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Abstract
Description
本発明は、蓄電素子に関し、より特定的には、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータとが巻回された電極群を2つ以上備えた蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage device, and more specifically, an electrode group in which a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode are wound. The present invention relates to an electricity storage element including at least two.
蓄電素子は、リチウムイオン二次電池などの非電解質二次電池や、リチウムイオンキャパシタ、ウルトラキャパシタなどのキャパシタなどとして使用されている。このような蓄電素子は、例えば特開2006−278256号公報(特許文献1)、特開平8−315860号公報(特許文献2)、特開2010−15852号公報(特許文献3)、特開2009−227171号公報(特許文献4)などに開示されている。 Storage elements are used as non-electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, capacitors such as lithium ion capacitors and ultracapacitors. Such power storage elements are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-278256 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315860 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-15852 (Patent Document 3), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009. -227171 (Patent Document 4) and the like.
特許文献1には、オリビン型燐酸マンガンリチウムとスピネル型マンガン酸リチウムとが混合された正極活物質を有する正極を備えた非水電解質二次電池が開示されている。特許文献2には、リチウムコバルト複合酸化物とリチウムマンガン複合酸化物との混合物からなる正極活物質を有する正極を備えた非水電解質二次電池が開示されている。
特許文献3には、異なる活物質を含む負極活物質層が集電箔にストライプ状に塗着された負極を備えたリチウムイオン二次電池が開示されている。特許文献4には、亜鉛とカーボンとを混合せずに、集電箔において分離した領域に塗布し、焼き付けることで得られる負極を備えた鉛フリーバッテリーが開示されている。 Patent Document 3 discloses a lithium ion secondary battery including a negative electrode in which negative electrode active material layers containing different active materials are applied to a current collector foil in a stripe shape. Patent Document 4 discloses a lead-free battery including a negative electrode obtained by applying and baking to a separated region of a current collector foil without mixing zinc and carbon.
上記特許文献1及び2のように、異なる組成の活物質を混合した場合には、活物質層(合剤層)内にそれぞれの活物質がランダムに存在するので、それぞれの活物質の性能が発揮されにくい。さらに、活物質の混合比率によっては、それぞれの性能が相殺されてしまう場合がある。
When active materials having different compositions are mixed as in
また上記特許文献3及び4のように、異なる組成の活物質のそれぞれを、単一の集電箔における区画した領域のそれぞれに塗工した場合には、乾燥、プレス、塗布重量などの製造条件の自由度が制限される。このため、それぞれの活物質に最適な条件で製造することができないので、それぞれの活物質の性能を十分に発揮することができない。 In addition, as in Patent Documents 3 and 4, when each active material having a different composition is applied to each of the partitioned areas of a single current collector foil, manufacturing conditions such as drying, pressing, and coating weight are used. The degree of freedom is limited. For this reason, since it cannot manufacture on the conditions optimal for each active material, the performance of each active material cannot fully be exhibited.
本発明は、上記問題点に鑑み、複数の活物質の性能のそれぞれを十分に発揮できる蓄電素子を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a power storage element that can sufficiently exhibit the performances of a plurality of active materials.
本発明の蓄電素子は、電気的に並列に接続された複数の電極群を備え、複数の電極群の各々は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータとを含み、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成が単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる。 The electricity storage device of the present invention includes a plurality of electrode groups electrically connected in parallel, and each of the plurality of electrode groups includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a positive electrode and a negative electrode. Each of the plurality of electrode groups has a single configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material, and in at least two electrode groups of the plurality of electrode groups, the positive electrode active material And at least one of the negative electrode active materials is different.
本発明の蓄電素子によれば、複数の電極群の各々において、活物質の構成が単一であるため、各々の電極群を形成するための製造条件は各々の活物質に最適な条件で製造することができる。また、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、活物質の構成が異なるため、蓄電素子は最適な条件で製造した2種以上の活物質を有する。したがって、複数の活物質の性能のそれぞれを十分に発揮できる蓄電素子を提供することができる。 According to the electricity storage device of the present invention, since each of the plurality of electrode groups has a single active material configuration, the manufacturing conditions for forming each electrode group are manufactured under conditions optimal for each active material. can do. In addition, since at least two of the plurality of electrode groups have different active material configurations, the power storage element has two or more active materials manufactured under optimum conditions. Therefore, it is possible to provide a power storage element that can sufficiently exhibit each of the performances of the plurality of active materials.
本発明の蓄電素子においては、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の成分が異なるようにすることができる。 In the electricity storage device of the present invention, at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material can be different in at least two of the plurality of electrode groups.
これにより、複数の活物質の成分によるそれぞれの性能を十分に発揮できる蓄電素子を得ることができる。 Thereby, the electrical storage element which can fully exhibit each performance by the component of several active material can be obtained.
本発明の蓄電素子においては、電極群を3つ以上備え、複数の電極群のうちの、相対的に外部側に配置される電極群と、相対的に内部側に配置される電極群とにおいて、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なるようにすることができる。 In the electricity storage device of the present invention, three or more electrode groups are provided, and among the plurality of electrode groups, an electrode group disposed on the relatively outer side and an electrode group disposed on the relatively inner side The structure of at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material can be made different.
蓄電素子において内部側は外部側に比べて高温になるので、内部側に配置する電極群に外部側に配置する電極群よりも耐熱性の高い活物質を用いることにより、内部側に配置する電極群と、外部側に配置する電極群との劣化の差を低減することができる。このため、蓄電素子全体として、耐久性を向上することができる。 In the electricity storage element, the inner side is hotter than the outer side, so that an electrode disposed on the inner side can be obtained by using an active material having higher heat resistance than the electrode group disposed on the outer side for the electrode group disposed on the inner side. The difference in deterioration between the group and the electrode group disposed on the outside can be reduced. For this reason, durability can be improved as the whole electrical storage element.
本発明の蓄電素子においては、正極は、正極基材と、正極基材に形成され、かつ正極活物質と、導電助剤と、正極バインダとを有する正極合剤層とを含み、負極は、負極基材と、負極基材に形成され、かつ負極活物質と、負極バインダとを有する負極合剤層とを含み、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、セパレータ、正極基材、導電助剤、正極バインダ、負極基材及び負極バインダの少なくとも1つの構成が異なるようにすることができる。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode includes a positive electrode base material, a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode base material, and having a positive electrode active material, a conductive additive, and a positive electrode binder. A negative electrode base material; and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode base material and having a negative electrode active material and a negative electrode binder. In at least two electrode groups of the plurality of electrode groups, a separator, a positive electrode base material In addition, at least one of the conductive auxiliary agent, the positive electrode binder, the negative electrode base material, and the negative electrode binder may be different.
これにより、異なる構成を有する活物質において、それぞれの活物質に適したセパレータ、基材、導電助剤及びバインダを選択することができる。このため、それぞれの電極群において性能をより十分に発揮できるので、性能を向上した蓄電素子を得ることができる。 Thereby, in the active material which has a different structure, the separator, base material, conductive support agent, and binder suitable for each active material can be selected. For this reason, since performance can be more fully exhibited in each electrode group, a power storage element with improved performance can be obtained.
本発明の蓄電素子において好ましくは、少なくとも2つの電極群のうちの少なくとも1つの電極群の負極活物質は結晶質炭素であり、残部の電極群のうちの少なくとも1つの電極群の負極活物質は非晶質炭素である。 In the electricity storage device of the present invention, preferably, the negative electrode active material of at least one of the at least two electrode groups is crystalline carbon, and the negative electrode active material of at least one of the remaining electrode groups is Amorphous carbon.
結晶質炭素を有することにより、容量及び出力性能を高めることができる。非晶質炭素を有することにより、入力性能を高めることができる。したがって、複数の電極群のうち、少なくとも1つの電極群の負極活物質が結晶質炭素で、残部の少なくとも1つの電極群の負極活物質が非晶質炭素であると、それぞれの活物質の良好な性能を発揮できるので、高容量かつ高入出力の蓄電素子を実現することができる。 By having crystalline carbon, capacity and output performance can be increased. By having amorphous carbon, input performance can be improved. Therefore, when the negative electrode active material of at least one of the plurality of electrode groups is crystalline carbon and the negative electrode active material of the remaining at least one electrode group is amorphous carbon, each active material is good Therefore, a high-capacity and high-input / output storage element can be realized.
上記蓄電素子において好ましくは、少なくとも2つの電極群のうちの少なくとも1つの電極群において、正極活物質は、LiFePO4、LiaNixMnyCo(1-x-y)O2(0≦a≦1.1、0<x<1、0<y<1、x+y<1)及びLiaNixCoyAlzMbO2(0.3≦a≦1.05、0.7≦x≦0.87、0.1≦y≦0.27、0.03≦z≦0.1、0≦b≦0.1、MはNi、Co及びAlを除く金属元素から選択される少なくとも1種)からなる群から選ばれる少なくとも1種である。 Preferably in the electric storage element, at least one electrode group of the at least two electrode groups, the positive electrode active material, LiFePO 4, Li a Ni x Mn y Co (1-xy) O 2 (0 ≦ a ≦ 1 .1, 0 <x <1, 0 <y <1, x + y <1) and Li a Ni x Co y Al z M b O 2 (0.3 ≦ a ≦ 1.05, 0.7 ≦ x ≦ 0) .87, 0.1 ≦ y ≦ 0.27, 0.03 ≦ z ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is at least one selected from metal elements other than Ni, Co and Al) Is at least one selected from the group consisting of
これにより、LiFePO4による安全性の性能、LiaNixMnyCo(1-x-y)O2及びLiaNixCoyAlzMbO2による大容量の性能の少なくともいずれかの性能を発現した蓄電素子を実現することができる。
Thus, the safety by LiFePO 4 performance, Li a Ni x Mn y Co ( 1-xy)
本発明の蓄電素子において好ましくは、少なくとも2つの電極群のうちの少なくとも1つの電極群の正極活物質はLiaNixMnyCo(1-x-y)O2(0≦a≦1.1、0<x<1、0<y<1、x+y<1)であり、残部の電極群のうちの少なくとも1つの電極群の正極活物質はLiMn2O4である。 Preferably, in the electric storage element of the present invention, the positive electrode active material of the at least one electrode group of the at least two electrode groups are Li a Ni x Mn y Co ( 1-xy) O 2 (0 ≦ a ≦ 1.1, 0 <x <1, 0 <y <1, x + y <1), and the positive electrode active material of at least one of the remaining electrode groups is LiMn 2 O 4 .
LiaNixMnyCo(1-x-y)O2を有することにより、容量を大きくすることができる。LiMn2O4を有することにより、安全性を高めることができる。したがって、複数の電極群のうちの少なくとも1つの電極群の正極活物質がLiaNixMnyCo(1-x-y)O2で、残部の少なくとも1つの電極群の正極活物質がLiMn2O4であると、それぞれの活物質の良好な性能を発揮できるので、高容量かつ高安全性の蓄電素子を実現することができる。 By having Li a Ni x Mn y Co (1-xy) O 2 , the capacity can be increased. By having LiMn 2 O 4 , safety can be improved. Thus, the positive electrode active material of the at least one electrode group Li a of the plurality of electrode groups Ni x Mn in y Co (1-xy) O 2, a positive electrode active material is LiMn 2 O of at least one electrode group of the remainder If it is 4 , good performance of each active material can be exhibited, so that a high-capacity and high-safety energy storage device can be realized.
以上説明したように、本発明によれば、複数の活物質の性能のそれぞれを十分に発揮できる蓄電素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power storage element that can sufficiently exhibit each of the performances of a plurality of active materials.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1〜図5を参照して、本発明の一実施の形態である蓄電素子の一例である非水電解質二次電池を説明する。 With reference to FIGS. 1-5, the nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of the electrical storage element which is one embodiment of this invention is demonstrated.
