JP2012043753A - Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,リチウムイオン二次電池とその製造方法に関する。さらに詳細には,電極芯材とそれに形成された合材層との剥離強度が十分なリチウムイオン二次電池とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a lithium ion secondary battery having a sufficient peel strength between an electrode core material and a composite material layer formed thereon and a method for manufacturing the same.
リチウムイオン二次電池では,金属箔等の電極芯材(正極芯材および負極芯材)に活物質を塗布した電極板(正極板および負極板)が用いられることがある。このような電極板の製造においては,電極芯材の両面に活物質や結着剤を混練した塗工液を塗工した後,その塗工層(合材層)を乾燥させる。この結着材は,電極芯材に活物質の層を結着させるためのものである。 In a lithium ion secondary battery, an electrode plate (a positive electrode plate and a negative electrode plate) in which an active material is applied to an electrode core material (a positive electrode core material and a negative electrode core material) such as a metal foil may be used. In the manufacture of such an electrode plate, a coating liquid in which an active material and a binder are kneaded is applied to both surfaces of the electrode core material, and then the coating layer (mixture layer) is dried. This binder is for binding an active material layer to the electrode core.
このように製造した電極板は,その後の製造工程(捲回工程や缶挿入工程等)において電極芯材と合材層との境目付近で剥離することがある。合材層が剥離すると,その剥離した合材層と電極芯材との間で電荷の授受がほとんど起こらなくなる。それに伴って,合材層と電解液との間でリチウムイオンの授受がほとんど起こらなくなる。そのため,剥離した合材層における集電性は著しく低下する。したがって,電極板の合材層はある程度の剥離強度を備えている必要がある。 The electrode plate manufactured in this way may be peeled off near the boundary between the electrode core material and the composite material layer in subsequent manufacturing processes (such as a winding process and a can insertion process). When the composite material layer is peeled off, charge transfer between the peeled composite material layer and the electrode core material hardly occurs. Along with this, the exchange of lithium ions hardly occurs between the composite layer and the electrolyte. For this reason, the current collecting property in the separated composite layer is significantly reduced. Therefore, the composite layer of the electrode plate needs to have a certain degree of peel strength.
また,合材層内部では電池としての使用時に,イオンの吸蔵・放出による活物質の体積変化が繰り返し生じる。この剥離強度が低いと,この活物質の体積変化により合材層が微視的に剥離することがある。剥離した合材層では,活物質の表面で化学反応がほとんど起こらない。つまり,電池性能は低下する。このため,合材層の剥離強度を高いものとする必要がある。 Further, in the composite material layer, the volume of the active material is repeatedly changed due to insertion and extraction of ions during use as a battery. If the peel strength is low, the composite layer may peel microscopically due to the volume change of the active material. In the exfoliated mixture layer, there is almost no chemical reaction on the surface of the active material. That is, the battery performance decreases. For this reason, it is necessary to make the peeling strength of a compound material layer high.
剥離強度を高いものとするためには,結着材を増やす方法がある。また,活物質比表面積の小さい活物質,すなわち粒径の大きい活物質を用いる方法がある。さらに,特許文献1のように,電極芯材に粗面化処理を施すことが考えられる。特許文献1によれば,粗面化処理された電極芯材の表面の凹凸が合材層に食い込むことで,アンカー効果が発揮されるとしている(特許文献1の段落[0015]参照)。これにより,合材層の剥離が生じにくいものとなるとしている。 To increase the peel strength, there is a method to increase the binder. In addition, there is a method using an active material having a small active material specific surface area, that is, an active material having a large particle size. Furthermore, as in Patent Document 1, it is conceivable to subject the electrode core material to a roughening treatment. According to Patent Document 1, the unevenness on the surface of the roughened electrode core material bites into the composite material layer, and the anchor effect is exhibited (see paragraph [0015] of Patent Document 1). As a result, the composite material layer is unlikely to peel off.
しかし,結着材の量を増やすと,電極体の体積がその分だけ大きいものとなる。つまり,体積エネルギー密度が低いものとなっている。また,結着材は,電荷の移動を妨げる原因となりうる。そのため,結着材の量の多い電極板を用いた電池では,内部抵抗は大きい。また,活物質比表面積の小さい活物質の反応面積は,活物質比表面積の大きい活物質の反応面積より小さい。つまり,その表面で電極反応が起こりにくい。そして,特許文献1のように,電極芯材に粗面化処理を行うことは,電極芯材の製造工程が増えることを意味している。つまり,製造コストが高い。 However, increasing the amount of the binder increases the volume of the electrode body. That is, the volume energy density is low. Also, the binder can be a cause of hindering the movement of charges. For this reason, the internal resistance of a battery using an electrode plate with a large amount of binder is large. In addition, the reaction area of an active material having a small active material specific surface area is smaller than the reaction area of an active material having a large active material specific surface area. In other words, the electrode reaction hardly occurs on the surface. And like patent document 1, performing a roughening process to an electrode core means that the manufacturing process of an electrode core increases. That is, the manufacturing cost is high.
本発明は,前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,電極芯材とそれに形成された合材層との剥離強度が十分なリチウムイオン二次電池とその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, the problem is to provide a lithium ion secondary battery having sufficient peel strength between the electrode core material and the composite layer formed thereon, and a method for manufacturing the lithium ion secondary battery.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様におけるリチウムイオン二次電池は,正極芯材の少なくとも片側の面に正極合材層の形成された正極板と,負極芯材の少なくとも片側の面に負極合材層の形成された負極板と,正極板と負極板との間に配置されたセパレータとを有するものである。そして,正極合材層と負極合材層との少なくとも一方に,その合材層の膜厚の90%以上の径である粒体が含まれている。かかるリチウムイオン二次電池では,粒体の含まれている合材層の剥離強度が高い。したがって,合材層の剥離による電池性能の低下はほとんど起こらない。 The lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, includes a positive electrode plate having a positive electrode mixture layer formed on at least one surface of the positive electrode core material, and at least one side of the negative electrode core material. It has a negative electrode plate having a negative electrode mixture layer formed on its surface and a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. And at least one of the positive electrode composite material layer and the negative electrode composite material layer includes particles having a diameter of 90% or more of the film thickness of the composite material layer. In such a lithium ion secondary battery, the peel strength of the composite material layer containing the particles is high. Therefore, the battery performance hardly deteriorates due to the peeling of the composite material layer.
上記に記載のリチウムイオン二次電池において,粒体の含まれている合材層では,活物質の重量Xに対する結着材の重量Yの比Y/Xが0.05以下であるとよい。結着材の量を増やすことなく,リチウムイオン二次電池の電極板の剥離強度が高いからである。 In the lithium ion secondary battery described above, the ratio Y / X of the weight Y of the binder to the weight X of the active material is preferably 0.05 or less in the composite layer containing the particles. This is because the peel strength of the electrode plate of the lithium ion secondary battery is high without increasing the amount of the binder.
上記に記載のリチウムイオン二次電池において,粒体の含まれている合材層では,粒体の混入量が,粒体の含まれている合材層の全重量の1〜5%の範囲内であるとよい。合材層の剥離強度が十分であるとともに,活物質の密度が十分であるからである。 In the lithium ion secondary battery described above, in the mixture layer containing particles, the amount of particles mixed is in the range of 1 to 5% of the total weight of the mixture layer containing particles. It should be within. This is because the peel strength of the composite layer is sufficient and the density of the active material is sufficient.
上記に記載のリチウムイオン二次電池において,粒体は,導電性被膜に覆われている正極活物質であるとよい。正極板の正極合材層で,正極活物質の密度が十分であるからである。 In the lithium ion secondary battery described above, the particles may be a positive electrode active material covered with a conductive film. This is because the positive electrode active material layer has a sufficient density of the positive electrode active material.
