単体でもよいし、リチウム金属粒子の表面が皮膜により被覆された形態であってもよい。皮膜をつけた場合には、金属が完全に覆われていてもよいし、一部が露出していてもよい。皮膜部分は、たとえば有機ゴム、有機樹脂、金属炭酸塩等の無機化合物の微粒子が表面被覆されて皮膜を形成しているのが好ましい。 The lithium powder to be introduced may be, for example, a single lithium metal particle or a form in which the surface of the lithium metal particle is covered with a film. When a film is applied, the metal may be completely covered or a part thereof may be exposed. The film portion is preferably formed by coating the surface with fine particles of an inorganic compound such as organic rubber, organic resin, or metal carbonate.
このようなリチウム粉末の平均粒子径については、特に制限はないが、好ましくは1〜200μmであり、より好ましくは3〜50μmである。平均粒子径が1μm以上であれば、取り扱いが容易であるため好ましい。一方、平均粒子径が200μm以下であれば、電極の面内分散状態が良好になるという点で好ましい。リチウム粉末の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定された値を採用するものとする。なお、リチウム粉末の平均粒径は、皮膜を有するリチウム粉末の場合、芯部のリチウム粉末のみの平均粒子を用いるものとする。また、リチウム粉末の形状についても特に制限されず、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状など任意の構造をとりうる。 Although there is no restriction | limiting in particular about the average particle diameter of such a lithium powder, Preferably it is 1-200 micrometers, More preferably, it is 3-50 micrometers. An average particle size of 1 μm or more is preferable because it is easy to handle. On the other hand, an average particle size of 200 μm or less is preferable in that the in-plane dispersion state of the electrode becomes good. As the average particle size of the lithium powder, a value measured by laser diffraction particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method) is adopted. In addition, the average particle diameter of lithium powder shall use the average particle of only lithium powder of a core part in the case of lithium powder which has a film | membrane. Further, the shape of the lithium powder is not particularly limited, and may have any structure such as a spherical shape, a rod shape, a needle shape, a plate shape, a column shape, an indefinite shape, a flake shape, and a spindle shape.
リチウム粉末を用いる場合の負極活物質層内の含有量は、該リチウム粉末が初回充放電において生じる電極(負極)の不可逆容量を補償するために利用されるものであるので、その含有量は負極の不可逆容量を補うだけの量以下であることが望ましい。リチウム粉末の最適な含有量は、負極活物質の量や材質によって変化し、含有量に応じて不可逆容量が減少するが、多すぎると反応に関与しない未反応なリチウムが増加し、電池の体積効率が減少するおそれがある。したがって、最適なリチウム粉末の含有量は別途に負極活物質層の初期効率を求めてから定めることが好ましく、また、電池設計における負極活物質層の厚み(使用量)に応じて適宜決定すればよい。例を挙げると、リチウム粉末および電解質成分の全体に対して、1〜30質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。かような範囲であれば、負極の不可逆容量を十分に補填できる。 When the lithium powder is used, the content in the negative electrode active material layer is used to compensate for the irreversible capacity of the electrode (negative electrode) generated in the first charge / discharge. It is desirable that the amount be less than or equal to the amount that compensates for the irreversible capacity. The optimum content of the lithium powder varies depending on the amount and material of the negative electrode active material, and the irreversible capacity decreases according to the content, but if it is too much, the amount of unreacted lithium not involved in the reaction increases, and the volume of the battery Efficiency may decrease. Therefore, it is preferable to determine the optimal lithium powder content after separately obtaining the initial efficiency of the negative electrode active material layer, and if it is appropriately determined according to the thickness (use amount) of the negative electrode active material layer in battery design Good. When an example is given, it is preferable that it is 1-30 mass% with respect to the whole lithium powder and electrolyte component, and it is more preferable that it is 5-15 mass%. If it is such a range, the irreversible capacity | capacitance of a negative electrode can fully be compensated.
このようなリチウム粉末を用いた場合は、リチウム補填用のリチウム層を設ける必要がないので、負極全体の構造がリチウム層3を設けた場合より簡単にできる。 When such a lithium powder is used, it is not necessary to provide a lithium layer for lithium supplementation, so that the entire structure of the negative electrode can be made easier than when the lithium layer 3 is provided.
本実施形態では、上述のように負極活物質層の表面または内部に配置するリチウムは、リチウム層3のようなリチウム箔(板状も含む)、粒子状、または粉末状など、その形状はどのようなものであってもよい。 In the present embodiment, as described above, the lithium disposed on the surface or inside of the negative electrode active material layer has any shape, such as lithium foil (including plate shape) such as the lithium layer 3, particles, or powder. It may be something like this.
[正極]
正極は、正極活物質と電解質を含む。
[Positive electrode]
The positive electrode includes a positive electrode active material and an electrolyte.
(正極活物質層)
正極活物質層となる正極活物質は、特にリチウムの吸蔵放出が可能な材料であれば特に限定されず、非水電解質二次電池に通常用いられる正極活物質が利用されうる。具体的には、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、たとえば、LiMn2O4などのLi−Mn系複合酸化物、LiNiO2などのLi−Ni系複合酸化物、LiNi0.5Mn0.5O2などのLi−Ni−Mn系複合酸化物が挙げられる。正極活物質としてはこれらに限定されるものではなく、リチウムを含まないフッ素化合物などの化合物であってもよい。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material to be the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium, and a positive electrode active material usually used in a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Specifically, a lithium-transition metal composite oxide is preferable. For example, a Li—Mn composite oxide such as LiMn 2 O 4, a Li—Ni composite oxide such as LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0. A Li—Ni—Mn based composite oxide such as 5 O 2 can be given. The positive electrode active material is not limited to these, and may be a compound such as a fluorine compound that does not contain lithium. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination.
(正極の電解質)
正極に用いられる電解質には、少なくとも電解質成分が含まれ、好適には電解質成分のみから構成される。正極の電解質成分としては、電解液、ゲル電解質および全固体電解質のいずれを用いることもできるが、電解液またはゲル電解質を用いることが好ましい。全固体高分子電解質としては、PEO、PPOなどの全固体型高分子電解質またはセラミックなどのイオン導電性を持つ無機固体型電解質が挙げられる。全固体高分子電解質にはイオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。
(Cathode electrolyte)
The electrolyte used for the positive electrode includes at least an electrolyte component, and preferably includes only the electrolyte component. As the electrolyte component of the positive electrode, any of an electrolytic solution, a gel electrolyte, and an all solid electrolyte can be used, but an electrolytic solution or a gel electrolyte is preferably used. Examples of the all solid polymer electrolyte include all solid polymer electrolytes such as PEO and PPO, and inorganic solid electrolytes having ion conductivity such as ceramic. The all solid polymer electrolyte contains a lithium salt to ensure ionic conductivity.
(a)ゲル電解質(高分子ゲル電解質)
ゲル電解質(高分子ゲル電解質)とは、マトリックスポリマー(ホストポリマー)中に電解液を保持させたものをいう。電解質としてゲル電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、集電体への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。
(A) Gel electrolyte (polymer gel electrolyte)
The gel electrolyte (polymer gel electrolyte) refers to an electrolyte solution held in a matrix polymer (host polymer). The use of a gel electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost, the electrolyte is prevented from flowing out to the current collector, and the ion conductivity between the layers can be easily blocked.
