JP2013206579A - 正極とその製造方法ならびにその正極を用いた非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
正極活物質と導電材とバインダとを含む正極活物質層を備える正極であって、正極活物質の表面の少なくとも一部に、正孔輸送材が配置されている正極とする。また、この正極と、電池内の内圧に応じて正極および負極の間の導電経路を遮断し得る電流遮断機構を備え、非水電解質は、正極において酸化分解されることでガスを発生させる機能を有するガス発生添加剤を含み、上記ガス発生添加剤により発生されるガスにより電池内の内圧が高められて、上記電流遮断機構が上記導電経路を遮断し得る非水電解質二次電池とする。
【選択図】図6
Description
かかる二次電池は、通常は、例えば3.0V以上4.2V以下程度の所定の電圧領域に収まるよう制御された状態で使用されるが、様々な要因により通常の状態から外れた場合には、所定の電圧領域から逸脱して過充電の状態に陥る可能性がある。この過充電の状態では、電解液が分解して電池ケース内にガスが発生したり、活物質が発熱して電池内部の温度が上昇したりするといった問題が生じ得る。そのため、このような問題を未然に防止する目的で、過充電状態を電池温度や電池内圧等により検知して電流を遮断する機構(電流遮断機構:CID)を備えることが提案されている(例えば、特許文献1)。
本発明が提供する正極は、正極活物質と導電材とバインダとを含む正極活物質層を備える正極であって、上記正極活物質の表面の少なくとも一部に、正孔輸送材が配置されていることを特徴としている。
ここで、正極活物質は、一般に負極活物質として多用されている黒鉛等と比べて電導性に劣り、そのため正極活物質層において導電材の存在は欠かせないものとなっている。ここに開示される正極においては、この導電材とは別に、かかる正極活物質の表面の少なくとも一部に正孔輸送材を配設することで、所定の電圧が発生している際の正極活物質の表面の電導性を高め、この正極が電池に用いられた際の正極活物質表面における反応性を高め得るようにしている。
of Flight法(TOF法)でホール移動度のみが測定され、電子移動度が測定されない特性として考慮することができる。なお、TOF法とは、試料の表面にパルス光を照射した際に発生するキャリアが、試料内を移動することによって生じる電流を測定することで、電子移動度またはホール移動度を測定する手法である。
かかる製造方法によると、正孔輸送材はまず正極活物質の表面の少なくとも一部に配設された後、正極ペースト中に配合される。したがって、正極活物質層の表面の少なくとも一部に正孔輸送材が配設された正極を提供することができる。すなわち、正孔輸送材のホール輸送性によって正極活物質の表面の導電性が高められた正極を提供することができる。
また、本明細書における「平均粒径」とは、特記しない限り、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置により測定された粒度分布における、体積基準の積算値50%での粒径(50%体積平均粒子径)を意味するものとする。
(S10)正極活物質の表面の少なくとも一部に正孔輸送材を配設する工程
(S20)正孔輸送材が配設された正極活物質層、導電材およびバインダを溶媒と共に混合して、典型的にはペースト状(スラリー状)に調製された正極活物質層形成用組成物(以下、単に正極ペーストという場合もある。)を用意する工程
(S30)正極活物質層形成用組成物を正極集電体上に供給して正極活物質層を形成する工程
ステップS10においては、正極活物質の表面の少なくとも一部に正孔輸送材を配設する。
正極活物質としては、所望の電池に使用し得る任意の正極活物質であってよい(以下、同様である)。本実施形態では、従来のリチウム二次電池に用いられている正極活物質の一種または二種以上を特に制限なく用いることができる。このような正極活物質としては、典型的には粒子状のリチウム遷移金属酸化物が好適に用いられ、層状構造の酸化物あるいはスピネル構造の酸化物等を適宜選択して使用することができる。例えば、リチウムニッケル系酸化物(代表的には、LiNiO2)、リチウムコバルト系酸化物(代表的には、LiCoO2)およびリチウムマンガン系酸化物(代表的には、LiMn2O4)から選択される一種または二種以上のリチウム遷移金属酸化物を使用することができる。
Li(LiaMnxCoyNiz)O2
(式中のa、x、y、zはa+x+y+z≒1かつxyz≠0を満たす。)
等で表わされる、遷移金属元素を3種含むいわゆる三元系のリチウム遷移金属酸化物や、一般式:
xLi[Li1/3Mn2/3]O2・(1−x)LiMeO2
(式中、Meは1種または2種以上の遷移金属であり、xは0<x<1を満たす。)
等いわゆる固溶型のリチウム過剰遷移金属酸化物等であってもよい。これら、三元系の正極活物質やリチウム過剰型の正極活物質は、リチウム二次電池の正極活物質としては放電容量が大きく、また比較的粒子表面の導電性に乏しいため、本発明の構成を効果的に適用できる点で好ましい。