上記に記載のリチウムイオン二次電池において,粒体は,導電材の凝集した凝集体であるとよい。正極板の正極合材層の導電性が十分であるからである。 In the lithium ion secondary battery described above, the particles may be aggregates in which conductive materials are aggregated. This is because the conductivity of the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate is sufficient.
また,本発明のさらに他の態様における電池の製造方法は,少なくとも正極活物質と結着材とを溶媒に混入した正極塗工液を作成する正極塗工液作成工程と,正極芯材の少なくとも片側の面に正極塗工液を塗工した後に乾燥させて正極板とする正極板塗工乾燥工程と,正極板にロールプレスを施す正極板プレス工程と,少なくとも負極活物質と結着材とを溶媒に混入した負極塗工液を作成する負極塗工液作成工程と,負極芯材の少なくとも片側の面に負極塗工液を塗工した後に乾燥させて負極板とする負極板塗工乾燥工程と,負極板にロールプレスを施す負極板プレス工程と,正極板と負極板とを,これらの間にセパレータを挟んで積層した積層電極体とする積層電極体作成工程と,積層電極体を電池容器に挿入するとともに電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する方法である。そして,正極塗工液作成工程と負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,正極板プレス工程の後の正極板もしくは負極板プレス工程の後の負極板の合材層の厚みの1〜1.5倍の径である粒体を溶媒に混入して塗工液を作成する。かかる電池の製造方法では,合材層の剥離強度の高い電池を製造することができる。したがって,このように製造された電池では,合材層の剥離による電池性能の低下はほとんど起こらない。 Further, the battery manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a positive electrode coating liquid preparation step of preparing a positive electrode coating liquid in which at least a positive electrode active material and a binder are mixed in a solvent, and at least a positive electrode core material. A positive electrode plate coating and drying step in which a positive electrode coating solution is applied to one side and then dried to form a positive electrode plate; a positive electrode plate pressing step in which the positive electrode plate is roll-pressed; and at least a negative electrode active material and a binder; A negative electrode coating liquid preparation step for preparing a negative electrode coating liquid mixed with a solvent, and a negative electrode plate coating and drying process by coating the negative electrode coating liquid on at least one surface of the negative electrode core material and then drying it. A negative electrode plate pressing step in which the negative electrode plate is roll-pressed, a laminated electrode body forming step in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated with a separator interposed therebetween, and a laminated electrode body Insert into the battery container and inject electrolyte A method and a battery assembly step of sealing. And at least one of the positive electrode coating liquid preparation process and the negative electrode coating liquid preparation process is 1-1 of the thickness of the composite layer of the positive electrode plate after the positive electrode plate pressing step or the negative electrode plate after the negative electrode plate pressing step. Mix particles with a diameter of 5 times in a solvent to prepare a coating solution. In such a battery manufacturing method, a battery having a high peel strength of the composite material layer can be manufactured. Therefore, in the battery manufactured in this way, the battery performance hardly deteriorates due to the peeling of the composite material layer.
上記に記載の電池の製造方法において,正極塗工液作成工程と負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,活物質の重量Xに対する結着材の重量Yの比Y/Xを0.05以下として塗工液を作成するとよい。結着材の量を増やすことなく,剥離強度の十分な電極板を備える電池を製造することができるからである。 In the battery manufacturing method described above, in at least one of the positive electrode coating liquid preparation step and the negative electrode coating liquid preparation step, the ratio Y / X of the weight Y of the binder to the weight X of the active material is 0.05. A coating solution may be prepared as follows. This is because a battery including an electrode plate with sufficient peel strength can be manufactured without increasing the amount of the binder.
上記に記載の電池の製造方法において,正極塗工液作成工程と負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,溶媒に混入する粒体の混入量を,その溶媒に混入する溶質材料の全重量の1〜5%の範囲内として塗工液を作成するとよい。合材層の剥離強度が十分であるとともに,活物質の密度が十分である電池を製造することができるからである。 In the battery manufacturing method described above, at least one of the positive electrode coating liquid preparation step and the negative electrode coating liquid preparation step, the amount of particles mixed in the solvent is set to the total weight of the solute material mixed in the solvent. It is good to make a coating liquid as 1 to 5% of range. This is because it is possible to manufacture a battery in which the peel strength of the composite layer is sufficient and the density of the active material is sufficient.
上記に記載の電池の製造方法において,正極塗工液作成工程では,粒体として,導電性被膜に覆われている正極活物質を用いるとよい。合材層の剥離強度が十分であるとともに,活物質の密度が十分である電池を製造することができるからである。 In the battery manufacturing method described above, a positive electrode active material covered with a conductive film may be used as the granular material in the positive electrode coating liquid preparation step. This is because it is possible to manufacture a battery in which the peel strength of the composite layer is sufficient and the density of the active material is sufficient.
上記に記載の電池の製造方法において,正極塗工液作成工程では,粒体として,導電材の凝集した凝集体を用いるとよい。正極板の正極合材層の導電性が十分である電池を製造することができるからである。 In the battery manufacturing method described above, in the positive electrode coating liquid preparation step, an aggregate in which conductive materials are aggregated may be used as the granular body. This is because a battery in which the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate has sufficient conductivity can be manufactured.
本発明によれば,電極芯材とそれに形成された合材層との剥離強度が十分なリチウムイオン二次電池とその製造方法が提供されている。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery with sufficient peeling strength of an electrode core material and the composite material layer formed in it, and its manufacturing method are provided.
以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,リチウムイオン二次電池とその製造方法について,本発明を具体化したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the present invention is embodied with respect to a lithium ion secondary battery and a manufacturing method thereof.
(第1の実施形態)
1.リチウムイオン二次電池
本実施の形態に係るバッテリは,円筒型のリチウムイオン二次電池である。図1に,本形態のバッテリ10の断面図を示す。バッテリ10は,図1に示すように,電池容器11および蓋12からなる電池ケースにより密閉されたものである。バッテリ10には,捲回電極体100と,正極集電板110と,負極集電板120とが内蔵されている。また,電池容器11の内部には電解液が注入されている。
(First embodiment)
1. Lithium ion secondary battery The battery according to the present embodiment is a cylindrical lithium ion secondary battery. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the
捲回電極体100は,電解液中で充放電を繰り返し,発電に直接寄与するものである。正極集電板110は,後述する捲回電極体100の正極芯材と接続された正極集電体である。その材質は,アルミニウムである。負極集電板120は,後述する捲回電極体100の負極芯材と接続された負極集電体である。その材質は,銅である。図1から正極集電板110と負極集電板120とが接続された捲回電極体100を抜き出した斜視図を図2に示す。
The
電池容器11の内部に注入された電解液は,有機溶媒に電解質を溶解させたものである。有機溶媒として例えば,プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC),ジメチルカーボネート(DMC),エチルメチルカーボネート(EMC)等のエステル系溶媒や,エステル系溶媒にγ−ブチラクトン(γ−BL),ジエトキシエタン(DEE)等のエーテル系溶媒等を配合した有機溶媒が挙げられる。また,電解質である塩として,過塩素酸リチウム(LiClO4)やホウフッ化リチウム(LiBF4),六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)などのリチウム塩を用いることができる。
The electrolyte injected into the
図3は,捲回電極体100の捲回構造を示す展開図である。捲回電極体100は,図3に示すように,内側から正極板P,セパレータS,負極板N,セパレータTの順に積み重ねた状態で捲回されたものである。ここで,セパレータSとセパレータTとは同じ材質のものである。上記の捲回順の理解のために符号をS,Tとして区別しただけである。
FIG. 3 is a development view showing a wound structure of the
正極板Pは,正極芯材であるアルミ箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む合材を塗布したものである。正極活物質の表面には,炭素材料等の導電材が被覆されているとよい。負極板Nは,負極芯材である銅箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含む合材を塗布したものである。 The positive electrode plate P is obtained by applying a composite material containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions to an aluminum foil as a positive electrode core material. The surface of the positive electrode active material may be coated with a conductive material such as a carbon material. The negative electrode plate N is obtained by applying a composite material containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions to a copper foil as a negative electrode core material.
