JP2012209218A - Method for manufacturing lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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卓也 豊川
Yoshiharu Konno
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery high in discharge capacity and excellent in capacity retention ratio, and a method for manufacturing the lithium ion secondary battery.SOLUTION: A lithium ion secondary battery at least includes: a negative electrode including a carbon material 100; a gel electrolyte; and a positive electrode. The carbon material 100 has a hollow structure involving mutually connected pores, where a void 102 comprising a plurality of connected pores penetrates in the thickness direction, and contains metal 103 capable of forming an alloy with lithium, inside of the void. A method for manufacturing the lithium ion secondary battery at least includes: a first step of impregnating the carbon material 100 with a nonaqueous electrolyte; and a second step of arranging the gel electrolyte between the negative electrode and the positive electrode after the first step.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

炭素質の焼成体からなる炭素材料は、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、コンデンサ等の電極材料に用いられている。例えば、リチウムイオン二次電池においては、負極活物質として炭素材料を用い、電池の充電時にはリチウムイオンを炭素材料中に吸蔵(インターカレーション)させ、放電時には離脱(デインターカレーション)させるという「ロッキングチェアー型」の電池構成が採用されている。 Carbon materials made of carbonaceous fired bodies are used for electrode materials such as lithium ion secondary batteries, electric double layer capacitors, and capacitors. For example, in a lithium ion secondary battery, a carbon material is used as the negative electrode active material, and lithium ions are occluded (intercalated) in the carbon material when the battery is charged, and desorbed (deintercalated) when discharged. "Rocking chair type" battery configuration is adopted.

一方で、近年は、電子機器の小型化あるいは高性能化が急速に進み、リチウムイオン二次電池のさらなる高エネルギー密度化に対する要望が高まっている。しかしながら、炭素材料を構成する黒鉛は、理論的なリチウムイオンの吸蔵放出容量が372mAh/gに限られているため、リチウムイオンの吸蔵放出容量がより大きい負極材料が求められている。   On the other hand, in recent years, electronic devices have been rapidly reduced in size or performance, and there has been an increasing demand for higher energy density of lithium ion secondary batteries. However, since graphite constituting the carbon material has a theoretical lithium ion storage / release capacity limited to 372 mAh / g, a negative electrode material having a larger lithium ion storage / release capacity is required.

そこで、充放電容量の低い炭素材料に代えて、ケイ素材料を用いる方法が検討されている。しかし、ケイ素材料は、充放電による体積変化が大きく、連続充放電を行うことにより電極材料が破損することがあるという問題点があった。そこで、炭素−ケイ素複合材料が検討されている。しかしながら、これら炭素−ケイ素複合材料でも、依然として体積変化による材料の破損の問題は、充分には解決できていなかった。これに対して、特定の中空構造を有し、リチウムと合金を形成し得る金属を含有する炭素材料を負極活物質として用いた負極材料が提案されており、リチウムイオン二次電池として高い充放電効率と耐久性を実現できることが開示されている(特許文献1参照)。   Therefore, a method using a silicon material instead of a carbon material having a low charge / discharge capacity has been studied. However, the silicon material has a problem that the volume change due to charging / discharging is large and the electrode material may be damaged by performing continuous charging / discharging. Therefore, carbon-silicon composite materials are being studied. However, even with these carbon-silicon composite materials, the problem of material breakage due to volume change has not been sufficiently solved. On the other hand, a negative electrode material using a carbon material having a specific hollow structure and containing a metal capable of forming an alloy with lithium as a negative electrode active material has been proposed, and high charge / discharge as a lithium ion secondary battery is proposed. It has been disclosed that efficiency and durability can be realized (see Patent Document 1).

国際公開第10/074243号パンフレットInternational Publication No. 10/074243 Pamphlet

特許文献1に記載のリチウムイオン二次電池は、充放電効率と耐久性に優れたものであるが、さらなる高性能化が強く望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放電容量が大きく、容量維持率に優れたリチウムイオン二次電池とその製造方法の提供を課題とする。
Although the lithium ion secondary battery described in Patent Document 1 is excellent in charge and discharge efficiency and durability, further enhancement of performance is strongly desired.
This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the lithium ion secondary battery which was large in discharge capacity, and was excellent in the capacity | capacitance maintenance factor, and its manufacturing method.

本発明の請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、炭素材料を含む負極電極、ゲル電解質及び正極電極を少なくとも備えたリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記炭素材料は、複数の孔が連結してなる空隙部が厚さ方向に貫通した連胞中空構造を有し、リチウムと合金を形成し得る金属を前記空隙部内に含有するものであり、前記炭素材料に非水電解液を含浸させる第一工程と、前記第一工程の後に、前記負極電極と前記正極電極との間に前記ゲル電解質を配する第二工程とを少なくとも有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1において、前記炭素材料が、炭素粒子同士が互いに接触して形成された粒子の連続体であり、該炭素粒子同士の非接触部位が前記空隙部を形成していることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1又は2において、前記負極電極が、さらに、バインダー樹脂を含むことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記負極電極が、さらに、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン及びフラーレンからなる群から選択される一種以上の導電助剤を含むことを特徴とする。
本発明の請求項5に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1〜4のいずれか一項において、前記第二工程において、前記負極電極又は前記正極電極の表面に前記ゲル電解質用の原料液を塗布し、塗布された前記原料液を乾燥させてゲル化させることによって前記ゲル電解質とし、得られたゲル電解質を前記正極電極と前記負極電極とで挟むことを特徴とする。
本発明の請求項6に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1〜4のいずれか一項において、前記第二工程において、前記負極電極又は前記正極電極の表面に、前記ゲル電解質用の原料液を含浸したセパレータを載置し、前記セパレータ内の前記原料液を乾燥させてゲル化させることによって前記ゲル電解質とし、得られたゲル電解質を前記正極電極と前記負極電極とで挟むことを特徴とする。
本発明の請求項7に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項5又は6において、前記第二工程において、前記原料液を加温することを特徴とする。
本発明の請求項8に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法は、請求項1〜7のいずれか一項において、前記ゲル電解質が非水電解液を含み、前記第一工程において前記炭素材料に含浸させる非水電解液と、前記ゲル電解質が含む非水電解液とを同一の組成とすることを特徴とする。
本発明の請求項9に記載のリチウムイオン二次電池は、請求項1〜8のいずれか一に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 1 of the present invention is a method for producing a lithium ion secondary battery comprising at least a negative electrode containing a carbon material, a gel electrolyte, and a positive electrode, wherein the carbon material Has a continuous cell hollow structure in which a void formed by connecting a plurality of holes is penetrated in the thickness direction, and contains a metal capable of forming an alloy with lithium in the void. It has at least a first step of impregnating with a non-aqueous electrolyte and a second step of arranging the gel electrolyte between the negative electrode and the positive electrode after the first step.
According to Claim 2 of the present invention, in the method for producing a lithium ion secondary battery according to Claim 1, the carbon material is a continuum of particles formed by contacting carbon particles with each other, and the carbon particles The non-contact site | part of mutual forms the said cavity part, It is characterized by the above-mentioned.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 3 of the present invention is characterized in that, in claim 1 or 2, the negative electrode further contains a binder resin.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 4 of the present invention is the method according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode further comprises graphite, carbon black, carbon nanotube, graphene, and fullerene. It contains one or more conductive aids selected from the group consisting of:
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 5 of the present invention is the gel electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel electrolyte is formed on the surface of the negative electrode or the positive electrode in the second step. The raw material solution is applied, the applied raw material solution is dried and gelled to obtain the gel electrolyte, and the obtained gel electrolyte is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 6 of the present invention is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel is formed on the surface of the negative electrode or the positive electrode in the second step. A separator impregnated with a raw material liquid for electrolyte is placed, and the raw material liquid in the separator is dried and gelled to obtain the gel electrolyte, and the obtained gel electrolyte is divided into the positive electrode and the negative electrode. It is characterized by pinching.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 7 of the present invention is characterized in that, in claim 5 or 6, the raw material liquid is heated in the second step.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 8 of the present invention is the method according to any one of claims 1 to 7, wherein the gel electrolyte includes a non-aqueous electrolyte, and the carbon material is used in the first step. The non-aqueous electrolyte to be impregnated into the gel and the non-aqueous electrolyte contained in the gel electrolyte have the same composition.
A lithium ion secondary battery according to a ninth aspect of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to any one of the first to eighth aspects.

本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法によれば、第一工程において負極電極に含まれる炭素材料に非水電解液を含ませることによって、前記炭素材料の連胞中空構造内に非水電解液を充分に浸透させることができる。また、第二工程において、負極電極の表面をゲル電解質で覆うことによって、前記炭素材料内に浸透させた非水電解液が蒸発して失われることを防止できる。この結果、製造されたリチウムイオン二次電池の負極電極において、リチウムイオンの拡散効率が高まり、当該リチウムイオン二次電池の放電容量の実効値を理論値に近いものとすることができると共に、容量維持率を高めることができる。   According to the method for manufacturing a lithium ion secondary battery of the present invention, nonaqueous electrolysis is performed in the continuous hollow structure of the carbon material by including a nonaqueous electrolyte in the carbon material included in the negative electrode in the first step. The liquid can be sufficiently penetrated. Further, in the second step, by covering the surface of the negative electrode with the gel electrolyte, it is possible to prevent the nonaqueous electrolytic solution permeated into the carbon material from being lost by evaporation. As a result, in the negative electrode of the manufactured lithium ion secondary battery, the diffusion efficiency of lithium ions is increased, and the effective value of the discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be made close to the theoretical value. The maintenance rate can be increased.

本発明における炭素材料を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the carbon material in this invention. 本発明におけるリチウムイオン二次電池を例示する模式な断面図である。It is typical sectional drawing which illustrates the lithium ion secondary battery in this invention.

以下、本発明について、詳しく説明する。
<<リチウムイオン二次電池の製造方法>>
本発明は、炭素材料を含む負極電極、ゲル電解質及び正極電極を少なくとも備えたリチウムイオン二次電池の製造方法である。
前記炭素材料は、複数の孔が連結してなる空隙部が厚さ方向に貫通した連胞中空構造を有し、リチウムと合金を形成し得る金属を前記空隙部内に含有するものである。
前記炭素材料、前記負極電極、前記ゲル電解質及び前記正極電極については、後で詳述する。
本発明にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法は、前記炭素材料に非水電解液を含浸させる第一工程と、前記第一工程の後に、前記負極電極と前記正極電極との間に前記ゲル電解質を配する第二工程とを少なくとも有するものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<< Method for producing lithium ion secondary battery >>
The present invention is a method for producing a lithium ion secondary battery comprising at least a negative electrode containing a carbon material, a gel electrolyte, and a positive electrode.
The carbon material has a continuous cell hollow structure in which a void formed by connecting a plurality of holes penetrates in the thickness direction, and contains a metal capable of forming an alloy with lithium in the void.
The carbon material, the negative electrode, the gel electrolyte, and the positive electrode will be described in detail later.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a first step of impregnating the carbon material with a nonaqueous electrolyte, and the gel between the negative electrode and the positive electrode after the first step. And a second step of disposing an electrolyte.

<第一工程>
第一工程において、負極電極に含まれる炭素材料に非水電解液を含浸させる(含ませる)方法としては、前記炭素材料を構成する前記連胞中空構造内に前記非水電解液を浸透させられる方法であれば特に制限されない。例えば、前記炭素材料又は前記負極電極に前記非水電解液を塗布する方法や、前記炭素材料又は前記負極電極に前記非水電解液を噴霧する方法(スプレー法)や、前記炭素材料又は前記負極電極を前記非水電解液中に浸漬させる方法(ディッピング法)が挙げられる。
<First step>
In the first step, the carbon material contained in the negative electrode is impregnated (included) with the non-aqueous electrolyte solution. The non-aqueous electrolyte solution can be infiltrated into the open cell hollow structure constituting the carbon material. The method is not particularly limited. For example, a method of applying the non-aqueous electrolyte to the carbon material or the negative electrode, a method of spraying the non-aqueous electrolyte to the carbon material or the negative electrode (spray method), the carbon material or the negative electrode A method of dipping the electrode in the non-aqueous electrolyte (dipping method) can be mentioned.

前記ディッピング法においては、前記炭素材料又は前記負極電極を非水電解液に浸漬させた状態で当該非水電解液を超音波処理又は加温処理することによって、一層充分に非水電解液を、前記炭素材料を構成する前記連胞中空構造内に浸透させることができる。   In the dipping method, the nonaqueous electrolytic solution is more sufficiently obtained by ultrasonically treating or heating the nonaqueous electrolytic solution with the carbon material or the negative electrode immersed in the nonaqueous electrolytic solution. The carbon material can be penetrated into the solid cell hollow structure.