ステップS20においては、ステップS10で用意した正孔輸送材が配設された正極活物質層と導電材およびバインダを溶媒と共に混合して、ペースト状の正極活物質層形成用組成物(正極ペースト)を用意する。本発明においてペースト状とは、スラリー状、インク状等の形態をも含み得る。
なお、溶媒として非水溶媒を用いる場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリルニトリル(PAN)等のポリマーを用いることができる。
溶媒としては、上記のとおり、水系の溶媒を用いるのが好ましい。水系溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒からなる組成物とすることができる。混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。なお、非水溶媒を用いる場合は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等を、正孔輸送材の溶解、剥離等が生じない範囲で用いることができる。
混合の手段は特に制限されず、正極ペーストの調製に従来より用いられる一般的な混練機を用いることができる。例えば、ニーダー、撹拌機、分散機、混合機等と呼ばれるペーストの調製が可能な装置等を使用できる。ただし、これらの装置においても、正極活物質層を構成する材料に強いせん断力が作用する条件での混合は、正孔輸送材の剥離につながるために好ましくない。
正孔輸送材は、正極活物質層に占める割合を固形分質量で0.01質量%〜1.0質量%となるように配合されるのが好ましい。正孔輸送材は、ごく少量の添加でも正極活物質の表面の電気的特性を改善し、例えば過充電時のガス発生量を十分に増量させることができるが、その割合が0.01質量%未満であると十分な効果が得られない場合があるために好ましくない。また、正孔輸送材は、正極活物質層に占める割合が1.0質量%よりも多すぎると電池の内部抵抗を高めてしまうために好ましくない。正孔輸送材の割合は、好ましくは、0.01質量%〜0.9質量%であり、より好ましくは、0.01質量%〜0.8質量%である。これにより、電池の内部抵抗を低く抑えたまま正極活物質の表面の電導性の改善およびガス発生量の増量を達成することが可能となる。なお、かかる割合は、正極活物質を100質量%としたときに0.01質量%〜1.2質量%程度の割合として把握することができる。
導電材は、正極活物質層に占める割合を固形分質量でおよそ3〜25質量%とすることができ、およそ3〜15質量%とすることが好ましい。
ステップS30においては、上記で調製した正極ペーストを正極集電体上に供給して正極活物質層を形成する。
正極集電体としては、従来のリチウム二次電池の正極に用いられる集電体と同様の、導電性の良好な金属およびその合金等を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、鉄等を主成分とする金属またはその合金等をであり、より好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。正極集電体の形状は、所望の目的に応じて様々な形態を考慮することができる。例えば、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等であり得る。例えば、厚みが10μm〜30μm程度のアルミニウムシートを好適に用いることができる。
正極30は、上記のここに開示される正極により構成される。かかる正極30には正極活物質を含む正極活物質層34が備えられているが、この正極活物質は表面の少なくとも一部に正孔輸送材を備えることで特徴づけられている。
ここに開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様において、電池内の内圧に応じて上記正極および上記負極の間の導電経路を遮断し得る電流遮断機構(CID)をさらに備え、上記非水電解質は、正極において酸化分解されることでガスを発生させる機能を有するガス発生添加剤を含み、上記ガス発生添加剤により発生されるガスにより電池内の内圧が高められて、上記電流遮断機構が上記導電経路を遮断し得ることを特徴とする。かかる構成によると、例えば、この非水電解質二次電池が過充電の状態となった場合には、正極活物質とガス発生添加剤との界面でガス発生添加剤への電子付与性が高められ、ガス発生添加剤をより速やかに酸化分解することが可能とされる。これにより、電池の内圧を高めるに十分な量のガスを発生させることが可能とされる。延いては、過充電時に電池内の圧力を迅速に高めることができ、CIDをより早い段階で作動させることができ、より安全性と信頼性の高い非水電解質二次電池を実現することが可能とされる。
[正極活物質の調製1]
正孔輸送材として(a)TPDと(b)PCVzを用い、これを溶剤としてのトルエン100gに対して正孔輸送材が5gとなる割合で混合、溶解させて正孔輸送材溶液とした。この正孔輸送材溶液を、スプレードライ法により微小な液滴として、一般式LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表わされる組成のリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質の表面に吹付けた後、150℃のN2ガス気流により乾燥させて、正孔輸送材を備える粒子状の正極活物質とした。この正極活物質粒子において、リチウム遷移金属複合酸化物と正孔輸送材との割合は、質量比で、下記に示す表1の割合とした。