上記ゲル電解質(高分子ゲル電解質)は、PEO、PPOなどの全固体型高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含ませることにより作製される。また、PVDF、PAN、PMMAなど、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものも、ゲル電解質(高分子ゲル電解質)に含まれる。ゲル電解質を構成するポリマーと電解液との比率は、特に限定されない。ポリマー100%を全固体高分子電解質、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲル電解質(高分子ゲル電解質)の概念に含まれる。 The gel electrolyte (polymer gel electrolyte) is produced by adding an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery to an all solid polymer electrolyte such as PEO or PPO. Moreover, what hold | maintained electrolyte solution in polymer | matrix frame | skeleton which does not have lithium ion conductivity, such as PVDF, PAN, and PMMA, is also contained in gel electrolyte (polymer gel electrolyte). The ratio of the polymer constituting the gel electrolyte and the electrolytic solution is not particularly limited. If 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolyte is a liquid electrolyte, all of the intermediates are included in the concept of gel electrolyte (polymer gel electrolyte).
ゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVDF−HFP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリ(メチルアクリレート)(PMA)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)などが挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、PEO、PPOおよびそれらの共重合体、PVDF、PVDF−HFPを用いることが望ましい。 Examples of the matrix polymer used as the gel electrolyte include a polymer having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), a polymer having polypropylene oxide in the main chain or side chain (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile ( PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVDF), copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), poly (methyl acrylate) (PMA), poly (methyl) Methacrylate) (PMMA). In addition, mixtures of the above-described polymers, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, and the like can also be used. Among these, it is desirable to use PEO, PPO and their copolymers, PVDF, PVDF-HFP.
また、ゲル電解質に用いられる電解液(可塑剤)としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。かかる電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものであり、電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiSbF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(C2F5SO2)2Nとも記載)等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、スルホラン、アセトニトリルなどが挙げられる。これらのうち、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが好ましい。これらの溶媒は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、電解液中のリチウム塩の濃度は、特に制限されないが、通常、0.5〜2.5モル/リットル程度が好ましい。 Moreover, as an electrolytic solution (plasticizer) used for the gel electrolyte, an electrolytic solution usually used for a lithium ion battery can be used. And such electrolyte, an electrolyte salt are those dissolved in a solvent, as the electrolyte salt, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2, inorganic acid anion salts such as LiSCN, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiBOB ( lithium bis oxide borate), LiBETI (lithium bis (perfluoro And an organic acid anion salt such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). These electrolyte salts may be used alone or in the form of a mixture of two or more. As the solvent, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane , Sulfolane, acetonitrile and the like. Of these, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferred. These solvents may be used alone or in the form of a mixture of two or more. The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is not particularly limited, but usually about 0.5 to 2.5 mol / liter is preferable.
なお、ゲル電解質中の電解液の割合は、通常のリチウムイオン電池に用いられている範囲で使用すればよい。 In addition, what is necessary is just to use the ratio of the electrolyte solution in a gel electrolyte in the range currently used for the normal lithium ion battery.
(b)液体電解質(電解液)
電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものが挙げられる。ここで、電解質塩としては、特に制限されない。具体的には、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiSbF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(C2F5SO2)2Nとも記載)等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、溶媒もまた、特に制限されない。具体的には、溶媒としては、EC、PC、GBL、DMC、DECなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(B) Liquid electrolyte (electrolyte)
Examples of the electrolytic solution include those obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent. Here, the electrolyte salt is not particularly limited. Specifically, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2, inorganic acid anions such as LiSCN Ionic salt, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiBOB (lithium bisoxide borate), LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N Organic acid anion salts, etc.). These electrolyte salts may be used alone or in the form of a mixture of two or more. Also, the solvent is not particularly limited. Specifically, examples of the solvent include EC, PC, GBL, DMC, and DEC. These solvents may be used alone or in the form of a mixture of two or more.
(負極/正極共通)
負極および正極活物質層は、上記説明した成分のほか、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電剤、バインダーなどをさらに含みうる。
(Common to negative electrode / positive electrode)
In addition to the components described above, the negative electrode and the positive electrode active material layer may further include a conductive agent, a binder, and the like for increasing electrical conductivity as necessary.
負極および正極活物質層中に含まれる成分の配合比は特に限定されず、公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。また、活物質層の厚さについても特に制限はなく、非水電解質二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。 The compounding ratio of the components contained in the negative electrode and the positive electrode active material layer is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of an active material layer, The conventionally well-known knowledge about a nonaqueous electrolyte secondary battery can be referred suitably. For example, the thickness of the active material layer is about 2 to 100 μm.
(導電剤)
導電剤とは、導電性を向上させるために配合される添加物をいう。本実施形態において用いられうる導電剤は特に制限されず、従来公知の形態が適宜参照されうる。たとえば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。導電剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conductive agent)
The conductive agent refers to an additive blended to improve conductivity. The conductive agent that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and conventionally known forms can be appropriately referred to. Examples thereof include carbon materials such as acetylene black, carbon materials such as graphite and carbon fiber. When the conductive agent is included, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.
(バインダー)
バインダーとしては、以下に制限されることはないが、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、およびアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、およびユリア樹脂などの熱硬化性樹脂、ならびにスチレン−ブタジエンゴム(SBR)などのゴム系材料が挙げられる。
(binder)
Examples of the binder include, but are not limited to, thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyimide (PI), and acrylic resins, epoxy resins, Examples thereof include thermosetting resins such as polyurethane resins and urea resins, and rubber-based materials such as styrene-butadiene rubber (SBR).
[集電体]
集電体は、正極側、負極側共に導電性材料から構成される。そして正極側、負極側共に同じ材料からなってもよいし異なる材料からなってもよい。たとえば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
[Current collector]
The current collector is made of a conductive material on both the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode side and the negative electrode side may be made of the same material or different materials. For example, a metal or a conductive polymer can be employed. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.
なお、集電体の大きさや厚さについては特に制限はなく、電池容量に見合った大きさであり、かつ集電体としての機能を果たしうる厚さであればよい。 The size and thickness of the current collector are not particularly limited as long as the current collector has a size suitable for the battery capacity and can function as a current collector.
[電解質層]
電解質層は、正極と負極との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質成分を保持する機能をも有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer functions as a spatial partition (spacer) between the positive electrode and the negative electrode. In addition to this, it also has a function of holding an electrolyte component that is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes during charging and discharging.
電解質層を構成する電解質成分に特に制限はなく、液体電解質(電解液)、ゲル電解質および全固体電解質などが適宜用いられうる。 There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte component which comprises an electrolyte layer, A liquid electrolyte (electrolytic solution), a gel electrolyte, an all-solid electrolyte, etc. may be used suitably.
各電解質成分については、上記活物質層の欄において説明したものと同様であり、ここでは説明を割愛する。 About each electrolyte component, it is the same as that of what was demonstrated in the column of the said active material layer, and omits description here.
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。 In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene, hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), glass fiber, or the like.
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。 The polymer solid electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a polymer solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.
[正極タブおよび負極タブ]
正極タブおよび負極タブは、電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続される。その材料は集電体と同じでもよいし、異なるものでもよい。さらには、各集電体を延長することにより正極タブおよび負極タブとしてもよい。
[Positive electrode tab and negative electrode tab]
The positive electrode tab and the negative electrode tab are electrically connected to each current collector for the purpose of taking out current outside the battery. The material may be the same as or different from the current collector. Furthermore, it is good also as a positive electrode tab and a negative electrode tab by extending each electrical power collector.