図1〜図3に示すように、本実施の形態の非水電解質二次電池1は、容器2と、この容器2に収容された複数の電極群10A〜10Dと、容器2に取り付けられた正極端子21及び負極端子22とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the nonaqueous electrolyte
図1に示すように、容器2は、複数の電極群10A〜10Dを収容する本体部3と、本体部3を覆う蓋4とを有している。本体部3及び蓋4は、例えばステンレス鋼板からなり、互いに溶接されている。蓋4には、正極端子21及び負極端子22を容器2の外部に露出するための開口部が形成され、この開口部に正極端子21及び負極端子22が配置されている。また、蓋4には、電解液注入部5が設けられている。電解液注入部5は、内部に電解液を注入するものであり、非水電解質二次電池1の使用時には封止されている。
As illustrated in FIG. 1, the
図2及び図3に示すように、本体部3の内部には、複数の電極群10A〜10Dが収容されている。複数の電極群10A〜10Dは、電気的に並列に接続されている。本実施の形態では、容器2内に4個の電極群10A〜10Dが並置されており、電極群10A、10Dは容器2内において相対的に外部側に配置され、電極群10B、10Cは容器2内において相対的に内部側に配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of electrode groups 10 </ b> A to 10 </ b> D are accommodated in the main body 3. The plurality of
図4に示すように、複数の電極群10A〜10Dの各々は、正極11A〜11Dと、セパレータ12A〜12Dと、負極13A〜13Dとを含んでいる。電極群10A〜10Dの各々は、負極13A〜13D上にセパレータ12A〜12Dが配置され、このセパレータ12A〜12D上に正極11A〜11Dが配置され、この正極11A〜11D上にセパレータ12A〜12Dが配置された状態で巻回され、筒状に形成されている。即ち、電極群10A〜10Dの各々において、負極13A〜13Dの外周側にセパレータ12A〜12Dが形成され、このセパレータ12A〜12Dの外周側に正極11A〜11Dが形成され、この正極11A〜11Dの外周側にセパレータ12A〜12Dが形成されている。本実施の形態では、複数の電極群10A〜10Dの各々において、正極11A〜11D及び負極13A〜13Dの間に絶縁性のセパレータ12A〜12Dが配置されているので、正極11A〜11Dと負極13A〜13Dとは電気的に接続されていない。
As shown in FIG. 4, each of the plurality of
正極11A〜11Dは、正極端子21(図1参照)と電気的に接続され、負極13A〜13Dは、負極端子22(図1参照)と電気的に接続されている。
The
図5に示すように、電極群10A〜10Dを構成する正極11A〜11Dは、正極集電箔11A1〜11D1と、正極集電箔11A1〜11D1に形成された正極合剤層11A2〜11D2とを有している。電極群10A〜10Dを構成する負極13A〜13Dは、負極集電箔13A1〜13D1と、負極集電箔13A1〜13D1に形成された負極合剤層13A2〜13D2とを有している。本実施の形態では、正極集電箔11A1〜11D1及び負極集電箔13A1〜13D1の表面及び裏面のそれぞれに、正極合剤層11A2〜11D2及び負極合剤層13A2〜13D2が形成されているが、本発明はこの構造に特に限定されない。例えば、正極集電箔11A1〜11D1及び負極集電箔13A1〜13D1の表面または裏面に、正極合剤層11A2〜11D2及び負極合剤層13A2〜13D2が形成されていてもよい。ただし、正極合剤層11A2〜11D2には、負極合剤層13A2〜13D2が対面している。
なお、本実施の形態では、正極及び負極基材として、正極及び負極集電箔を例に挙げて説明しているが、正極及び負極基材は箔状に限定されない。
As shown in FIG. 5, the
In the present embodiment, the positive electrode and the negative electrode current collector foil are described as examples of the positive electrode and the negative electrode substrate, but the positive electrode and the negative electrode substrate are not limited to a foil shape.
正極合剤層11A2〜11D2は、正極活物質と、導電助剤と、バインダとを有している。負極合剤層13A2〜13D2は、負極活物質と、バインダとを有している。なお、負極合剤層13A2〜13D2は、導電助剤をさらに有していてもよい。 The positive electrode mixture layers 11A2 to 11D2 include a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. The negative electrode mixture layers 13A2 to 13D2 have a negative electrode active material and a binder. The negative electrode mixture layers 13A2 to 13D2 may further have a conductive additive.
複数の電極群10A〜10Dの各々において、正極活物質及び負極活物質の構成は単一である。つまり、電極群10A〜10Dの各々において、異なる構成の正極活物質及び負極活物質は含まれていない。
In each of the plurality of
複数の電極群10A〜10Dのうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる。つまり、複数の電極群10A〜10Dのうちの少なくとも2つの電極群の正極活物質及び/または負極活物質と、残部の電極群の正極活物質及び/または負極活物質との構成が異なる。本実施の形態では、外部側に配置される電極群10A、10Dと、内部側に配置される電極群10B、10Cとにおいて、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる。
In at least two electrode groups among the plurality of
ここで、「構成」とは、例えば成分、量、多孔度、粒子径などである。この点について、以下説明する。 Here, “configuration” refers to, for example, components, amounts, porosity, particle diameter, and the like. This point will be described below.
「成分が単一」とは、活物質の組成式に含まれる各元素の係数(組成比)を比較したときに、その値の差が5%未満であること、又は、前記各元素が異種元素に置換される割合が5%未満ということを意味し、「成分が異なる」とは前記各元素の係数の差が5%以上であること、又は、活物質の組成式における各元素のうち、少なくとも1種についてその5%以上が異種元素で置換されていることを意味する。例えば、LiCoO2とLiCo(1-c)MecO2(Meは任意の金属元素)とにおいて、cが0.05未満の場合には成分が単一で、cが0.05以上の場合には成分が異なる。 “Single component” means that when the coefficients (composition ratios) of the elements included in the composition formula of the active material are compared, the difference in the values is less than 5%, or the elements are different It means that the ratio of elements to be replaced is less than 5%, and “the components are different” means that the difference in coefficient of each element is 5% or more, or among the elements in the composition formula of the active material , It means that 5% or more of at least one of them is substituted with a different element. For example, in LiCoO 2 and LiCo (1-c) Me c O 2 (Me is an arbitrary metal element), when c is less than 0.05, the component is single, and when c is 0.05 or more Have different ingredients.
「量が単一」とは、質量又は密度の差が3%未満であるということを意味し、「量が異なる」とは、質量又は密度の差が3%以上であるということを意味する。 “Quantity is single” means that the difference in mass or density is less than 3%, and “difference in quantity” means that the difference in mass or density is 3% or more. .
「多孔度が単一」とは、下記の式(1)、(2)により算出される多孔度の差が2%未満であるということを意味し、「多孔度が異なる」とは、下記の式(1)、(2)により算出される多孔度の差が2%以上であるということを意味する。
多孔度(%)=100−{(塗布密度/真密度)×100}…式(1)
塗布密度(g/cm3)=塗布重量(g/cm2)/活物質層の厚み(cm)…式(2)
“Porosity is single” means that the difference in porosity calculated by the following formulas (1) and (2) is less than 2%, and “different porosity” means This means that the difference in porosity calculated by the formulas (1) and (2) is 2% or more.
Porosity (%) = 100 − {(coating density / true density) × 100} (1)
Coating density (g / cm 3 ) = application weight (g / cm 2 ) / active material layer thickness (cm) Formula (2)
「粒子径が単一」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定される平均粒子径D50の差が20%未満ということを意味し、「粒子径が異なる」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定される平均粒子径D50の差が20%以上ということを意味する。 “Single particle size” means that the difference in average particle size D 50 measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer is less than 20%, and “different particle sizes” means laser diffraction type. It means that the difference of the average particle diameter D 50 measured by the particle size distribution measuring device is 20% or more.
なお、複数の電極群10A〜10Dの各々において、正極活物質及び負極活物質の構成の全てが単一であり、かつ複数の電極群10A〜10Dのうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成の少なくとも1つが異なる。
In each of the plurality of
正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータ、正極集電箔、導電助剤、正極バインダ、負極集電箔及び負極バインダの少なくとも1つの構成が異なることが好ましい。本実施の形態の場合、電極群10A、10Dと、電極群10B、10Cとにおいて、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なっているので、以下のa)〜f)の少なくとも1つであることが好ましい。
a)セパレータ12A、12Dの構成と、セパレータ12B、12Cの構成とが異なっている。
b)正極集電箔11A1、11D1の構成と、正極集電箔11B1、11C1の構成とが異なっている。
c)負極集電箔13A1、13D1の構成と、負極集電箔13B1、13C1の構成とが異なっている。
d)正極合剤層11A2、11D2の導電助剤の構成と、正極合剤層11B2、11C2の導電助剤の構成とが異なっている。
e)正極合剤層11A2、11D2の正極バインダの構成と、正極合剤層11B2、11C2の正極バインダの構成とが異なっている。
f)負極合剤層13A2、13D2の負極バインダの構成と、負極合剤層13B2、13C2の負極バインダの構成とが異なっている。
In at least two electrode groups in which at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is different, at least one of the separator, the positive electrode current collector foil, the conductive additive, the positive electrode binder, the negative electrode current collector foil, and the negative electrode binder is different. Is preferred. In the case of the present embodiment, since the
a) The configuration of the
b) The configuration of the positive electrode current collector foils 11A1 and 11D1 is different from the configuration of the positive electrode current collector foils 11B1 and 11C1.
c) The configuration of the negative electrode current collector foils 13A1 and 13D1 is different from the configuration of the negative electrode current collector foils 13B1 and 13C1.
d) The configuration of the conductive additive of the positive electrode mixture layers 11A2 and 11D2 is different from the configuration of the conductive additive of the positive electrode mixture layers 11B2 and 11C2.
e) The configuration of the positive electrode binder of the positive electrode mixture layers 11A2 and 11D2 and the configuration of the positive electrode binder of the positive electrode mixture layers 11B2 and 11C2 are different.
f) The configuration of the negative electrode binder of the negative electrode mixture layers 13A2 and 13D2 is different from the configuration of the negative electrode binder layers of the negative electrode mixture layers 13B2 and 13C2.
なお、3つ以上の電極群が配置されている場合であって、かつ正極活物質及び負極活物質の構成が同一の電極群が2つ以上ある場合には、正極活物質及び負極活物質が同一の電極群の各々において、セパレータ、正極集電箔、導電助剤、正極バインダ、負極集電箔及び負極バインダの構成は同一であってもよく、異なっていてもよい。 In addition, when three or more electrode groups are arranged and there are two or more electrode groups having the same configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material, the positive electrode active material and the negative electrode active material are In each of the same electrode group, the configurations of the separator, the positive electrode current collector foil, the conductive additive, the positive electrode binder, the negative electrode current collector foil, and the negative electrode binder may be the same or different.