正孔輸送材として(a)平均粒径が0.2μmのTPDと(b)平均粒径が0.5μmのPCVzを用い、これを一般式LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表わされる組成のリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質と混合することで、リチウム遷移金属複合酸化物の表面に正孔輸送材を備えた粒子状の正極活物質を調製した。この正極活物質粒子において、リチウム遷移金属複合酸化物と正孔輸送材との割合は、質量比で、下記に示す表1の割合とした。
すなわち、サンプル1の正極活物質は、正孔輸送材を備えておらず、通常のリチウム遷移金属複合酸化物のみで構成されるものである。
<サンプル2>
サンプル2の正極活物質は、正孔輸送材として(a)TPDを0.1質量%の割合で備え、これをスプレードライ法によりリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
<サンプル3>
サンプル3の正極活物質は、正孔輸送材として(a)TPDを備え、スプレードライ法により正極活物質層全体に対する割合が0.5質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
<サンプル4>
サンプル4の正極活物質は、正孔輸送材として(a)TPDを備え、粒状の正極活物質と粉末状の正孔輸送材とを混ぜる(粉混ぜ)ことにより正極活物質層全体に対する割合が0.5質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
サンプル5の正極活物質は、正孔輸送材として(b)PCVzを備え、スプレードライ法により正極活物質層全体に対する割合が0.5質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
<サンプル6>
サンプル6の正極活物質は、正孔輸送材として(a)TPDを備え、スプレードライ法により正極活物質層全体に対する割合が1質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
<サンプル7>
サンプル7の正極活物質は、正孔輸送材として(a)TPDを備え、スプレードライ法により正極活物質層全体に対する割合が2質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである
<サンプル8>
サンプル8の正極活物質は、正孔輸送材として(b)PCVzを備え、粒状の正極活物質と粉末状の正孔輸送材とを混ぜる(粉混ぜ)ことにより正極活物質層全体に対する割合が2質量%となるようにリチウム遷移金属複合酸化物の表面に配設したものである。
上記のとおり用意したサンプル1〜8の正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラック、増粘剤としてのCMCと、バインダとしてのPTFEを、表1に示す割合で配合し、溶媒としてのイオン交換水を加えて混合することで、ペースト状の正極活物質層形成用の組成物(以下、単に正極ペーストともいう。)を得た。なお、正極ペーストは、いずれも正孔輸送材と導電材との合計量が固形分重量換算で6質量%となる配合である。この正極ペーストを、厚さ15μmの長尺なアルミニウム箔の両面に、目付量が両面の合計で30mg/cm2となるように塗付し、120℃の温度で乾燥させた後、正極活物質層の多孔度(正極活物質層に占める細孔体積の割合)が30%となるようにプレスすることで正極シートを作製した。
負極活物質層としての黒鉛と、バインダとしてのSBRと、増粘剤としてのCMCとを、負極活物質:バインダ:増粘剤としたときの質量比が98:1:1となる割合で配合し、イオン交換水を加えて混合することで、ペースト状の負極活物質層形成用の組成物(以下、単に負極ペーストともいう。)を得た。この負極ペーストを、厚さ10μmの長尺な銅箔の両面に、上記の正極に対する対向容量比が1.4となるように塗付し、120℃の温度で乾燥させた後、プレスすることで正極シートを作製した。
上記の正極と負極とを二枚の長尺状セパレータとともに積層し、その積層シートを長尺方向に捲回して捲回電極体を作製した。セパレータとしては、PP/PE/PPからなる三層構造の微多孔質シートを用いた。この電極体を外装ケースに収容した後、非水電解質を注液して、18650型(直径18mm、高さ65mm)のリチウム二次電池を構築した。非水電解質としては、ECおよびDECを3:7の体積比で混合した溶媒中に、リチウム源としての1.0MのLiPF6と、ガス発生添加剤としての1質量%のCHBと1質量%のBPとを溶解させたものを用いた。
上記のとおり構築した評価用セルに対し、次の手順1、2によってコンディショニングを行なった。
手順1:1Cの充電レートで4.1Vまで定電流充電した後、5分間休止する。