<第二工程>
第二工程において、前記負極電極と前記正極電極との間に前記ゲル電解質を配する方法としては、前記負極電極の表面に前記ゲル電解質が接触すると共に、前記正極電極の表面に前記ゲル電解質が接触するように配置する方法であれば特に制限されない。
<Second step>
In the second step, as the method of arranging the gel electrolyte between the negative electrode and the positive electrode, the gel electrolyte is in contact with the surface of the negative electrode, and the gel electrolyte is on the surface of the positive electrode. If it is the method of arrange | positioning so that it may contact, it will not restrict | limit in particular.

前記配置する方法としては、例えば、前記負極電極の表面及び/又は前記正極電極の表面にゲル電解質用の原料液を塗布して、これを乾燥処理又は加温処理等でゲル化させ、当該ゲル電解質を前記負極電極及び前記正極電極で挟んで固定する方法が好ましい。ゲル電解質の表面は通常粘着性を有するので、前記負極電極の表面および前記正極電極の表面に当該ゲル電解質を容易に固定することができる。このように前記負極電極と前記正極電極とを前記ゲル電解質を介在させて電気化学的に連結することよって、リチウムイオン二次電池として機能させることができる。
前記ゲル化は、前記負極電極と前記正極電極との間に前記原料液を塗布して配した後で行ってもよい。つまり、前記負極電極の表面及び/又は前記正極電極の表面にゲル電解質用の原料液を塗布した後、塗布された前記原料液を前記負極電極及び前記正極電極の間に介在させて配し、その後ゲル化させて、前記原料液をゲル電解質としてもよい。
As the method of arranging, for example, a gel electrolyte raw material liquid is applied to the surface of the negative electrode and / or the surface of the positive electrode, and this is gelled by a drying treatment or a heating treatment, and the gel. A method of fixing the electrolyte by sandwiching the electrolyte between the negative electrode and the positive electrode is preferable. Since the surface of the gel electrolyte usually has adhesiveness, the gel electrolyte can be easily fixed to the surface of the negative electrode and the surface of the positive electrode. In this manner, the negative electrode and the positive electrode are electrochemically connected with the gel electrolyte interposed therebetween, thereby functioning as a lithium ion secondary battery.
The gelation may be performed after the raw material liquid is applied and disposed between the negative electrode and the positive electrode. That is, after applying a raw material liquid for gel electrolyte on the surface of the negative electrode and / or the surface of the positive electrode, the applied raw material liquid is disposed between the negative electrode and the positive electrode, Then, it may be gelled and the raw material liquid may be used as a gel electrolyte.

前記配置する別の方法としては、例えば、前記負極電極の表面及び/又は前記正極電極の表面に、ゲル電解質用の原料液を含浸したセパレータを載置して(載せ置いて)、これを乾燥処理又は加温処理等でゲル化し、当該ゲル電解質が含まれたセパレータを前記負極電極及び前記正極電極で挟んで固定する方法が好ましい。ゲル電解質の表面は通常粘着性を有するので、前記負極電極の表面および前記正極電極の表面に当該ゲル電解質が含まれたセパレータを容易に固定することができる。このように前記負極電極と前記正極電極とを前記ゲル電解質が含まれたセパレータを介在させて電気化学的に連結することよって、リチウムイオン二次電池として機能させることができる。
前記ゲル化は、前記負極電極と前記正極電極との間に前記原料液を含浸させたセパレータを配した後で行ってもよい。つまり、前記負極電極の表面及び/又は前記正極電極の表面に、ゲル電解質用の原料液を含浸させたセパレータを載置した後、そのセパレータを前記負極電極及び前記正極電極の間に介在させて配し、その後ゲル化させて、前記原料液をゲル電解質としてもよい。
As another method of arranging, for example, a separator impregnated with a raw material solution for gel electrolyte is placed (placed) on the surface of the negative electrode and / or the surface of the positive electrode, and this is dried. A method of gelling by a treatment or a heating treatment and fixing the separator containing the gel electrolyte between the negative electrode and the positive electrode is preferable. Since the surface of the gel electrolyte is usually sticky, the separator containing the gel electrolyte can be easily fixed on the surface of the negative electrode and the surface of the positive electrode. In this manner, the negative electrode and the positive electrode are electrochemically connected with the separator containing the gel electrolyte interposed therebetween, thereby functioning as a lithium ion secondary battery.
The gelation may be performed after a separator impregnated with the raw material liquid is disposed between the negative electrode and the positive electrode. That is, after a separator impregnated with a gel electrolyte raw material liquid is placed on the surface of the negative electrode and / or the surface of the positive electrode, the separator is interposed between the negative electrode and the positive electrode. The material solution may be used as a gel electrolyte.

[炭素材料]
前記炭素材料は、複数の孔が連結してなる空隙部が厚さ方向に貫通した連胞中空構造を有する。ここで、連胞中空構造とは、前記炭素材料の好ましくは全域において、前記空隙部が三次元方向に任意に伸びて多孔質状となっている構造を指す。前記空隙部は、互いに交差した部分も有する。そして、前記炭素材料においては、多数の前記空隙部が異なる二点間で厚さ方向に貫通した構造を有する。ここで、厚さ方向とは、リチウムイオン二次電池におけるリチウムイオン(Li+)の移動方向に該当する。
このような連胞中空構造は、例えば、炭素材料の断面における電子顕微鏡による撮像データで確認できる。
[Carbon material]
The carbon material has an open cell hollow structure in which a gap formed by connecting a plurality of holes penetrates in the thickness direction. Here, the open cell hollow structure refers to a structure in which the voids are arbitrarily extended in a three-dimensional direction to be porous in the entire area of the carbon material. The gap portion also has portions that intersect each other. And in the said carbon material, it has the structure which penetrated in the thickness direction between two points where many said space | gap parts differ. Here, the thickness direction corresponds to the movement direction of lithium ions (Li + ) in the lithium ion secondary battery.
Such a continuous hollow structure can be confirmed by, for example, imaging data obtained by an electron microscope in a cross section of the carbon material.

好ましい前記炭素材料としては、前記連胞中空構造が、炭素粒子同士が互いに接触して形成された粒子の連続体であるものが例示できる。炭素粒子の連続体とは、炭素粒子が多数寄せ集まって形成されたものを指し、炭素粒子の平均粒子径は、1nm〜200nmであることが好ましい。このような炭素粒子の連続体においては、炭素粒子同士の非接触部位が前記空隙部を形成する。   Examples of the preferable carbon material include those in which the continuous cell hollow structure is a continuous body of particles formed by contacting carbon particles with each other. The continuum of carbon particles refers to those formed by gathering a large number of carbon particles, and the average particle diameter of the carbon particles is preferably 1 nm to 200 nm. In such a continuous body of carbon particles, a non-contact portion between the carbon particles forms the void.

前記炭素材料は、前記空隙部を有する粒子状のものが好ましい。この場合の炭素材料の平均粒子径は、10nm〜1mmであることが好ましく、1000nm〜500μmであることがより好ましい。下限値以上とすることで、後述する炭素材料の製造方法において、焼成時の合着が抑制されて、容易に単粒子化できる。また、上限値以下とすることで、負極材料をより容易に所望の形状や大きさに成形できる。   The carbon material is preferably in the form of particles having the voids. In this case, the average particle diameter of the carbon material is preferably 10 nm to 1 mm, and more preferably 1000 nm to 500 μm. By setting it to the lower limit value or more, in the method for producing a carbon material described later, coalescence during firing is suppressed and single particles can be easily formed. Moreover, by setting it as below an upper limit, negative electrode material can be shape | molded more easily to a desired shape and magnitude | size.

前記炭素材料は、前記空隙部内にリチウムと合金を形成し得る金属(以下、単に「金属」と略記することがある)を含有する。
前記金属としては、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、カドミウム(Cd)、セレン(Se)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、ホウ素(B)等の単体金属や、これらの二種以上からなる合金が例示できる。なかでも、リチウムイオン吸蔵放出容量が特に高いことから、ケイ素又はスズが好ましく、ケイ素がより好ましい。
前記金属は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上である場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The carbon material contains a metal capable of forming an alloy with lithium in the void (hereinafter, simply referred to as “metal”).
Examples of the metal include silicon (Si), tin (Sn), magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), cadmium (Cd), selenium (Se), iron (Fe), cobalt (Co), Examples thereof include simple metals such as nickel (Ni), manganese (Mn), platinum (Pt), and boron (B), and alloys composed of two or more of these. Among these, silicon or tin is preferable and silicon is more preferable because lithium ion storage / release capacity is particularly high.
The metals may be used alone or in combination of two or more, and in the case of two or more, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記金属は、粒子状であることが好ましく、平均粒子径が1μm以下であることが好ましい。1μm以下とすることで、炭素材料のリチウムイオン吸蔵放出容量がより向上する。   The metal is preferably in the form of particles, and the average particle diameter is preferably 1 μm or less. By setting it to 1 μm or less, the lithium ion storage / release capacity of the carbon material is further improved.

前記金属は、表面が顔料分散剤で処理されていることが好ましい。このようにすることで、後述する炭素材料の製造方法において、モノマー含有混合物中での分散性が向上し、より良好な特性の負極材料が得られる。
前記顔料分散剤としては、高分子量ポリエステル酸のアミドアミン塩、アクリル系重合物、脂肪族系多価カルボン酸、ポリエステルのアミン塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース等が例示できる。
It is preferable that the surface of the metal is treated with a pigment dispersant. By doing in this way, the dispersibility in a monomer containing mixture improves in the manufacturing method of the carbon material mentioned later, and the negative electrode material of a more favorable characteristic is obtained.
Examples of the pigment dispersant include a high molecular weight polyester acid amidoamine salt, an acrylic polymer, an aliphatic polyvalent carboxylic acid, a polyester amine salt, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, and methylcellulose.

前記炭素材料における前記金属の含有量の下限値は、1質量%であることが好ましく、5質量%であることが好ましい。このような範囲とすることで、炭素材料のリチウムイオン吸蔵放出容量がより高くなる。
また、前記炭素材料は、前記金属の含有量が多いほどリチウムイオン吸蔵放出容量が高くなるが、前記金属の含有量の上限値は95質量%であることが好ましい。このような範囲とすることで、連続充放電時における前記金属の体積変化の影響が小さくなり、炭素材料の破損を抑制するより高い効果が得られる。また、導電性がより向上する。
The lower limit of the content of the metal in the carbon material is preferably 1% by mass, and preferably 5% by mass. By setting it as such a range, the lithium ion occlusion-release capacity | capacitance of a carbon material becomes higher.
Further, the carbon material has a higher lithium ion storage / release capacity as the content of the metal is larger, but the upper limit of the content of the metal is preferably 95% by mass. By setting it as such a range, the influence of the volume change of the said metal at the time of continuous charging / discharging becomes small, and the higher effect which suppresses the failure | damage of a carbon material is acquired. Further, the conductivity is further improved.

前記炭素材料は、空隙率が5〜95%であることが好ましい。下限値以上とすることで、連続充放電時において前記金属の体積変化の影響を緩和する効果が高くなり、炭素材料の破損を抑制するより高い効果が得られる。また、上限値以下とすることで、炭素材料の強度及び導電性がより向上する。
炭素材料の空隙率は、例えば、ピクノメーター法真密度測定器等により測定した比重から、アルキメデス法により算出できる。
The carbon material preferably has a porosity of 5 to 95%. By setting it to the lower limit value or more, the effect of reducing the influence of the volume change of the metal at the time of continuous charge / discharge is increased, and a higher effect of suppressing the breakage of the carbon material is obtained. Moreover, the intensity | strength and electroconductivity of a carbon material improve more by setting it as an upper limit or less.
The porosity of the carbon material can be calculated by, for example, the Archimedes method from the specific gravity measured by a pycnometer true density measuring instrument or the like.

前記炭素材料の一実施形態として、炭素粒子同士が互いに接触して形成された粒子の連続体であるものの模式図を図1に例示する。
ここに示す炭素材料100は、全体が粒子状であり、微細な炭素粒子101の連続体であって、空隙部102が炭素粒子101同士の非接触部位から形成されているものである。そして、空隙部102は、同様に炭素粒子101同士の非接触部位から形成された複数の孔が連結して形成されている。さらに、多数の空隙部102,102,・・が、炭素材料100の厚さ方向に貫通している。また、リチウムと合金を形成し得る金属103が、空隙部102内に含有されている。ただし、炭素材料100は、本発明における炭素材料のごく一例であり、炭素材料はこれに限定されるものではない。
As an embodiment of the carbon material, FIG. 1 illustrates a schematic diagram of a continuum of particles formed by contacting carbon particles with each other.
The carbon material 100 shown here is in the form of particles and is a continuous body of fine carbon particles 101, and the voids 102 are formed from non-contact portions between the carbon particles 101. Similarly, the void 102 is formed by connecting a plurality of holes formed from non-contact sites between the carbon particles 101. Further, a large number of voids 102, 102,... Penetrate in the thickness direction of the carbon material 100. Further, a metal 103 that can form an alloy with lithium is contained in the gap 102. However, the carbon material 100 is just an example of the carbon material in the present invention, and the carbon material is not limited to this.