図3に示すように正極板Pには,正極塗工部P1と,正極非塗工部P2とがある。正極塗工部P1は,正極芯材に正極活物質等を塗工した箇所である。正極非塗工部P2は,正極芯材に正極活物質等を塗工していない箇所である。したがって正極塗工部P1の厚みは,正極非塗工部P2の厚みよりも厚い。 As shown in FIG. 3, the positive electrode plate P has a positive electrode coating portion P1 and a positive electrode non-coating portion P2. The positive electrode coating part P1 is a place where a positive electrode active material or the like is applied to the positive electrode core material. The positive electrode non-coating portion P2 is a portion where a positive electrode active material or the like is not applied to the positive electrode core material. Therefore, the thickness of the positive electrode coating part P1 is thicker than the thickness of the positive electrode non-coating part P2.
負極板Nには,負極塗工部N1と,負極非塗工部N2とがある。負極塗工部N1は,負極芯材に負極活物質等を塗工した箇所である。負極非塗工部N2は,負極芯材に負極活物質等を塗工していない箇所である。したがって負極塗工部N1の厚みは,負極非塗工部N2の厚みよりも厚い。 The negative electrode plate N includes a negative electrode coating portion N1 and a negative electrode non-coating portion N2. The negative electrode coating portion N1 is a portion where a negative electrode active material or the like is applied to the negative electrode core material. The negative electrode non-coating portion N2 is a portion where a negative electrode active material or the like is not applied to the negative electrode core material. Therefore, the thickness of the negative electrode coating part N1 is thicker than the thickness of the negative electrode non-coating part N2.
図3中の矢印Aは,正極板P,負極板N,セパレータS,Tの幅方向(図2でいえば縦方向)を示している。図3中の矢印Bは,正極板P,負極板N,セパレータS,Tの長手方向(図2の捲回電極体100の周方向)を示している。
An arrow A in FIG. 3 indicates the width direction (vertical direction in FIG. 2) of the positive electrode plate P, the negative electrode plate N, and the separators S and T. An arrow B in FIG. 3 indicates the longitudinal direction of the positive electrode plate P, the negative electrode plate N, and the separators S and T (the circumferential direction of the
図4は,正極板P(もしくは負極板N)の斜視断面図である。図4中の括弧外の各符号は,正極の場合の各部を,括弧内の各符号は,負極の場合の各部を示している。図4中の矢印Aが示す方向は,図3中の矢印Aが示す方向と同じである。すなわち,正極板Pの幅方向である。図4中の矢印Bが示す方向は,図3中の矢印Bが示す方向と同じである。すなわち,正極板Pの長手方向である。 FIG. 4 is a perspective sectional view of the positive electrode plate P (or the negative electrode plate N). In FIG. 4, each symbol outside the parentheses indicates each part in the case of the positive electrode, and each symbol in the parenthesis indicates each part in the case of the negative electrode. The direction indicated by arrow A in FIG. 4 is the same as the direction indicated by arrow A in FIG. That is, it is the width direction of the positive electrode plate P. The direction indicated by arrow B in FIG. 4 is the same as the direction indicated by arrow B in FIG. That is, it is the longitudinal direction of the positive electrode plate P.
図4に示すように,正極板Pは,帯状の正極芯材PBの両面の一部に正極合材層PAが形成されたものである。図4中左側には,正極板Pの正極非塗工部P2が幅方向に突出している。正極非塗工部P2は,帯状に形成されている。正極非塗工部P2は,正極芯材PBの両面ともに正極活物質が塗布されていない領域である。したがって正極非塗工部P2では,正極芯材PBがむき出したままの状態にある。一方,図4中右側には,正極非塗工部P2に対応するような突出部はない。正極塗工部P1では,正極芯材PBの両面に一様の厚みで正極合材層PAが形成されている。 As shown in FIG. 4, the positive electrode plate P is obtained by forming a positive electrode mixture layer PA on a part of both surfaces of a strip-like positive electrode core material PB. On the left side in FIG. 4, a positive electrode non-coated portion P2 of the positive electrode plate P protrudes in the width direction. The positive electrode non-coated portion P2 is formed in a strip shape. The positive electrode non-coated portion P2 is a region where the positive electrode active material is not applied to both surfaces of the positive electrode core material PB. Therefore, in the positive electrode non-coating portion P2, the positive electrode core material PB is still exposed. On the other hand, on the right side in FIG. 4, there is no protrusion corresponding to the positive electrode non-coated portion P2. In the positive electrode coating part P1, the positive electrode mixture layer PA is formed with a uniform thickness on both surfaces of the positive electrode core material PB.
図4に示すように,正極合材層PAの内部には,正極活物質粒体PXが含まれている。正極活物質粒体PXは,他の正極活物質より粒径の大きい正極活物質である。つまり,材質は同じであるが,粒径のみが異なっている。正極活物質粒体PXの粒径は,正極合材層PAの膜厚とほぼ同じである。より具体的には,正極活物質粒体PXの粒径は,正極合材層PAの膜厚の全厚の90%以上の値である。 As shown in FIG. 4, positive electrode active material particles PX are contained in the positive electrode mixture layer PA. The positive electrode active material particles PX are positive electrode active materials having a larger particle diameter than other positive electrode active materials. That is, the material is the same, but only the particle size is different. The particle diameter of the positive electrode active material particles PX is substantially the same as the film thickness of the positive electrode mixture layer PA. More specifically, the particle diameter of the positive electrode active material particles PX is 90% or more of the total thickness of the positive electrode mixture layer PA.
負極板Nは,図4の括弧内に示したように,帯状の負極芯材NBの両面の一部に負極合材層NAが形成されたものである。また,正極と同様に,負極塗工部N1および負極非塗工部N2がある。ただし,図3に示したように,捲回時には,正極非塗工部P2と負極非塗工部N2とは,反対側に突出した状態で捲回されることとなる。 As shown in parentheses in FIG. 4, the negative electrode plate N is obtained by forming a negative electrode mixture layer NA on part of both surfaces of a strip-shaped negative electrode core material NB. Similarly to the positive electrode, there are a negative electrode coating portion N1 and a negative electrode non-coating portion N2. However, as shown in FIG. 3, at the time of winding, the positive electrode non-coated portion P2 and the negative electrode non-coated portion N2 are wound in a state of protruding to the opposite side.
図4に示すように,負極合材層NAの内部には,負極活物質粒体NXが含まれている。負極活物質粒体NXは,他の負極活物質より粒径の大きい負極活物質である。つまり,材質は同じであるが,粒径のみが異なっている。負極活物質粒体NXの粒径は,負極合材層NAの膜厚とほぼ同じである。より具体的には,負極活物質粒体NXの粒径は,負極合材層NAの膜厚の全厚の90%以上の値である。 As shown in FIG. 4, negative electrode active material particles NX are included in the negative electrode mixture layer NA. The negative electrode active material granule NX is a negative electrode active material having a larger particle size than other negative electrode active materials. That is, the material is the same, but only the particle size is different. The particle diameter of the negative electrode active material granules NX is substantially the same as the film thickness of the negative electrode mixture layer NA. More specifically, the particle diameter of the negative electrode active material granules NX is a value of 90% or more of the total thickness of the negative electrode mixture layer NA.