[正極リードおよび負極リード]
集電体11とタブ(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知の非水電解質二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(たとえば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
You may electrically connect between the collector 11 and tabs (25, 27) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known nonaqueous electrolyte secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices) by contacting with peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.
[外装]
外装としては、図1に示すようなラミネートシート29が用いられうる。ラミネートシートは、たとえば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。なお、外装としてはそのほか従来公知の金属缶ケースを用いてもよい。
[Exterior]
As the exterior, a laminate sheet 29 as shown in FIG. 1 can be used. For example, the laminate sheet may be configured as a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order. In addition, as the exterior, a conventionally known metal can case may be used.
このような構造によるリチウムイオン二次電池10は、負極の電解質がリチウム層3(またはリチウム粉末)を含むことによって、不可逆容量のリチウムの補填が可能となる。また、電池抵抗上昇の原因となりうる負極表面に存在するバインダー等の不要な成分を含むことなく、電池を製造することができる。 In the lithium ion secondary battery 10 having such a structure, when the electrolyte of the negative electrode includes the lithium layer 3 (or lithium powder), irreversible capacity lithium can be compensated. In addition, the battery can be produced without including unnecessary components such as a binder present on the negative electrode surface that may cause an increase in battery resistance.
[電池の製造方法]
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を適用して作製することができる。以下にその一例を説明する。
[Battery manufacturing method]
The method for producing the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and can be produced by applying a conventionally known method. One example will be described below.
まず、負極、および正極をそれぞれ準備する。 First, a negative electrode and a positive electrode are prepared.
負極は、負極集電体の両面に負極活物質層を形成し、続いて負極活物質層上に金属リチウム箔ならなるリチウム層を付着させる工程からなる。あるいは、負極集電体の両面にリチウム層を付着させ、その上に負極活物質層を形成させる、さらには、負極活物質層内にリチウム層を配置させても良い。 The negative electrode comprises a step of forming a negative electrode active material layer on both surfaces of the negative electrode current collector, and subsequently attaching a lithium layer, which is a metal lithium foil, on the negative electrode active material layer. Alternatively, a lithium layer may be attached to both surfaces of the negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer may be formed thereon, and a lithium layer may be disposed in the negative electrode active material layer.
負極活物質層は、負極活物質、導電剤および結着剤またはその前駆体などの電極材料を含む電極スラリーの混合物をスラリー粘度調製溶媒に分散して負極活物質スラリーを調製する。なお、スラリー粘度調製溶媒としては、特に制限されることはないが、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などが挙げられる。スラリーはホモジナイザーまたは混練装置などを用いて溶媒および固形分よりインク化される。 The negative electrode active material layer prepares a negative electrode active material slurry by dispersing a mixture of an electrode slurry containing an electrode material such as a negative electrode active material, a conductive agent and a binder or a precursor thereof in a slurry viscosity adjusting solvent. The slurry viscosity adjusting solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The slurry is converted into ink from the solvent and the solid content using a homogenizer or a kneader.
次いで、集電体の一方の表面に上記スラリーを塗布する。スラリーを集電体に塗布するための塗布手段は特に限定されないが、たとえば、自走型コーター、ドクターブレード法、スプレー法などの一般に用いられる手段が採用されうる。 Next, the slurry is applied to one surface of the current collector. The application means for applying the slurry to the current collector is not particularly limited. For example, commonly used means such as a self-propelled coater, a doctor blade method, and a spray method can be employed.
続いて、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、スラリーの塗布量やスラリー粘度調製溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。得られた乾燥物はプレスすることによって電極の密度、空孔率や厚みが調整される。なお、結着剤の前駆体を用いた場合は、好ましくは減圧下で、加熱処理して前駆体を重合させ、負極活物質層を得る。 Subsequently, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed. The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the coating amount of the slurry and the volatilization rate of the slurry viscosity adjusting solvent. The density, porosity, and thickness of the electrode are adjusted by pressing the obtained dried product. When a binder precursor is used, the precursor is polymerized by heat treatment, preferably under reduced pressure, to obtain a negative electrode active material layer.
その後、集電体の他方の面にも同様にして負極活物質層を形成する。 Thereafter, a negative electrode active material layer is similarly formed on the other surface of the current collector.
リチウム層を付着させる方法は、特に限定されず、従来公知の方法が用いられうる。 The method for attaching the lithium layer is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.
たとえば、金属リチウム箔を前記負極活物質層の表面に貼り付けて作製してもよく、蒸着などの気相法によって作製してもよい。 For example, a metal lithium foil may be attached to the surface of the negative electrode active material layer, or may be prepared by a vapor phase method such as vapor deposition.
また、金属リチウム粉末を付着させる方法も用いられうる。この際、金属リチウム粉末にSiO2、Al2O3などの絶縁性物質、有機バインダなどを添加して付着させてもよい。また、粉末状のリチウム、絶縁性物質、導電性物質、および有機バインダなどを含むリチウム複合粒子を作製し、負極活物質層の表面に塗布する方法で作製してもよい。中でも、金属リチウム箔を貼り付ける方法は、適度な厚みを有する均一な膜が得られ、低コストであるため好ましい。 Also, a method of attaching metallic lithium powder can be used. At this time, an insulating material such as SiO 2 or Al 2 O 3 , an organic binder, or the like may be added and adhered to the metal lithium powder. Alternatively, lithium composite particles containing powdery lithium, an insulating material, a conductive material, an organic binder, and the like may be manufactured and applied to the surface of the negative electrode active material layer. Among them, the method of attaching the metal lithium foil is preferable because a uniform film having an appropriate thickness is obtained and the cost is low.
金属箔を負極活物質層の表面に貼り付ける方法は特に限定されない。たとえば、不活性ガス下または乾燥空気中などで平板プレス、ロールプレスなどの通常のプレス方法で圧着する手法が用いられうる。 The method for attaching the metal foil to the surface of the negative electrode active material layer is not particularly limited. For example, it is possible to use a technique of pressure bonding by an ordinary press method such as a flat plate press or a roll press under an inert gas or in dry air.
正極についても負極同様に、正極活物質層となるスラリーを調整して、集電体表面に塗布し、乾燥させることで製造する(正極についてはリチウム層を付着させる工程はない)。 Similarly to the negative electrode, the positive electrode is manufactured by preparing a slurry to be a positive electrode active material layer, applying the slurry to the surface of the current collector, and drying (the positive electrode has no step of attaching a lithium layer).
[電池]
上記準備した正極、負極をそれぞれ正極と負極がセパレータを介して対向するように積層させることにより、単電池を作製するとよい。そして、単電池の数が所望の数となるまでセパレータおよび電極の積層を繰り返す。かような製造方法によれば、より簡便な手法によってセパレータの形成が可能であり、かつ、セパレータと活物質層との密着性が高い発電要素が作製されうる。
[battery]
A unit cell may be manufactured by laminating the prepared positive electrode and negative electrode so that the positive electrode and the negative electrode face each other with a separator interposed therebetween. Then, the stacking of separators and electrodes is repeated until the number of single cells reaches a desired number. According to such a manufacturing method, a separator can be formed by a simpler method, and a power generation element having high adhesion between the separator and the active material layer can be produced.