ここで、セパレータ及び正極(負極)集電箔の「構成」とは、セパレータ及び正極(負極)集電箔の成分、量、厚みなどであり、導電助剤及びバインダの「構成」とは、導電助剤及び正極(負極)バインダの成分、量、粒子径などである。「成分が異なる」とは有機化合物においては組成式が同一でないということであり、無機化合物においては、各構成要素に含まれる元素の割合の差が5%以上ということを意味する。「量が異なる」とは、質量又は密度の差が3%以上ということを意味する。「厚みが異なる」とは、厚みの差が10%以上ということを意味する。「粒子径が異なる」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定される平均粒子径D50の差が20%以上ということを意味する。 Here, the “configuration” of the separator and the positive electrode (negative electrode) current collector foil is the component, amount, thickness, etc. of the separator and the positive electrode (negative electrode) current collector foil, and the “configuration” of the conductive assistant and the binder is: These are components, amounts, particle diameters, and the like of the conductive aid and the positive electrode (negative electrode) binder. “Different components” means that the composition formulas are not the same in organic compounds, and that in inorganic compounds, the difference in the proportion of elements contained in each component is 5% or more. “Different amounts” means that the difference in mass or density is 3% or more. “Different in thickness” means that the difference in thickness is 10% or more. “Different particle diameters” means that the difference in average particle diameter D 50 measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer is 20% or more.
なお、複数の電極群10A〜10Dのそれぞれにおいて、巻数、厚みなどは、異なっていても、単一であってもよい。
In each of the plurality of
また、本実施の形態では、複数の電極群として4つの電極群10A〜10Dを備えた非水電解質二次電池1を例に挙げて説明したが、本発明は、図6に示すように、少なくとも2つの電極群10A、10Bを備えていれば特に限定されない。
Further, in the present embodiment, the nonaqueous electrolyte
また、本実施の形態では、蓄電素子として非水質電解質電池を例に挙げて説明したが、本発明は非水質電解質電池に限定されず、例えばキャパシタなどにも適用可能である。本発明が非水質電解質電池として用いられる場合には、リチウムイオン二次電池が好適に用いられる。本発明がキャパシタとして用いられる場合には、リチウムイオンキャパシタやウルトラキャパシタが好適に用いられる。 In this embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is described as an example of a power storage element. However, the present invention is not limited to a nonaqueous electrolyte battery, and can be applied to, for example, a capacitor. When the present invention is used as a nonaqueous electrolyte battery, a lithium ion secondary battery is preferably used. When the present invention is used as a capacitor, a lithium ion capacitor or an ultracapacitor is preferably used.
次に、本実施の形態における非水電解質二次電池1の効果について説明する。
本実施の形態の非水電解質二次電池1は、複数の電極群10A〜10Dの各々において、正極活物質及び負極活物質の構成が単一であるので、電極群10A〜10Dを形成するための製造条件は、それぞれの正極活物質及び負極活物質に最適な条件で製造することができる。また、複数の電極群10A〜10Dのうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なるので、最適な条件で製造した2種類以上の正極及び負極活物質の少なくとも一方を有する。したがって、複数の活物質の良好な性能のそれぞれを十分に発揮することができる。
Next, the effect of the nonaqueous electrolyte
In the non-aqueous electrolyte
このように、複数の活物質の良好な性能のそれぞれを十分に発揮した非水電解質二次電池1は、それぞれの活物質の長所を活かすと共に、短所を補い合うことが可能となる。このため、安全性、高容量、高出力、耐久性、充放電効率、充電状態(以下、SOC)、検知、極低温性能、生産性などの所望の性能を有する非水電解質二次電池を実現することができる。
Thus, the nonaqueous electrolyte
以下、具体的な構成を例に挙げて、本実施の形態における非水電解質二次電池1の効果についてさらに詳細に説明する。
Hereinafter, the effect of the nonaqueous electrolyte
(第1の例)
正極活物質としてLiMn2O4などのスピネルマンガン系活物質または一般式LiFePO4で表されるリン酸鉄活物質を有する電極群と、正極活物質としてLiaNixCoyAlzMbO2(0.3≦a≦1.05、0.7≦x≦0.87、0.1≦y≦0.27、0.03≦z≦0.1、0≦b≦0.1、MはNi、Co及びAlを除く金属元素から選択される少なくとも1種)で表されるニッケル系活物質またはLiaNixMnyCo(1-x-y)O2(0≦a≦1.1、0<x<1、0<y<1、x+y<1)で表される三成分系活物質を有する電極群とを備えた非水電解質二次電池について説明する。
(First example)
An electrode group having a spinel manganese-based active material such as LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material or an iron phosphate active material represented by the general formula LiFePO 4 , and Li a Ni x Co y Al z M b O as a positive electrode active material 2 (0.3 ≦ a ≦ 1.05, 0.7 ≦ x ≦ 0.87, 0.1 ≦ y ≦ 0.27, 0.03 ≦ z ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.1, M is Ni, at least one nickel is represented by one) active material or Li a selected from metal elements except Co and Al Ni x Mn y Co (1 -xy) O 2 (0 ≦ a ≦ 1.1 , 0 <x <1, 0 <y <1, x + y <1), and a nonaqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode group having a ternary active material.
スピネルマンガン系活物質及びリン酸鉄活物質は、安全性は高いが、高温環境下では劣化が大きい。ニッケル系活物質及び三成分系活物質は、容量は大きいが、外部衝撃などに対する安全性がやや低い。図2及び図3に示す非水電解質二次電池1において、外部側に配置される電極群10A、10Dの正極活物質がスピネルマンガン系活物質またはリン酸鉄活物質で、内部側に配置される電極群10B、10Cの正極活物質がニッケル系活物質または三成分系活物質とする。図6に示す非水電解質二次電池1において、電池パック搭載時に外部側に相対的に近い位置の電極群10Aの正極活物質がスピネルマンガン系活物質またはリン酸鉄活物質で、外部側から相対的に遠い位置の電極群10Bの正極活物質がニッケル系活物質または三成分系活物質とする。これにより、電池中央部の蓄熱によるスピネルマンガン系活物質またはリン酸鉄活物質の劣化を抑制できると共に、スピネルマンガン系活物質またはリン酸鉄活物質の安全性の性能を発揮することができ、かつニッケル系活物質及び三成分系活物質の大容量の性能を発揮することができる。このため、高安全性と高容量とを両立した非水電解質二次電池1を実現することができる。
A spinel manganese-based active material and an iron phosphate active material have high safety, but are greatly deteriorated in a high-temperature environment. Nickel-based active materials and ternary-based active materials have a large capacity, but are slightly less safe against external impacts. In the non-aqueous electrolyte
さらに、平坦な充放電カーブを有するリン酸鉄活物質を正極活物質として用いた電極群と、傾斜のある充放電カーブを有するニッケル系活物質または三成分系活物質を正極活物質として用いた電極群とを非水電解質二次電池1が備えることにより、SOC検知が可能になる。このように、活物質の構成を適宜選択することにより、非水電解質二次電池1の性能をさらに向上することができる。
Furthermore, an electrode group using an iron phosphate active material having a flat charge / discharge curve as a positive electrode active material, and a nickel-based active material or a ternary active material having an inclined charge / discharge curve as a positive electrode active material Since the nonaqueous electrolyte
なお、三成分系活物質において、上記効果をより発現する観点から、|x−y|<0.05であることが好ましい。
また、LiMn2O4、LiFePO4などの化合物は、Li、遷移金属、P、Oが異種元素で置換されていてもよい。この場合でも、上記と同様の効果を有する。
In the ternary active material, | x−y | <0.05 is preferable from the viewpoint of further manifesting the above effects.
Further, in compounds such as LiMn 2 O 4 and LiFePO 4 , Li, transition metal, P, and O may be substituted with different elements. Even in this case, the same effect as described above is obtained.
(第2の例)
負極活物質として結晶質炭素としてのグラファイトを有する電極群と、非晶質炭素を有する電極群とを備えた非水電解質二次電池について説明する。グラファイトは、容量及び出力性能は高いものの、入力性能は十分でない。非晶質炭素は、放電容量はグラファイトに比べて低いが、入力性能に優れている。したがって、複数の電極群のうち、少なくとも1つの電極群の負極活物質がグラファイトで、残りのうちの少なくとも1つの電極群の負極活物質が非晶質炭素であると、それぞれの活物質の良好な性能を発揮できるので、高容量かつ高入出力の非水電解質二次電池1を実現することができる。
(Second example)
A nonaqueous electrolyte secondary battery including an electrode group having graphite as crystalline carbon as a negative electrode active material and an electrode group having amorphous carbon will be described. Graphite has high capacity and output performance, but input performance is not sufficient. Amorphous carbon has a lower discharge capacity than graphite, but has excellent input performance. Therefore, when the negative electrode active material of at least one of the plurality of electrode groups is graphite and the negative electrode active material of at least one of the remaining electrode groups is amorphous carbon, each active material is good. Therefore, the non-aqueous electrolyte
さらに、平坦な充放電カーブを有するグラファイトを負極活物質として用いた電極群と、傾斜のある充放電カーブを有する非晶質炭素を負極活物質として用いた電極群とを非水電解質二次電池1が備えることにより、SOC検知が可能になる。このように、活物質の構成を適宜選択することにより、非水電解質二次電池1の性能をさらに向上することができる。
Further, an electrode group using graphite having a flat charge / discharge curve as a negative electrode active material and an electrode group using amorphous carbon having a sloped charge / discharge curve as a negative electrode active material are nonaqueous electrolyte secondary batteries. By providing 1, SOC detection becomes possible. Thus, the performance of the nonaqueous electrolyte
(第3の例)
活物質の成分は同じであるが、少なくとも2つの電極群において活物質の量が異なる非水電解質二次電池1について説明する。活物質の塗布重量を大きくすると、活物質の量を増やすことができるので、容量を高くすることができるが、電極が厚くなるので、大電流での充放電(入出力性能)は十分でない。塗布重量を小さくすると、電極が薄くなるので、入出力性能が高くなるが、電極における集電箔の割合が大きくなるので、エネルギー密度は小さくなる。したがって、複数の電極群のうち、少なくとも1つの電極群の正極(負極)活物質の重量が相対的に大きく、残りのうちの少なくとも1つの電極群の正極(負極)活物質の重量が相対的に小さいと、それぞれの電極の良好な性能を発揮できるので、高エネルギー密度かつ高入出力の非水電解質二次電池1を実現することができる。
(Third example)
The non-aqueous electrolyte
(第4の例)
活物質の成分は同じであるが、少なくとも2つの電極群において活物質の多孔度が異なる非水電解質二次電池1について説明する。活物質を塗布した後にプレスをする負荷により、活物質の多孔度を調整できる。多孔度を大きくすると、活物質の量が少なくなるので、入出力性能を大きくできるが、容量は十分でない。多孔度を小さくすると、エネルギー密度を大きくできるが、抵抗が大きくなるため出力が十分でない。したがって、複数の電極群のうち、少なくとも1つの電極群の正極(負極)の多孔度が相対的に大きく、残りのうちの少なくとも1つの電極群の正極(負極)の多孔度が相対的に小さいと、それぞれの活物質の良好な性能を発揮できるので、高入出力性能かつ高エネルギー密度の非水電解質二次電池1を実現することができる。
(Fourth example)
The non-aqueous electrolyte
次に、非水電解質二次電池1の好ましい形態の効果について説明する。
非水電解質二次電池1の好ましい形態は、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータ、正極(負極)集電箔、導電助剤及び正極(負極)バインダの少なくとも1つの構成が異なる。これにより、異なる構成を有する正極(負極)活物質において、それぞれの正極(負極)活物質に適したセパレータ、正極(負極)集電箔、導電助剤及び正極(負極)バインダを選択することができる。このため、それぞれの電極群において性能をより十分に発揮できるので、性能を向上した蓄電素子を得ることができる。
Next, the effect of the preferable form of the nonaqueous electrolyte
A preferred form of the non-aqueous electrolyte
以下、具体的な構成を例に挙げて、非水電解質二次電池1のより好ましい形態の効果についてさらに詳細に説明する。
Hereinafter, the effect of the more preferable form of the nonaqueous electrolyte
(第1の例)
正極活物質として用いられるLiCoO2などのコバルト系活物質及び三成分系活物質は電位が高い。電位が高い活物質を有する電極群のセパレータは、酸化を抑制するために無機質層を含んでいることが好ましい。また、別の正極活物質として用いられるリン酸鉄活物質は、電位が低い。電位が低い活物質を有する電極群のセパレータは、劣化が小さく、エネルギー密度を高めるために、無機質層を含まないことが好ましい。このように、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータの成分を各々の正極活物質に適するように選択することにより、非水電解質二次電池1の性能をさらに向上することができる。
(First example)
A cobalt-based active material such as LiCoO 2 and a ternary active material used as a positive electrode active material have a high potential. It is preferable that the separator of the electrode group having an active material having a high potential includes an inorganic layer in order to suppress oxidation. An iron phosphate active material used as another positive electrode active material has a low potential. It is preferable that the separator of the electrode group having an active material having a low potential does not include an inorganic layer in order to reduce deterioration and increase energy density. Thus, in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material, the performance of the nonaqueous electrolyte
(第2の例)
図2及び図3に示すように、3つ以上の電極群を備えた非水電解質二次電池1であって、外部側に配置される電極群10A、10Dと、内部側に配置される電極群10B、10Cとにおいて、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる場合、外部側に配置される電極群10A、10Dのセパレータ12A、12Dは無機質層を含むことが好ましく、内部側に配置される電極群10B、10Cのセパレータ12B、12Cは無機質層を含まない、または無機質層を有し、かつ透気性の良いことが好ましい。外部側に位置する電極群10A、10Dは内部側に位置する電極群10B、10Cよりも外部衝撃を受けやすいが、無機質層を含むセパレータは熱収縮が起こりにくいため、仮に外部衝撃によって内部短絡して発熱したとしても、熱逸走に至ることを防止できる。内部側の電極群10B、10Cに無機質層をもたない、又は、無機質層を有するとしても透気性の良いセパレータを用いることで、高温耐久試験におけるセパレータの目詰まりが抑制でき、非水電解質二次電池1の劣化を防止することができる。したがって、内部側の電極群と外部側の電極群において各々の活物質の構成が異なり、かつ各々の活物質の構成に対応した成分のセパレータを用いることにより、非水電解質二次電池1の安全性を高めると共にエネルギー密度を向上できる。
(Second example)
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the nonaqueous electrolyte
本実施例では、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成は単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、負極活物質の成分が異なる蓄電素子の効果について調べた。 In this embodiment, each of the plurality of electrode groups has a single configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material, and at least two of the plurality of electrode groups have different negative electrode active material components. The effect of the device was investigated.