2.電池の製造方法
本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は,次に示す工程を有する。
(A)電極板作成工程
(A−1)塗工液作成工程
(A−2)塗工乾燥工程
(A−3)プレス工程
(B)積層電極体作成工程
(C)電池組立工程
2. Method for Manufacturing Battery The method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the following steps.
(A) Electrode plate making process (A-1) Coating liquid creating process (A-2) Coating drying process (A-3) Pressing process (B) Laminated electrode body creating process (C) Battery assembly process
(A)電極板作成工程
ここで,電極板作成工程について説明する。電極板作成工程は,塗工液作成工程と,塗工乾燥工程と,プレス工程とを有している。
(A) Electrode plate preparation process Here, an electrode plate preparation process is demonstrated. The electrode plate creation process includes a coating liquid creation process, a coating drying process, and a pressing process.
(A−1)塗工液作成工程
(A−1−1)正極用塗工液作成工程
塗工液作成工程では,正極用塗工液および負極用塗工液を作成する。まず,正極用塗工液の作成方法について説明する。正極用塗工液は,溶媒中に正極用の溶質材料を攪拌して作成される。ここで正極用の溶質材料とは,正極活物質粒体PXを含む正極活物質,導電材,結着材,増粘材である。正極活物質粒体PXの粒径は,(A−3)プレス工程を経た後の正極合材層PAの膜厚の1〜1.5倍である。そして,溶媒に投入する結着材の重量Yは,その溶媒に投入する正極活物質の重量Xの0.05以下である。
(A-1) Coating liquid preparation process (A-1-1) Positive electrode coating liquid preparation process In a coating liquid preparation process, the coating liquid for positive electrodes and the coating liquid for negative electrodes are created. First, a method for preparing a positive electrode coating solution will be described. The positive electrode coating solution is prepared by stirring the solute material for the positive electrode in a solvent. Here, the solute material for the positive electrode is a positive electrode active material including the positive electrode active material particles PX, a conductive material, a binder, and a thickener. The particle size of the positive electrode active material particles PX is 1 to 1.5 times the film thickness of the positive electrode mixture layer PA after the (A-3) pressing step. And the weight Y of the binder put into the solvent is 0.05 or less of the weight X of the positive electrode active material put into the solvent.
正極活物質は,正極芯材PBであるアルミ箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質である。正極活物質として,ニッケル酸リチウム(LiNiO2),マンガン酸リチウム(LiMnO2),コバルト酸リチウム(LiCoO2),リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のリチウム複合酸化物などが用いられる。これらは,導電性被膜に覆われているものであるとよい。 The positive electrode active material is a material that can occlude / release lithium ions in the aluminum foil that is the positive electrode core material PB. As the positive electrode active material, lithium composite oxides such as lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) are used. These are preferably covered with a conductive film.
正極用の導電材として,カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。例えば,アセチレンブラック,ファーネスブラック,ケッチェンブラック等のカーボンブラック,グラファイト粉末,などのカーボン粉末である。 Carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used as the conductive material for the positive electrode. For example, carbon powder such as acetylene black, furnace black, ketjen black, etc., graphite powder, etc.
正極用の結着材は,電解液に不溶性(または難溶性)であって,正極用ペーストに用いる溶媒に分散するポリマーであるとよい。例えば,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),テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),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),エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂,酢酸ビニル共重合体,スチレンブタジエンゴム(SBR),アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス),アラビアゴム等のゴムを用いることができる。または,これらの組み合わせを用いてもよい。結着材は,必ずしも上記のポリマーに限定されない。 The binder for the positive electrode is preferably a polymer that is insoluble (or hardly soluble) in the electrolyte and is dispersed in the solvent used for the positive electrode paste. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoro Fluorine resin such as ethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), rubber such as gum arabic can be used. Alternatively, a combination of these may be used. The binder is not necessarily limited to the above polymer.
正極用の増粘材として,カルボキシメチルセルロース(CMC),メチルセルロース(MC),酢酸フタル酸セルロース(CAP),ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC),ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)等のセルロースが用いられる。ただし,必ずしも上記したようなセルロースに限らず用いることができる。 As the thickener for the positive electrode, cellulose such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) or the like is used. However, it is not necessarily limited to cellulose as described above, and can be used.
溶媒として,水が挙げられる。その他に,N−メチル−2−ピロリドン(NMP,以下NMPという)を用いてもよい。また,その他の低級アルコールや低級ケトンを用いることもできる。 An example of the solvent is water. In addition, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, hereinafter referred to as NMP) may be used. Other lower alcohols and lower ketones can also be used.
(A−1−2)負極用塗工液作成工程
続いて,負極用塗工液の作成方法について説明する。負極用塗工液は,溶媒中に負極用の溶質材料を攪拌して作成される。ここで負極用の溶質材料とは,負極活物質粒体NXを含む負極活物質,結着材,増粘材である。負極活物質粒体NXの粒径は,(A−3)プレス工程を経た後の負極合材層NAの膜厚の1〜1.5倍である。そして,溶媒に投入する結着材の重量Yは,その溶媒に投入する負極活物質の重量Xの0.05以下である。
(A-1-2) Negative electrode coating liquid preparation step Subsequently, a method of preparing the negative electrode coating liquid will be described. The negative electrode coating solution is prepared by stirring the solute material for the negative electrode in a solvent. Here, the solute material for the negative electrode is a negative electrode active material, a binder, and a thickener including the negative electrode active material particles NX. The particle diameter of the negative electrode active material granules NX is 1 to 1.5 times the film thickness of the negative electrode mixture layer NA after the (A-3) pressing step. And the weight Y of the binder put into the solvent is 0.05 or less of the weight X of the negative electrode active material put into the solvent.
負極活物質は,リチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質である。負極活物質として,少なくとも一部にグラファイト構造を含む炭素系物質が用いられる。例えば,非晶質炭素,難黒鉛化炭素(ハードカーボン),易黒鉛化炭素(ソフトカーボン),黒鉛(グラファイト),またはこれらを組み合わせた構造を有する炭素材料を用いることができる。 The negative electrode active material is a material that can occlude and release lithium ions. As the negative electrode active material, a carbon-based material containing a graphite structure at least partially is used. For example, amorphous carbon, non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), graphite (graphite), or a carbon material having a combination thereof can be used.
負極用の結着材は,電解液に不溶性(または難溶性)であって,負極用ペーストに用いる溶媒に分散するポリマーであるとよい。例えば,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),テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),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),エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂,酢酸ビニル共重合体,スチレンブタジエンゴム(SBR),アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス),アラビアゴム等のゴムを用いることができる。または,これらの組み合わせを用いてもよい。結着材は,必ずしも上記のポリマーに限定されない。 The binder for the negative electrode may be a polymer that is insoluble (or hardly soluble) in the electrolyte and is dispersed in the solvent used for the negative electrode paste. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoro Fluorine resin such as ethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), rubber such as gum arabic can be used. Alternatively, a combination of these may be used. The binder is not necessarily limited to the above polymer.
負極用の増粘材として,カルボキシメチルセルロース(CMC),メチルセルロース(MC),酢酸フタル酸セルロース(CAP),ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC),ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)等のセルロースが用いられる。ただし,必ずしも上記したようなセルロースに限らず用いることができる。 As the thickener for the negative electrode, cellulose such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) is used. However, it is not necessarily limited to cellulose as described above, and can be used.