そして、各正極と負極それぞれのリードを束ねて溶接し、この積層体を正負極のリードを取り出した構造にて、アルミニウムのラミネートフィルムバッグに収めて、注液機により電解液を注液して、減圧下で端部をシールして電池とする。 Then, the lead of each positive electrode and negative electrode is bundled and welded, and the laminate is placed in a laminated aluminum film bag with a structure in which the lead of the positive and negative electrodes is taken out, and an electrolyte is injected by a liquid injector. The end is sealed under reduced pressure to obtain a battery.
上記では電解質が液体電解質である場合の積層型電池を例に挙げて説明したが、ゲル電解質や真性ポリマー電解質を用いた場合の積層型電池およびここで挙げた電解質を用いた双極型電池の作製についても、公知の技術を参照して実施可能であり、ここでは省略する。 In the above description, a laminated battery in which the electrolyte is a liquid electrolyte has been described as an example. However, a laminated battery in which a gel electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte is used, and a bipolar battery using the electrolyte described here are manufactured. Can be implemented with reference to a known technique, and is omitted here.
以上のようにして得られた電池はプレドープ前のものである。ここではこのプレドープ前のものを電池構造体という。本実施形態では、製作した電池構造体に対して、リチウムをドープするために、エージング処理とともにリチウムイオン濃度を均一化するための充放電を実行する。 The battery obtained as described above is the one before pre-doping. Here, this pre-dope is called a battery structure. In this embodiment, in order to dope lithium to the manufactured battery structure, charge / discharge for equalizing the lithium ion concentration is performed together with an aging treatment.
エージング処理は、短時間でリチウムドープを完了するという観点からは、その温度を、好ましくは20〜80℃、より好ましくは40〜60℃で行う。また、エージング時間は、エージング後の電池の電圧が所望のレベルとなるように適宜決定すればよいが、通常24〜180時間程度である。 The aging treatment is performed at a temperature of preferably 20 to 80 ° C., more preferably 40 to 60 ° C. from the viewpoint of completing lithium doping in a short time. Further, the aging time may be appropriately determined so that the voltage of the battery after aging becomes a desired level, but is usually about 24 to 180 hours.
なお、このエージング処理は、後述するリチウムイオン濃度を均一にするための充放電を繰り返すことで省略してもよい。 In addition, you may abbreviate | omit this aging process by repeating charging / discharging for making the lithium ion density | concentration mentioned later uniform.
エージング後(またはエージングせずに)、リチウムイオン濃度を均一にするための充放電を行う。 After aging (or without aging), charge / discharge is performed to make the lithium ion concentration uniform.
この充放電の処理では、まず充電工程を行うことになる。充電工程においては充電後の電池電圧がセル設計上のSOC100%未満の電圧(第1の所定電圧)で充電する。充電中の温度は、使用可能温度範囲内でかつ、できるだけ高温で行うことが望ましい。 In the charging / discharging process, a charging process is first performed. In the charging process, the battery voltage after charging is charged with a voltage (first predetermined voltage) that is less than 100% of SOC in the cell design. It is desirable that the temperature during charging be within the usable temperature range and as high as possible.
この充電工程においてSOC100%未満の電圧とするのは、デンドライドの発生を抑えるためである。原理的には、SOC100%の電圧で充電する方が、リチウムイオンを拡散させる駆動力は向上する。しかし、SOC100%まで充電すると負極表面上にLi金属のデンドライドが発生してしまうのである。また、SOC100%まで充電すると、リチウムイオン濃度の不均一さゆえに負極内に部分的に満充電を超える場所ができる可能性があり、それによってもデンドライドが発生してしまう。そして一度発生したデンドライドは消滅することがないため、その後充放電を繰り返すと、発生したデンドライドがリチウムイオンの移動の妨げとなって、リチウムイオン濃度がいっそう不均一になるという悪循環が生じてしまうおそれがある。このため本実施形態ではSOC100%未満の電圧となるようにしてデンドライドの発生を抑えている。 The reason for setting the voltage to less than 100% SOC in this charging process is to suppress the generation of dendrites. In principle, the driving force for diffusing lithium ions is improved by charging at a voltage of SOC 100%. However, when the SOC is charged to 100%, a Li metal dendride is generated on the negative electrode surface. Further, when the SOC is charged to 100%, there is a possibility that a portion exceeding the full charge is partially formed in the negative electrode due to the non-uniformity of the lithium ion concentration, thereby causing dendride. And once the dendride that has been generated does not disappear, repeated charging and discharging thereafter may cause a vicious circle in which the generated dendride hinders the movement of lithium ions and the lithium ion concentration becomes more uneven. There is. For this reason, in this embodiment, generation of dendrites is suppressed by setting the voltage to less than 100% SOC.
なお、充電時の下限電圧値としては、好ましくは3.3V以上である。その理由は下記のとおりである。Liを部分的に貼り付けた負極と正極を組み合わせた電池では、組立・注液直後の開路電圧が約2.6V程度となる。また、部分的にLiを貼り付けた負極の電位の幅は、約±0.7Vである。したがって、2.6+0.7Vで3.3Vとなり、これ以上の電圧を印加させることで、よりLiの駆動力を発揮できる。 In addition, as a minimum voltage value at the time of charge, Preferably it is 3.3V or more. The reason is as follows. In a battery in which a negative electrode partially bonded with Li and a positive electrode is combined, the open circuit voltage immediately after assembly and liquid injection is about 2.6V. Moreover, the width of the potential of the negative electrode to which Li is partially attached is about ± 0.7V. Therefore, 2.6 + 0.7V becomes 3.3V, and the driving force of Li can be exhibited more by applying a voltage higher than this.
また、許容できる範囲内でより高温で充電するのは、これもリチウムイオンの拡散性を高めるためである。通常、イオンの拡散は温度が高い方が拡散し易い。この温度は、上述したエージング時の温度のうち可能な範囲でより高温側の温度でよく、たとえば60〜80℃程度である。 The reason why the battery is charged at a higher temperature within an allowable range is to increase the diffusibility of lithium ions. Usually, ions are diffused more easily at higher temperatures. This temperature may be a higher temperature within the possible range of the aging temperature described above, and is, for example, about 60 to 80 ° C.
この充電工程によりある程度は負極側にリチウムイオンが移動するが、それだけでは十分なリチウムイオン濃度の均一化が得られない。そこで本実施形態では、この充電工程後、さらに放電工程を行う。この放電工程においては長い時間をかけて放電することでリチウムイオの拡散駆動力を長時間保持させる。それによりリチウムイオン濃度を均一化させるのである。 Lithium ions move to the negative electrode side to some extent by this charging step, but sufficient lithium ion concentration cannot be obtained by itself. Therefore, in this embodiment, a discharging process is further performed after this charging process. In this discharge step, the lithium ion diffusion driving force is maintained for a long time by discharging over a long time. Thereby, the lithium ion concentration is made uniform.
この放電工程では、充電工程において負極側に移動、拡散した負極内のリチウムイオンを一旦正極側に移すことになる。そうすると負極内のリチウムイオン濃度が全体的に低くなる。リチウムイオン濃度が低くなった負極は、負極電位の変化しやすい領域になる。このために、わずかな不均一差が電位差となって現れるために、リチウムイオン濃度の不均一緩和(均一化)の駆動力が発生する。その駆動力により、さらに負極内(面方向や深さ方向)のリチウムイオン濃度が均一化される。 In this discharging step, lithium ions in the negative electrode that have moved and diffused to the negative electrode side in the charging step are once transferred to the positive electrode side. If it does so, the lithium ion concentration in a negative electrode will become low entirely. The negative electrode having a low lithium ion concentration is a region in which the negative electrode potential easily changes. For this reason, since a slight non-uniform difference appears as a potential difference, a driving force for non-uniform relaxation (uniformization) of the lithium ion concentration occurs. The driving force further uniformizes the lithium ion concentration in the negative electrode (plane direction and depth direction).