(本発明例1)
本発明例1は、図6に示す2つの電極群10A、10Bを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 1)
In Invention Example 1, a lithium ion secondary battery including the two
まず、電極群10Aについて説明する。
負極活物質としてのグラファイト90重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.5g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが220cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。
First, the
90% by weight of graphite as a negative electrode active material and 10% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. . A negative electrode mixture paste of 1.5 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a load of 100 kgf / cm with a roll press. Molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 220 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 120 μm.
正極活物質としてLiFePO486重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、PVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで500kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが210cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが190μmであった。 86% by weight of LiFePO 4 as a positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 7% by weight of PVDF are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture to form a positive electrode mixture paste. did. 3.2 g / 100 cm 2 of positive electrode mixture paste was applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a 500 kgf / cm load with a roll press. Molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 210 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 190 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅12cm、厚み25μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Further, a microporous polyolefin membrane having a width of 12 cm and a thickness of 25 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Aを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
電極群10Bは、基本的には電極群10Aと同様であったが、負極において異なっていた。具体的には、負極活物質としてのハードカーボン90重量%と、結着剤としてのPVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤を加えて負極合剤ペーストを形成した。1.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の負極の大きさは、長さが220cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。
The
次に、2つの電極群10A、10Bを容器2の本体部3の内部に並置し、各電極群10A、10Bの正極タブ及び負極タブを電気的に並列に接続し、それぞれを蓋4の正極端子21及び負極端子22にそれぞれ溶着して蓋4を本体部3に取り付けた。
Next, the two
蓋4の電解液注入部5から、電解液として1MのLiPF6(EC:DMC:DEC=40:40:20)を注液した。その後、電解液注入部5を封止した。以上の工程により、本発明例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
1M LiPF 6 (EC: DMC: DEC = 40: 40: 20) was injected as an electrolyte from the
(比較例1)
図7に示すように、比較例1のリチウムイオン二次電池100は、単一の負極活物質を含む負極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例1と異なっていた。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、負極の形成については、本発明例1の電極群10Aと同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが430cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。
Specifically, for the formation of the negative electrode, similarly to the
正極の形成については、本発明例1と同様に、正極合剤ペーストを形成して、正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで500kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが420cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが190μmであった。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
For the formation of the positive electrode, as in Example 1 of the present invention, a positive electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the positive electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 500 kgf / cm by a roll press. And compression molded. The positive electrode had a length of 420 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and both positive electrode mixture layers of 190 μm.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、本発明例1と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例1と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 1 to produce an
(比較例2)
比較例2のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例1のリチウムイオン二次電池と同様であったが、負極活物質がグラファイトの代わりにハードカーボンであった点において異なっていた。
(Comparative Example 2)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was basically the same as the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, except that the negative electrode active material was hard carbon instead of graphite.
(比較例3)
図7に示すように、比較例3のリチウムイオン二次電池100は、2種類の負極活物質が混合された負極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例1と異なっていた。
(Comparative Example 3)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、負極活物質としてのグラファイト45重量%及びハードカーボン45重量%と、結着剤としてのPVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN-メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.3g/100cm2の負極合剤ペーストを、本発明例1と同様の負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで300kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが430cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 Specifically, 45% by weight of graphite and 45% by weight of hard carbon as a negative electrode active material and 10% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture to mix the negative electrode. An agent paste was formed. 1.3 g / 100 cm 2 of the negative electrode mixture paste was applied on both sides of the same negative electrode current collector foil as in Example 1 of the present invention, dried, and then subjected to compression molding by applying a load of 300 kgf / cm with a roll press. did. The negative electrode had a length of 430 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides of 120 μm.
正極は、比較例1と同様に形成した。また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。 The positive electrode was formed in the same manner as in Comparative Example 1. Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、本発明例1と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例1と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 1 to produce an
(比較例4)
図7に示すように、比較例4のリチウムイオン二次電池100は、2種類の成分の負極活物質のそれぞれを区画した領域に形成した負極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例1と異なっていた。
(Comparative Example 4)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、第1の負極活物質としてのグラファイト90重量%と、結着剤としてのPVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN-メチルピロリドンを加えて第1の負極合剤ペーストを形成した。第2の負極活物質としてのハードカーボン90重量%と、結着剤としてのPVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN-メチルピロリドンを加えて第2の負極合剤ペーストを形成した。本発明例1と同様の負極集電箔のそれぞれの面において、半分の領域に1.5g/100cm2の第1の負極合剤ペーストを塗布し、残りの半分の領域に1.0g/100cm2の第2の負極合剤ペーストを塗布した。これを乾燥した後、ロールプレスで300kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが430cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 Specifically, 90% by weight of graphite as a first negative electrode active material and 10% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture to add a first negative electrode compound. An agent paste was formed. 90% by weight of hard carbon as a second negative electrode active material and 10% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture to form a second negative electrode mixture paste. did. On each surface of the negative electrode current collector foil similar to Example 1, 1.5 g / 100 cm 2 of the first negative electrode mixture paste was applied to the half area, and 1.0 g / 100 cm to the remaining half area. 2nd 2nd negative mix paste was apply | coated. After drying this, it was compression molded by applying a load of 300 kgf / cm with a roll press. The negative electrode had a length of 430 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides of 120 μm.
正極は、比較例1と同様に形成した。また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。 The positive electrode was formed in the same manner as in Comparative Example 1. Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、本発明例1と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例1と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 1 to produce an
(評価方法)
本発明例1、比較例1〜4のリチウムイオン二次電池について、SOC検知、容量及び耐久性について評価した。
(Evaluation method)
The lithium ion secondary batteries of Invention Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 were evaluated for SOC detection, capacity, and durability.
SOC検知は、SOC50%付近での閉回路電圧(以下、OCV)の傾斜で評価し、具体的には、SOC49%からSOC51%までの間を1%刻みでOCV測定し、SOC49%からSOC50%までの間のOCV変化量と、SOC50%からSOC51%までの間のOCV変化量とを平均することによって測定した。 The SOC detection is evaluated by the gradient of the closed circuit voltage (hereinafter referred to as OCV) in the vicinity of SOC 50%. Specifically, the OCV measurement is performed in increments of 1% from SOC 49% to SOC 51%, and SOC 49% to SOC 50%. It was measured by averaging the amount of change in OCV during the period until and the amount of change in OCV between SOC 50% and SOC 51%.
容量は、次のようにして測定した。1CAの定電流にて所定の上限電圧まで充電し、その後前記上限電圧にて総充電時間が3時間となるように定電圧充電した後、1CAの定電流にて所定の下限電圧まで放電した。このときの放電容量を「容量」とした。
なお、1CAとは、上限電圧まで充電した電池を1時間で放電するときの電流値である。
各実施例における下限電圧と上限電圧との組み合わせは次のとおりであった。実施例1(2.5V−3.6V)、実施例2〜4、6(2.5V−4.2V)、実施例5(2.5V−4.0V)。
The capacity was measured as follows. The battery was charged to a predetermined upper limit voltage at a constant current of 1 CA, and then charged to a predetermined lower limit voltage at a constant current of 1 CA. The discharge capacity at this time was defined as “capacity”.
In addition, 1CA is a current value when a battery charged to the upper limit voltage is discharged in 1 hour.
The combinations of the lower limit voltage and the upper limit voltage in each example were as follows. Example 1 (2.5V-3.6V), Examples 2-4, 6 (2.5V-4.2V), Example 5 (2.5V-4.0V).
耐久性は、容量保持率で評価し、具体的には、所定温度に設定した恒温槽中で、2CAの定電流にてSOC80%に相当する電圧まで充電した後、2CAの定電流にてSOC20%に相当する電圧まで放電するサイクル試験を所定のサイクル数行った後の容量をサイクル前の容量で除することによって測定した。 The durability is evaluated by a capacity retention rate. Specifically, after charging to a voltage corresponding to SOC 80% at a constant current of 2 CA in a constant temperature bath set to a predetermined temperature, SOC 20 at a constant current of 2 CA. It was measured by dividing the capacity after a predetermined number of cycles of a cycle test for discharging to a voltage corresponding to% by the capacity before the cycle.
(評価結果)
SOC50%付近でのOCV傾斜について、本発明例1が4mV/SOC%であり、比較例1が0mV/SOC%であり、比較例2が8mV/SOC%であり、比較例3が4mV/SOC%であり、比較例4が4mV/SOC%であった。本発明例1は、ハードカーボンの比率の大きい比較例2よりは小さかったものの、ハードカーボンを含まない比較例1よりもSOC検知が良好であった。このことから、本発明例1は負極活物質としてのハードカーボンの性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
As for the OCV slope near SOC 50%, Example 1 of the present invention is 4 mV / SOC%, Comparative Example 1 is 0 mV / SOC%, Comparative Example 2 is 8 mV / SOC%, and Comparative Example 3 is 4 mV / SOC. % And Comparative Example 4 was 4 mV / SOC%. Although Example 1 of the present invention was smaller than Comparative Example 2 in which the ratio of hard carbon was large, SOC detection was better than Comparative Example 1 that did not contain hard carbon. From this, it was found that Example 1 of the present invention can exhibit the performance of hard carbon as a negative electrode active material.