溶媒として,水が挙げられる。NMPを用いてもよい。また,その他の低級アルコールや低級ケトンを用いることもできる。 An example of the solvent is water. NMP may be used. Other lower alcohols and lower ketones can also be used.
(A−2)塗工乾燥工程
(A−2−1)正極板塗工乾燥工程
図5に示す電極製造装置1000を用いて図6に示す正極板POを作成する。図6中の括弧外の各符号は,正極の場合の各部を,括弧内の各符号は,負極の場合の各部を示している。まず,図6に示すように,正極芯材PBを巻き出し部1100の巻き出しリール1101から送り出す。次に,塗工部1200のダイ1210から正極用塗工液を正極芯材PBに塗工する。この塗工の際に,バックアップローラ1220は正極芯材PBを支持しつつ,搬送している。
(A-2) Coating / drying step (A-2-1) Positive electrode plate coating / drying step A positive electrode plate PO shown in FIG. 6 is prepared using the
次に,塗工液を塗工された正極芯材PBは,乾燥炉1300の内部に搬送される。乾燥炉1300の内部では,正極芯材PBに塗工された塗工液の乾燥が行われる。具体的には,正極芯材PB上の塗工層にエアノズル1301から熱風が吹き付けられる。もしくは,赤外線を用いた加熱を行ってもよい。その他にも別の加熱装置を用いることができる。このようにして,塗工液を乾燥された正極芯材PBには,正極合材層PAが形成されている。この後,正極合材層PAの形成された正極芯材PBは,巻取り部1400の巻取りリール1401に巻き取られる。
Next, the positive electrode core material PB coated with the coating liquid is conveyed into the drying
図5に示した電極製造装置1000は,電極芯材(正極芯材および負極芯材)の片面のみを塗工・乾燥する装置である。したがって,正極芯材PBの両面を塗工するには,その片側の面に正極合材層PAを形成した後に,その反対側の面に正極合材層PAを形成することとすればよい。つまり,電極製造装置1000に,負極芯材NBを2回通せばよい。これにより,図6に示す正極板POが作成される。
An
ただし,図5の電極製造装置1000の代わりに両面を塗工・乾燥する電極製造装置を用いれば,その電極製造装置1000に正極芯材PBを通紙する回数は1回でよい。両面塗工を行う電極製造装置は,図5の乾燥炉1300の下流に,塗工面の反対側の面に塗工するダイと,その下流に乾燥炉を配置したものであればよい。
However, if an electrode manufacturing apparatus that coats and dries both sides instead of the
(A−2−2)負極板塗工乾燥工程
負極板NOについても,正極板POと同様に作成することができる。ただし,正極芯材PBの代わりに負極芯材NBを用いるとともに,正極用塗工液の代わりに負極用塗工液を用いることとなる。また,負極芯材NBに塗工された塗工液の乾燥条件は,正極芯材PBに塗工された塗工液の乾燥条件とは異なっていてよい。また,正極板POと負極板NOとを作成する順序は,どちらが先であってもよい。
(A-2-2) Negative electrode plate coating / drying step The negative electrode plate NO can also be prepared in the same manner as the positive electrode plate PO. However, the negative electrode core material NB is used instead of the positive electrode core material PB, and the negative electrode coating liquid is used instead of the positive electrode coating liquid. Moreover, the drying conditions of the coating liquid applied to the negative electrode core material NB may be different from the drying conditions of the coating liquid applied to the positive electrode core material PB. Moreover, whichever order may be sufficient as the order which produces positive electrode plate PO and negative electrode plate NO.
(A−3)プレス工程
(A−3−1)正極板プレス工程
続いて,塗工乾燥工程を経た正極板POおよび負極板NOにロールプレスを施す。図6に示すように,正極板POの正極活物質層PAから正極活物質粒体PXの一部がはみ出している場合がある。そして,正極板POにロールプレスを施す。これにより,正極合材層PAは膜厚方向に押圧される。また,正極活物質粒体PXも同様に押圧される。ただし,正極活物質粒体PXは,このプレス工程による圧縮では破砕しない程度の硬度を有している。そして,正極活物質粒体PXは,正極芯材PBにわずかにめり込む。このアンカー効果により,正極板POの剥離強度は高いものとなる。そして,正極板POを,図6の線Lに沿ってスリットする。これにより,正極板Pが作成される。
(A-3) Pressing step (A-3-1) Positive electrode plate pressing step Subsequently, a roll press is applied to the positive electrode plate PO and the negative electrode plate NO that have undergone the coating and drying step. As shown in FIG. 6, a part of the positive electrode active material particles PX may protrude from the positive electrode active material layer PA of the positive electrode plate PO. Then, a roll press is applied to the positive electrode plate PO. Thereby, the positive electrode mixture layer PA is pressed in the film thickness direction. The positive electrode active material particles PX are also pressed in the same manner. However, the positive electrode active material particles PX have a hardness that does not crush when compressed by the pressing process. Then, the positive electrode active material particles PX slightly sink into the positive electrode core material PB. Due to this anchor effect, the peel strength of the positive electrode plate PO becomes high. Then, the positive electrode plate PO is slit along the line L in FIG. Thereby, the positive electrode plate P is created.
(A−3−2)負極板プレス工程
負極板Nについても正極板Pと同様に作成することができる。
(A-3-2) Negative electrode plate pressing step The negative electrode plate N can be prepared in the same manner as the positive electrode plate P.
(B)積層電極体作成工程
続いて,図7に示す捲回装置2000を用いて,正極板Pおよび負極板Nに,セパレータS,Tを重ねて捲回する。捲回装置2000は,正極板供給部2001と,負極板供給部2002と,セパレータ供給部2003,2004と,捲回軸2005とを有している。ここで,図3に示したように,内側から正極板P,セパレータS,負極板N,セパレータTの順番に積層されるように積み重ねて捲回する。捲回軸2005が図7の矢印Fの向きに回転することにより,捲回電極体100が作成される。
(B) Laminate electrode body preparation process Then, the separators S and T are wound on the positive electrode plate P and the negative electrode plate N using the winding
(C)電池組立工程
続いて,電池容器11に捲回電極体100を挿入する。そして電池容器11の内部に電解液を注入する。そして蓋12をして封止する。これにより,本形態の電池セル10が組み立てられる。この後,コンディショニングやエージングなどの処理や,各種の検査工程を行うとよい。以上の工程を経ることにより,本形態の電池セル10が製造される。
(C) Battery Assembly Step Subsequently, the
以上詳細に説明したように,本形態に係る電池の製造方法では,塗工液作成工程にて,プレス後の正極合材層PAの膜厚の1〜1.5倍の粒径の正極活物質粒体PXを混入して正極用塗工液を作成することとした。そのため,プレス工程にて,正極活物質粒体PXが正極芯材PBにめり込むこととなった。これにより,剥離強度の高い正極板Pが作成される。負極板Nについても同様である。 As described above in detail, in the battery manufacturing method according to this embodiment, in the coating liquid preparation step, the positive electrode active material having a particle diameter of 1 to 1.5 times the film thickness of the positive electrode mixture layer PA after pressing. The positive electrode coating liquid was prepared by mixing the substance particles PX. Therefore, in the pressing process, the positive electrode active material particles PX are embedded in the positive electrode core material PB. Thereby, the positive electrode plate P with high peeling strength is produced. The same applies to the negative electrode plate N.