前記炭素材料は、例えば、モノマー、有機溶媒及び前記金属を混合して、モノマー含有混合物を調製する工程と、前記モノマー含有混合物を水相に分散させて、懸濁液を調製する工程と、前記懸濁液において、前記混合物中の前記モノマーを重合させて、樹脂粒子を調製する工程と、前記樹脂粒子を焼成する工程と、を有する製造方法であって、前記モノマー及び有機溶媒が、前記樹脂との相溶性が低いことを特徴とする製造方法で製造できる。
以下、前記炭素材料の製造方法について、より具体的に説明する。
The carbon material includes, for example, a step of preparing a monomer-containing mixture by mixing a monomer, an organic solvent and the metal, a step of preparing a suspension by dispersing the monomer-containing mixture in an aqueous phase, In a suspension, a production method comprising: polymerizing the monomer in the mixture to prepare resin particles; and firing the resin particles, wherein the monomer and the organic solvent are the resin Can be produced by a production method characterized by low compatibility.
Hereinafter, the method for producing the carbon material will be described more specifically.

「前記モノマー及び有機溶媒が、前記樹脂との相溶性が低い」とは、前記モノマー及び有機溶媒の溶解性パラメータ(SP値)と、前記樹脂の溶解性パラメータ(SP値)との差が1.5以上であることを意味する。ここで、「溶解性パラメータ(SP値)」とは、25℃における溶媒1mLの分子間結合エネルギー(蒸発潜熱より気体のエネルギーを引いた値)の平方根と定義されている値であって、いわゆるFedorsの式により算出できる値を意味する。   “The monomer and the organic solvent have low compatibility with the resin” means that the difference between the solubility parameter (SP value) of the monomer and the organic solvent and the solubility parameter (SP value) of the resin is 1. .5 or more. Here, the “solubility parameter (SP value)” is a value defined as the square root of the intermolecular bond energy (a value obtained by subtracting the energy of gas from the latent heat of vaporization) of 1 mL of solvent at 25 ° C. It means a value that can be calculated by the Fedors equation.

前記炭素材料の製造方法では、まず、モノマー、有機溶媒及び前記金属を混合して、モノマー含有混合物を調製する。
前記モノマーは、後述する重合により樹脂を構成し、焼成後に炭素材料の炭素成分を構成する。
前記モノマーとしては、ジビニルベンゼン、塩化ビニル、アクリロニトリル等が例示できる。
前記モノマーは、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。例えば、一種のみを使用することで、炭素材料を簡便に得られる。
In the method for producing the carbon material, first, a monomer, an organic solvent, and the metal are mixed to prepare a monomer-containing mixture.
The monomer constitutes a resin by polymerization described later, and constitutes a carbon component of the carbon material after firing.
Examples of the monomer include divinylbenzene, vinyl chloride, acrylonitrile and the like.
The said monomer may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose. For example, a carbon material can be easily obtained by using only one kind.

前記有機溶媒は、中空剤として機能し、前記炭素材料に空隙部を形成する。
前記有機溶媒は、前記モノマーの種類に応じて適宜選択すればよく、例えば、前記モノマーとしてジビニルベンゼンを用いる場合には、n−ヘプタン等の直鎖状炭化水素や、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素等が好適である。
前記有機溶媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The organic solvent functions as a hollow agent and forms voids in the carbon material.
The organic solvent may be appropriately selected according to the type of the monomer. For example, when divinylbenzene is used as the monomer, a linear hydrocarbon such as n-heptane or an alicyclic carbonization such as cyclohexane is used. Hydrogen or the like is preferred.
The said organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記モノマー含有混合物において、前記有機溶媒の含有量は、前記モノマーの含有量100質量部あたり、20〜150質量部であることが好ましく、40〜130質量部であることがより好ましい。下限値以上とすることで、空隙部がより十分に形成された炭素材料が得られ、その結果、連続充放電時において前記金属の体積変化の影響を緩和する効果が高くなり、炭素材料の破損を抑制するより高い効果が得られる。また、上限値以下とすることで、炭素材料の強度がより向上し、形状をより安定して維持できる。   In the monomer-containing mixture, the content of the organic solvent is preferably 20 to 150 parts by mass, more preferably 40 to 130 parts by mass, per 100 parts by mass of the monomer. By making the lower limit value or more, a carbon material having a more sufficiently formed void is obtained, and as a result, the effect of mitigating the influence of volume change of the metal during continuous charge and discharge is increased, and the carbon material is damaged. A higher effect can be obtained. Moreover, the intensity | strength of a carbon material improves more by setting it as below an upper limit, and a shape can be maintained more stably.

前記金属として、表面が顔料分散剤で処理されているものを用いる場合には、前記顔料分散剤は、前記金属とともに前記モノマー混合物中に添加されてもよい。   When using a metal whose surface is treated with a pigment dispersant, the pigment dispersant may be added to the monomer mixture together with the metal.

前記モノマー含有混合物において、前記金属の含有量の下限値は、前記モノマーの含有量100質量部あたり、1質量部であることが好ましく、3質量部であることがより好ましい。このような範囲とすることで、炭素材料のリチウムイオン吸蔵放出容量がより高くなる。
また、前記モノマー含有混合物において、前記金属は、含有量が多いほどリチウムイオン吸蔵放出容量が高くなるが、前記金属の含有量の上限値は、前記モノマーの含有量100質量部あたり、95質量部であることが好ましい。このような範囲とすることで、得られる炭素材料は、連続充放電時において前記金属の体積変化の影響が小さくなり、炭素材料の破損を抑制するより高い効果が得られる。また、導電性がより向上する。
In the monomer-containing mixture, the lower limit value of the metal content is preferably 1 part by mass and more preferably 3 parts by mass per 100 parts by mass of the monomer content. By setting it as such a range, the lithium ion occlusion-release capacity | capacitance of a carbon material becomes higher.
Further, in the monomer-containing mixture, the metal has a higher lithium ion storage / release capacity as the content increases, but the upper limit of the metal content is 95 parts by mass per 100 parts by mass of the monomer. It is preferable that By setting it as such a range, the effect of the volume change of the said metal becomes small at the time of continuous charging / discharging, and the higher effect which suppresses the damage of a carbon material is acquired. Further, the conductivity is further improved.

前記モノマーの重合に使用する重合開始剤としては、有機過酸化物、アゾ系化合物、金属イオンレドックス開始剤、光重合開始剤、過硫酸塩等の公知のものが例示できる。
前記モノマー含有混合物における前記重合開始剤の含有量は、特に限定されず、適宜調節すればよい。含有量が少な過ぎると、モノマーの重合が不十分で炭素材料が形成されないことがあり、含有量が多過ぎると、樹脂の分子量が大きくならず、得られた炭素材料の後処理に支障が出ることがある。
Examples of the polymerization initiator used for the polymerization of the monomer include known ones such as organic peroxides, azo compounds, metal ion redox initiators, photopolymerization initiators, and persulfates.
The content of the polymerization initiator in the monomer-containing mixture is not particularly limited, and may be adjusted as appropriate. If the content is too small, the polymerization of the monomer may be insufficient and a carbon material may not be formed. If the content is too large, the molecular weight of the resin will not increase, and post-treatment of the resulting carbon material will be hindered. Sometimes.

前記モノマー含有混合物は、前記モノマー、有機溶媒、金属及び重合開始剤以外に、さらに、その他の添加剤を含有していてもよい。
前記添加剤としては、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の導電助剤が例示できる。前記導電助剤を含有することにより、得られる炭素材料は、導電性がより向上する。なかでも、前記モノマー含有混合物が黒鉛を含有する場合には、この黒鉛は導電助剤として機能するだけでなく、放電容量の増大効果も有する。
前記添加剤は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The monomer-containing mixture may further contain other additives in addition to the monomer, the organic solvent, the metal, and the polymerization initiator.
Examples of the additive include conductive assistants such as graphite, carbon black, carbon nanotubes, graphene, and fullerene. By containing the conductive aid, the carbon material obtained is more improved in conductivity. In particular, when the monomer-containing mixture contains graphite, the graphite not only functions as a conductive additive but also has an effect of increasing the discharge capacity.
The said additive may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記モノマー含有混合物は、例えば、前記モノマー、有機溶媒、金属、重合開始剤及び必要に応じて添加剤を加えて、超音波分散等の公知の手段で混合することにより調製できる。   The monomer-containing mixture can be prepared, for example, by adding the monomer, an organic solvent, a metal, a polymerization initiator, and an additive as necessary, and mixing by a known means such as ultrasonic dispersion.

前記製造方法では、次いで、前記モノマー含有混合物を水相に分散させて、懸濁液を調製する。前記モノマー含有混合物は、油滴として分散される。
前記水相を構成する水系媒体(水系溶媒)としては、水、アルコール類、ケトン類(ラクトン類は除く)等が例示できる。
前記水系媒体は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上の場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
In the production method, the monomer-containing mixture is then dispersed in an aqueous phase to prepare a suspension. The monomer-containing mixture is dispersed as oil droplets.
Examples of the aqueous medium (aqueous solvent) constituting the aqueous phase include water, alcohols, ketones (excluding lactones) and the like.
The aqueous medium may be one kind or two or more kinds. In the case of two kinds or more, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記水系媒体は、例えば、これに該当しないポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリビニルピロリドン、不溶性無機微粒子、高分子界面活性剤等の分散剤を含有することが好ましい。
前記分散剤は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上の場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The aqueous medium preferably contains, for example, a dispersant such as polyvinyl alcohol, methyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, insoluble inorganic fine particles, or a polymer surfactant that does not fall under this category.
The dispersant may be only one kind, or two or more kinds. In the case of two or more kinds, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記懸濁液は、例えば、前記モノマー含有混合物を水系媒体に添加して、ホモジナイザー、静置型スタティックミキサー、超音波ミキサー、超音波ホモジナイザー、シラスポーラスフィルター、撹拌羽根等の撹拌装置で撹拌することで調製できる。この時、撹拌条件を調節することにより、懸濁液中におけるモノマー含有混合物の油滴の大きさを制御でき、その結果、得られる炭素材料の粒子径を調節できる。   The suspension is prepared by, for example, adding the monomer-containing mixture to an aqueous medium and stirring with a stirring device such as a homogenizer, a static static mixer, an ultrasonic mixer, an ultrasonic homogenizer, a shirasu porous filter, or a stirring blade. Can be prepared. At this time, by adjusting the stirring conditions, the size of the oil droplets of the monomer-containing mixture in the suspension can be controlled, and as a result, the particle diameter of the resulting carbon material can be adjusted.

前記炭素材料の製造方法では、次いで、前記懸濁液において、前記混合物中の前記モノマーを重合させて、樹脂粒子を調製する。
モノマーの重合条件は、使用する原料等を考慮して適宜調節すればよいが、例えば、前記懸濁液を窒素気流下、30〜95℃で、1〜50時間程度撹拌する方法が例示できる。
得られた樹脂粒子は、懸濁液から分離し、例えば、水洗、乾燥、分級等の操作を経て、以降の工程に使用すればよい。
In the carbon material manufacturing method, resin particles are then prepared by polymerizing the monomers in the mixture in the suspension.
The polymerization conditions of the monomer may be appropriately adjusted in consideration of the raw materials to be used. For example, a method in which the suspension is stirred at 30 to 95 ° C. in a nitrogen stream for about 1 to 50 hours can be exemplified.
The obtained resin particles are separated from the suspension and may be used in the subsequent steps through operations such as washing with water, drying, and classification.