ここで負極電位の変化しやすい領域について説明する。図4は一般的な負極の容量と負極電位の関係を示すグラフである。図示するように、一般的な負極の容量と負極電位の関係は、不均一差=容量ズレQa=Qbである。一方電圧は、Va>Vbである。つまり、充電時と放電時では同じ容量差(Qa=Qb)でも、電位差(Va>Vb)が違うことになり、Vaの時に、Li拡散の駆動力が働きやすい。したがって、セルの電圧の低い領域の方が、駆動力が働きやすいので放電側の方が、リチウムイオンを拡散させる駆動力が働きやすくなるのである。 Here, the region where the negative electrode potential is likely to change will be described. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the capacity of a general negative electrode and the negative electrode potential. As shown in the figure, the general relationship between the negative electrode capacity and the negative electrode potential is non-uniform difference = capacity deviation Q a = Q b . On the other hand, the voltage is V a > V b . That is, the potential difference (Va> Vb) is different even at the same capacitance difference (Qa = Qb) during charging and discharging, and the driving force for Li diffusion is likely to work when Va. Therefore, since the driving force is more likely to work in the region where the cell voltage is low, the driving force for diffusing lithium ions is more likely to work on the discharge side.
このため、この放電時に働く駆動力をより多く利用するためには、放電時間を長くすることが効果的である。 For this reason, in order to use more driving force during the discharge, it is effective to lengthen the discharge time.
このため、定電流定電圧による充電および放電の場合には、充電から放電に切り替えるタイミングとなる充電の終止電流、および放電を終了させる終止電流を1/250C以下、具体的には1/250C〜1/5000Cとしている。 For this reason, in the case of charging and discharging with constant current and constant voltage, the charging stop current that is the timing for switching from charging to discharging, and the stopping current for terminating discharge are 1 / 250C or less, specifically 1 / 250C ~ 1 / 5000C.
このような終止電流とすることで、充電においてはこの終止電流値となるまで充電が行われて、終止電流値になった時点で放電に切り替えることになる。一方、放電時にはこの終止電流値となるまで放電が行われて、終止電流値になった時点で放電終了とすることに。したがって、この終止電流となるまでの時間が放電を保持する時間ということになる。 By setting such a termination current, charging is performed until the termination current value is reached, and switching to discharging is performed when the termination current value is reached. On the other hand, at the time of discharge, the discharge is performed until the end current value is reached, and the discharge ends when the end current value is reached. Therefore, the time until the end current is reached is the time for holding the discharge.
このように充電および放電にかける時間を終止電流によって規定するのは以下の理由による。電池内のリチウムイオン濃度は電池内部でばらつきがあったり、また電池が複数セルからなる場合にセルごとにばらつきがある。そこで充放電にかける時間を終止電流によって規定すれば、たとえ電池内またはセルごとにリチウムイオン濃度のばらつきがあっても、終止電流となるまでの時間充放電が実行させることができる。 The time for charging and discharging is defined by the end current for the following reason. The lithium ion concentration in the battery varies within the battery, and also varies from cell to cell when the battery is composed of a plurality of cells. Therefore, if the charge / discharge time is defined by the end current, even if there is a variation in the lithium ion concentration in the battery or from cell to cell, the time charge / discharge until the end current is reached can be executed.
なお、放電時の終止電圧(第2の所定電圧)はセル設計上のSOC0%の電圧以上(もちろん第1の所定電圧よりは低い電圧である)であればよい。これは、SOC0%になっても、電池自信は放電しなくなる訳ではなく、SOC0%で放電維持させることも可能であるため終止電圧はセル設計上のSOC0%の電圧以上であればよいのである。 The end voltage (second predetermined voltage) at the time of discharge may be equal to or higher than the SOC 0% voltage in the cell design (of course, lower than the first predetermined voltage). This is because even if the SOC becomes 0%, the battery self-confidence does not stop discharging, and it is possible to maintain the discharge at SOC 0%. Therefore, the end voltage should be higher than the SOC 0% voltage in the cell design. .
このような時間をかけた充放電動作は、1回で終わらせる必要はなく、複数回の充放電を繰り返すことで、そのサイクルの積算として結果的に長い時間の放電動作が行われたものとなるようにしてもよい。この2回目以降の充電においてもSOC100%未満の電圧で充電する。また、このときの下限電圧値としても好ましくは3.3V以上である。 It is not necessary to end the charge / discharge operation over such a time, and it is assumed that a long time of discharge operation is performed as a result of the cycle integration by repeating a plurality of times of charge / discharge. It may be made to become. In the second and subsequent charging, charging is performed at a voltage less than 100% SOC. Also, the lower limit voltage value at this time is preferably 3.3 V or more.
充放電を繰り返す場合、充電から放電、放電から充電の切り替えタイミングも電流値が1/250C以下、具体的には1/250C〜1/5000Cとする。 When charging / discharging is repeated, the current value of switching timing from charging to discharging and discharging to charging is also set to 1 / 250C or less, specifically 1 / 250C to 1 / 5000C.
また、充放電を共に定電流定電圧で行う場合のほか、放電を定電流で行う場合、充放電を繰り返すことでも、同様にリチウムイオンを拡散させて均一化するために必要な時間とすることができる。これは、充電の後の放電時には、電池内では、負極内の電位が一定に保とうとする力が働く。この一定に保とうとする作用により、リチウムイオンの濃度が均一化される。このとき定電圧充電(放電)を電流値が極めて小さくなるまで行う、あるいは定電流放電の時間を長くとることで均一化が十分に行われるようにする。この場合は、充放電の回数を30サイクル以上、好ましくは60サイクル以上、さらに好ましくは90サイクル以上行うようにするとよい。 In addition to charging and discharging with constant current and constant voltage, when discharging with constant current, repeated charging and discharging should also take the time necessary to diffuse and equalize lithium ions. Can do. This is because, when discharging after charging, a force acts to keep the potential in the negative electrode constant in the battery. The concentration of lithium ions is made uniform by this action of keeping constant. At this time, constant voltage charging (discharging) is performed until the current value becomes extremely small, or constant current discharging is performed for a long time so that uniformization is sufficiently performed. In this case, the number of charge / discharge cycles may be 30 cycles or more, preferably 60 cycles or more, and more preferably 90 cycles or more.
さらに図面を参照してこの充放電処理による作用を説明する。図5は充放電処理によるリチウムイオン拡散駆動力を模式的に示した図である。 Furthermore, the effect | action by this charging / discharging process is demonstrated with reference to drawings. FIG. 5 is a diagram schematically showing the lithium ion diffusion driving force by the charge / discharge treatment.
