JP2014011077A - Nonaqueous electrolyte secondary battery manufacturing method and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池の製造方法およびその製造方法により製造する非水電解質二次電池の技術に関する。 The present invention relates to a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery and a technique for a nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the production method.
ハイブリッド自動車に使用されるリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池には、低温下のハイレート特性に優れていることが要求されるが、電極(例えば、負極)に含まれる増粘剤(例えば、CMC)に溶け残り(所謂、CMCゲル)が生じると、低温下のハイレート特性に悪影響を及ぼすことが知られている。
即ち、低温時のハイレート特性に優れた非水電解質二次電池を得るためには、電極における欠点を生じにくくすることが有効であり、また、電極における合材層と集電箔の密着性を向上させることも有効である。
A non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery used in a hybrid vehicle is required to have excellent high-rate characteristics at a low temperature, but a thickener contained in an electrode (for example, a negative electrode) It is known that when undissolved (so-called CMC gel) is generated in (for example, CMC), it adversely affects high rate characteristics at low temperatures.
That is, in order to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in high rate characteristics at low temperatures, it is effective to make defects in the electrodes less likely to occur, and the adhesion between the mixture layer and the current collector foil in the electrodes is improved. It is also effective to improve it.
従来、ゲル状の増粘剤の溶け残りを抑制しつつ電極用のペーストを簡便に生成するための技術が検討されており、例えば、以下に示す特許文献1にその技術が開示され、公知となっている。
Conventionally, a technique for easily generating a paste for an electrode while suppressing undissolved residual gel thickener has been studied. For example, the technique is disclosed in
特許文献1に開示されている従来技術では、粉体の状態にある活物質粒子とCMCとを混合した後で、溶媒を加えて、水系ペーストたる電極用のペーストを簡便に製造することを可能にしている。
そして、特許文献1に開示されている従来技術では、粉体状態の活物質粒子とCMCとを混合した後で、溶媒を加えてペーストを作成する構成において、活物質粒子およびCMCの平均粒径比を規定することで、CMCゲルの発生を抑制しつつ、水系ペーストを簡便に製造する構成としている。
In the prior art disclosed in
And in the prior art currently disclosed by
しかしながら、特許文献1に開示されている従来技術のように、活物質粒子とCMCの平均粒径比を規定するのみでは、ペースト中のCMCゲル量を制御することができず、負極における合材層にCMCゲルに由来する欠点(透け)が発生する場合があった。
また、特許文献1に開示されている従来技術では、負極における合材層の剥離強度を向上させることについては、言及されていない。
However, as in the prior art disclosed in
Moreover, in the prior art currently disclosed by
このように従来は、低温時のハイレート特性向上のために、電極における欠点を生じにくくするとともに、電極の合材層と集電箔の密着性(即ち、剥離強度)を向上できる技術が開発されておらず、このため、電極の欠点を抑制しつつ、合材層の剥離強度を向上させるという観点で、増粘剤や集電箔の仕様を規定する技術は、存在していなかった。 Thus, in the past, in order to improve the high rate characteristics at low temperatures, a technique has been developed that makes it difficult for defects to occur in the electrode and improves the adhesion (that is, the peel strength) between the electrode mixture layer and the current collector foil. For this reason, there has been no technique for specifying the specifications of the thickener and the current collector foil from the viewpoint of improving the peel strength of the composite layer while suppressing the defects of the electrodes.
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、低温時のハイレート特性に優れた非水電解質二次電池を製造すべく、電極の欠点数を抑制するとともに、電極における合材層の剥離強度を向上させる非水電解質二次電池の製造方法と、該製造方法により製造する非水電解質二次電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such current problems, and in order to produce a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high rate characteristics at low temperatures, the number of defects of the electrode is suppressed, and a composite material in the electrode It aims at providing the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery which improves the peeling strength of a layer, and the nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured by this manufacturing method.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、原料活物質と増粘剤と水を固練りして一次混練体を生成する工程と、前記一次混練体に水を添加して希釈することにより、電極を製造するためのペーストを生成する工程と、前記ペーストを集電箔に塗工する工程と、前記集電箔に塗工された前記ペーストを乾燥およびプレスして前記電極を形成する工程と、を少なくとも備える、前記電極の合材層に増粘剤を含有する非水電解質二次電池の製造方法であって、前記増粘剤の1%水溶液の透明度を22cm以上とするものである。
That is, in
請求項2においては、前記電極は負極であり、前記集電箔を、前記ペーストを塗工する面の濡れ性指数が50mN/m以上である銅箔とするものである。 According to a second aspect of the present invention, the electrode is a negative electrode, and the current collector foil is a copper foil having a wettability index of 50 mN / m or more on the surface on which the paste is applied.