3.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法では,塗工液作成工程にて,プレス後の正極合材層PAの膜厚の1〜1.5倍の粒径の正極活物質粒体PXを混入して正極用塗工液を作成することとした。そのため,プレス工程にて,正極活物質粒体PXが正極芯材PBにめり込むこととなった。これにより,剥離強度の高い正極板Pが作成される。負極板Nについても同様である。これにより,合材層が電極芯材から剥離しにくいリチウムイオン二次電池の製造方法が実現されている。
3. Summary As described above in detail, in the method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the film thickness of the positive electrode mixture layer PA after pressing is changed to 1-1. The positive electrode active material particles PX having a particle size of 5 times were mixed to prepare a positive electrode coating solution. Therefore, in the pressing process, the positive electrode active material particles PX are embedded in the positive electrode core material PB. Thereby, the positive electrode plate P with high peeling strength is produced. The same applies to the negative electrode plate N. Thereby, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery with which a composite material layer cannot peel easily from an electrode core material is implement | achieved.
また,本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池では,正極合材層PAの内部には,他の正極活物質より粒径の大きい正極活物質粒体PXが含まれている。正極活物質粒体PXの粒径は,正極合材層PAの膜厚の全厚の90%以上の値である。そして,正極活物質粒体PXの一部が正極芯材PBにめり込んでいる。負極板Nについても同様である。 In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, positive electrode active material particles PX having a larger particle diameter than other positive electrode active materials are included in positive electrode mixture layer PA. The particle size of the positive electrode active material particles PX is a value of 90% or more of the total thickness of the positive electrode mixture layer PA. A part of the positive electrode active material particles PX is embedded in the positive electrode core material PB. The same applies to the negative electrode plate N.
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,バッテリに用いられる電極体は,捲回電極体に限らない。したがって,平積みの電極体を有するバッテリであっても適用することができる。積み重ねて積層された積層電極体を用いる二次電池であれば適用することができる。また,本発明は,円筒形状の電池のみならず,角型電池にも適用することができる。 Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, an electrode body used for a battery is not limited to a wound electrode body. Therefore, the present invention can be applied even to a battery having flat electrode bodies. Any secondary battery using stacked electrode bodies stacked and stacked can be applied. The present invention can be applied not only to a cylindrical battery but also to a square battery.
また,正極合材層PAや負極合材層NAは,それぞれ正極芯材PB,負極芯材NBの両側に形成されているとした。しかし,合材層の形成は片面のみになされているものであってもよい。また,正極板および負極板の少なくとも一方に2層以上の合材層が形成されている場合にも本発明を適用することができる。 In addition, the positive electrode mixture layer PA and the negative electrode mixture layer NA are formed on both sides of the positive electrode core material PB and the negative electrode core material NB, respectively. However, the composite material layer may be formed on only one side. The present invention can also be applied to a case where two or more composite layers are formed on at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本形態に係るリチウムイオン二次電池は,第1の実施形態のリチウムイオン二次電池と正極板が異なっている。本形態の正極板Pの正極合材層PAには,正極活物質粒体PXの代わりに,導電材の凝集体が含まれている。したがって,第1の実施形態と共通する事項については説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. The lithium ion secondary battery according to this embodiment is different from the lithium ion secondary battery according to the first embodiment in the positive electrode plate. In the positive electrode mixture layer PA of the positive electrode plate P of this embodiment, an aggregate of conductive material is included instead of the positive electrode active material particles PX. Therefore, description of matters common to the first embodiment is omitted.
1.リチウムイオン二次電池
本形態の正極板PPを図8に示す。正極板PPは,導電材凝集粒体PYを有している。図8に示すように,正極合材層PAの内部には,導電材凝集粒体PYが含まれている。導電材凝集粒体PYは,導電材が凝集してできた凝集体である。その粒径は,正極合材層PAの膜厚とほぼ同じである。より具体的には,導電材凝集粒体PYの粒径は,正極合材層PAの膜厚の全厚の90%以上の値である。すなわち,導電材凝集粒体PYの粒径は,第1の実施形態で説明した正極活物質粒体PXの粒径と同程度である。これ以外の点については,本形態のバッテリは,第1の実施形態のバッテリ10と同様である。
1. Lithium ion secondary battery The positive electrode plate PP of this embodiment is shown in FIG. The positive electrode plate PP has conductive material aggregated particles PY. As shown in FIG. 8, conductive material aggregated particles PY are contained in the positive electrode mixture layer PA. The conductive material aggregate PY is an aggregate formed by aggregating conductive materials. The particle size is substantially the same as the film thickness of the positive electrode mixture layer PA. More specifically, the particle diameter of the conductive material aggregated particles PY is 90% or more of the total thickness of the positive electrode mixture layer PA. That is, the particle diameter of the conductive material aggregated particles PY is approximately the same as the particle size of the positive electrode active material particles PX described in the first embodiment. In other respects, the battery of this embodiment is the same as the
2.リチウムイオン二次電池の製造方法
本形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は,第1の実施形態とほぼ同様である。異なるのは,塗工液作成工程のみである。本形態の塗工液作成工程では,正極用塗工液を作成する際に,正極活物質粒体PXを混入しない。
2. Manufacturing Method of Lithium Ion Secondary Battery The manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Only the coating liquid preparation process is different. In the coating liquid preparation process of this embodiment, the positive electrode active material particles PX are not mixed when the positive electrode coating liquid is prepared.
その代わりに,溶媒に各材料を混入して混練する際に,導電材の凝集体を作成する。導電材の凝集体はできやすい。そのため,特に条件を設けなくても導電材凝集粒体PYを作成することができる。このようにして,導電材凝集粒体PYを含んでいる正極用塗工液が作成される。 Instead, when the materials are mixed in the solvent and kneaded, an aggregate of conductive material is created. Aggregates of conductive material are easily formed. For this reason, the conductive material aggregated particles PY can be created without particular conditions. In this way, a positive electrode coating liquid containing the conductive material aggregated particles PY is created.
3.まとめ
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法では,塗工液作成工程にて,プレス後の正極合材層PAの膜厚の1〜1.5倍の粒径の導電材凝集粒体PYを作成することとした。そのため,プレス工程にて,導電材凝集粒体PYが正極芯材PBにめり込むこととなった。これにより,剥離強度の高い正極板Pが作成される。負極板Nについては,第1の実施形態と同様である。これにより,合材層が電極芯材から剥離しにくいリチウムイオン二次電池の製造方法が実現されている。
3. Summary As described above in detail, in the method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the film thickness of the positive electrode mixture layer PA after pressing is changed to 1-1. The conductive material agglomerate PY having a particle size 5 times larger was prepared. Therefore, in the pressing process, the conductive material aggregated particles PY are embedded in the positive electrode core material PB. Thereby, the positive electrode plate P with high peeling strength is produced. The negative electrode plate N is the same as in the first embodiment. Thereby, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery with which a composite material layer cannot peel easily from an electrode core material is implement | achieved.
また,本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池では,正極合材層PAの内部には,導電材凝集粒体PYが含まれている。導電材凝集粒体PYの粒径は,正極合材層PAの膜厚の全厚の90%以上の値である。そして,導電材凝集粒体PYの一部が正極芯材PBにめり込んでいる。 Further, in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, conductive material aggregated particles PY are included in the positive electrode mixture layer PA. The particle size of the conductive material aggregated particles PY is a value of 90% or more of the total thickness of the positive electrode mixture layer PA. A part of the conductive material aggregated particles PY is embedded in the positive electrode core material PB.
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,バッテリに用いられる電極体は,捲回電極体に限らない。したがって,平積みの電極体を有するバッテリであっても適用することができる。積み重ねて積層された積層電極体を用いる二次電池であれば適用することができる。また,本発明は,円筒形状の電池のみならず,角型電池にも適用することができる。 Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, an electrode body used for a battery is not limited to a wound electrode body. Therefore, the present invention can be applied even to a battery having flat electrode bodies. Any secondary battery using stacked electrode bodies stacked and stacked can be applied. The present invention can be applied not only to a cylindrical battery but also to a square battery.