前記炭素材料の製造方法では、次いで、前記樹脂粒子を焼成する。
焼成条件は、樹脂粒子の種類に応じて適宜選択すればよい。好ましい焼成温度としては、1000℃以下、1000〜2500℃、2500℃以上の三通りが例示できる。
焼成温度を1000℃以下とすると、このような炭素材料から得られた負極材料は、極めて高いリチウムイオン吸蔵放出容量を有し、リチウムイオン二次電池は、出力がばらつくことがあるものの、より高い出力が得られる。
焼成温度を1000〜2500℃とすると、このような炭素材料から得られた負極材料は、リチウムイオン吸蔵放出容量が下がることがあるものの、より安定した出力特性と高耐久性を有する。
焼成温度を2500℃以上とすると、このような炭素材料から得られた負極材料は、極めて高いリチウムイオン吸蔵放出容量を有し、リチウムイオン二次電池は、より高い出力が得られる。
In the carbon material manufacturing method, the resin particles are then fired.
The firing conditions may be appropriately selected according to the type of resin particles. Examples of preferable firing temperatures include three types of 1000 ° C. or lower, 1000 to 2500 ° C., and 2500 ° C. or higher.
When the firing temperature is 1000 ° C. or lower, the negative electrode material obtained from such a carbon material has a very high lithium ion storage / release capacity, and the lithium ion secondary battery has a higher output although the output may vary. Output is obtained.
When the firing temperature is 1000 to 2500 ° C., the negative electrode material obtained from such a carbon material has more stable output characteristics and high durability, although the lithium ion storage / release capacity may decrease.
When the firing temperature is 2500 ° C. or higher, the negative electrode material obtained from such a carbon material has an extremely high lithium ion storage / release capacity, and the lithium ion secondary battery can obtain higher output.

前記樹脂粒子を焼成して得られた炭素材料は、連胞中空構造を有し、前記空隙部内に、リチウムと合金を形成し得る前記金属を含有することで、高いリチウム吸蔵放出容量を有する。さらに、連続充放電時において前記金属の体積変化の影響を緩和する効果が高くなり、炭素材料の破損を抑制する優れた効果が得られる。前記炭素材料においては、連続充放電時に前記金属の体積変化は生じるが、連胞中空構造がこの体積変化に起因する応力を分散及び吸収するため、炭素材料の破損が抑制されると推測される。   The carbon material obtained by firing the resin particles has an open cell hollow structure, and has a high lithium occlusion / release capacity by containing the metal capable of forming an alloy with lithium in the void. Further, the effect of alleviating the influence of the volume change of the metal during continuous charge / discharge is enhanced, and an excellent effect of suppressing breakage of the carbon material is obtained. In the carbon material, the volume change of the metal occurs during continuous charge / discharge, but it is presumed that the breakage of the carbon material is suppressed because the solid cell hollow structure disperses and absorbs the stress caused by the volume change. .

[負極電極]
本発明において、負極電極は前記炭素材料を含み、この点以外は、従来の負極電極と同様の構成とすることができる。例えば、前記炭素材料を含む負極材料を銅(Cu)板等に積層すればよい。前記積層された負極材料を、以下では負極活物質層ということがある。
[Negative electrode]
In this invention, a negative electrode contains the said carbon material, and can be set as the structure similar to the conventional negative electrode except this point. For example, the negative electrode material containing the carbon material may be laminated on a copper (Cu) plate or the like. Hereinafter, the laminated negative electrode material may be referred to as a negative electrode active material layer.

前記負極材料の好ましいものとしては、前記炭素材料及びバインダー樹脂を含むものが例示できる。
前記バインダー樹脂は、前記炭素材料同士を結合させる結着剤として機能し、これを使用することで、前記炭素材料を任意の形状に成形できる。
前記バインダー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が例示できる。
前記バインダー樹脂の使用量は、特に限定されないが、炭素材料100質量部に対して、3〜50質量部であることが好ましい。下限値以上とすることで、バインダー樹脂を使用した効果がより十分に得られ、上限値以下とすることで、負極材料の導電性がより向上する。
Preferred examples of the negative electrode material include those containing the carbon material and a binder resin.
The binder resin functions as a binder for bonding the carbon materials, and by using the binder resin, the carbon material can be formed into an arbitrary shape.
Examples of the binder resin include polyvinylidene fluoride and styrene butadiene rubber.
Although the usage-amount of the said binder resin is not specifically limited, It is preferable that it is 3-50 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon materials. By using more than a lower limit, the effect which uses binder resin is fully acquired, and the electroconductivity of negative electrode material improves more by setting it as an upper limit or less.

前記負極材料は、さらに導電助剤を含むことが好ましい。前記導電助剤を含むことにより、前記負極材料の導電性がより向上する。
前記導電助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンが例示できる。
前記導電助剤は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上の場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The negative electrode material preferably further contains a conductive additive. By including the conductive assistant, the conductivity of the negative electrode material is further improved.
Examples of the conductive aid include graphite, carbon black, carbon nanotube, graphene, and fullerene.
The conductive auxiliary agent may be one kind or two or more kinds. In the case of two or more kinds, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記負極材料(後述する混合物調製時の有機溶媒を除く)において、前記導電助剤の含有量は、1〜90質量%であることが好ましい。下限値以上とすることで、より十分な導電性向上効果が得られ、上限値以下とすることで、負極材料のリチウムイオン吸蔵放出容量がより高くなる。
なお、前記導電助剤を所定量以上配合することで、炭素材料同士を結合させる結着剤の機能を発揮することがある。この場合には、前記バインダー樹脂の使用量を低減することで、より高い導電性が得られる。
In the negative electrode material (excluding the organic solvent at the time of preparing the mixture described later), the content of the conductive auxiliary agent is preferably 1 to 90% by mass. By setting it to the lower limit value or more, a more sufficient conductivity improvement effect can be obtained, and by setting the upper limit value or less, the lithium ion storage / release capacity of the negative electrode material becomes higher.
In addition, the function of the binder which couple | bonds carbon materials may be exhibited by mix | blending the said conductive support agent more than predetermined amount. In this case, higher conductivity can be obtained by reducing the amount of the binder resin used.

前記負極材料は、例えば、前記炭素材料、導電助剤及びバインダー樹脂等の配合成分を混合した後、得られた混合物を成形することで作製できる。そして、前記混合物は、成形が容易になるように、有機溶媒を含有していてもよい。
前記有機溶媒は、前記バインダー樹脂を溶解可能なものが好ましく、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等が例示できる。
前記有機溶媒を含有する混合物を使用する場合には、例えば、該混合物を所定の箇所に塗布又は積層した後、前記有機溶媒を除去して乾燥させ、所望の形状に成形すればよい。
The negative electrode material can be produced, for example, by mixing the carbon material, a conductive additive, a binder resin and the like and then molding the obtained mixture. And the said mixture may contain the organic solvent so that shaping | molding may become easy.
The organic solvent is preferably one that can dissolve the binder resin, and examples thereof include N-methylpyrrolidone and N, N-dimethylformamide.
In the case of using a mixture containing the organic solvent, for example, the mixture may be applied or laminated at a predetermined location, and then the organic solvent may be removed and dried to form a desired shape.

[非水電解液]
本発明において、非水電解液は、非水溶媒及び電解質塩を含む電解液であって、前記炭素材料に浸透させて含ませることができるものである。前記炭素材料の性能を損なうものでなければ特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池に使用される電解液が使用可能である。
[Non-aqueous electrolyte]
In the present invention, the non-aqueous electrolytic solution is an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, and can be infiltrated into the carbon material. There is no particular limitation as long as the performance of the carbon material is not impaired, and an electrolytic solution used in a conventional lithium ion secondary battery can be used.

前記非水溶媒は、水、アルコール等の水系溶媒を実質的に含有しない溶媒のことをいい、好ましくは有機溶媒である。ここで、前記非水溶媒における、水及びアルコールの含有率は、1体積%以下が好ましく、0.5体積%以下がより好ましく、0.1体積%以下が更に好ましく、0.01体積%以下が特に好ましく、0.001%以下が最も好ましい。   The non-aqueous solvent refers to a solvent that does not substantially contain an aqueous solvent such as water and alcohol, and is preferably an organic solvent. Here, the content of water and alcohol in the non-aqueous solvent is preferably 1% by volume or less, more preferably 0.5% by volume or less, still more preferably 0.1% by volume or less, and 0.01% by volume or less. Is particularly preferable, and 0.001% or less is most preferable.

前記非水溶媒としては、例えばγ−ブチロラクトン等のラクトン化合物;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等の炭酸エステル化合物;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステル化合物;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物;アセトニトリル等のニトリル化合物;スルホラン等のスルホン化合物、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物等、が挙げられる。これらの非水溶媒のなかでも、電解質塩の溶解性が高いものが好ましい。後述するリチウム塩の溶解性が高い、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルカーボネート(DMC)、アセトニトリルが好ましく用いられる。
前記非水溶媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよく、二種以上の場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
Examples of the non-aqueous solvent include lactone compounds such as γ-butyrolactone; carbonate ester compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; carboxylic acids such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate. Ester compounds; ether compounds such as tetrahydrofuran and dimethoxyethane; ether compounds such as tetrahydrofuran and dimethoxyethane; nitrile compounds such as acetonitrile; sulfone compounds such as sulfolane; amide compounds such as dimethylformamide; Among these non-aqueous solvents, those having high solubility of the electrolyte salt are preferable. Tetrahydrofuran (THF), dimethyl carbonate (DMC), and acetonitrile, which have high lithium salt solubility described later, are preferably used.
The non-aqueous solvent may be used singly or in combination of two or more. In the case of two or more, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose. Good.

前記電解質塩としては、従来のリチウムイオン二次電池の電解液に使用される電解質塩を使用することができ、例えばビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム(LiN(SO2CF32)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF4)、三フッ化メタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6)、六フッ化ヒ素酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C654)が例示できる。
前記リチウム塩は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
As the electrolyte salt, an electrolyte salt used in an electrolytic solution of a conventional lithium ion secondary battery can be used. For example, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide lithium (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ), Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium boron tetrafluoride (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6), hexafluoroarsenate arsenate periodate lithium (LiAsF 6), lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5) 4) can be exemplified.
The said lithium salt may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記電解液中のリチウム塩の濃度は、0.05〜10モル/Lであることが好ましく、0.1〜5モル/Lであることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.05 to 10 mol / L, and more preferably 0.1 to 5 mol / L.

前記非水電解液には、リチウムビス(オキサレート)ボレート(「LiBOB」と略記する)及び/又はフルオロエチレンカーボネート(「FEC」と略記する)を含有させることが好ましい。LiBOB又はFECを使用することで、本発明にかかるリチウムイオン二次電池の充放電効率を損なうことなく、負極材料の耐久性が顕著に向上させられる。   The non-aqueous electrolyte preferably contains lithium bis (oxalate) borate (abbreviated as “LiBOB”) and / or fluoroethylene carbonate (abbreviated as “FEC”). By using LiBOB or FEC, the durability of the negative electrode material is significantly improved without impairing the charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery according to the present invention.

前記電解液中のLiBOB及びFECの総含有量は、含有されるリチウム塩中のリチウム原子の総量に対して、[LiBOB及びFECの総モル数]/[リチウム原子の総モル数]のモル比が0.05〜0.5を満たすことが好ましく、0.1〜0.4を満たすことがより好ましい。下限値以上とすることで、負極材料の耐久性がより向上する。また、上限値以下とすることで、LiBOB及びFECをより安定して電解液中に溶解させることができる。   The total content of LiBOB and FEC in the electrolyte is a molar ratio of [total number of moles of LiBOB and FEC] / [total number of moles of lithium atoms] with respect to the total amount of lithium atoms in the lithium salt contained. Preferably satisfies 0.05 to 0.5, more preferably 0.1 to 0.4. By setting the lower limit value or more, the durability of the negative electrode material is further improved. Moreover, LiBOB and FEC can be more stably dissolved in electrolyte solution by setting it as below an upper limit.

前記非水電解液は、例えば、リチウム塩及び有機溶媒と、必要に応じてLiBOB及び/又はFEC等を適宜配合することで、調製できる。各成分の配合時の添加順序、温度、時間等の各条件は、配合成分の種類に応じて任意に調節できる。   The non-aqueous electrolyte can be prepared by appropriately blending, for example, a lithium salt and an organic solvent, and LiBOB and / or FEC as necessary. Each condition such as the order of addition, temperature, time and the like at the time of blending each component can be arbitrarily adjusted according to the type of the blended component.