請求項3においては、前記増粘剤を、CMCとするものである。 In the present invention, the thickener is CMC.
請求項4においては、前記電極は、該電極の合材層の厚み方法中心から表面側のNa量で、合材層の厚み方法中心から前記集電箔側のNa量を除した値を、0.7以上かつ1.5以下とするものである。
In
請求項5においては、前記請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池の製造方法により製造する前記電極を有するものである。 In Claim 5, it has the said electrode manufactured with the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery as described in any one of the said Claims 1-4.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1から請求項3においては、CMCの水への溶解性が向上するため、CMCゲルに起因する欠点が生じるのを抑制できる。
In
請求項4においては、CMCゲルに起因する欠点を抑制でき、集電箔に対する合材層の密着性を向上させることができる。
In
請求項5においては、CMCゲルに起因する欠点が抑制され、かつ、集電箔に対する合材層の密着性を向上させた、低温時のハイレート特性に優れた非水電解質二次電池を提供することができる。 The present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high-rate characteristics at low temperature, in which defects due to CMC gel are suppressed and adhesion of the composite material layer to the current collector foil is improved. be able to.
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法の流れを、図1を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の製造方法であり、まず負極10を製造するための負極ペースト8を生成する工程を実施し、負極活物質たる黒鉛2と、増粘剤たるCMC3と、溶媒たる水4を、混合して固練りする。
ここでの固練りは一次混練とも呼ばれる工程であり、例えば、二軸押出混練機を用いて実施することができる。
Next, embodiments of the invention will be described.
First, the flow of a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a lithium ion
The kneading here is a process called primary kneading and can be carried out, for example, using a twin-screw extrusion kneader.
そして、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の製造方法では、ここで使用するCMC3の透明度を規定しており、具体的には、透明度が22cm以上であるCMC3を使用するようにしている。
尚、ここで言う「透明度」は、1mm間隔で黒線を引いたもの(視認対象物)の上に、透明度を測定するための管(透明度管)を載置(立設)した状態で、該透明度管にCMC3の1%水溶液を注入していき、所定の光源下で視認対象物の黒線を認識することができなくなるときの液柱高さ(cm)により、規定するものである。
この手法は、「透明度」の評価方法として一般的なものであり、不溶解部や未反応セルロース等があると、透明度の数値は小さくなる。
And in the manufacturing method of the lithium ion
In addition, "transparency" said here is in the state where a tube (transparency tube) for measuring transparency was placed (standing) on a thing (visual object) with black lines drawn at 1 mm intervals. A 1% aqueous solution of CMC3 is poured into the transparency tube, and is defined by the height of the liquid column (cm) when the black line of the object to be visually recognized cannot be recognized under a predetermined light source.
This method is a general method for evaluating “transparency”. If there is an insoluble part, unreacted cellulose, or the like, the numerical value of transparency becomes small.
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の製造方法では、次に、固練りによって生成された材料(以下、一次混練体5と呼ぶ)に、さらに溶媒(水4)を添加して、該一次混練体5を希釈し、溶媒(水4)およびCMC3等からなる媒質中に黒鉛2の粒子を分散させたスラリー6を生成する。
そして、分散後のスラリー6に対して、SBR7(結着剤)を添加して、負極ペースト8を生成する。
In the method of manufacturing the lithium ion
And SBR7 (binder) is added with respect to the slurry 6 after dispersion | distribution, and the
そして本実施形態では、黒鉛2の重量を98.6としたときに、CMC3の重量を0.7とし、またSBRの重量を0.7とする比率で、固形成分たる黒鉛2、CMC3およびSBR7を混合して(即ち、全固形成分の重量に対するCMC3の重量パーセントを0.7として)負極ペースト8を生成する構成としている。
In this embodiment, when the weight of the
そして、このような条件で生成した負極ペースト8を集電箔(本実施形態では銅箔9)上に塗工・乾燥し、プレス、スリット等の各工程を経て、負極10(負極板)を製造する。
And the
そして、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の製造方法では、使用する銅箔9の濡れ性指数を規定しており、具体的には、濡れ性指数が、50mN/m以上である銅箔9を使用するようにしている。
尚、ここで言う「濡れ性指数」は、所定の評価試薬を用いて測定して求めるものであり、濡れ張力評価用の混合液を集電箔(銅箔9)に塗布して、そのときの液のはじき具合から、求めることができる。
And in the manufacturing method of the lithium ion
The “wetting index” here is obtained by measurement using a predetermined evaluation reagent. When a mixed liquid for wet tension evaluation is applied to the current collector foil (copper foil 9), It can be obtained from the repellent condition of the liquid.