まず、図5(a)に示すように、電解液を入れる前の電池構造体として、正極と負極が対面した構造とし、負極上の一部に金属リチウム(Li)をのせたものを想定する。なお、図において正極および負極のそれぞれに側にある数値はリチウム濃度(最大値が100)を概念的に示したものである(図5(a)〜(d)において同様)。また図において矢印はリチウムイオンの駆動力を概念的に矢印の大きさとして示している(図5(a)〜(d)において同様)。図5(a)に示した状態では、電解液が共存していないので、負極上にLiが乗っているだけの状態である。 First, as shown in FIG. 5 (a), a battery structure before the electrolytic solution is put is assumed to have a structure in which the positive electrode and the negative electrode face each other, and metal lithium (Li) is placed on a part of the negative electrode. . In the figure, the numerical value on the side of each of the positive electrode and the negative electrode conceptually indicates the lithium concentration (maximum value is 100) (the same applies to FIGS. 5A to 5D). In the figure, the arrows conceptually indicate the driving force of lithium ions as the size of the arrows (the same applies to FIGS. 5A to 5D). In the state shown in FIG. 5A, since the electrolyte does not coexist, Li is only on the negative electrode.
これに電解液を入れると電池構造体(充電なし状態)が完成する。この状態では図5(b)に示すように、電解液が入ることで負極上にのせたLiが負極内へ挿入される(Liドープである)。ところが、この時点では負極内のLi量は均一にはなっていない。 When an electrolytic solution is added to this, a battery structure (non-charged state) is completed. In this state, as shown in FIG. 5 (b), when the electrolytic solution enters, Li placed on the negative electrode is inserted into the negative electrode (which is Li-doped). However, at this time, the amount of Li in the negative electrode is not uniform.
この電池構造体に充電を行うと、図5(c)に示すように、正極からLiを負極へ移動させる(充電する)ことにより、リチウムイオンのある程度の拡散が起きる。しかし、それと同時に、負極電位が下がりLi拡散の駆動力が減少するため、ある程度の拡散はするものの、充電動作だけでは均一になるまでには至らないのである。 When this battery structure is charged, as shown in FIG. 5 (c), Li is transferred from the positive electrode to the negative electrode (charged) to cause some diffusion of lithium ions. However, at the same time, the negative electrode potential is lowered and the driving force for Li diffusion is reduced, so that although the diffusion is performed to some extent, the charging operation alone does not become uniform.
そこで、さらに放電動作を行うことで、図5(d)に示すように、正極へLiを戻す(放電する)と、負極電位が上がり、Li拡散の駆動力が増大する。しかも、この放電動作のときには、前記のとおり駆動力が高いままである。したがって、この放電動作を行うことで、リチウムイオン濃度を均一にすることができる。 Therefore, by further performing a discharge operation, as shown in FIG. 5D, when Li is returned (discharged) to the positive electrode, the negative electrode potential increases and the driving force for Li diffusion increases. Moreover, during this discharge operation, the driving force remains high as described above. Therefore, the lithium ion concentration can be made uniform by performing this discharge operation.
以下、さらに本発明を実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be further described using examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.
実施例1〜9および比較例1〜4の試験用セルを下記のように製作した。図6は試験用セルの製作を説明するための概略断面図である。 Test cells of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 were manufactured as follows. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the production of the test cell.
(1)負極の作製
負極活物質としてハードカーボン(平均粒子径10μm)、導電助剤としてアセチレンブラックおよび結着剤としてポリイミド(PVDF)を80:10:10の質量比で混合し、スラリーを得た。
(1) Production of negative electrode Hard carbon (average particle diameter 10 μm) as a negative electrode active material, acetylene black as a conductive auxiliary agent and polyimide (PVDF) as a binder are mixed in a mass ratio of 80:10:10 to obtain a slurry. It was.
このスラリー(負極負極活物質2となる)を、負極の集電体1となる銅箔(厚さ10μm)に塗布し、80℃で熱風乾燥した。集電体1にニッケル製の電流取り出しタブ27を超音波溶接により接合し、電極部サイズが50mm×10mmとなるように打ち抜いた。活物質層の厚さは130μmであった。得られた負極の一部分にリチウム金属箔(30μm)を負極負極活物質2上に重ね合わせロール圧延により圧着した。 This slurry (to be the negative electrode negative electrode active material 2) was applied to a copper foil (thickness 10 μm) to be the negative electrode current collector 1 and dried at 80 ° C. with hot air. A current extraction tab 27 made of nickel was joined to the current collector 1 by ultrasonic welding, and punched out so that the electrode size was 50 mm × 10 mm. The thickness of the active material layer was 130 μm. Lithium metal foil (30 μm) was laminated on the negative electrode / negative electrode active material 2 and pressure-bonded by roll rolling to a part of the obtained negative electrode.
(2)正極の作製
正極活物質としてLiMn2O4、導電助剤としてアセチレンブラックおよび結着剤としてPVDFを80:10:10の質量比で混合して正極スラリーを得た。次いで、正極の集電体となるAl(アルミニウム)箔に得られた正極スラリーを塗布して、130℃で熱風乾燥した後にロール圧延し、シート状に形成した。正極活物質層の厚さは、120μmであった。Al製集電体にアルミニウム製の電流取り出しタブを超音波溶接により接合し、電極部サイズが49mm×9mmとなるように打ち抜いた。なお図6においては正極活物質層および集電体をまとめて正極4とした。
(2) Production of positive electrode LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive auxiliary agent, and PVDF as a binder were mixed at a mass ratio of 80:10:10 to obtain a positive electrode slurry. Next, the obtained positive electrode slurry was applied to an Al (aluminum) foil serving as a positive electrode current collector, dried with hot air at 130 ° C., and then roll-rolled to form a sheet. The thickness of the positive electrode active material layer was 120 μm. An aluminum current extraction tab was joined to the Al current collector by ultrasonic welding, and punched out so that the electrode size was 49 mm × 9 mm. In FIG. 6, the positive electrode active material layer and the current collector are collectively referred to as the positive electrode 4.
(3)電池構造体の作製
セパレータ5として、ポリエチレン製微多孔質膜(厚さ=25μm)を準備した。セパレータは負極活物質2の大きさより大きくしている。また、電解液として、1M LiPF6/(EC:DEC)(EC:DEC=4:6体積比)を用いた。
(3) Production of Battery Structure A polyethylene microporous film (thickness = 25 μm) was prepared as the separator 5. The separator is larger than the size of the negative electrode active material 2. Further, as the electrolyte, 1M LiPF 6 / (EC: DEC) (EC: DEC = 4: 6 by volume) was used.
上記で作製/準備した負極、セパレータ、正極の順番に積層した。積層したものを発電要素を外装であるアルミラミネートシート製のバッグ中に載置し、上記で準備した電解液を注液した。真空条件下において、両電極に接続された電流取り出しタブが導出するようにアルミラミネートシート製バッグの開口部を封止した。なお図6においてはアルミラミネートシートは図示省略してある。 The negative electrode, separator, and positive electrode prepared / prepared above were stacked in this order. The laminate was placed in a bag made of an aluminum laminate sheet as an exterior of the power generation element, and the electrolytic solution prepared above was injected. Under vacuum conditions, the opening of the aluminum laminate sheet bag was sealed so that the current extraction tabs connected to both electrodes were led out. In FIG. 6, the aluminum laminate sheet is not shown.
これにより、負極活物質2上の一部(端)にリチウム層3が形成されている試験用セルを完成させた。 Thus, a test cell in which the lithium layer 3 was formed on a part (end) of the negative electrode active material 2 was completed.
(4)エージング工程
上記で作製した試験用セルに対して、55℃、72時間の条件でエージング処理を施した。なお、エージング後のセル電圧は2.6Vであった(実施例5を除く)。
(4) Aging process The test cell produced above was subjected to aging treatment at 55 ° C. for 72 hours. The cell voltage after aging was 2.6 V (excluding Example 5).