前記非水電解液は、前記ゲル電解質を構成することが好ましい。つまり、前記ゲル電解質における高分子マトリックス中に、前記非水電解液が含有されていることが好ましい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池の製造において、前記炭素材料に含ませる非水電解液の組成は、前記ゲル電解質に含ませる非水電解液の組成と同一又は近似とすることが好ましい。リチウムイオン二次電池を組み立てた後では、前記炭素材料と前記ゲル電解質とは互いに接触するので、両者に含まれる非水電解液及び/又は電解質塩は拡散によって混合される。この混合の際、両者に含まれる非水電解液の組成が同一又は近似していることにより、相溶性に優れ、無用な化学反応が起こることを防げるので好ましい。
The nonaqueous electrolytic solution preferably constitutes the gel electrolyte. That is, it is preferable that the non-aqueous electrolyte is contained in the polymer matrix in the gel electrolyte.
In the production of the lithium ion secondary battery of the present invention, the composition of the non-aqueous electrolyte contained in the carbon material is preferably the same as or close to the composition of the non-aqueous electrolyte contained in the gel electrolyte. After the lithium ion secondary battery is assembled, the carbon material and the gel electrolyte are in contact with each other, so that the non-aqueous electrolyte and / or the electrolyte salt contained in both are mixed by diffusion. At the time of this mixing, it is preferable that the composition of the non-aqueous electrolyte contained in both is the same or close, so that the compatibility is excellent and unnecessary chemical reaction can be prevented from occurring.

ここで、一方の非水電解液と他方の非水電解液とが「近似している」とは、少なくとも両方の非水電解液の溶媒が同じ種類であることを意味する。溶媒の種類が同じであることに加えて、さらに、両方の非水電解液に溶解された電解質の種類が同じであって、その電解質の濃度が異なる場合、両方の非水電解液は互いに「より近似している」といえる。   Here, that one nonaqueous electrolytic solution and the other nonaqueous electrolytic solution are “approximate” means that the solvents of at least both of the nonaqueous electrolytic solutions are the same type. In addition to the same solvent type, if the electrolyte types dissolved in both non-aqueous electrolytes are the same and the electrolyte concentrations are different, both non-aqueous electrolytes are It is more approximate. ”

[ゲル電解質]
前記ゲル電解質は、ゲル状の電解質であり、ゲルを構成する高分子マトリックス中に非水電解液及び/又は電解質塩が含まれるものである。
本発明におけるゲル電解質として、従来のリチウムイオン二次電池に使用されるゲル電解質(固体電解質)を使用することができる。
前記ゲル電解質は、前記非水電解液及び前記高分子マトリックスを含有する原料液を、基材に塗布することによって製造できる。
なお、前記原料液に希釈溶媒が含まれている場合には、該原料液を基材に塗布又は含浸した後、希釈溶媒を揮発させることによって、ゲル化させることができる。
[Gel electrolyte]
The gel electrolyte is a gel electrolyte, and includes a non-aqueous electrolyte and / or an electrolyte salt in a polymer matrix constituting the gel.
As the gel electrolyte in the present invention, a gel electrolyte (solid electrolyte) used in a conventional lithium ion secondary battery can be used.
The gel electrolyte can be produced by applying a raw material solution containing the non-aqueous electrolyte and the polymer matrix to a substrate.
In addition, when the said raw material liquid contains the dilution solvent, after apply | coating or impregnating this raw material liquid to a base material, it can be gelatinized by volatilizing a dilution solvent.

本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法において、第二工程で電極間に配するゲル電解質は、前記負極電極又は前記正極電極の表面に前記原料液を塗布して、これをゲル化させることによってゲル電解質としてもよいし、予めゲル化したゲル電解質を前記負極電極又は前記正極電極の表面に配してもよい。
前記原料液を電極表面に塗布して当該電極表面上でゲル化する方が、ゲル電解質と当該電極表面との接着性が高まるので好ましい。また、第二工程において、前記原料液を塗布する際、該原料液を加温することが好ましい。加温することによって、前記原料液の粘性が一時的に低下し、当該原料液を塗工面に均一に塗布できる(塗工性を高められる)。
In the method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention, the gel electrolyte disposed between the electrodes in the second step is to apply the raw material liquid on the surface of the negative electrode or the positive electrode, and to gel the gel. May be used as a gel electrolyte, or a gel electrolyte previously gelled may be disposed on the surface of the negative electrode or the positive electrode.
It is preferable to apply the raw material liquid to the electrode surface and gel the electrode liquid on the electrode surface because the adhesion between the gel electrolyte and the electrode surface is increased. In the second step, it is preferable to warm the raw material liquid when applying the raw material liquid. By heating, the viscosity of the raw material liquid temporarily decreases, and the raw material liquid can be uniformly applied to the coated surface (coating property can be improved).

前記加温の温度は特に制限されず、前記原料液に含まれる成分が分解しない温度範囲で適宜調節すればよい。例えば40〜90℃の範囲で加温すればよい。   The temperature of the heating is not particularly limited, and may be appropriately adjusted within a temperature range in which components contained in the raw material liquid are not decomposed. For example, what is necessary is just to heat in the range of 40-90 degreeC.

前記原料液は、電極表面にそのまま塗布してもよいし、不織布や樹脂製の多孔質シート等からなるセパレータに前記原料液を含浸させたものを電極表面に載置してもよい。いずれの方法であっても、ゲル化させることによって電極表面上でゲル電解質とすることができる。   The raw material liquid may be applied as it is to the electrode surface, or a material made by impregnating the raw material liquid into a separator made of a nonwoven fabric or a resin porous sheet may be placed on the electrode surface. In any method, the gel electrolyte can be formed on the electrode surface by gelation.

前記乾燥によってゲル化したゲル電解質に含まれる非水溶媒の含有率は、特に制限されないが、例えば50〜99質量%とすればよい。この範囲のうち、前記含有率は60〜98質量%が好ましい。下限値以上とすることによって、ゲル電解質中のリチウムイオンの移動度をより高めることができる。上限値以下とすることによって、ゲル電解質の構造的な強度(弾性度)を高めて自律的に膜の形状を保つことがより容易となる。
前記ゲル電解質の強度は、当該ゲル電解質の非水溶媒の前記含有率が高いほど、小さくなる傾向がある。また、前記ゲル電解質の表面の粘着性は、当該ゲル電解質の非水溶媒の前記含有率が高いほど、高まる傾向がある。
Although the content rate of the nonaqueous solvent contained in the gel electrolyte gelled by the drying is not particularly limited, it may be, for example, 50 to 99% by mass. In this range, the content is preferably 60 to 98% by mass. By setting the lower limit value or more, the mobility of lithium ions in the gel electrolyte can be further increased. By setting it to the upper limit or less, it becomes easier to increase the structural strength (elasticity) of the gel electrolyte and maintain the shape of the membrane autonomously.
The strength of the gel electrolyte tends to decrease as the content of the nonaqueous solvent of the gel electrolyte increases. Moreover, there exists a tendency for the adhesiveness of the surface of the said gel electrolyte to increase, so that the said content rate of the nonaqueous solvent of the said gel electrolyte is high.

前記セパレータは、従来のリチウムイオン二次電池に使用されるセパレータを用いることができる。前記セパレータの材質は特に制限されず、例えばポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン、ポリエチレン等)やポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ガラスファイバー等が用いられる。   As the separator, a separator used in a conventional lithium ion secondary battery can be used. The material of the separator is not particularly limited, and for example, polyolefin resin (polypropylene, polyethylene, etc.), polyester resin, polyimide resin, glass fiber, etc. are used.

前記高分子マトリックスは、特に制限されず、次の(i)〜(iii)の条件を満たすものが好ましい。
(i)前記非水電解液に配合することによって原料液をなし、当該原料液の粘度を高められるもの
(ii)前記原料液から前記非水溶媒を蒸発させることによって、当該原料液をゲル化させることができるもの
(iii)前記非水電解液と化学反応し難いもの
このような高分子マトリックスとしては、例えば、重合性不飽和結合を有する化合物を重合させて得られるポリマーが好ましいものとして挙げられる。より具体的には、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、PVDF−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のアルキレンエーテル、ポリエステル、ポリアミン、ポリフォスファゼン、及びポリシロキサン等が挙げられる。
The polymer matrix is not particularly limited, and those that satisfy the following conditions (i) to (iii) are preferable.
(I) A raw material liquid can be formed by blending with the non-aqueous electrolyte, and the viscosity of the raw material liquid can be increased. (Ii) The raw material liquid is gelled by evaporating the non-aqueous solvent from the raw material liquid. What can be made (iii) What is difficult to chemically react with the non-aqueous electrolyte As such a polymer matrix, for example, a polymer obtained by polymerizing a compound having a polymerizable unsaturated bond is preferred. It is done. More specifically, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), PVDF-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polyacrylonitrile, alkylene ethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyester, polyamine, polyphosphazene, and Polysiloxane etc. are mentioned.

前記原料液中の前記高分子マトリックスの濃度としては、1〜40質量%が好ましく、3〜30質量%がより好ましく、5〜20質量%が更に好ましい。下限値以上であることにより、前記原料液の粘度及び塗工性を高められ、当該原料液を乾燥させることによってゲル化させることができる。上限値以下であることにより、原料液の粘度が過度に高まることを防止でき、良好な塗工性が得られやすい。   As a density | concentration of the said polymer matrix in the said raw material liquid, 1-40 mass% is preferable, 3-30 mass% is more preferable, and 5-20 mass% is still more preferable. By being more than a lower limit, the viscosity and coating property of the said raw material liquid can be improved, and it can be made to gelatinize by drying the said raw material liquid. By being below an upper limit, it can prevent that the viscosity of a raw material liquid increases too much, and it is easy to obtain favorable coating property.

前記原料液は、例えばリチウム塩、非水溶媒(有機溶媒)及び高分子ポリマーと、必要に応じてLiBOB及び/又はFEC等を適宜配合することで、調製できる。また、前記原料液は、前記非水電解液及び前記高分子ポリマーを適宜配合して調製したものが好ましい。つまり、前記原料液は、前記非水電解液を配合して調製されたものが好ましい。
各成分の配合時の添加順序、温度、時間等の各条件は、配合成分の種類に応じて任意に調節できる。
The raw material liquid can be prepared by appropriately blending, for example, a lithium salt, a non-aqueous solvent (organic solvent), a polymer, and LiBOB and / or FEC as necessary. The raw material solution is preferably prepared by appropriately blending the non-aqueous electrolyte and the polymer. That is, the raw material liquid is preferably prepared by blending the non-aqueous electrolyte.
Each condition such as the order of addition, temperature, time and the like at the time of blending each component can be arbitrarily adjusted according to the type of the blended component.

[正極電極]
本発明において、正極は、従来のリチウムイオン二次電池における正極電極と同様の構成とすることができる。例えばリチウム化合物を含有する正極材料をアルミニウム(Al)板に積層すればよい。前記積層された正極材料を、以下では正極活物質層ということがある。
[Positive electrode]
In the present invention, the positive electrode can have the same configuration as the positive electrode in a conventional lithium ion secondary battery. For example, a positive electrode material containing a lithium compound may be stacked on an aluminum (Al) plate. Hereinafter, the laminated positive electrode material may be referred to as a positive electrode active material layer.

前記正極材料の好ましいものとしては、前記リチウム化合物、及びバインダー樹脂を含むものが例示できる。
前記バインダー樹脂は、前記リチウム化合物を正極材料中に保持させる結着剤として機能し、これを使用することで、前記正極材料を任意の形状に成形できる。
前記バインダー樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が例示できる。
前記バインダー樹脂の使用量は、特に限定されないが、リチウム化合物100質量部に対して、3〜30質量部であることが好ましい。下限値以上とすることで、バインダー樹脂を使用した効果がより十分に得られ、上限値以下とすることで、正極材料の導電性がより向上する。
Preferred examples of the positive electrode material include those containing the lithium compound and a binder resin.
The binder resin functions as a binder that holds the lithium compound in the positive electrode material, and by using this, the positive electrode material can be formed into an arbitrary shape.
Examples of the binder resin include polyvinylidene fluoride and styrene butadiene rubber.
Although the usage-amount of the said binder resin is not specifically limited, It is preferable that it is 3-30 mass parts with respect to 100 mass parts of lithium compounds. By using more than a lower limit, the effect which uses binder resin is acquired more fully, and the electroconductivity of positive electrode material improves more by setting it as an upper limit or less.

前記リチウム化合物は特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池の正極に用いられるリチウム化合物を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等の遷移金属酸化物が例示できる。
前記正極材料(後述する混合物調製時の有機溶媒を除く)中のリチウム化合物の含有量としては、例えば10〜98質量%が好ましく、70〜98質量%がより好ましく、80〜98質量%が更に好ましい。下限値以上とすることにより、電解質中のリチウムイオンをより充分な量とすることができ、上限値以下とすることにより、正極活物質層を形成するためのバインダー樹脂等の他の成分を含有することができる。
The lithium compound is not particularly limited, and a lithium compound used for a positive electrode of a conventional lithium ion secondary battery can be used. Examples thereof include transition metal oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).
As content of the lithium compound in the said positive electrode material (except the organic solvent at the time of the mixture preparation mentioned later), 10-98 mass% is preferable, for example, 70-98 mass% is more preferable, and 80-98 mass% is further. preferable. By setting the lower limit value or more, the amount of lithium ions in the electrolyte can be made more sufficient. By setting the upper limit value or less, other components such as a binder resin for forming the positive electrode active material layer are contained. can do.