そして、CMC3の透明度と銅箔9の濡れ性指数を規定して製造した負極10を、正極(図示せず)およびセパレータ(図示せず)と共に捲回して捲回体(図示せず)を生成し、該捲回体をケースに収容するとともに電解液(図示せず)を注入した後に封口して、容量が4Ahの本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1を製造した。
Then, the
さらに、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法では、使用する負極について、負極の合材層におけるCMCの分布を規定している。 Furthermore, in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the CMC distribution in the negative electrode mixture layer is defined for the negative electrode to be used.
ここで、CMCの分布の規定方法について、図2を用いて説明をする。
図2(a)には、負極10の、乾燥前の状態を模式的に示している。
透明度が22cm以上であるCMC3を用いて、かつ、濡れ性指数が50mN/m以上である集電箔(銅箔9)を用いて負極10を形成する場合、図2(a)に示すように、負極10の合材層10a中には、CMC3の不溶解分(CMCゲル)が存在しておらずCMC3が均等に分布している。
Here, a method for defining the CMC distribution will be described with reference to FIG.
FIG. 2A schematically shows the state of the
When the
またこの場合、銅箔9に対して、CMC3の親水部3aが優先して配位するため、銅箔9に対する合材層10aの密着力(即ち、剥離強度)が向上する。
尚、図2(a)に示すCMC3の黒点状の部位は親水部3aを表しており、また、ひげ状の部位は疎水部3bを表している(図4(a)(b)(c)においても同様とする)。
図2(b)には、負極10におけるCMC3の偏在度合の解析結果を例示している。
CMC3は、Na塩で用いられることが多いため、ここでは、負極10(合材層10a)におけるNa分布を解析して、CMC3の分布を知得する構成としている。
Na分布の解析は、SEM(Scanning Electron Microscope)およびEDX(Energy Dispersive X−ray spectorometer)等の装置を用いて行うことができる。
そして、これらの装置を用いて、負極10の断面の特性X線の強度を測定することによって、図2(b)に示すようなNa(即ち、CMC3)の分布(マップ)を得ることができる。
In this case, since the
2A represents the
FIG. 2B illustrates an analysis result of the degree of uneven distribution of
Since CMC3 is often used as a Na salt, here, the distribution of CMC3 is obtained by analyzing the Na distribution in the negative electrode 10 (
The analysis of Na distribution can be performed using an apparatus such as SEM (Scanning Electron Microscope) and EDX (Energy Dispersive X-ray spectrumometer).
Then, by measuring the characteristic X-ray intensity of the cross section of the
そして、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法では、図2(b)に示すマップから、該マップの表面側の1/2(厚み方向における中心から集電箔側)におけるNa強度をAとし、マップの集電箔側の1/2(厚み方向における中心から集電箔側)におけるNa強度をBとし、B/Aの値から、Naの分布を表す指標Lを算出する。 And in the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention, from the map shown in FIG.2 (b), 1/2 of the surface side of this map (the collector foil side from the center in the thickness direction) ), The Na intensity at 1/2 of the current collector foil side of the map (from the center in the thickness direction to the current collector foil side) is B, and an index L representing the distribution of Na from the value of B / A Is calculated.