手順2:手順1の後、定電圧充電にて1.5時間充電し、5分間休止する。
SOC(state of charge)調整は、以下の手順により行った。なお、温度による影響を一定にするため、25℃の温度環境下でSOC調整を行なった。
先ず、評価用セルが3.0Vになるまで1Cで定電流放電した後、3Vから1Cの充電レートで定電流充電を行い、所望の充電状態(例えば、定格容量の20%の充電状態(SOC20%))になるよう電圧調整する。その後、該電圧で2.5時間の定電圧充電を行う。これにより、評価用セルは、所定の充電状態に調整される。なお、上記は、SOCを20%に調整する場合について記載したが、充電状態を所望のSOC値に変更することによって、任意の充電状態に調整することができる。例えば、SOC100%に調整する場合には、手順1において、評価用セルを定格容量の100%の充電状態(SOC100%)にすればよい。
上記の手順に従い、各評価用セルをSOC20%に調整した。次いで、25℃にて、10Cで10秒間の放電を行い、10秒後の電圧降下量△Vを電流値で割った値を算出し、電池抵抗とした。電池抵抗(mΩ)の測定結果を表1と図5に示した。
また、上記の手順に従い、各評価用セルをSOC100%に調整した。次いで、25℃にて、SOC145%となるまで0.5Cで過充電を行い、この間に発生したガス量を測定し、1C容量で割った値を算出し、過充電時のガス発生量とした。過充電ガス発生量(ml/Ah)を表1と図6に示した。なお、ガス発生量は、液上置換法により測定することで求めた。液上置換法とは、測定対象物である評価用セルを、例えば、フッ素系不活性液体等の液体に沈めてガス発生前後で体積変化を評価することにより、測定対象物の体積を求める方法である。
表1および図5から明らかなように、従来の正極活物質であるリチウム遷移金属酸化物の表面に、正孔輸送材を配設することで、過充電時のガス発生量を著しく増加できることが確認された。表1および図6から、正孔輸送材は、極少量を用いることで十分効果が得られるものの、多すぎると電池抵抗の上昇を招いてしまうことがわかった。図6からは、リチウム遷移金属酸化物に対して0.1質量%〜1.0質量%程度の割合の正孔輸送材を配設するのが良いことがわかる。
10 リチウム二次電池
20 捲回電極体
30 正極
32 正極集電体
33 未塗工部
34 正極活物質層
36 正極リード端子
39 正極端子
50 負極シート(負極)
52 負極集電体
53 未塗工部
54 負極活物質層
56 負極リード端子
59 負極端子
60 電流遮断機構
61 絶縁ケース
62 変形金属板(第一部材)
63 湾曲部分
64 接続金属板(第二部材)
65 集電リード端子
66 接合点
70 セパレータ
80 電池ケース
82 蓋体
84 ケース本体
86 注液口
88 安全弁
100 組電池
Claims (13)
- 正極活物質と導電材とバインダとを含む正極活物質層を備える正極であって、
前記正極活物質の表面の少なくとも一部に、正孔輸送材が配置されている、正極。 - 前記正極活物質の表面の少なくとも一部は、前記正孔輸送材により被覆されている、請求項1に記載の正極。
- 前記正極活物質は、ニッケル、コバルトおよびマンガンを含むリチウム遷移金属複合酸化物である、請求項1または2に記載の正極。
- 前記正孔輸送材が前記正極活物質層に占める割合は、固形分質量割合で、0.01質量%〜1.0質量%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極。
- 前記正孔輸送材は、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)―N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)、ポリビニルカルバゾール(PVCz)、ポリアニリンおよびポリピロールからなる群から選択されるいずれか1種または2種以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極。
- 正極、負極および非水電解質を備える二次電池であって、
前記正極として、請求項1〜5のいずれか1項に記載された正極を備える、非水電解質二次電池。 - 電池内の内圧に応じて前記正極および前記負極の間の導電経路を遮断し得る電流遮断機構をさらに備え、
前記非水電解質は、正極において酸化分解されることでガスを発生させる機能を有するガス発生添加剤を含み、
前記ガス発生添加剤により発生されるガスにより電池内の内圧が高められて、前記電流遮断機構が前記導電経路を遮断し得る、請求項6に記載の非水電解質二次電池。 - 正極集電体に正極活物質を含む正極活物質層を備える正極の製造方法であって、
前記正極活物質の表面の少なくとも一部に正孔輸送材を配設する工程、
前記正孔輸送材が配設された正極活物質層、導電材およびバインダを溶媒と共に混合して正極活物質層形成用組成物を用意する工程、および、
前記正極活物質層形成用組成物を前記正極集電体上に供給して前記正極活物質層を形成する工程、
を包含する、正極の製造方法。 - 前記正孔輸送材の配設は、
前記正極活物質を流動させた状態で、前記正孔輸送材を含む溶液を噴霧し、