前記正極材料は、さらに導電助剤を含むことが好ましい。前記導電助剤を含むことにより、前記正極材料の導電性がより向上する。
前記導電助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンが例示できる。
前記導電助剤は、一種のみでもよいし、二種以上でもよく、二種以上の場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The positive electrode material preferably further contains a conductive additive. By including the conductive assistant, the conductivity of the positive electrode material is further improved.
Examples of the conductive aid include graphite, carbon black, carbon nanotube, graphene, and fullerene.
The conductive auxiliary agent may be one kind or two or more kinds. In the case of two or more kinds, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

前記正極材料(後述する混合物調製時の有機溶媒を除く)において、前記導電助剤の含有量は、1〜90質量%であることが好ましい。下限値以上とすることで、より十分な導電性向上効果が得られ、上限値以下とすることで、正極材料のリチウムイオン吸蔵放出容量がより高くなる。
なお、前記導電助剤を所定量以上配合することで、前記リチウム化合物を保持する機能を発揮することがある。この場合には、前記バインダー樹脂の使用量を低減することで、より高い導電性が得られる。
In the positive electrode material (excluding an organic solvent at the time of preparing the mixture described later), the content of the conductive auxiliary agent is preferably 1 to 90% by mass. By setting the lower limit value or more, a more sufficient conductivity improvement effect can be obtained, and by setting the upper limit value or less, the lithium ion storage / release capacity of the positive electrode material becomes higher.
In addition, the function to hold | maintain the said lithium compound may be exhibited by mix | blending the said conductive support agent more than predetermined amount. In this case, higher conductivity can be obtained by reducing the amount of the binder resin used.

前記正極材料は、例えば、前記リチウム化合物、導電助剤及びバインダー樹脂等の配合成分を混合した後、得られた混合物を成形することで作製できる。そして、前記混合物は、成形が容易になるように、有機溶媒を含有していてもよい。
前記有機溶媒は、前記バインダー樹脂を溶解可能なものが好ましく、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等が例示できる。
前記有機溶媒を含有する混合物を使用する場合には、例えば、該混合物を所定の箇所に塗布又は積層した後、前記有機溶媒を除去して乾燥させ、所望の形状に成形すればよい。
The positive electrode material can be produced, for example, by mixing the obtained components such as the lithium compound, conductive additive and binder resin, and then molding the resulting mixture. And the said mixture may contain the organic solvent so that shaping | molding may become easy.
The organic solvent is preferably one that can dissolve the binder resin, and examples thereof include N-methylpyrrolidone and N, N-dimethylformamide.
In the case of using a mixture containing the organic solvent, for example, the mixture may be applied or laminated at a predetermined location, and then the organic solvent may be removed and dried to form a desired shape.

なお、本発明のリチウムイオン二次電池の製造は、グローブボックス内又は乾燥空気雰囲気下で行ってもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may be manufactured in a glove box or in a dry air atmosphere.

[リチウムイオン二次電池]
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造されたものである。前記第一工程及び前記第二工程を経て形成されるリチウムイオン二次電池であれば、その主な構成は、従来のリチウムイオン二次電池と同様の構成とすることができる。例えば、前記負極電極、前記ゲル電解質及び前記正極電極(対電極)をこの順に配置して構成すればよい。さらに必要に応じて、負極と正極との間に、セパレータが設けられていてもよい。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of this invention is manufactured by the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention. If it is a lithium ion secondary battery formed through said 1st process and said 2nd process, the main structure can be set as the structure similar to the conventional lithium ion secondary battery. For example, the negative electrode, the gel electrolyte, and the positive electrode (counter electrode) may be arranged in this order. Furthermore, a separator may be provided between the negative electrode and the positive electrode as necessary.

本発明のリチウムイオン二次電池の形態は特に限定されず、円筒型、角型、コイン型、シート型等、公知の形態に調節できる。例えば、前記コイン型電池の一例の模式的な断面図を図2に示す。
ここに示すリチウムイオン二次電池1は、コイン型であり、ケース14内において正極電極11、ゲル電解質(電解質膜)12及び負極電極13がこの順に積層され、この積層体が絶縁性ガスケット15を介してキャップ16で密封され、概略構成されている。ただし、ここに示すリチウムイオン二次電池は、本発明の一例を示すに過ぎず、本発明はここに示すものに何ら限定されるものではない。
The form of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be adjusted to a known form such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, or a sheet shape. For example, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an example of the coin-type battery.
The lithium ion secondary battery 1 shown here is a coin type, and a positive electrode 11, a gel electrolyte (electrolyte film) 12, and a negative electrode 13 are laminated in this order in a case 14, and this laminate forms an insulating gasket 15. It is sealed with a cap 16 and has a schematic configuration. However, the lithium ion secondary battery shown here is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the one shown here.

以下に、ラミネート型のリチウムイオン二次電池を製造する方法を例示する。
前記ラミネート型のリチウムイオン二次電池は、端部から端子用タブを突出させ少なくとも一方の板面に非水電解液が塗布された正極板と、ゲル状の電解質膜と、端部から端子用タブを突出させ少なくとも一方の板面に非水電解液が塗布された負極板とを交互に積層して形成された多層の膜電極接合体を、ラミネートフィルムによって包み封止したものである。
Hereinafter, a method for producing a laminate-type lithium ion secondary battery will be exemplified.
The laminate-type lithium ion secondary battery includes a positive electrode plate having a terminal tab protruding from an end and a non-aqueous electrolyte applied to at least one plate surface, a gel electrolyte membrane, and a terminal from the end. A multilayer membrane electrode assembly formed by alternately laminating a negative electrode plate with a non-aqueous electrolyte applied to at least one plate surface with protruding tabs is wrapped and sealed with a laminate film.

正極板は、例えばアルミニウム箔等からなる正極集電体に正極活物質層を形成し、正極集電体の端部に端子用タブが接続されたものであり、正極板の正極活物質層が電解質膜の表面上に収まるよう例えば矩形に切断されている。
正極板の端子用タブの材質としては、例えばアルミニウム等が挙げられる。
The positive electrode plate is formed by forming a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector made of, for example, aluminum foil, and the terminal tab is connected to the end of the positive electrode current collector. For example, it is cut into a rectangle so as to fit on the surface of the electrolyte membrane.
Examples of the material for the terminal tab of the positive electrode plate include aluminum.

正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電助剤、バインダーとなる結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体の片面又は両面に塗布し、該正極用スラリーを乾燥させて得られる。塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
正極活物質としては、例えば一般式LiMxOy(ただし、Mは金属であり、x及びyは金属Mと酸素Oの組成比である)で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。具体的には、金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が用いられる。
導電助剤としては、例えばアセチレンブラック等が用いられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等が用いられる。
The positive electrode active material layer is formed by, for example, applying a positive electrode slurry in which a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder serving as a binder are dispersed in a solvent to one or both sides of the positive electrode current collector, Is obtained by drying. After application, pressing may be performed as necessary.
As the positive electrode active material, for example, a metal acid lithium compound represented by the general formula LiMxOy (where M is a metal and x and y are composition ratios of the metal M and oxygen O) is used. Specifically, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate and the like are used as the metal acid lithium compound.
For example, acetylene black or the like is used as the conductive assistant, and polyvinylidene fluoride or the like is used as the binder.

負極板は、例えば銅(Cu)等からなる負極集電体に負極活物質層を形成し、負極集電体の端縁から端子用タブが接続されたものであり、該負極板の負極活物質層が電解質膜の表面上に収まるよう例えば矩形に切断されている。
負極の端子用タブの材質としては、例えばニッケルが挙げられる。
The negative electrode plate is obtained by forming a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector made of, for example, copper (Cu) and the like, and connecting terminal tabs from the edge of the negative electrode current collector. For example, the material layer is cut into a rectangular shape so as to fit on the surface of the electrolyte membrane.
An example of the material for the negative terminal tab is nickel.

負極活物質層は、例えば炭素粉末や黒鉛粉末等からなる炭素材料と、ポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体の片面又は両面に塗布し、該負極用スラリーを乾燥させることによって得られる。塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。   The negative electrode active material layer is made of, for example, a negative electrode slurry obtained by dispersing a carbon material made of carbon powder or graphite powder and a binder such as polyvinylidene fluoride in a solvent on one or both surfaces of the negative electrode current collector. It is obtained by coating and drying the negative electrode slurry. After application, pressing may be performed as necessary.

次に、前記ラミネート型のリチウムイオン二次電池の製造方法の各工程(A)〜(C)について説明する。前記ラミネート型のリチウムイオン二次電池の製造方法は、(A)正極板及び負極板の少なくとも一の板面に非水電解液を塗布する工程Aと、(B)第1の工程の後に、正極板及び負極板の少なくとも前記一の板面にゲル状の電解質膜を形成する工程Bと、(C)第2の工程の後に、正極板と負極板とをこれらの間にゲル状の電解質膜が介在するように交互に積層する工程Cとを有する。   Next, each process (A)-(C) of the manufacturing method of the said laminate type lithium ion secondary battery is demonstrated. The laminate type lithium ion secondary battery manufacturing method includes (A) a step A of applying a non-aqueous electrolyte to at least one plate surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and (B) after the first step. Step B of forming a gel electrolyte membrane on at least one plate surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and (C) after the second step, the positive electrode plate and the negative electrode plate are placed between them. And a step C of alternately laminating so as to interpose a film.

(A)正極板及び負極板の少なくとも一の板面に非水電解液を塗布する工程A
まず、アルミ箔等の正極集電体に正極活物質層を形成しロール上に巻回しておいた正極板を延伸させ該電極板の板面に非水電解液を塗布する。この正極板は、予め所定寸法に切断されたものであってもよい。
塗布方法は、特に限定されないが、例えばディッピング法やスプレー法等が採用される。
また、非水電解液の塗布量は、特に限定されないが、非水電解液が負極板の板面全体に行き渡り、負極活物質層に十分に染み込みかつ滴らない程度であることが望ましい。例えば、電極の単位体積あたり、電解質の塗布量が(1マイクロリッター/cm2〜100マイクロリッター/cm2)となるようにすることが好ましい。
正極板についても、負極板と同様に、非水電解液が塗布されて形成される。
なお、正極板及び負極板の板面に塗布される非水電解液とゲル状の電解質膜に含まれる非水電解液とは、同一材料の組み合わせにより調整されることが好ましい。
(A) Step A of applying a non-aqueous electrolyte to at least one plate surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate
First, a positive electrode plate formed by forming a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector such as an aluminum foil and wound on a roll is stretched, and a nonaqueous electrolytic solution is applied to the plate surface of the electrode plate. This positive electrode plate may be previously cut to a predetermined dimension.
The application method is not particularly limited, and for example, a dipping method or a spray method is employed.
Further, the application amount of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but it is preferable that the non-aqueous electrolyte spreads over the entire plate surface of the negative electrode plate and does not sufficiently soak and drip into the negative electrode active material layer. For example, it is preferable that the coating amount of the electrolyte is (1 microliter / cm 2 to 100 microliter / cm 2 ) per unit volume of the electrode.
Similarly to the negative electrode plate, the positive electrode plate is formed by applying a non-aqueous electrolyte.
In addition, it is preferable that the nonaqueous electrolytic solution applied to the plate surfaces of the positive electrode plate and the negative electrode plate and the nonaqueous electrolytic solution contained in the gel electrolyte membrane are adjusted by a combination of the same materials.

(B)ゲル状の電解質膜(ゲル電解質)を形成する工程B
ゲル状の電解質膜は、ゲル用電解液を前記工程Aで形成された正極板及び負極板の非水電解液が塗布された板面に直接塗布するか、又はゲル用電解液(前記原料液)を基材に含浸させた上で正極板及び負極板の非水電解液が塗布された板面に貼り合されて形成される。
この場合、ゲル用電解液を予め40℃〜120℃の範囲で加温して該ゲル用電解液の粘度を低下させるとよい。
ゲル用電解液の塗布又は含浸方法としては、例えば、ドクターブレード法,ディッピング、グラビアコーター、コンマコーター、リップコーター等を用いる各種コーター方式が挙げられる。
なお、塗布又は含浸するゲル用電解液に希釈溶媒が含まれている場合には、該ゲル用電解液を基材に塗布又は含浸した後、希釈溶媒を揮発させ、ゲル化させる。
(B) Step B of forming a gel electrolyte membrane (gel electrolyte)
The gel electrolyte membrane can be applied by directly applying the electrolyte solution for gel to the surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate applied with the nonaqueous electrolyte solution formed in the step A, or the electrolyte solution for gel (the raw material solution). ) Is impregnated into the base material and then bonded to the plate surface to which the nonaqueous electrolyte solution of the positive electrode plate and the negative electrode plate is applied.
In this case, the gel electrolyte may be preheated in the range of 40 ° C. to 120 ° C. to reduce the viscosity of the gel electrolyte.
Examples of the method for applying or impregnating the gel electrolyte include various coater methods using a doctor blade method, dipping, a gravure coater, a comma coater, a lip coater, and the like.
In addition, when the dilution solvent is contained in the electrolyte solution for gels to apply | coat or impregnate, after apply | coating or impregnating this electrolyte solution for gels, a dilution solvent is volatilized and it gelatinizes.