指標Lは、合材層10aにおいてCMC3が均等に分布していれば、1.0に近づき、また、CMC3が表面側に偏っていれば、指標Lは、1.0より小さくなり、さらに、また、CMC3が集電箔側に偏っていれば、指標Lは、1.0より大きくなるため、当該指標L(=B/A)に基づいて、負極10の良否を判定するようにしている。
The index L approaches 1.0 if CMC3 is evenly distributed in the
そして、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の製造方法では、製造した負極10の合材層10aにおける指標Lの範囲を規定しており、具体的には、指標Lが0.7以上かつ1.5以下である負極10を使用して、リチウムイオン二次電池1を製造するようにしている。
And in the manufacturing method of the lithium ion
次に、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法により製造したリチウムイオン二次電池1の特性について、図1〜図4を用いて説明をする。
Next, the characteristic of the lithium ion
図3には、製造方法が異なる6種類のリチウムイオン二次電池における各特性を測定した結果をまとめて示している。
そして、図3に示す実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池は、銅箔9の濡れ性指数が50〜54mN/mであり、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における集電箔の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を満足している。
In FIG. 3, the result of having measured each characteristic in six types of lithium ion secondary batteries from which a manufacturing method differs is shown collectively.
And each lithium ion secondary battery of Examples 1-3 shown in FIG. 3 has a wettability index of the
また、図3に示す実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池は、CMC3の透明度が22〜25cmであり、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるCMCの透明度の規定値(22cm以上)も満足している。 In addition, each of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 shown in FIG. 3 has a CMC3 transparency of 22 to 25 cm, and the CMC of the nonaqueous electrolyte secondary battery manufacturing method according to one embodiment of the present invention. The specified value of transparency (22 cm or more) is also satisfied.
尚、実施例2に係るリチウムイオン二次電池は、実施例1に係るリチウムイオン二次電池とは、使用する銅箔9の濡れ性指数が異なっており、それ以外の構成においては共通している。
また、実施例3に係るリチウムイオン二次電池は、実施例1に係るリチウムイオン二次電池とは、使用するCMC3に透明度が異なっており、それ以外の構成においては共通している。
In addition, the lithium ion secondary battery according to Example 2 is different from the lithium ion secondary battery according to Example 1 in the wettability index of the
Further, the lithium ion secondary battery according to Example 3 differs from the lithium ion secondary battery according to Example 1 in the transparency of the
さらに、図3に示す実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池は、Naの分布指標Lが0.7以上かつ1.5以下となっており、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるNa分布指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)も満足している。 Further, each of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 shown in FIG. 3 has a Na distribution index L of 0.7 or more and 1.5 or less, and the non-aqueous solution according to one embodiment of the present invention. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the Na distribution index L in the manufacturing method of the electrolyte secondary battery is also satisfied.
より詳しくは、図2(b)に示すマップは、実施例1のリチウムイオン二次電池のものであって、指標L=1.0となっているため、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)を満足している。
また、図3に示す如く、実施例2、3のリチウムイオン二次電池では、指標Lが、それぞれ1.5、0.7となっているため、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)を満足している。
More specifically, since the map shown in FIG. 2B is that of the lithium ion secondary battery of Example 1 and has an index L = 1.0, the map according to one embodiment of the present invention is not shown. The specified value of the index L (0.7 or more and 1.5 or less) in the method for manufacturing a water electrolyte secondary battery is satisfied.
Further, as shown in FIG. 3, in the lithium ion secondary batteries of Examples 2 and 3, since the indices L are 1.5 and 0.7, respectively, the nonaqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the index L in the manufacturing method of the secondary battery is satisfied.
即ち、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法においては、負極109は、該負極10の合材層10aの厚み方法中心から表面側のNa量で、合材層10aの厚み方法中心から集電箔(銅箔9)側のNa量を除した値を、0.7以上かつ1.5以下とするものである。
このような構成により、CMC3の水4への溶解性が向上するため、CMCゲル3cに起因する欠点が生じるのを抑制できる。
That is, in the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the negative electrode 109 has a Na amount on the surface side from the thickness method center of the
With such a configuration, the solubility of
そして、図3に示す実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法により製造したものに該当し、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1(図1参照)に該当するものとなっている。 And each lithium ion secondary battery of Examples 1-3 shown in FIG. 3 corresponds to what was manufactured with the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention, and one implementation of this invention It corresponds to the lithium ion secondary battery 1 (refer FIG. 1) which concerns on a form.