また,正極合材層PAや負極合材層NAは,それぞれ正極芯材PB,負極芯材NBの両側に形成されているとした。しかし,合材層の形成は片面のみになされているものであってもよい。また,正極板および負極板の少なくとも一方に2層以上の合材層が形成されている場合にも本発明を適用することができる。 In addition, the positive electrode mixture layer PA and the negative electrode mixture layer NA are formed on both sides of the positive electrode core material PB and the negative electrode core material NB, respectively. However, the composite material layer may be formed on only one side. The present invention can also be applied to a case where two or more composite layers are formed on at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
以下,本発明に係る実施例について説明する。ここでは,種々の条件で正極板を作成した。そして,これらの正極板の剥離強度を測定した。 Embodiments according to the present invention will be described below. Here, positive plates were prepared under various conditions. And the peeling strength of these positive electrode plates was measured.
1.電池の作成
1−1.人造黒鉛
正極塗工液の材料として,表1に掲げるものを用いた。すなわち,リン酸鉄リチウム(LiFePO4)と,アセチレンブラック(AB)と,ポリフッ化ビニリデン(PVD
F)とである。また,分散溶媒としてNMPを用いた。そして,リン酸鉄リチウム(Li
FePO4),アセチレンブラック(AB),ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を重量比でそれぞれ93%,5%,2%溶媒中に分散させて正極用塗工液を作成した。ここで,リン酸鉄リチウム(LiFePO4)として,カーボンコーティングされているものを用いた。
1. Creation of battery 1-1. The materials listed in Table 1 were used as materials for the artificial graphite positive electrode coating solution. That is, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVD)
F). Moreover, NMP was used as a dispersion solvent. And lithium iron phosphate (Li
FePO 4 ), acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVDF) were dispersed in a weight ratio of 93%, 5%, and 2%, respectively, to prepare a positive electrode coating solution. Here, what was carbon-coated was used as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).
そして,正極用塗工液を作成するにあたり,人造黒鉛を重量比でそれぞれ(a)0%,(b)1%,(c)5%,(d)10%混合した。人造黒鉛の粒径はUである。プレス後の正極合材層の厚みはVである。ここで,粒径U,プレス後の正極合材層の厚みVの値は,次式を満たすように選んだ。
U = 1.2 × V
35μm ≦ U ≦ 55μm
30μm ≦ V ≦ 50μm
In preparing the positive electrode coating solution, artificial graphite was mixed in a weight ratio of (a) 0%, (b) 1%, (c) 5%, and (d) 10%. The particle size of artificial graphite is U. The thickness of the positive electrode mixture layer after pressing is V. Here, the value of the grain size U and the thickness V of the positive electrode mixture layer after pressing was selected so as to satisfy the following formula.
U = 1.2 x V
35 μm ≦ U ≦ 55 μm
30 μm ≦ V ≦ 50 μm
負極塗工液の材料として,表2に掲げるものを用いた。すなわち,天然黒鉛と,スチレンブタジエンゴム(SBR)と,カルボキシメチルセルロース(CMC)とである。また,分散溶媒としてNMPを用いた。そして,天然黒鉛,スチレンブタジエンゴム(SBR),カルボキシメチルセルロース(CMC)を重量比でそれぞれ95%,2.5%,2.5%溶媒中に分散させて負極用塗工液を作成した。 The materials listed in Table 2 were used as materials for the negative electrode coating solution. That is, natural graphite, styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC). Moreover, NMP was used as a dispersion solvent. Then, natural graphite, styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) were dispersed in 95%, 2.5%, and 2.5% solvent, respectively, in weight ratio to prepare a negative electrode coating solution.
上記のように作成した正極板の理論容量と負極板の理論容量との比は,1:1.5である。また,セパレータとして,ポリプロピレン/ポリエチレン複合体多孔質膜を用いた。 The ratio between the theoretical capacity of the positive electrode plate prepared as described above and the theoretical capacity of the negative electrode plate is 1: 1.5. In addition, a polypropylene / polyethylene composite porous membrane was used as a separator.
[表1]
材料 物質 重量比(%)
正極活物質 LiFePO4 93
導電材 AB 5
結着材 PVDF 2
分散溶媒 NMP −
[Table 1]
Material Substance Weight ratio (%)
Cathode active material LiFePO 4 93
Conductive material AB 5
Binder PVDF 2
Dispersion solvent NMP −
[表2]
材料 物質 重量比(%)
負極活物質 天然黒鉛系炭素材料 95
結着材 SBR 2.5
増粘材 CMC 2.5
分散溶媒 NMP −
[Table 2]
Material Substance Weight ratio (%)
Negative electrode active material Natural graphite carbon material 95
Binder SBR 2.5
Thickener CMC 2.5
Dispersion solvent NMP −
1−2.凝集体
実施例2では,実施例1とほぼ同様に正極板および負極板を作成した。異なる点は,粒径の大きい人造黒鉛を混入する代わりに,導電材,すなわちアセチレンブラックの凝集体を含む正極用塗工液を用いて正極板を作成したことである。その凝集体の径は,Uである。これにより,(e)凝集体無し,(f)凝集体有りの2つの場合について剥離強度を測定した。
1-2. Aggregate In Example 2, a positive electrode plate and a negative electrode plate were prepared in substantially the same manner as in Example 1. The difference is that instead of mixing artificial graphite having a large particle size, a positive electrode plate was prepared using a conductive material, that is, a positive electrode coating solution containing an aggregate of acetylene black. The diameter of the aggregate is U. Thereby, the peel strength was measured in two cases of (e) no aggregate and (f) aggregate.
2.評価方法
このようにして一旦電池として作成したものを分解し,正極板の剥離強度を測定した。剥離強度の測定にあたって,90°の剥離試験を行った。この測定方法では,試験片である正極板にテープを貼り,そのテープを正極板の板面に90°の方向に引っ張る。これにより,正極合材層が正極芯材から剥離するのに必要な力を測定するのである。
2. Evaluation Method The battery once prepared as described above was disassembled, and the peel strength of the positive electrode plate was measured. In measuring the peel strength, a 90 ° peel test was performed. In this measuring method, a tape is applied to a positive electrode plate which is a test piece, and the tape is pulled in a 90 ° direction on the plate surface of the positive electrode plate. Thereby, the force required for the positive electrode mixture layer to peel from the positive electrode core material is measured.
3.結果
3−1.人造黒鉛
粒径の大きい人造黒鉛を混入した正極板の剥離強度を表3に示す。表3に示すように,人造黒鉛を添加した試料の剥離強度は,人造黒鉛を添加しない試料の剥離強度よりも高い。そして,その添加量が多いほど,剥離強度も高いものとなる傾向がある。ただし,人造黒鉛を混入すると,その分だけ正極活物質の密度は低いものとなる。したがって,重量比で1〜5%程度混入することが好ましい。
3. Result 3-1. Table 3 shows the peel strength of the positive electrode plate mixed with artificial graphite having a large particle size. As shown in Table 3, the peel strength of the sample added with artificial graphite is higher than the peel strength of the sample not added with artificial graphite. And as the addition amount increases, the peel strength tends to increase. However, when artificial graphite is mixed, the density of the positive electrode active material is lowered accordingly. Therefore, it is preferable to mix about 1 to 5% by weight.