(C)第2の工程の後に、正極板と負極板とをこれらの間に電解質膜が介在するように交互に積層する工程C
前記のようにして形成された正極板及び負極板を、これらの間にゲル状の電解質膜が介在するように交互に積層して接合し、正極板及び負極板の外方に突設させた端子用タブを超音波溶接により接合し、多層の膜電極接合体を得る。
なお、この際、正極板及び負極板のゲル状の電解質膜を40℃〜120℃の範囲で加温し、該電解質膜においてゲル化されたゲル用電解液を溶融しておくのが望ましい。
(C) Step C of alternately laminating the positive electrode plate and the negative electrode plate after the second step so that the electrolyte membrane is interposed therebetween.
The positive electrode plate and the negative electrode plate formed as described above were alternately laminated and bonded so that the gel electrolyte membrane was interposed therebetween, and protruded outward from the positive electrode plate and the negative electrode plate. The terminal tabs are joined by ultrasonic welding to obtain a multilayer membrane electrode assembly.
At this time, it is desirable to heat the gel electrolyte membranes of the positive electrode plate and the negative electrode plate in the range of 40 ° C. to 120 ° C. and melt the gel electrolyte solution gelled in the electrolyte membrane.

前記のようにして正極板と負極板と積層すると、電解質膜はゲル化された状態又は溶融状態で粘着性を有しているため、これら正極板及び負極板は、電解質膜に貼着される。
電解質膜を加温した場合には、その後、電解質膜を再び常温におき、電解質膜を再びゲル化する。
前記のようにして得られた多層の膜電極接合体は、ラミネート型等の筐体内に収容される。この場合には、正極板及び負極板から突出させた端子用タブをアルミラミネートフィルムの外方に突出させて該フィルムの外周をラミネート加工して封止し、リチウムイオン二次電池が完成する。
When the positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated as described above, since the electrolyte membrane has adhesiveness in a gelled state or a molten state, the positive electrode plate and the negative electrode plate are adhered to the electrolyte membrane. .
When the electrolyte membrane is heated, the electrolyte membrane is then placed at room temperature again to gel the electrolyte membrane again.
The multilayer membrane electrode assembly obtained as described above is accommodated in a casing such as a laminate type. In this case, the terminal tabs protruding from the positive electrode plate and the negative electrode plate are protruded outward of the aluminum laminate film, and the outer periphery of the film is laminated and sealed to complete the lithium ion secondary battery.

本実施形態のラミネート型のリチウムイオン二次電池の製造方法によれば、ゲル状の電解質膜を形成する前に正極板の少なくとも一方の板面及び負極板の少なくとも一方の板面に非水電解液を塗布するので、正極板及び負極板の活物質層に十分に非水電解液を染み込ませることができる。そして非水電解液が塗布された板面にゲル状の電解質膜を形成させるので、正極板及び負極板の充放電性能に優れた電池を製造することができるという効果を奏する。また、非水電解液を塗布した後でゲル状の電解質膜を形成するので、ゲル状の電解質膜の吸着が容易となるとともに揮発し難く、かつ液洩れのし難いリチウムイオン二次電池を製造することができるという効果が得られる。   According to the method for manufacturing a laminate type lithium ion secondary battery of this embodiment, before forming the gel electrolyte membrane, at least one plate surface of the positive electrode plate and at least one plate surface of the negative electrode plate are subjected to nonaqueous electrolysis. Since the liquid is applied, the non-aqueous electrolyte can be sufficiently infiltrated into the active material layers of the positive electrode plate and the negative electrode plate. And since the gel-like electrolyte membrane is formed on the plate surface coated with the non-aqueous electrolyte, it is possible to produce a battery excellent in charge / discharge performance of the positive electrode plate and the negative electrode plate. In addition, since the gel electrolyte membrane is formed after the non-aqueous electrolyte is applied, a lithium ion secondary battery that makes it easy to adsorb the gel electrolyte membrane, hardly volatilizes, and does not leak easily is manufactured. The effect that it can do is acquired.

また、正極板及び負極板にゲル状の電解質膜を形成する際にゲル用電解液を加温した場合には、該ゲル用電解液を正極板及び負極板の板面の全体に均一に塗布し、又は電解液を基材に均一に塗布又は含浸させることができるので、正極板及び負極板の充放電性能に優れた電池を製造することができるという効果が得られる。   In addition, when the gel electrolyte is heated when the gel electrolyte membrane is formed on the positive electrode plate and the negative electrode plate, the gel electrolyte solution is uniformly applied to the entire surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate. In addition, since the electrolyte solution can be uniformly applied or impregnated on the base material, an effect that a battery excellent in charge / discharge performance of the positive electrode plate and the negative electrode plate can be produced is obtained.

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<炭素材料の製造>
[製造例1]
モノマーとしてジビニルベンゼン100質量部、中空剤としてn−ヘプタン100質量部、金属粒子としてケイ素粒子(アルドリッチ社製シリコンナノパウダー、平均粒子径50nm)10質量部、及び顔料分散剤(楠本化成社製、DA−7301)10質量部を混合し、超音波分散させた後、さらに重合開始剤として有機過酸化物1.5質量部を添加して、油相成分であるモノマー混合物を調製した。
また、純水500質量部、分散剤としてポリビニルアルコールを5質量部混合して、水相成分を調製した。
得られた油相成分と水相成分とを混合し、ホモジナイザーで撹拌分散させて懸濁液を調製した。得られた懸濁液を窒素気流下、80℃で12時間、撹拌及び保持し、重合反応を行った。そして、重合により得られた粒子を洗浄、乾燥させることで、樹脂粒子を得た。得られた樹脂粒子を、大気雰囲気下、300℃で3時間熱処理した後、窒素雰囲気下、1000℃で3時間焼成することで、負極電極用の炭素材料として炭素粒子を得た。
得られた炭素粒子は、平均粒子径が20μm、粒子径のCv値が40%、空隙率が40%であった。なお、平均粒子径及びCv値は、電子顕微鏡(日立ハイテクノロジー社製、S−4300SE/N)を用いて任意の粒子約100個について観測することにより求めた。
<Manufacture of carbon materials>
[Production Example 1]
100 parts by weight of divinylbenzene as a monomer, 100 parts by weight of n-heptane as a hollow agent, 10 parts by weight of silicon particles (silicon nanopowder manufactured by Aldrich, average particle diameter 50 nm) as metal particles, and a pigment dispersant (manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) DA-7301) After mixing 10 parts by mass and ultrasonically dispersing, 1.5 parts by mass of an organic peroxide as a polymerization initiator was further added to prepare a monomer mixture as an oil phase component.
Further, 500 parts by mass of pure water and 5 parts by mass of polyvinyl alcohol as a dispersant were mixed to prepare an aqueous phase component.
The obtained oil phase component and aqueous phase component were mixed and stirred and dispersed with a homogenizer to prepare a suspension. The resulting suspension was stirred and held at 80 ° C. for 12 hours under a nitrogen stream to conduct a polymerization reaction. And the particle | grains obtained by superposition | polymerization were washed and dried, and the resin particle was obtained. The obtained resin particles were heat-treated at 300 ° C. for 3 hours in an air atmosphere, and then fired at 1000 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbon particles as a carbon material for the negative electrode.
The obtained carbon particles had an average particle size of 20 μm, a particle size Cv value of 40%, and a porosity of 40%. The average particle size and Cv value were determined by observing about 100 arbitrary particles using an electron microscope (S-4300SE / N, manufactured by Hitachi High-Technology Corporation).

(1)リチウムイオン二次電池の負極板の作製
得られた電極用炭素粒子100重量部に対して、導電助剤としてカーボンブラック(三菱化学社製、♯3230B)10重量部、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン10重量部、有機溶剤としてN−メチルピロリドンを混合して混合液(負極材料)を調製した。
得られた混合液を、厚さ18μmのCu箔の片面に塗布し、乾燥することによって負極活物質層とした。表面に前記負極活物質層が配された積層体を、ロールプレスで加圧成形して負極板を得た。
(1) Production of negative electrode plate of lithium ion secondary battery 10 parts by weight of carbon black (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., # 3230B) as a conductive auxiliary agent and 100% by weight of polyurethane as a binder resin with respect to 100 parts by weight of the obtained carbon particles for electrodes. A mixed liquid (negative electrode material) was prepared by mixing 10 parts by weight of vinylidene chloride and N-methylpyrrolidone as an organic solvent.
The obtained liquid mixture was apply | coated to the single side | surface of 18-micrometer-thick Cu foil, and it was set as the negative electrode active material layer by drying. The laminate having the negative electrode active material layer disposed on the surface was pressure-formed with a roll press to obtain a negative electrode plate.

(2)リチウムイオン二次電池の正極板の作製
LiCoO2(コバルト酸リチウム 日本化学工業(株)セルシードC-5H)89質量部と、PVDF(ポリフッ化ビニリデン、(株)クレハ KFポリマーL♯1120)6質量部と、カーボンブラック(電気化学工業 デンカブラック)5質量部と、N−メチルピロリドン(NMP)100質量部とを、ディスパー(プライミクス(株)製 TKホモディスパー2.5型)で1時間混合して混合液(正極材料)を調製した。
得られた混合液を、厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、更に減圧乾燥(100℃、−0.1MPa、10時間)することによって正極活物質層とした。表面に前記正極活物質層が配された積層体を、ロールプレスで加圧成形して正極板を得た。
(2) Production of positive electrode plate of lithium ion secondary battery 89 parts by mass of LiCoO 2 (lithium cobaltate Nippon Chemical Industry Co., Ltd. Cellseed C-5H) and PVDF (polyvinylidene fluoride, Kureha KF Polymer L # 1120) ) 6 parts by mass, 5 parts by mass of carbon black (Denka Black, Denki Kagaku Kogyo), and 100 parts by mass of N-methylpyrrolidone (NMP) 1 in Disper (TK homodisper 2.5 type, manufactured by Primix Corporation) By mixing for a time, a mixed solution (positive electrode material) was prepared.
The obtained mixed liquid was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and further dried under reduced pressure (100 ° C., −0.1 MPa, 10 hours) to obtain a positive electrode active material layer. The laminate having the positive electrode active material layer disposed on the surface was pressure-formed with a roll press to obtain a positive electrode plate.

(3)リチウムイオン二次電池の非水電解液の調製
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの体積比1:2の混合溶媒に、電解質としてLiPF6(キシダ化学株式会社製)を濃度が1モル/Lとなるように溶解させて、非水電解液とした。
(3) Preparation of non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary battery LiPF 6 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as an electrolyte in a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2 has a concentration of 1 mol / L. It was made to melt | dissolve so that it might become, and it was set as the nonaqueous electrolyte solution.

(4)リチウムイオン二次電池のゲル電解質の調製
前記非水電解液90質量部と、高分子マトリックスであるPVDF−HFP(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、アルドリッチ製)10質量部とを、をディスパー(プライミクス株式会社製、TKホモディスパー2.5型)で1時間攪拌して、ゲル電解質の原料液を得た。この原料液を電極表面に塗布して、必要に応じて適宜溶媒を揮発させることによって、ゲル電解質を得た。
(4) Preparation of gel electrolyte of lithium ion secondary battery 90 parts by mass of the non-aqueous electrolyte and 10 parts by mass of PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, manufactured by Aldrich) as a polymer matrix Were stirred with a disper (Primix Co., Ltd., TK homodisper 2.5 type) for 1 hour to obtain a gel electrolyte raw material liquid. This raw material solution was applied to the electrode surface, and a solvent was volatilized appropriately as needed to obtain a gel electrolyte.