容量について、本発明例1が85(相対比)であり、比較例1が100(相対比)であり、比較例2が70(相対比)であり、比較例3が85(相対比)であり、比較例4が80(相対比)であった。本発明例1は、グラファイトの比率の大きい比較例1よりは容量が小さかったものの、グラファイトを含まない比較2よりも容量が大きく、さらに2種類の活物質の領域を区画して形成した比較例4よりも容量が大きかった。このことから、本発明例1のリチウムイオン二次電池は、負極活物質としてのグラファイトの性能を発揮できることがわかった。 Regarding the capacity, Example 1 of the present invention was 85 (relative ratio), Comparative Example 1 was 100 (relative ratio), Comparative Example 2 was 70 (relative ratio), and Comparative Example 3 was 85 (relative ratio). Yes, Comparative Example 4 was 80 (relative ratio). Inventive Example 1 was smaller in capacity than Comparative Example 1 in which the ratio of graphite was large, but larger in capacity than Comparative Example 2 that did not contain graphite, and was further formed by dividing two active material regions. The capacity was larger than 4. From this, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 1 can exhibit the performance of graphite as a negative electrode active material.
25℃500サイクル試験後の容量保持率について、本発明例1が85%であり、比較例1が80%であり、比較例2が90%であり、比較例3が70%であり、比較例4が60%であった。本発明例1は、ハードカーボンの比率が大きい比較例2よりは耐久性が低かったものの、ハードカーボンを含まない比較例1よりも耐久性が高かった。さらに、本発明例1は、2種類の活物質を混合した比較例3及び2種類の活物質の領域を区画して形成した比較例4よりも耐久性を向上できた。このことから、本発明例1のリチウムイオン二次電池は負極活物質のハードカーボンの性能を発揮できることがわかった。 Regarding the capacity retention after a cycle test at 25 ° C., Example 1 of the present invention is 85%, Comparative Example 1 is 80%, Comparative Example 2 is 90%, and Comparative Example 3 is 70%. Example 4 was 60%. Invention Example 1 was less durable than Comparative Example 2 where the ratio of hard carbon was large, but was higher than that of Comparative Example 1 containing no hard carbon. Furthermore, Invention Example 1 was able to improve the durability compared to Comparative Example 3 in which two types of active materials were mixed and Comparative Example 4 in which two regions of active materials were formed. From this, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 1 can exhibit the performance of hard carbon as the negative electrode active material.
以上より、本実施例によれば、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成が単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、負極活物質の成分が異なることにより、複数の負極活物質の性能のそれぞれを十分に発揮できることを確認した。 As described above, according to the present example, each of the plurality of electrode groups has a single configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material, and in at least two electrode groups of the plurality of electrode groups, the negative electrode active material It was confirmed that each of the plurality of negative electrode active materials can sufficiently exhibit their respective performances by having different components.
本実施例では、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成は単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、負極活物質の重量が異なることの効果について調べた。 In the present embodiment, the structure of the positive electrode active material and the negative electrode active material is single in each of the plurality of electrode groups, and the weight of the negative electrode active material is different in at least two electrode groups of the plurality of electrode groups. The effect of was investigated.
(本発明例2)
本発明例2は、図6に示す2つの電極群10A、10Bを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 2)
In Invention Example 2, a lithium ion secondary battery including the two
まず、電極群10Aについて説明する。
負極活物質としてのグラファイト92重量%と、結着剤としてのPVDF8重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。2.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで150kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが180cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが150μmであった。
First, the
92% by weight of graphite as a negative electrode active material and 8% by weight of PVDF as a binder were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 2.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a 150 kgf / cm load with a roll press. Molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 180 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 150 μm.
正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック3重量%と、PVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。1.1g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが170cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが80μmであった。 90% by weight of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 3% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 7% by weight of PVDF are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture to mix the positive electrode A paste was formed. 1.1 g / 100 cm 2 of a positive electrode mixture paste was applied to both sides of a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a load of 250 kgf / cm was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 170 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Aを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
電極群10Bは、基本的には電極群10Aと同様であったが、負極において異なっていた。具体的には、電極群10Aと同様の負極ペーストを、負極集電箔の両面のそれぞれに0.5g/100cm2塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで150kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の負極の大きさは、長さが320cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが50μmであった。
The
次に、本発明例1と同様に、2つの電極群10A、10Bを容器2に収容し、電解液を注液することで、本発明例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, similarly to Example 1 of the present invention, two
(比較例5)
図7に示すように、比較例5のリチウムイオン二次電池100は、1種類の負極活物質を有する負極合剤層を含む電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例2と異なっていた。
(Comparative Example 5)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、本発明例2と同様の負極合剤ペーストを形成した。2.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、本発明例2と同様の負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで150kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが350cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが150μmであった。 Specifically, a negative electrode mixture paste similar to that of Invention Example 2 was formed. A negative electrode mixture paste of 2.0 g / 100 cm 2 was applied to both surfaces of a negative electrode current collector foil similar to Example 2 of the present invention, dried, and then subjected to compression molding by applying a load of 150 kgf / cm with a roll press. did. The negative electrode had a length of 350 cm and a width of 13 cm, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 150 μm.
正極の形成については、本発明例2と同様に、正極合剤ペーストを形成して、正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが340cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが80μmであった。 For the formation of the positive electrode, as in Example 2 of the present invention, a positive electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the positive electrode current collector foil, dried, and then a load of 250 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The positive electrode had a length of 340 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
次に、本発明例2と同様のセパレータを準備し、本発明例2と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例2と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a separator similar to Example 2 of the present invention was prepared, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as Example 2 of the present invention to produce an
(比較例6)
比較例6のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例5と同様であったが、負極集電箔に塗布した負極合剤ペーストの重量が0.5g/100cm2であった点において異なっていた。
(Comparative Example 6)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 was basically the same as Comparative Example 5, except that the weight of the negative electrode mixture paste applied to the negative electrode current collector foil was 0.5 g / 100 cm 2 . It was different.
(比較例7)
図7に示すように、比較例7のリチウムイオン二次電池100は、2種類の量の負極活物質のそれぞれを区画した領域に形成した負極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例2と異なっていた。
(Comparative Example 7)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、本発明例2と同様の負極合剤ペーストを形成した。本発明例2と同様の負極集電箔のそれぞれの面において、半分の領域に2.0g/100cm2を塗布し、残りの半分の領域に0.5g/100cm2の負極合剤ペーストを塗布した。これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが350cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが150μmであった。 Specifically, a negative electrode mixture paste similar to that of Invention Example 2 was formed. On each surface of the same negative electrode current collector foil as that of Example 2 of the present invention, 2.0 g / 100 cm 2 was applied to the half area, and 0.5 g / 100 cm 2 of the negative electrode mixture paste was applied to the other half area. did. After drying this, it was compression molded by applying a load of 100 kgf / cm with a roll press. The negative electrode had a length of 350 cm and a width of 13 cm, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 150 μm.
正極は、比較例5と同様に形成した。また、本発明例2と同様のセパレータを準備した。 The positive electrode was formed in the same manner as in Comparative Example 5. Moreover, the same separator as Example 2 of this invention was prepared.
次に、本発明例2と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例2と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例7のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a positive electrode, a negative electrode, and a separator were wound in the same manner as in Invention Example 2 to produce an
(評価方法)
本発明例2、比較例5〜7のリチウムイオン二次電池について、容量及び出力について評価した。
容量は、実施例1と同様に測定した。なお、下限電圧と上限電圧との組み合わせは、2.5V−4.2Vであった。
出力は、次のようにして測定した。各電池を満充電状態としたのち、0.2、1、2、4CAの各電流値で、10秒ずつ放電した。電流値及び放電後の電圧からV−Iプロットを作成して最小二乗法で直線近似し、電圧が2.0Vとなる点まで外挿したときの電流値を算出した。このときの電流値に下限電圧(ここでは2.0V)を乗じて出力とした。
(Evaluation method)
The lithium ion secondary batteries of Invention Example 2 and Comparative Examples 5 to 7 were evaluated for capacity and output.
The capacity was measured in the same manner as in Example 1. The combination of the lower limit voltage and the upper limit voltage was 2.5V-4.2V.
The output was measured as follows. Each battery was fully charged and then discharged for 10 seconds at each current value of 0.2, 1, 2, 4 CA. A VI plot was created from the current value and the voltage after discharge, linearly approximated by the least square method, and the current value when extrapolating to a point where the voltage was 2.0 V was calculated. The current value at this time was multiplied by a lower limit voltage (2.0 V here) to obtain an output.
(評価結果)
容量について、本発明例2が90(相対比)であり、比較例5が100(相対比)であり、比較例6が80(相対比)であり、比較例7が70(相対比)であった。このため、本発明例2のリチウムイオン二次電池は、相対的に活物質の量が多い負極の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity, Example 2 of the present invention was 90 (relative ratio), Comparative Example 5 was 100 (relative ratio), Comparative Example 6 was 80 (relative ratio), and Comparative Example 7 was 70 (relative ratio). there were. For this reason, it turned out that the lithium ion secondary battery of this invention example 2 can demonstrate the performance of a negative electrode with much quantity of an active material.
出力について、本発明例3が80(相対比)であり、比較例5が30(相対比)であり、比較例6が100(相対比)であり、比較例7が50(相対比)であった。このため、本発明例2のリチウムイオン二次電池は、相対的に活物質の量が少ない負極の性能を発揮できることがわかった。 Regarding output, Example 3 of the present invention is 80 (relative ratio), Comparative Example 5 is 30 (relative ratio), Comparative Example 6 is 100 (relative ratio), and Comparative Example 7 is 50 (relative ratio). there were. For this reason, it turned out that the lithium ion secondary battery of the example 2 of this invention can exhibit the performance of a negative electrode with relatively little quantity of an active material.
以上より、本実施例によれば、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成が単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、負極活物質の量が異なることにより、複数の負極の性能のそれぞれを十分に発揮できることを確認した。 As described above, according to the present example, each of the plurality of electrode groups has a single configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material, and in at least two electrode groups of the plurality of electrode groups, the negative electrode active material It was confirmed that the performance of each of the plurality of negative electrodes can be sufficiently exhibited by the difference in the amount of.
本実施例では、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータの構成が異なることの効果について調べた。 In this example, the effect of different separator configurations was investigated in at least two electrode groups having different positive electrode active material configurations.
(本発明例3)
本発明例3は、図6に示す2つの電極群10A、10Bを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 3)
In Invention Example 3, a lithium ion secondary battery including the two
まず、電極群10Aについて説明する。
正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−ピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.0g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが210cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが100μmであった。
First, the
90% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N as a solvent is added to this mixture. -Pyrrolidone was added to form a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste of 2.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a 200 kgf / cm load was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 210 cm in length, 10 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
負極活物質としてグラファイト90重量%と、PVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−ピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが220cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 As a negative electrode active material, 90% by weight of graphite and 10% by weight of PVDF were mixed, and N-pyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 1.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 100 kgf / cm by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 220 cm in length, 10 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅9cm、厚み40μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Further, a microporous polyolefin membrane having a width of 9 cm and a thickness of 40 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Aを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
電極群10Bは、基本的には電極群10Aと同様であったが、正極及びセパレータにおいて異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック3重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に電極群10Aと同様の溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが150cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが140μmであった。
The
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅9cm、厚み20μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Further, a polyolefin microporous film having a width of 9 cm and a thickness of 20 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、本発明例1と同様に、2つの電極群10A、10Bを容器2に収容し、電解液を注液することで、本発明例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, similarly to Example 1 of the present invention, two
(比較例8)
図7に示すように、比較例8のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例3と異なっていた。
(Comparative Example 8)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O245重量%及びLiMn2O445重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.6g/100cm2の正極合剤ペーストを、本発明例3と同様の正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが360cm、幅が10cm、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 Specifically, 45% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and 45% by weight of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder %, And N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. 2.6 g / 100 cm 2 of the positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the same positive electrode current collector foil as in Example 3 of the present invention, dried, and then subjected to compression molding by applying a load of 250 kgf / cm with a roll press. did. The positive electrode had a length of 360 cm, a width of 10 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and both positive electrode mixture layers of 120 μm.