前記正極活物質の表面の少なくとも一部に前記溶液の微小液滴が付着した状態で乾燥させ、
前記正極活物質の表面の少なくとも一部を前記正孔輸送材で被覆することにより行う、請求項8に記載の製造方法。 - 前記正孔輸送材を前記正極活物質と混合することで前記正極活物質の表面の少なくとも一部に配設する、請求項8に記載の製造方法。
- 前記正極活物質としてニッケル、コバルトおよびマンガンを含むリチウム遷移金属複合酸化物を用いる、請求項8〜10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記溶媒として水系溶媒を用い、前記バインダとして水溶性または水分散性のバインダを用いることで、正極活物質層形成用組成物を用意する、請求項8〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記正極活物質層に占める前記正孔輸送材の割合が、固形分質量で、0.01質量%〜1.0質量%となるように配合する、請求項8〜12のいずれか1項に記載の製造方法。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015064179A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
KR101556857B1 (ko) | 2014-09-29 | 2015-10-01 | 엘지전자 주식회사 | 케이블형 2차 전지의 음극 제조 시스템 |
KR101871081B1 (ko) * | 2013-11-27 | 2018-06-25 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 리튬 이온 이차 전지 및 그의 제조 방법 |
CN109192958A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-11 | 储天新能源科技(长春)有限公司 | 一种表面改性的锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
CN113410432A (zh) * | 2020-05-08 | 2021-09-17 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种负极片、制备方法及包含其的锂离子电池 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001319780A (ja) * | 2000-05-02 | 2001-11-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 発光素子 |
JP2004171907A (ja) * | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Hitachi Ltd | リチウム二次電池 |
JP2007165054A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Nec Corp | 蓄電デバイス |
JP2008277106A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 非水電解質電池及び電池システム |
JP2008543025A (ja) * | 2005-06-06 | 2008-11-27 | ハイ パワー リチウム ソシエテ アノニム | リチウム再充電可能電気化学セル |
JP2011071074A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nihon Sentan Kagaku Kk | リチウムを含む遷移金属化合物と導電性高分子からなる導電性複合体およびその製造方法ならびにその複合体を用いたリチウムイオン2次電池用正極材料、リチウムイオン2次電池ならびにリチウムイオン2次電池を用いた車 |
JP2012504569A (ja) * | 2008-10-02 | 2012-02-23 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 錯塩 |
JP2012046362A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Asahi Glass Co Ltd | リチウム含有粒子の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
-
2012
- 2012-03-27 JP JP2012071389A patent/JP5962961B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001319780A (ja) * | 2000-05-02 | 2001-11-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 発光素子 |