(5)電気化学的処理(充放電処理)
上記で作製した試験用セルを充放電機に接続して、表1に示す実施例1〜9、および比較例1〜4の条件にて電気化学処理を行った。なお、1Cは25mAとした。また、実施例1〜5と実施例6の放電、および比較例2の定電流定電圧(CCCV)による充電および放電時は0.01C、実施例7〜9と実施例6の充電、および比較例3〜4の定電流(CC)による充電および放電は0.1Cで行なった。なお、表1中、充電1回当りの時間(h)および放電1回当りの時間とは、定電圧定電流(CCCV)による充電および放電を表1に示した電圧で、同じく示した電流に到達するまでの1回当りの時間である。したがって、サイクル数が複数回の実施例および比較例においては、最終的にそのサイクル数倍の時間がかかるものとなる。
(5) Electrochemical treatment (charge / discharge treatment)
The test cell produced above was connected to a charger / discharger, and electrochemical treatment was performed under the conditions of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 1. 1C was set to 25 mA. Moreover, 0.01C at the time of the discharge of Examples 1-5 and Example 6, and the charge and discharge by the constant current constant voltage (CCCV) of the comparative example 2, charging of Examples 7-9 and Example 6, and a comparison Charging and discharging with constant current (CC) in Examples 3 to 4 were performed at 0.1C. In Table 1, the time per charge (h) and the time per discharge are the voltages shown in Table 1 for charging and discharging by constant voltage and constant current (CCCV), and the currents shown in the same way. It is the time per one time to reach. Therefore, in the examples and comparative examples in which the number of cycles is a plurality of times, the time required for the number of cycles is finally taken.
図7は電気化学的処理(充放電処理)の条件における保持時間を説明するための説明図である。保持時間以外の条件は表1のとおりである。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the holding time under the conditions of electrochemical treatment (charge / discharge treatment). Conditions other than the holding time are as shown in Table 1.
なお、図7の各図において、max4.2Vは充電可能な最大電圧値(SOC=100%とみなしたときの電圧値)、min2.5Vは最低電圧値(SOC=0%とみなしたときの電圧値)を示している。 In each diagram of FIG. 7, max 4.2V is the maximum voltage value that can be charged (voltage value when SOC = 100%), and min2.5V is the minimum voltage value (SOC = 0% when considered) Voltage value).
図7(a)に示すように実施例1〜5は充電および放電共に定電流定電圧(CCCV)である。それぞれの保持時間は同じである。図7(b)に示すように実施例6は、充電は定電流(CC)、放電は定電流定電圧(CCCV)である。保持時間は放電時の方が充電時より長い。図7(c)に示すように実施例7〜9および比較例3〜4は、充電、放電共に定電流(CC)としたものであるが複数回行っている。ただし1回当たりの充放電にかかる保持時間は共に短い。図7(d)に示すように比較例2は、充電、放電共に定電流(CC)としたものである。充放電にかかる保持時間は共に短い。なお、図7(e)は、参考のために、従来(たとえば先行技術文献)行われている容量確認のための充放電動作をを示すグラフである。このグラフはエージング処理後、最大電圧(max4.1V)まで定電流定電圧充電(CCCV)、その後最低電圧(max2.8V)で定電流放電(CC)を行った場合である。 As shown in FIG. 7A, Examples 1 to 5 are constant current and constant voltage (CCCV) for both charging and discharging. Each holding time is the same. As shown in FIG. 7B, in Example 6, charging is a constant current (CC), and discharging is a constant current constant voltage (CCCV). Holding time is longer during discharging than during charging. As shown in FIG.7 (c), although Examples 7-9 and Comparative Examples 3-4 make constant current (CC) both in charge and discharge, they are performed several times. However, the holding time required for one charge / discharge is short. As shown in FIG. 7D, in Comparative Example 2, both charging and discharging are constant current (CC). Both the holding times for charging and discharging are short. For reference, FIG. 7E is a graph showing a charge / discharge operation for capacity confirmation that has been performed conventionally (for example, prior art documents). This graph shows a case where constant current and constant voltage charge (CCCV) is performed up to the maximum voltage (max 4.1 V) after the aging treatment, and then constant current discharge (CC) is performed at the minimum voltage (max 2.8 V).
(6)負極へのリチウムドープ量の測定
電気化学的処理工程(充放電処理)を行った後に、全て4.2Vまで定電流定電圧充電を行い、その後に2.5Vまで定電流放電を行なうサイクルを3サイクル行った。その後に、負極内のリチウム量を均一性を確認するために、セルを解体して5等分に切断した電極を用いてコインセルを作製した。対極はリチウム金属(厚み200μm、φ16mmサイズ)を用い、電解液として1M LiPF6/(EC:DEC)(EC:DEC=4:6体積比)を用いた。コインセルには、2032サイズ(外径20mm、厚み3.2mm)を用いた。コインセルにて測定した。コインセルにて測定したリチウムドープ容量を以下の(1)式を用いて平均値とのズレ(%)とし、各条件の結果を表2に示す。なお、表2に示す測定位置は、aがリチウム層3を重ね合わせた位置であり、aから離れるに従いb、c、d、eとした。a、b、c、d、eのそれぞれの間隔はほぼ等間隔である(図6に示したa、b、c、d、eに対応する)。
(6) Measurement of the amount of lithium doped into the negative electrode After performing the electrochemical treatment step (charging / discharging treatment), constant-current constant-voltage charging is performed up to 4.2 V, and then constant-current discharging is performed up to 2.5 V. Three cycles were performed. Thereafter, in order to confirm the uniformity of the amount of lithium in the negative electrode, a coin cell was prepared using an electrode that was disassembled and cut into five equal parts. Lithium metal (thickness 200 μm, φ16 mm size) was used as the counter electrode, and 1M LiPF 6 / (EC: DEC) (EC: DEC = 4: 6 volume ratio) was used as the electrolyte. A 2032 size (outer diameter 20 mm, thickness 3.2 mm) was used for the coin cell. It was measured with a coin cell. The lithium dope capacity measured in the coin cell is defined as a deviation (%) from the average value using the following equation (1), and the results under each condition are shown in Table 2. In addition, the measurement position shown in Table 2 is a position where a is superimposed on the lithium layer 3, and b, c, d, and e are set as the distance from a is increased. The intervals a, b, c, d, and e are substantially equal (corresponding to a, b, c, d, and e shown in FIG. 6).
{(各測定位置でのリチウムドープ容量)−(aからeのリチウムドープ容量の平均値)}÷負極充電容量×100 …(1) {(Lithium doping capacity at each measurement position) − (Average value of lithium doping capacity from a to e)} ÷ Negative electrode charging capacity × 100 (1)
また、各実施例および比較例によるリチウムドープ容量の平均値とのズレ(%)の結果をグラフにまとめたものを図8に示した。 Moreover, what put together the result of deviation (%) with the average value of the lithium dope capacity | capacitance by each Example and a comparative example in the graph was shown in FIG.