負極の形成については、本発明例3と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが370cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 Regarding the formation of the negative electrode, as in Example 3 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 100 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 370 cm and a width of 10 cm, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
次に、本発明例3と同様に正極、負極及び厚みが40μmのセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例3と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例8のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a thickness of 40 μm were wound in the same manner as in Invention Example 3 to produce an
(比較例9)
比較例9のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例8と同様であったが、セパレータの厚みが20μmであった点において異なっていた。
(Comparative Example 9)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 9 was basically the same as Comparative Example 8, but differed in that the thickness of the separator was 20 μm.
(評価方法)
本発明例3、比較例8及び9のリチウムイオン二次電池について、容量及び安全性について評価した。
容量は実施例1と同様に測定した。なお、下限電圧と上限電圧との組み合わせは、2.5V−4.2Vであった。
安全性は、満充電状態まで充電した電池の中央部に鉄製の釘を貫通させた際に、発煙・発火が起こらないかどうかを調査することにより測定した。
(Evaluation method)
The capacity and safety of the lithium ion secondary batteries of Invention Example 3 and Comparative Examples 8 and 9 were evaluated.
The capacity was measured in the same manner as in Example 1. The combination of the lower limit voltage and the upper limit voltage was 2.5V-4.2V.
Safety was measured by investigating whether smoke or ignition would occur when an iron nail was passed through the center of a fully charged battery.
(評価結果)
容量について、本発明例3が95(相対比)であり、比較例8が90(相対比)であり、比較例9が100(相対比)であった。このため、本発明例3のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity, Example 3 of the present invention was 95 (relative ratio), Comparative Example 8 was 90 (relative ratio), and Comparative Example 9 was 100 (relative ratio). Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 3, was found to be exhibited performance of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 of the positive electrode active material.
安全性について、本発明例3及び比較例8が良好であり、比較例9が発煙をした点で良好でなかった。このため、本発明例3のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiMn2O4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 3 and the comparative example 8 were favorable, and the comparative example 9 was not favorable at the point which smoked. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 3 was found to be perform as LiMn 2 O 4 positive electrode active material.
また、本発明例3は、正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05O2を備えた電極群10Aのセパレータの厚みは大きく、正極活物質としてLiMn2O4を備えた電極群10Bのセパレータの厚みは小さいため、それぞれの正極活物質の性能をより発揮することができた。
In addition, in Example 3 of the present invention, the thickness of the separator of the
以上より、本実施例によれば、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータの構成が異なることにより、正極活物質の性能を顕著に発揮することができることを確認した。 As described above, according to this example, it was confirmed that the performance of the positive electrode active material can be remarkably exhibited by the difference in the separator configuration in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material.
本実施例では、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、正極集電箔の構成が異なることの効果について調べた。 In this example, the effect of different configurations of the positive electrode current collector foil was examined in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material.
(本発明例4)
本発明例4は、図8に示す3つの電極群10A、10B、10Dを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 4)
In Invention Example 4, a lithium ion secondary battery including the three
まず、電極群10A、10Dについて説明する。
正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。1.6g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として30μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが290cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが80μmであった。
First, the
90% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N as a solvent is added to this mixture. -Methylpyrrolidone was added to form a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste of 1.6 g / 100 cm 2 was applied to both surfaces of a 30 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a 200 kgf / cm load was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 290 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
負極活物質としてハードカーボン90重量%と、PVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。0.7g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが300cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが80μmであった。 As a negative electrode active material, 90% by weight of hard carbon and 10% by weight of PVDF were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 0.7 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 400 kgf / cm was applied by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 300 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10A、10Dを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. Thereby,
電極群10Bは、基本的には電極群10A、10Dと同様であったが、正極及びセパレータにおいて異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。この正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが220cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが120μmであった。
The
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、電極群10A、10Dが外部側に位置し、かつ電極群10Bが内部側に位置するように容器2に収容し、本発明例1と同様に電解液を注液することで、本発明例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the
(比較例10)
図7に示すように、比較例10のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例4と異なっていた。
(Comparative Example 10)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O245重量%及びLiMn2O445重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.1g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔としての厚みが30μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが740cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 Specifically, 45% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and 45% by weight of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder %, And N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. 2.1 g / 100 cm 2 of positive electrode mixture paste was applied to both sides of an aluminum foil with a thickness of 30 μm as a positive electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a load of 250 kgf / cm with a roll press. Molded. The positive electrode had a length of 740 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
負極の形成については、本発明例4と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが750cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 As for the formation of the negative electrode, as in Example 4 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both sides of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 400 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 750 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
次に、本発明例4と同様のセパレータを準備して、本発明例4と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例4と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例10のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a separator similar to that of Inventive Example 4 was prepared, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Inventive Example 4 to produce an
(比較例11)
比較例11のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例10と同様であったが、正極集電箔の厚みが20μmであった点において異なっていた。
(Comparative Example 11)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 11 was basically the same as Comparative Example 10 except that the thickness of the positive electrode current collector foil was 20 μm.
(評価方法)
本発明例4、比較例10及び11のリチウムイオン二次電池について、容量及び安全性について評価した。容量は、実施例1と同様に測定した。なお、下限電圧と上限電圧との組み合わせは、2.5V−4.2Vであった。安全性は、実施例3と同様に測定した。
(Evaluation method)
The capacity and safety of the lithium ion secondary batteries of Invention Example 4 and Comparative Examples 10 and 11 were evaluated. The capacity was measured in the same manner as in Example 1. The combination of the lower limit voltage and the upper limit voltage was 2.5V-4.2V. Safety was measured in the same manner as in Example 3.
(評価結果)
容量について、本発明例4が95(相対比)であり、比較例10が90(相対比)であり、比較例11が100(相対比)であった。このため、本発明例4のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity, Example 4 of the present invention was 95 (relative ratio), Comparative Example 10 was 90 (relative ratio), and Comparative Example 11 was 100 (relative ratio). Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 4 were found to be exhibited performance of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 of the positive electrode active material.
安全性について、本発明例4及び比較例10が良好であり、比較例11が発煙をした点で良好でなかった。このため、本発明例4のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiMn2O4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 4 and the comparative example 10 were favorable, and the comparative example 11 was not favorable at the point which smoked. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 4 was found to be perform as LiMn 2 O 4 positive electrode active material.
また、本発明例4は、正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05O2を備えた電極群10A、10Dの正極集電箔の厚みは大きく、正極活物質としてLiMn2O4を備えた電極群10Bの正極集電箔の厚みは小さいため、それぞれの正極活物質の性能をより発揮することができた。
In addition, in Example 4 of the present invention, the thickness of the positive electrode current collector foil of the
以上より、本実施例によれば、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、正極集電箔の構成が異なることにより、正極活物質の性能を顕著に発揮することができることを確認した。 From the above, according to this example, it was confirmed that the performance of the positive electrode active material can be remarkably exhibited by the difference in the configuration of the positive electrode current collector foil in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material. did.
本実施例では、電極群を3つ以上備えている場合の電極群の配置による効果について調べた。 In this example, the effect of the arrangement of the electrode groups when three or more electrode groups were provided was examined.
(本発明例5)
本発明例5は、図8に示す3つの電極群10A、10B、10Dを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 5)
In Invention Example 5, a lithium ion secondary battery including the three
まず、電極群10A、10Dについて説明する。
正極活物質としてのLiFePO486重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで500kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが140cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが190μmであった。
First, the
86% by weight of LiFePO 4 as a positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 7% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture. A positive electrode mixture paste was formed. 3.2 g / 100 cm 2 of positive electrode mixture paste was applied to both sides of an aluminum foil with a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 500 kgf / cm by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 140 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 190 μm.
負極活物質としてグラファイト90重量%と、PVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.5g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが150cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 As a negative electrode active material, 90% by weight of graphite and 10% by weight of PVDF were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 1.5 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 100 kgf / cm by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 150 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 120 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10A、10Dを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. Thereby,
電極群10Bは、基本的には電極群10A、10Dと同様であったが、正極において異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O286重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。この正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが160cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが160μmであった。
The
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、電極群10A、10Dが外部側に位置し、かつ電極群10Bが内部側に位置するように容器2に収容し、本発明例1と同様に電解液を注液することで、本発明例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the
(比較例12)
図7に示すように、比較例12のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例6と異なっていた。
(Comparative Example 12)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiFePO443重量%及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O243重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。3.0g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔としての厚みが20μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが450cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが180μmであった。 Specifically, 43% by weight of LiFePO 4 as a positive electrode active material and 43% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2, 7% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 7% by weight of PVDF as a binder And N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste of 3.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a load of 400 kgf / cm with a roll press. Molded. The positive electrode had a length of 450 cm and a width of 13 cm, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 180 μm.
負極の形成については、本発明例5と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが460cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが110μmであった。 As for the formation of the negative electrode, as in Example 5 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 100 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 460 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides of 110 μm.
次に、本発明例5と同様のセパレータを準備し、本発明例5と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例5と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例12のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a separator similar to Example 5 of the present invention was prepared, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as Example 5 of the present invention to produce an
(比較例13)
図7に示すように、比較例13のリチウムイオン二次電池100は、2種類の成分の正極活物質のそれぞれを区画した領域に形成した正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例5と異なっていた。
(Comparative Example 13)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、第1の正極活物質としてのLiFePO486重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて第1の正極合剤ペーストを形成した。第2の正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O286重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて第2の正極合剤ペーストを形成した。本発明例5と同様の負極集電箔のそれぞれの面において、半分の領域に3.2g/100cm2の第1の正極合剤ペーストを塗布し、残りの半分の領域に2.7g/100cm2の第2の正極合剤ペーストを塗布した。これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが420cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが190μmであった。 Specifically, 86% by weight of LiFePO 4 as a first positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 7% by weight of PVDF as a binder are mixed, and this mixture is used as a solvent. N-methylpyrrolidone was added to form a first positive electrode mixture paste. 86% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a second positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 7% by weight of PVDF as a binder are mixed, and a solvent is added to this mixture. N-methylpyrrolidone was added to form a second positive electrode mixture paste. On each surface of the negative electrode current collector foil similar to Example 5 of the present invention, 3.2 g / 100 cm 2 of the first positive electrode mixture paste was applied to the half area, and 2.7 g / 100 cm to the remaining half area. 2nd 2nd positive mix paste was apply | coated. After drying this, it was compression molded by applying a load of 400 kgf / cm with a roll press. The negative electrode had a length of 420 cm and a width of 13 cm, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 190 μm.
負極は、比較例12と同様に形成した。また、本発明例5と同様のセパレータを準備した。 The negative electrode was formed in the same manner as in Comparative Example 12. Moreover, the same separator as Example 5 of this invention was prepared.