JP2004171907A (ja) * | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Hitachi Ltd | リチウム二次電池 |
JP2008543025A (ja) * | 2005-06-06 | 2008-11-27 | ハイ パワー リチウム ソシエテ アノニム | リチウム再充電可能電気化学セル |
JP2007165054A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Nec Corp | 蓄電デバイス |
JP2008277106A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 非水電解質電池及び電池システム |
JP2012504569A (ja) * | 2008-10-02 | 2012-02-23 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 錯塩 |
JP2011071074A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nihon Sentan Kagaku Kk | リチウムを含む遷移金属化合物と導電性高分子からなる導電性複合体およびその製造方法ならびにその複合体を用いたリチウムイオン2次電池用正極材料、リチウムイオン2次電池ならびにリチウムイオン2次電池を用いた車 |
JP2012046362A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Asahi Glass Co Ltd | リチウム含有粒子の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015064179A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
JP2015088354A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
CN105684206A (zh) * | 2013-10-31 | 2016-06-15 | 株式会社丰田自动织机 | 锂离子二次电池 |
KR20160079033A (ko) * | 2013-10-31 | 2016-07-05 | 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 | 리튬 이온 2차 전지 |
KR101871231B1 (ko) * | 2013-10-31 | 2018-06-27 | 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 | 리튬 이온 2차 전지 |
KR101871081B1 (ko) * | 2013-11-27 | 2018-06-25 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 리튬 이온 이차 전지 및 그의 제조 방법 |
US10424816B2 (en) | 2013-11-27 | 2019-09-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Lithium-ion secondary battery and manufacturing method thereof |
KR101556857B1 (ko) | 2014-09-29 | 2015-10-01 | 엘지전자 주식회사 | 케이블형 2차 전지의 음극 제조 시스템 |
WO2016052825A1 (en) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | Lg Electronics Inc. | System for manufacturing anode of cable type secondary battery |
CN109192958A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-11 | 储天新能源科技(长春)有限公司 | 一种表面改性的锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
CN113410432A (zh) * | 2020-05-08 | 2021-09-17 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种负极片、制备方法及包含其的锂离子电池 |
CN113410432B (zh) * | 2020-05-08 | 2022-05-27 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种负极片、制备方法及包含其的锂离子电池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5962961B2 (ja) | 2016-08-03 |
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