[表3]
試料 添加量(重量比%) 剥離強度(N/m)
(a) 0 4.35
(b) 1 7.65
(c) 5 10.12
(d) 10 11.13
[Table 3]
Sample Amount added (% by weight) Peel strength (N / m)
(A) 0 4.35
(B) 1 7.65
(C) 5 10.12
(D) 10 11.13
3−2.凝集体
正極塗工液中でアセチレンブラックの凝集体を作成したものを用いて作成した正極板の剥離強度を表4に示す。表4に示すように,アセチレンブラックの凝集体のある試料の剥離強度は,アセチレンブラックの凝集体のない試料の剥離強度よりも低い。なお,試料(e)は,表3の試料(a)と実質的に同じものである。
3-2. Aggregates Table 4 shows the peel strength of the positive electrode plates prepared using the acetylene black aggregates prepared in the positive electrode coating solution. As shown in Table 4, the peel strength of the sample with the acetylene black aggregate is lower than the peel strength of the sample without the acetylene black aggregate. The sample (e) is substantially the same as the sample (a) in Table 3.
[表4]
試料 凝集体の有無 剥離強度(N/m)
(e) 凝集体無し 4.35
(f) 凝集体有り 12.25
[Table 4]
Sample Presence / absence of aggregate Peel strength (N / m)
(E) No aggregate 4.35
(F) There is an aggregate 12.25
以上詳細に説明したように,粒径の大きい活物質や凝集体を塗工液に混入することにより,作成される電極板の剥離強度は向上する。 As described above in detail, the peel strength of the electrode plate to be produced is improved by mixing an active material or agglomerate having a large particle size into the coating liquid.
10…バッテリ
11…電池容器
12…蓋
100…捲回電極体
1000…電極製造装置
2000…捲回装置
P…正極板
PA…正極合材層
PB…正極芯材
P1…正極塗工部
P2…正極非塗工部
PX…正極活物質粒体
PY…導電材凝集粒体
N…負極板
NA…負極合材層
NB…負極芯材
N1…負極塗工部
N2…負極非塗工部
NX…負極活物質粒体
S,T…セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
負極芯材の少なくとも片側の面に負極合材層の形成された負極板と,
前記正極板と前記負極板との間に配置されたセパレータとを有するリチウムイオン二次電池において,
前記正極合材層と前記負極合材層との少なくとも一方に,
その合材層の膜厚の90%以上の径である粒体が含まれていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A positive electrode plate having a positive electrode mixture layer formed on at least one surface of the positive electrode core material;
A negative electrode plate having a negative electrode mixture layer formed on at least one surface of the negative electrode core;
In a lithium ion secondary battery having a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
At least one of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer,
A lithium ion secondary battery comprising particles having a diameter of 90% or more of the thickness of the composite material layer.
前記粒体の含まれている合材層では,
活物質の重量Xに対する結着材の重量Yの比Y/Xが0.05以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1,
In the composite layer containing the granules,
A lithium ion secondary battery, wherein the ratio Y / X of the weight Y of the binder to the weight X of the active material is 0.05 or less.
前記粒体の含まれている合材層では,
前記粒体の混入量が,前記粒体の含まれている合材層の全重量の1〜5%の範囲内であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2,
In the composite layer containing the granules,
The lithium ion secondary battery, wherein the mixing amount of the particles is in the range of 1 to 5% of the total weight of the composite layer containing the particles.
前記粒体は,
導電性被膜に覆われている正極活物質であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
The granules are
A lithium ion secondary battery, which is a positive electrode active material covered with a conductive film.
前記粒体は,
導電材の凝集した凝集体であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
The granules are
A lithium ion secondary battery, wherein the conductive material is an agglomerated aggregate.
正極芯材の少なくとも片側の面に前記正極塗工液を塗工した後に乾燥させて正極板とする正極板塗工乾燥工程と,
前記正極板にロールプレスを施す正極板プレス工程と,
少なくとも負極活物質と結着材とを溶媒に混入した負極塗工液を作成する負極塗工液作成工程と,
負極芯材の少なくとも片側の面に前記負極塗工液を塗工した後に乾燥させて負極板とする負極板塗工乾燥工程と,
前記負極板にロールプレスを施す負極板プレス工程と,
前記正極板と前記負極板とを,これらの間にセパレータを挟んで積層した積層電極体とする積層電極体作成工程と,
前記積層電極体を電池容器に挿入するとともに電解液を注入して封止する電池組立工程とを有する電池の製造方法において,
前記正極塗工液作成工程と前記負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,
前記正極板プレス工程の後の前記正極板もしくは前記負極板プレス工程の後の前記負極板の合材層の厚みの1〜1.5倍の径である粒体を溶媒に混入して塗工液を作成することを特徴とする電池の製造方法。 A positive electrode coating liquid preparation step for preparing a positive electrode coating liquid in which at least a positive electrode active material and a binder are mixed in a solvent;
A positive electrode plate coating and drying step in which at least one side of the positive electrode core material is coated with the positive electrode coating solution and then dried to form a positive electrode plate;
A positive electrode plate pressing step for applying a roll press to the positive electrode plate;
A negative electrode coating liquid preparation step of preparing a negative electrode coating liquid in which at least a negative electrode active material and a binder are mixed in a solvent;
A negative electrode plate coating drying step in which the negative electrode coating liquid is applied to at least one surface of the negative electrode core material and then dried to form a negative electrode plate;
A negative electrode plate pressing step for subjecting the negative electrode plate to a roll press;
A laminated electrode body creating step in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated with a separator sandwiched therebetween,
In a battery manufacturing method including a battery assembly step of inserting the laminated electrode body into a battery container and injecting an electrolyte to seal the battery,
At least one of the positive electrode coating liquid preparation step and the negative electrode coating liquid preparation step,
Coating by mixing particles having a diameter of 1 to 1.5 times the thickness of the positive electrode plate after the positive electrode plate pressing step or the composite material layer of the negative electrode plate after the negative electrode plate pressing step A method for producing a battery, comprising producing a liquid.
前記正極塗工液作成工程と前記負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,
活物質の重量Xに対する結着材の重量Yの比Y/Xを0.05以下として塗工液を作成することを特徴とする電池の製造方法。 A method of manufacturing a battery according to claim 6,
At least one of the positive electrode coating liquid preparation step and the negative electrode coating liquid preparation step,
A method for producing a battery, characterized in that a coating liquid is prepared with a ratio Y / X of the weight Y of the binder to the weight X of the active material being 0.05 or less.
前記正極塗工液作成工程と前記負極塗工液作成工程との少なくとも一方では,
溶媒に混入する前記粒体の混入量を,その溶媒に混入する溶質材料の全重量の1〜5%の範囲内として塗工液を作成することを特徴とする電池の製造方法。 A method of manufacturing a battery according to claim 6 or 7,
At least one of the positive electrode coating liquid preparation step and the negative electrode coating liquid preparation step,
A method for producing a battery, characterized in that a coating liquid is prepared by setting an amount of the particles mixed in a solvent within a range of 1 to 5% of a total weight of a solute material mixed in the solvent.
前記正極塗工液作成工程では,
前記粒体として,
導電性被膜に覆われている正極活物質を用いることを特徴とする電池の製造方法。 A method for manufacturing a battery according to any one of claims 6 to 8, comprising:
In the positive electrode coating liquid preparation step,
As the granules,
A method for producing a battery, comprising using a positive electrode active material covered with a conductive film.
前記正極塗工液作成工程では,
前記粒体として,
導電材の凝集した凝集体を用いることを特徴とする電池の製造方法。 A method for manufacturing a battery according to any one of claims 6 to 8, comprising:
In the positive electrode coating liquid preparation step,
As the granules,
A method for manufacturing a battery, comprising using an aggregate in which conductive materials are aggregated.
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