次に、本発明例5と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例5と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例13のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 5 to produce an
(評価方法)
本発明例5、比較例12及び13のリチウムイオン二次電池について、耐久性及び安全性について評価した。耐久性は、基本的には実施例1と同様に測定したが、45℃500サイクル試験後の容量保持率とした点において異なっていた。安全性は、満充電状態まで充電した電池の中央部近辺を丸棒冶具で押しつぶした際に、発煙・発火が起こらないかどうかを調査することにより評価した。
(Evaluation method)
The durability and safety of the lithium ion secondary batteries of Invention Example 5 and Comparative Examples 12 and 13 were evaluated. Durability was measured basically in the same manner as in Example 1, but differed in that the capacity retention after a 45 ° C. 500 cycle test was used. Safety was evaluated by investigating whether smoke or ignition would occur when the battery was fully charged and the vicinity of the center was crushed with a round bar jig.
(評価結果)
45℃500サイクル試験後の容量保持量について、本発明例5が80%であり、比較例12が70%であり、比較例13が30%であった。このため、本発明例5のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity retention after the 45 ° C. 500 cycle test, Example 5 of the present invention was 80%, Comparative Example 12 was 70%, and Comparative Example 13 was 30%. Therefore, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 5 can exhibit the performance of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as the positive electrode active material.
安全性について、本発明例5及び比較例12が良好であり、比較例11は良好でなかった。このため、本発明例5のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiFePO4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 5 and the comparative example 12 were favorable, and the comparative example 11 was not favorable. For this reason, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 5 can exhibit the performance of the positive electrode active material LiFePO 4 .
以上より、複数の電極群の各々において、正極活物質及び負極活物質の構成が単一であり、複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、正極活物質の成分が異なることにより、複数の正極活物質の性能のそれぞれを十分に発揮できることを確認した。 As described above, in each of the plurality of electrode groups, the configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material is single, and the components of the positive electrode active material are different in at least two electrode groups of the plurality of electrode groups. It was confirmed that each of the performances of the plurality of positive electrode active materials can be sufficiently exhibited.
さらに、本発明例5は、LiFePO4は耐熱性が低い特徴を有しているが、活物質としてLiFePO4を有する電極群10A、10Dを外部側に配置しているので、電池内部への蓄熱による影響を低減することができる。このため、本発明例5のリチウムイオン二次電池は、耐久性をより向上することができることがわかった。
Furthermore, the present invention Example 5, LiFePO 4 is has a low characteristic heat resistance, the
以上より、本実施例によれば、電極群を3つ以上備えている場合に、耐熱性が低い活物質を有する電極群を外部側に配置することにより、耐久性を向上できることを確認した。 As described above, according to this example, when three or more electrode groups were provided, it was confirmed that durability could be improved by disposing an electrode group having an active material with low heat resistance on the outside side.
本実施例では、電極群を3つ以上備えている場合の電極群の配置による効果について調べた。 In this example, the effect of the arrangement of the electrode groups when three or more electrode groups were provided was examined.
(本発明例6)
本発明例6は、図8に示す3つの電極群10A、10B、10Dを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 6)
In Example 6 of the present invention, a lithium ion secondary battery including the three
まず、電極群10A、10Dについて説明する。
正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが110cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが140μmであった。
First, the
90% by weight of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 6% by weight of PVDF as a binder are mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent is added to this mixture. In addition, a positive electrode mixture paste was formed. A positive electrode material mixture paste of 3.2 g / 100 cm 2 was applied to both surfaces of a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a load of 250 kgf / cm was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 110 cm in length and 10 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 140 μm.
負極活物質としてグラファイト92重量%と、PVDF8重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが120cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 As a negative electrode active material, 92% by weight of graphite and 8% by weight of PVDF were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 1.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 100 kgf / cm by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 120 cm in length, 10 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅が9cmで、厚みが20μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
A polyolefin microporous membrane having a width of 9 cm and a thickness of 20 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10A、10Dを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. Thereby,
電極群10Bは、基本的には電極群10A、10Dと同様であったが、正極及びセパレータにおいて異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。この正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのN−メチルピロリドンの両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが140cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが100μmであった。
The
また、セパレータとして幅が9cmで、厚みが40μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。 A polyolefin microporous membrane having a width of 9 cm and a thickness of 40 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、電極群10A、10Dが外部側に位置し、かつ電極群10Bが内部側に位置するように容器2に収容し、本発明例1と同様に電解液を注液することで、本発明例6のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the
(比較例14)
図7に示すように、比較例14のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例6と異なっていた。
(Comparative Example 14)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiMn2O445重量%及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O245重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.6g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔としての厚みが20μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgh/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが360cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 Specifically, 45% by weight of LiMn 2 O 4 and 45% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as the positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as the conductive assistant, and 6% by weight of PVDF as the binder %, And N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. A 2.6 g / 100 cm 2 positive electrode mixture paste was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a load of 250 kgh / cm with a roll press. Molded. The positive electrode had a length of 360 cm, a width of 10 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and both positive electrode mixture layers of 120 μm.
負極の形成については、本発明例6と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが370cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 As for the formation of the negative electrode, as in Example 6 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 100 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 370 cm and a width of 10 cm, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
また、セパレータとして幅が9cmで、厚みが40μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。 A polyolefin microporous membrane having a width of 9 cm and a thickness of 40 μm was prepared as a separator.
次に、本発明例6と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例6と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例14のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 6 to produce an
(比較例15)
図7に示すように、比較例15のリチウムイオン二次電池100は、2種類の成分の正極活物質のそれぞれを区画した領域に形成した正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例6と異なっていた。
(Comparative Example 15)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、第1の正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて第1の正極合剤ペーストを形成した。第2の正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−ピロリドンを加えて第2の正極合剤ペーストを形成した。本発明例6と同様の正極集電箔のそれぞれの面において、半分の領域に3.2g/100cm2の第1の正極合剤ペーストを塗布し、残りの半分の領域に2.0g/100cm2の第2の正極合剤ペーストを塗布した。これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが330cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが140μmであった。 Specifically, 90% by weight of LiMn 2 O 4 as the first positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as the conductive auxiliary agent, and 6% by weight of PVDF as the binder were mixed, and this mixture was mixed. N-methylpyrrolidone as a solvent was added to form a first positive electrode mixture paste. 90% by weight of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a second positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 6% by weight of PVDF as a binder are mixed, and a solvent is added to this mixture. N-pyrrolidone was added to form a second positive electrode mixture paste. On each surface of the positive electrode current collector foil similar to Example 6 of the present invention, 3.2 g / 100 cm 2 of the first positive electrode material mixture paste was applied to the half area, and 2.0 g / 100 cm to the remaining half area. 2nd 2nd positive mix paste was apply | coated. After drying, this was compression molded by applying a load of 250 kgf / cm with a roll press. The negative electrode had a length of 330 cm and a width of 10 cm, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 140 μm.
負極は、比較例14と同様に形成した。また、比較例14と同様のセパレータを準備した。 The negative electrode was formed in the same manner as in Comparative Example 14. A separator similar to that in Comparative Example 14 was prepared.
次に、本発明例6と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例6と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例15のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as in Invention Example 6 to produce an
(評価方法)
本発明例6、比較例14及び15のリチウムイオン二次電池について、耐久性及び安全性について評価した。耐久性は、基本的には実施例1と同様であったが、60℃300サイクル試験後の容量保持率とした点において異なっていた。安全性は、実施例5と同様に測定した。
(Evaluation method)
The lithium ion secondary batteries of Invention Example 6 and Comparative Examples 14 and 15 were evaluated for durability and safety. Durability was basically the same as that of Example 1, but differed in that the capacity retention rate after a 60 ° C. 300 cycle test was used. Safety was measured in the same manner as in Example 5.
(評価結果)
60℃300サイクル試験後の容量保持量について、本発明例6が60%であり、比較例14が50%であり、比較例15が30%であった。このため、本発明例6のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity retention after the 60 ° C. 300 cycle test, Example 6 of the present invention was 60%, Comparative Example 14 was 50%, and Comparative Example 15 was 30%. Therefore, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 6 can exhibit the performance of the positive electrode active material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 .
安全性について、本発明例6及び比較例14が良好であり、比較例15は良好でなかった。このため、本発明例6のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiMn2O4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 6 and the comparative example 14 were favorable, and the comparative example 15 was not favorable. Therefore, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 6 can exhibit the performance of the positive electrode active material LiMn 2 O 4 .
また、本発明例6は、LiMn2O4は耐熱性が低い性能を有しているが、活物質としてLiMn2O4を有する電極群10A、10Dを外部側に配置しているので、内部への蓄熱による影響を低減することができる。このため、本発明例6のリチウムイオン二次電池は、耐久性をより向上することができることがわかった。
Further, in Example 6 of the present invention, LiMn 2 O 4 has a performance with low heat resistance, but the
以上より、本実施例によれば、電極群を3つ以上備えている場合に、耐熱性が低い活物質を有する電極群を外部側に配置することにより、耐熱性をより向上できることを確認した。 As described above, according to this example, when three or more electrode groups were provided, it was confirmed that the heat resistance can be further improved by disposing an electrode group having an active material with low heat resistance on the outside side. .
本実施例では、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータの構成が異なることの効果について調べた。 In this example, the effect of different separator configurations was investigated in at least two electrode groups having different positive electrode active material configurations.
(本発明例7)
本発明例7は、図6に示す2つの電極群10A、10Bを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 7)
In Invention Example 7, a lithium ion secondary battery provided with the two
まず、電極群10Aについて説明する。
正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−ピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.0g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが210cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが100μmであった。
First, the
90% by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder were mixed. N-pyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste of 2.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a 200 kgf / cm load was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 210 cm in length, 10 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
負極活物質としてグラファイト90重量%と、PVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−ピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.0g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが220cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 As a negative electrode active material, 90% by weight of graphite and 10% by weight of PVDF were mixed, and N-pyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 1.0 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then applied with a load of 100 kgf / cm by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 220 cm in length, 10 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅9cm、厚み40μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Further, a microporous polyolefin membrane having a width of 9 cm and a thickness of 40 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Aを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
電極群10Bは、基本的には電極群10Aと同様であったが、正極及びセパレータにおいて異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック3重量%と、結着剤としてのPVDF7重量%とを混合し、この混合物に電極群10Aと同様の溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが150cmで、幅が10cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが140μmであった。
The
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅9cm、厚み20μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Further, a polyolefin microporous film having a width of 9 cm and a thickness of 20 μm was prepared as a separator.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、本発明例1と同様に、2つの電極群10A、10Bを容器2に収容し、電解液を注液することで、本発明例7のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, similarly to Example 1 of the present invention, two
(比較例16)
図7に示すように、比較例16のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例7と異なっていた。
(Comparative Example 16)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3O245重量%及びLiMn2O445重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.6g/100cm2の正極合剤ペーストを、本発明例3と同様の正極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが360cm、幅が10cm、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが120μmであった。 Specifically, 45% by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and 45% by weight of LiMn 2 O 4 as the positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as the conductive auxiliary agent, 6% by weight of PVDF as an adhesive was mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a positive electrode mixture paste. 2.6 g / 100 cm 2 of the positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the same positive electrode current collector foil as in Example 3 of the present invention, dried, and then subjected to compression molding by applying a load of 250 kgf / cm with a roll press. did. The positive electrode had a length of 360 cm, a width of 10 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and both positive electrode mixture layers of 120 μm.
負極の形成については、本発明例7と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが370cmで、幅が10cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 Regarding the formation of the negative electrode, as in Example 7 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 100 kgf / cm was applied with a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 370 cm and a width of 10 cm, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
次に、本発明例7と同様に正極、負極及び厚みが40μmのセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例7と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例16のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a thickness of 40 μm were wound in the same manner as in Invention Example 7 to produce an
(比較例17)
比較例17のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例16と同様であったが、セパレータの厚みが20μmであった点において異なっていた。
(Comparative Example 17)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 17 was basically the same as Comparative Example 16, but differed in that the thickness of the separator was 20 μm.