<リチウムイオン二次電池の製造>
[実施例1]
前記の負極板を80×80mm角のサイズに切り取り、負極電極を得た。該負極電極に、通電用の配線としてCu箔からなるタブを付けた。この負極電極の設計容量は、そのサイズに基づいて、205mAh/cm2と見積もられた。
前記の正極板を78×78mm角のサイズに切り取り、正極電極を得た。該正極電極に、通電用の配線としてアルミニウム箔のタブを付けた。この正極電極の設計容量は、そのサイズに基づいて、183mAh/cm2と見積もられた。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
[Example 1]
The negative electrode plate was cut into a size of 80 × 80 mm square to obtain a negative electrode. A tab made of Cu foil was attached to the negative electrode as a current-carrying wiring. The design capacity of this negative electrode was estimated to be 205 mAh / cm 2 based on its size.
The positive electrode plate was cut into a 78 × 78 mm square size to obtain a positive electrode. An aluminum foil tab was attached to the positive electrode as a wiring for energization. The design capacity of this positive electrode was estimated to be 183 mAh / cm 2 based on its size.

前記負極電極の表面に配された負極活物質層に前記非水電解液をディッピング法で含浸させ、該非水電解液が蒸発して失われないうちに、前記ゲル電解質の原料液を前記負極活物質層の上にバーコーターを用いて、厚みが20μmとなるように塗布してゲル電解質を得た。得られた負極‐ゲル電解質の積層体に前記正極電極を載せて、前記負極電極と前記正極電極とで前記ゲル電解質を挟んだ状態を維持するように、ラミネート加工し、ラミネート型のリチウムイオン二次電池を得た。
前記ディッピング法において、当該非水電解液の塗布量は1平方センチ当たり15μl〜25μlとなるように調整した。
The negative electrode active material layer disposed on the surface of the negative electrode is impregnated with the non-aqueous electrolyte by a dipping method, and before the non-aqueous electrolyte is evaporated and lost, the gel electrolyte raw material solution is added to the negative electrode active material layer. Using a bar coater on the material layer, it was applied to a thickness of 20 μm to obtain a gel electrolyte. The positive electrode is placed on the obtained negative electrode-gel electrolyte laminate, laminated so that the gel electrolyte is held between the negative electrode and the positive electrode, and laminated lithium ion secondary The next battery was obtained.
In the dipping method, the coating amount of the non-aqueous electrolyte was adjusted to 15 μl to 25 μl per square centimeter.

[実施例2]
実施例1と同様に正極電極および負極電極を準備し、負極活物質層に非水電解液を含浸させ、該非水電解液が蒸発して失われないうちに、該負極活物質層の上に、前記ゲル電解質の原料液を含浸させてゲル電解質を含んだセパレータ(廣瀬製紙株式会社製、不織布;型番=HOP−6、厚さ24μm)を載せた。得られた負極‐ゲル電解質の積層体に前記正極電極を載せて、前記負極電極と前記正極電極とで前記ゲル電解質を挟んだ状態を維持するように、ラミネート加工し、ラミネート型のリチウムイオン二次電池を得た。
[Example 2]
A positive electrode and a negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1, and the negative electrode active material layer was impregnated with a non-aqueous electrolyte, and before the non-aqueous electrolyte was evaporated and lost, on the negative electrode active material layer Then, a separator (manufactured by Hirose Paper Co., Ltd., non-woven fabric; model number = HOP-6, thickness 24 μm) impregnated with the gel electrolyte raw material solution was placed. The positive electrode is placed on the obtained negative electrode-gel electrolyte laminate, laminated so that the gel electrolyte is held between the negative electrode and the positive electrode, and laminated lithium ion secondary The next battery was obtained.

[比較例1]
前記負極活物質層に非水電解液を含浸しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法でラミネート型のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A laminate type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material layer was not impregnated with the non-aqueous electrolyte.

[比較例2]
前記ゲル電解質の原料液を第一の原料液と呼ぶ。第一の原料液は、高分子マトリックスの濃度が10質量%である。
前記非水電解液が97質量部で、高分子マトリックスである前記PVDF−HFPが3質量部となるように前記ディスパーで混合し、1時間攪拌して、ゲル電解質の第二の原料液を得た。第二の原料液は、高分子マトリックスの濃度が3質量%である。
つぎに、実施例1と同様に正極電極および負極電極を準備し、負極活物質層に非水電解液を含浸せず、前記負極活物質層の上に前記第二の原料液をバーコーターで、厚みが10μmとなるように塗布してゲル電解質を得た。このゲル電解質の上に前記第一の原料液をバーコーターで、厚みが10μmとなるように塗布してゲル電解質を得た。得られた負極‐ゲル電解質の積層体に前記正極電極を載せて、前記負極電極と前記正極電極とで前記ゲル電解質を挟んだ状態を維持するように、ラミネート加工し、ラミネート型のリチウムイオン二次電池を得た。
[Comparative Example 2]
The gel electrolyte raw material liquid is referred to as a first raw material liquid. The first raw material liquid has a polymer matrix concentration of 10% by mass.
The non-aqueous electrolyte is 97 parts by mass, and the PVDF-HFP which is a polymer matrix is mixed with the disper so that the mass is 3 parts by mass and stirred for 1 hour to obtain a second raw material liquid for gel electrolyte. It was. The second raw material liquid has a polymer matrix concentration of 3% by mass.
Next, a positive electrode and a negative electrode are prepared in the same manner as in Example 1. The negative electrode active material layer is not impregnated with a non-aqueous electrolyte, and the second raw material liquid is placed on the negative electrode active material layer with a bar coater. The gel electrolyte was obtained by coating so as to have a thickness of 10 μm. The first raw material liquid was applied onto the gel electrolyte with a bar coater so as to have a thickness of 10 μm to obtain a gel electrolyte. The positive electrode is placed on the obtained negative electrode-gel electrolyte laminate, laminated so that the gel electrolyte is held between the negative electrode and the positive electrode, and laminated lithium ion secondary The next battery was obtained.

Figure 2012209218
Figure 2012209218

(5)リチウムイオン二次電池の評価
<放電容量(電池容量)及び容量維持率の評価>
前記各実施例及び比較例のラミネート型電池について、正極の設計容量に対して0.2C(36.6mAh/cm2)で4.2Vに達するまで充電し、その後0.2C又は1C(183mAh/cm2)の条件で2.7Vに達するまで放電した。この充電及び放電を第1サイクルとして、合計10サイクルの充放電を繰り返した。各サイクルの充電前には充放電を行わない休止期間を10分間入れた。各サイクルの放電時の通電量から放電容量を算出した。第2サイクル(2cyc.)及び第10サイクル(10cyc.)の放電容量を表1及び表2に示す。また、理論的に発揮されうる放電容量(理論容量)に対する第2サイクルの放電容量を表1及び表2に示す。
また、二次電池のサイクル特性である容量維持率を、「第10サイクルの放電容量/第2サイクルの放電容量×100(%)」の式で算出した。この結果を表1及び表2に示す。
(5) Evaluation of lithium ion secondary battery <Evaluation of discharge capacity (battery capacity) and capacity maintenance ratio>
The laminated batteries of each of the examples and the comparative examples were charged at 0.2 C (36.6 mAh / cm 2 ) with respect to the design capacity of the positive electrode until reaching 4.2 V, and then 0.2 C or 1 C (183 mAh / It discharged until it reached 2.7V on the conditions of cm < 2 >). Using this charging and discharging as the first cycle, charging and discharging for a total of 10 cycles were repeated. Before the charge of each cycle, the rest period which does not perform charging / discharging was put for 10 minutes. The discharge capacity was calculated from the energization amount at the discharge of each cycle. Tables 1 and 2 show the discharge capacities of the second cycle (2cyc.) And the tenth cycle (10cyc.). Tables 1 and 2 show the discharge capacity of the second cycle with respect to the discharge capacity (theoretical capacity) that can be theoretically exhibited.
Further, the capacity retention ratio, which is the cycle characteristic of the secondary battery, was calculated by the formula of “10th cycle discharge capacity / second cycle discharge capacity × 100 (%)”. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2012209218
Figure 2012209218

Figure 2012209218
Figure 2012209218

以上の結果から、本発明にかかる実施例1〜2のリチウムイオン二次電池は、比較例1〜2のリチウムイオン二次電池と比べて、理論容量により近い放電容量を発現することができ、さらに充放電を繰り返した際の容量維持率においても優れることが明らかである。
このように、本発明のリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池と比較して、放電容量及び容量維持率に優れるものである。
From the above results, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 and 2 according to the present invention can express a discharge capacity closer to the theoretical capacity than the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, Further, it is clear that the capacity retention rate when charging and discharging are repeated is also excellent.
Thus, the lithium ion secondary battery of the present invention is superior in discharge capacity and capacity retention rate as compared with conventional lithium ion secondary batteries.

本発明は、リチウムイオン二次電池の分野で利用可能である。   The present invention can be used in the field of lithium ion secondary batteries.

1…リチウムイオン二次電池、11…正極、12…電解質膜、13…負極、14…ケース、15…絶縁性ガスケット、16…キャップ、100…炭素材料、101…炭素粒子、102…空隙部、103…リチウムと合金を形成し得る金属 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion secondary battery, 11 ... Positive electrode, 12 ... Electrolyte membrane, 13 ... Negative electrode, 14 ... Case, 15 ... Insulating gasket, 16 ... Cap, 100 ... Carbon material, 101 ... Carbon particle, 102 ... Cavity part, 103. Metal capable of forming an alloy with lithium

Claims (9)

炭素材料を含む負極電極、ゲル電解質及び正極電極を少なくとも備えたリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記炭素材料は、複数の孔が連結してなる空隙部が厚さ方向に貫通した連胞中空構造を有し、リチウムと合金を形成し得る金属を前記空隙部内に含有するものであり、
前記炭素材料に非水電解液を含浸させる第一工程と、前記第一工程の後に、前記負極電極と前記正極電極との間に前記ゲル電解質を配する第二工程とを少なくとも有する
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium ion secondary battery comprising at least a negative electrode containing a carbon material, a gel electrolyte, and a positive electrode,
The carbon material has a continuous cell hollow structure in which a void formed by connecting a plurality of holes penetrates in the thickness direction, and contains a metal capable of forming an alloy with lithium in the void.
It has at least a first step of impregnating the carbon material with a non-aqueous electrolyte and a second step of arranging the gel electrolyte between the negative electrode and the positive electrode after the first step. A method for producing a lithium ion secondary battery.
前記炭素材料が、炭素粒子同士が互いに接触して形成された粒子の連続体であり、該炭素粒子同士の非接触部位が前記空隙部を形成していることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The carbon material is a continuum of particles formed by contacting carbon particles with each other, and a non-contact portion between the carbon particles forms the void. Method for producing a lithium ion secondary battery. 前記負極電極が、さらに、バインダー樹脂を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode further contains a binder resin. 前記負極電極が、さらに、黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン及びフラーレンからなる群から選択される一種以上の導電助剤を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The said negative electrode further contains 1 or more types of conductive support agents selected from the group which consists of graphite, carbon black, a carbon nanotube, a graphene, and fullerene, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Method for producing a lithium ion secondary battery. 前記第二工程において、前記負極電極又は前記正極電極の表面に前記ゲル電解質用の原料液を塗布し、塗布された前記原料液を乾燥させてゲル化させることによって前記ゲル電解質とし、得られたゲル電解質を前記正極電極と前記負極電極とで挟むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   In the second step, the gel electrolyte raw material liquid was applied to the surface of the negative electrode or the positive electrode, and the applied raw material liquid was dried and gelled to obtain the gel electrolyte. The method for producing a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel electrolyte is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. 前記第二工程において、前記負極電極又は前記正極電極の表面に、前記ゲル電解質用の原料液を含浸したセパレータを載置し、前記セパレータ内の前記原料液を乾燥させてゲル化させることによって前記ゲル電解質とし、得られたゲル電解質を前記正極電極と前記負極電極とで挟むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   In the second step, a separator impregnated with the raw material liquid for the gel electrolyte is placed on the surface of the negative electrode or the positive electrode, and the raw material liquid in the separator is dried and gelled. The method for producing a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel electrolyte is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. 前記第二工程において、前記原料液を加温することを特徴とする請求項5又は6に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 5 or 6, wherein in the second step, the raw material liquid is heated. 前記ゲル電解質が非水電解液を含み、前記第一工程において前記炭素材料に含浸させる非水電解液と、前記ゲル電解質が含む非水電解液とを同一の組成とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The gel electrolyte includes a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte to be impregnated in the carbon material in the first step and the non-aqueous electrolyte included in the gel electrolyte have the same composition. The manufacturing method of the lithium ion secondary battery as described in any one of claim | item 1 -7. 請求項1〜8のいずれか一に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery manufactured by the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 1.
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