表2および図8からわかるように、本実施例1〜9はいずれも比較例1〜4と比べてリチウムドープ容量の平均値とのズレが少なくなっていることがわかる。すなわち、リチウムイオン濃度の均一性がよいことを示している。なかでも、エージングのみの比較例1と実施例1〜9を対比すれば、各実施例1〜9の均一性がよいことがわかる。また、実施例1〜5および実施例6と、比較例2を対比すれば充電時よりも放電時に長い時間をかけることが特に有効であることがわかる。特に実施例1〜5および実施例6のように充放電の終止電流を1/250C〜1/5000Cと低くすることで、充放電回数が少なくても十分効果のあることがわかる。また、実施例7〜9から定電流による充放電であっても(特に放電時が定電流であっても)、充放電回数を多くすることで、同様にリチウムイオン濃度の均一化を図れることがわかる。このような場合の充放電回数は実施例7〜9から好ましくは30回以上、より好ましくは60回以上、さらに好ましくは90回以上である。これにより1回当たりの放電時間は短いものの回数を重ねることで十分は保持時間となっていることがわかる。 As can be seen from Table 2 and FIG. 8, all of Examples 1 to 9 are less misaligned with the average value of the lithium doping capacity than Comparative Examples 1 to 4. That is, the uniformity of the lithium ion concentration is good. Especially, if the comparative example 1 only of aging and Examples 1-9 are contrasted, it turns out that the uniformity of each Example 1-9 is good. Further, comparing Examples 1 to 5 and Example 6 with Comparative Example 2, it can be seen that it is particularly effective to take a longer time during discharging than during charging. In particular, it can be seen that the charging / discharging end current is reduced to 1/250 C to 1/5000 C as in Examples 1 to 5 and Example 6 to provide a sufficient effect even if the number of times of charging and discharging is small. Moreover, even if it is charging / discharging by constant current from Example 7-9 (even if the time of discharge is constant current), it can aim at equalizing | homogenizing lithium ion concentration similarly by increasing the frequency of charging / discharging. I understand. In such a case, the number of times of charging / discharging is preferably 30 times or more from Examples 7 to 9, more preferably 60 times or more, and still more preferably 90 times or more. Thus, it can be seen that the discharge time per one time is short, but the holding time is sufficient by repeating the number of times.
また、図8から、リチウム層をのせた部分から遠い部分にもリチウムイオンがいきわたって、よく拡散していることがわかる。したがって、図2に示したように、リチウム層を負極活物質層の全面にのせた場合は、その端部までリチウムイオンをいきわたらせることができる。また、図3に示したように、リチウム層を点在させた場合でも、負極活物質層の面方向全体にわたりリチウムイオンをいきわたらせることができる。 Further, FIG. 8 shows that lithium ions are scattered and well diffused in a portion far from the portion on which the lithium layer is placed. Therefore, as shown in FIG. 2, when the lithium layer is placed on the entire surface of the negative electrode active material layer, lithium ions can be distributed to the end portion. In addition, as shown in FIG. 3, even when the lithium layer is scattered, lithium ions can be dispersed throughout the entire surface direction of the negative electrode active material layer.
以上説明したように本実施形態によれば以下のような効果を有する。 As described above, the present embodiment has the following effects.
放電時間を所定時間保持することで、負極活物質層内に残存している(つまり正極容量を超え正極へ移動しない)リチウムイオンが、濃度勾配による拡散に加えて電位差によって移動が促進される。このため負極活物質層内でより拡散し、インターカレーション量を均一化することができる。これにより高容量化を図ることができる。特に、充放電の終止電流を1/250C〜1/5000Cと低くすることで、充放電回数が少なくてもリチウムイオンを十分に拡散させることができる。 By holding the discharge time for a predetermined time, the movement of lithium ions remaining in the negative electrode active material layer (that is, exceeding the positive electrode capacity and not moving to the positive electrode) is promoted by the potential difference in addition to diffusion due to the concentration gradient. For this reason, it can diffuse more in a negative electrode active material layer, and can make the amount of intercalation uniform. As a result, the capacity can be increased. In particular, by reducing the charge / discharge end current to 1/250 C to 1/5000 C, lithium ions can be sufficiently diffused even if the number of times of charge / discharge is small.
また、1回の放電時間が短い場合は、充放電処理を繰り返すことで、1回の放電時間を長くした場合と同様に、リチウムイオンの濃度勾配による拡散に加えて電位差による移動を促進することができる。したがって、この場合も負極活物質層内でより拡散させて、インターカレーション量を均一することができる。これにより高容量化を図ることができる。この場合、充放電回数は好ましくは30回以上、より好ましくは60回以上、さらに好ましくは90回以上である。これにより1回当たりの放電時間が短くても、全体としてリチウムイオンを十分に拡散させることができる十分な保持時間となる。 In addition, when one discharge time is short, by repeating the charge / discharge process, the movement due to the potential difference is promoted in addition to the diffusion due to the lithium ion concentration gradient, similarly to the case where the one discharge time is lengthened. Can do. Therefore, also in this case, the amount of intercalation can be made uniform by further diffusing in the negative electrode active material layer. As a result, the capacity can be increased. In this case, the number of charge / discharge cycles is preferably 30 times or more, more preferably 60 times or more, and still more preferably 90 times or more. As a result, even if the discharge time per one time is short, the holding time is sufficient to allow the lithium ions to diffuse sufficiently as a whole.
また、充電時の電圧である第1の所定電圧をSOC100%未満の電圧とすることでデンドライドの発生を抑えることができる。 Further, by setting the first predetermined voltage, which is a voltage at the time of charging, to a voltage less than 100% of SOC, generation of dendrites can be suppressed.
そして、これにより製造された電池は、特にモータ駆動用電源として車両に搭載する電池として好適なものとなる。ここで車両とはたとえば車輪をモータによって駆動する自動車、および他の車両(たとえば電車)が挙げられる。上記の自動車としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などがある。 And the battery manufactured by this becomes a thing suitable as a battery mounted in a vehicle especially as a motor drive power supply. Here, the vehicle includes, for example, an automobile whose wheels are driven by a motor, and another vehicle (for example, a train). Examples of the automobile include a complete electric car that does not use gasoline, a hybrid automobile such as a series hybrid automobile and a parallel hybrid automobile, and a fuel cell automobile.
以上説明した実施形態による電池は、上述した積層型電池の構造に限定されるものではない。たとえば双極型電池としても同様にインターカレーション量を均一にすることができる。また、電池自体を複数組み合わせた組電池として提供することもできる。もちろん組電池とした場合に車両に搭載されうるために好適であることはいうまでもない。 The battery according to the embodiment described above is not limited to the structure of the stacked battery described above. For example, the amount of intercalation can be made uniform even in a bipolar battery. Moreover, it can also provide as an assembled battery which combined two or more battery itself. Of course, when it is set as an assembled battery, since it can mount in a vehicle, it cannot be overemphasized.
さらに、本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、当業者においてさまざまな変形が可能であることはいうまでもない。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it goes without saying that various modifications can be made by those skilled in the art.
1 負極の集電体、
2 負極活物質層、
3 リチウム層、
10 リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート。
1 negative electrode current collector,
2 negative electrode active material layer,
3 Lithium layer,
10 Lithium ion secondary battery,
11 positive electrode current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet.
Claims (5)
前記負極を用いて発電要素を形成する工程と、
前記発電要素からなる電池セルを第1の所定電圧まで充電する工程と、
前記第1の所定電圧まで充電する工程の後、第2の所定電圧まで放電し、当該第2の所定電圧を所定時間維持する工程と、
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。 Forming a negative electrode containing lithium on the negative electrode active material layer surface or inside;
Forming a power generation element using the negative electrode;
Charging a battery cell comprising the power generation element to a first predetermined voltage;
After the step of charging up to the first predetermined voltage, discharging to a second predetermined voltage and maintaining the second predetermined voltage for a predetermined time;
A method for producing a lithium ion secondary battery, comprising:
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