(評価方法)
本発明例7、比較例16及び17のリチウムイオン二次電池について、容量及び安全性について評価した。
容量は実施例1と同様に測定した。なお、下限電圧と上限電圧との組み合わせは、2.5V−4.2Vであった。
安全性は、実施例3と同様に測定した。
(Evaluation method)
The capacity and safety of the lithium ion secondary batteries of Invention Example 7 and Comparative Examples 16 and 17 were evaluated.
The capacity was measured in the same manner as in Example 1. The combination of the lower limit voltage and the upper limit voltage was 2.5V-4.2V.
Safety was measured in the same manner as in Example 3.
(評価結果)
容量について、本発明例7が95(相対比)であり、比較例16が90(相対比)であり、比較例17が100(相対比)であった。このため、本発明例7のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity, Example 7 of the present invention was 95 (relative ratio), Comparative Example 16 was 90 (relative ratio), and Comparative Example 17 was 100 (relative ratio). For this reason, it was found that the lithium ion secondary battery of Example 7 of the present invention can exhibit the performance of the positive electrode active material LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .
安全性について、本発明例7及び比較例16が良好であり、比較例17が発煙をした点で良好でなかった。このため、本発明例7のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiMn2O4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 7 and the comparative example 16 were favorable, and the comparative example 17 was not favorable at the point which smoked. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 7 was found to be perform as LiMn 2 O 4 positive electrode active material.
また、本発明例7は、正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を備えた電極群10Aのセパレータの厚みは大きく、正極活物質としてLiMn2O4を備えた電極群10Bのセパレータの厚みは小さいため、それぞれの正極活物質の性能をより発揮することができた。
In addition, in Example 7 of the present invention, the thickness of the separator of the
以上より、本実施例によれば、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、セパレータの構成が異なることにより、正極活物質の性能を顕著に発揮することができることを確認した。 As described above, according to this example, it was confirmed that the performance of the positive electrode active material can be remarkably exhibited by the difference in the separator configuration in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material.
本実施例では、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、正極集電箔の構成が異なることの効果について調べた。 In this example, the effect of different configurations of the positive electrode current collector foil was examined in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material.
(本発明例8)
本発明例8は、図8に示す3つの電極群10A、10B、10Dを備えたリチウムイオン二次電池を以下のように製造した。
(Invention Example 8)
In Example 8 of the present invention, a lithium ion secondary battery including the three
まず、電極群10A、10Dについて説明する。
正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3O290重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。1.6g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔として30μmの厚さのアルミニウム箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで200kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極を作製した。正極の大きさは、長さが290cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが80μmであった。
First, the
90% by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as a conductive additive, and 6% by weight of PVDF as a binder were mixed. N-methylpyrrolidone as a solvent was added to the mixture to form a positive electrode mixture paste. A positive electrode mixture paste of 1.6 g / 100 cm 2 was applied to both surfaces of a 30 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector foil, dried, and then a 200 kgf / cm load was applied by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode was produced. The size of the positive electrode was 290 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
負極活物質としてハードカーボン90重量%と、PVDF10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。0.7g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電箔として10μmの厚さの銅箔の両面にそれぞれ塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極を作製した。負極の大きさは、長さが300cmで、幅が13cmで、負極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが80μmであった。 As a negative electrode active material, 90% by weight of hard carbon and 10% by weight of PVDF were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. A negative electrode mixture paste of 0.7 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil as a negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 400 kgf / cm was applied by a roll press. Compression molded. This produced the strip-shaped negative electrode. The size of the negative electrode was 300 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 80 μm.
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10A、10Dを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. Thereby,
電極群10Bは、基本的には電極群10A、10Dと同様であったが、正極及びセパレータにおいて異なっていた。具体的には、正極活物質としてのLiMn2O490重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤を加えて正極合剤ペーストを形成した。この正極合剤ペーストを、正極集電箔として20μmの厚さのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。帯状の正極の大きさは、長さが220cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが120μmであった。
The
正極及び負極の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、本発明例1と同様のセパレータを準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode and the negative electrode.
Moreover, the same separator as Example 1 of this invention was prepared.
次に、正極、セパレータ、負極及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、電極群10Bを作製した。
Next, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced
次に、電極群10A、10Dが外部側に位置し、かつ電極群10Bが内部側に位置するように容器2に収容し、本発明例1と同様に電解液を注液することで、本発明例8のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, the
(比較例18)
図7に示すように、比較例18のリチウムイオン二次電池100は、2種類の正極活物質が混合された正極合剤層を有する電極群100Aを1つ備えていた点において本発明例8と異なっていた。
(Comparative Example 18)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
具体的には、正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3O245重量%及びLiMn2O445重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック4重量%と、結着剤としてのPVDF6重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。2.1g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電箔としての厚みが30μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで250kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この正極の大きさは、長さが740cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の正極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 Specifically, 45% by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and 45% by weight of LiMn 2 O 4 as the positive electrode active material, 4% by weight of acetylene black as the conductive auxiliary agent, 6% by weight of PVDF as an adhesive was mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a positive electrode mixture paste. 2.1 g / 100 cm 2 of positive electrode mixture paste was applied to both sides of an aluminum foil with a thickness of 30 μm as a positive electrode current collector foil, dried, and then compressed by applying a load of 250 kgf / cm with a roll press. Molded. The positive electrode had a length of 740 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and the positive electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
負極の形成については、本発明例8と同様に、負極合剤ペーストを形成して、負極集電箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで400kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。この負極の大きさは、長さが750cmで、幅が13cmで、正極集電箔と両面の負極合剤層との合計の厚みが100μmであった。 Regarding the formation of the negative electrode, as in Example 8 of the present invention, a negative electrode mixture paste was formed, applied to both surfaces of the negative electrode current collector foil, dried, and then a load of 400 kgf / cm was applied by a roll press. And compression molded. The negative electrode had a length of 750 cm, a width of 13 cm, and a total thickness of the positive electrode current collector foil and the negative electrode mixture layers on both sides was 100 μm.
次に、本発明例8と同様のセパレータを準備して、本発明例8と同様に正極、負極及びセパレータを巻回して、電極群100Aを作製した。次に、本発明例8と同様に、この電極群100Aを容器2に収容し、電解液を注液することで、比較例18のリチウムイオン二次電池を製造した。
Next, a separator similar to Example 8 of the present invention was prepared, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator were wound in the same manner as Example 8 of the present invention to produce an
(比較例19)
比較例19のリチウムイオン二次電池は、基本的には比較例18と同様であったが、正極集電箔の厚みが20μmであった点において異なっていた。
(Comparative Example 19)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 19 was basically the same as Comparative Example 18, except that the thickness of the positive electrode current collector foil was 20 μm.
(評価方法)
本発明例8、比較例18及び19のリチウムイオン二次電池について、容量及び安全性について評価した。容量は、実施例1と同様に測定した。なお、下限電圧と上限電圧との組み合わせは、2.5V−4.2Vであった。安全性は、実施例3と同様に測定した。
(Evaluation method)
The lithium ion secondary batteries of Example 8 and Comparative Examples 18 and 19 were evaluated for capacity and safety. The capacity was measured in the same manner as in Example 1. The combination of the lower limit voltage and the upper limit voltage was 2.5V-4.2V. Safety was measured in the same manner as in Example 3.
(評価結果)
容量について、本発明例8が95(相対比)であり、比較例18が90(相対比)であり、比較例19が100(相対比)であった。このため、本発明例8のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の性能を発揮できることがわかった。
(Evaluation results)
Regarding the capacity, Example 8 of the present invention was 95 (relative ratio), Comparative Example 18 was 90 (relative ratio), and Comparative Example 19 was 100 (relative ratio). Therefore, it was found that the lithium ion secondary battery of Inventive Example 8 can exhibit the performance of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as the positive electrode active material.
安全性について、本発明例8及び比較例18が良好であり、比較例19が発煙をした点で良好でなかった。このため、本発明例8のリチウムイオン二次電池は正極活物質のLiMn2O4の性能を発揮できることがわかった。 About safety | security, this invention example 8 and the comparative example 18 were favorable, and the comparative example 19 was not favorable at the point which smoked. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention Example 8 was found to be perform as LiMn 2 O 4 positive electrode active material.
また、本発明例8は、正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を備えた電極群10A、10Dの正極集電箔の厚みは大きく、正極活物質としてLiMn2O4を備えた電極群10Bの正極集電箔の厚みは小さいため、それぞれの正極活物質の性能をより発揮することができた。
In addition, in Example 8 of the present invention, the thickness of the positive electrode current collector foil of the
以上より、本実施例によれば、正極活物質の構成が異なる少なくとも2つの電極群において、正極集電箔の構成が異なることにより、正極活物質の性能を顕著に発揮することができることを確認した。 From the above, according to this example, it was confirmed that the performance of the positive electrode active material can be remarkably exhibited by the difference in the configuration of the positive electrode current collector foil in at least two electrode groups having different configurations of the positive electrode active material. did.
以上のように本発明の実施の形態及び実施例について説明を行なったが、各実施の形態及び実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described, but it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 非水電解質二次電池、2 容器、3 本体部、4 蓋、5 電解液注入部、10A,10B,10C,10D 電極群、11A,11B、11C,11D 正極、11A1,11B1,11C1,11D1 正極集電箔、11A2,11B2,11C2,11D2 正極合剤層、12A,12B,12C,12D セパレータ、13A,13B,13C,13D 負極、13A1,13B1,13C1,13D1 負極集電箔、13A2,13B2,13C2,13D2 負極合剤層、21 正極端子、22 負極端子。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の電極群の各々は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレータとを含み、
前記複数の電極群の各々において、前記正極活物質及び前記負極活物質の構成が単一であり、
前記複数の電極群のうちの少なくとも2つの電極群において、前記正極活物質及び前記負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる、蓄電素子。 A plurality of electrode groups electrically connected in parallel;
Each of the plurality of electrode groups includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode,
In each of the plurality of electrode groups, the configuration of the positive electrode active material and the negative electrode active material is single,
An electricity storage element in which at least one of the plurality of electrode groups is different in at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material.
前記複数の電極群のうちの、相対的に外部側に配置される電極群と、相対的に内部側に配置される電極群とにおいて、前記正極活物質及び前記負極活物質の少なくとも一方の構成が異なる、請求項1または2に記載の蓄電素子。 Comprising three or more electrode groups,
Of the plurality of electrode groups, at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material in the electrode group relatively disposed on the outer side and the electrode group relatively disposed on the inner side The electrical storage element of Claim 1 or 2 from which these differ.
前記負極は、負極基材と、前記負極基材に形成され、かつ前記負極活物質と、負極バインダとを有する負極合剤層とを含み、
前記少なくとも2つの電極群において、前記セパレータ、前記正極基材、前記導電助剤、前記正極バインダ、前記負極基材及び前記負極バインダの少なくとも1つの構成が異なる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The positive electrode includes a positive electrode base material, a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode base material and having the positive electrode active material, a conductive additive, and a positive electrode binder,
The negative electrode includes a negative electrode substrate, a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode substrate, and having the negative electrode active material and a negative electrode binder,
The said at least 2 electrode group WHEREIN: At least 1 structure of the said separator, the said positive electrode base material, the said conductive support agent, the said positive electrode binder, the said negative electrode base material, and the said negative electrode binder differs. The electricity storage device according to item.
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