一方、図3に示す比較例1のリチウムイオン二次電池は、銅箔9の濡れ性指数が54mN/mであり、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における集電箔の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を満足しているが、CMC3の透明度が16cmであり、CMC3の透明度の規定値(22cm以上)は満足していない。
さらに、図3に示す比較例1のリチウムイオン二次電池は、Naの分布指標Lが0.4となっており、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるNa分布指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)も満足していない。
On the other hand, in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 shown in FIG. 3, the wettability index of the
Furthermore, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 shown in FIG. 3 has a Na distribution index L of 0.4, and Na in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the distribution index L is not satisfied.
また、図3に示す比較例2のリチウムイオン二次電池は、CMC3の透明度が25cmであり、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるCMC3の透明度の規定値(22cm以上)を満足しているが、銅箔9の濡れ性指数が34mN/mであり、集電箔の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を満足していない。
さらに、図3に示す比較例2のリチウムイオン二次電池は、Naの分布指標Lが0.4となっており、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるNa分布指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)も満足していない。
Further, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 shown in FIG. 3 has a CMC3 transparency of 25 cm, and the transparency value of CMC3 in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention ( 22 cm or more), but the wettability index of the
Furthermore, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 shown in FIG. 3 has a Na distribution index L of 0.4, and Na in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the distribution index L is not satisfied.
さらに、図3に示す比較例3のリチウムイオン二次電池は、CMC3の透明度が16cmであり、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるCMC3の透明度の規定値(22cm以上)を満足しておらず、また、銅箔9の濡れ性指数が34mN/mであり、集電箔の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)も満足していない。
さらに、図3に示す比較例3のリチウムイオン二次電池は、Naの分布指標Lが2.3となっており、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるNa分布指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)も満足していない。
Furthermore, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 shown in FIG. 3 has a CMC3 transparency of 16 cm, and the transparency value of CMC3 in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention ( 22 cm or more), the wettability index of the
Furthermore, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 shown in FIG. 3 has a Na distribution index L of 2.3, and Na in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the distribution index L is not satisfied.
このため、図3に示す比較例1〜3の各リチウムイオン二次電池は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法により製造したものには該当しない(リチウムイオン二次電池1ではない)ものとなっている。 Therefore, the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 shown in FIG. 3 do not correspond to those manufactured by the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention (lithium ion secondary batteries). Not the next battery 1).
そして、図3には、欠点数、剥離強度および低温ハイレートサイクル後容量維持率の評価を示している。
尚、ここでいう「欠点数」は、プレス後の負極10を10cm×50cmの大きさで切り取った試料を5枚用意し、5枚の各試料における「欠点」の数の平均値を算出する。
そして、その欠点数の平均値を試料の面積(0.05m2)で除算して、単位面積当たりの欠点数を算出した。
また、ここで言う「欠点」とは、CMC3の溶け残り(CMCゲル)が銅箔9に付着して、局部的に黒鉛2が付着していない部位(透け)が生じるような欠陥を指している。
そして、本実施形態では、欠点数が、200個/m2以下であるものを良品とした。
FIG. 3 shows the evaluation of the number of defects, peel strength, and capacity retention after low-temperature high-rate cycling.
As used herein, the “number of defects” is calculated as an average value of the number of “defects” in each of the five samples by preparing five samples obtained by cutting the
Then, the average value of the number of defects was divided by the area of the sample (0.05 m 2 ) to calculate the number of defects per unit area.
In addition, the “defect” mentioned here refers to a defect in which the undissolved portion of CMC 3 (CMC gel) adheres to the
In the present embodiment, a defective product having a defect count of 200 pieces / m 2 or less is regarded as a non-defective product.
また、ここでいう「剥離強度」は、プレス後の負極10を15mm幅に切り出して試料を作成し、その試料に90度剥離試験を行って剥離強度を算出した。
剥離強度の算出方法について、さらに詳細に示す。
プレス後の負極板を15mm幅に切り出した試料の塗工面を、ガラス板に対して両面テープで張り付ける。そして、負極板の一端を90度の角度を保持しつつ前記ガラス板から一定の速度で剥離するときの強度(剥離に要する応力)を測定した。
そして、その強度を幅15mmで除した値を剥離強度とした。
そして、本実施形態では、剥離強度が、2N/m以上であるものを良品とした。
In addition, the “peel strength” herein refers to a sample prepared by cutting the pressed
The method for calculating the peel strength will be described in more detail.
The coated surface of the sample obtained by cutting the negative electrode plate after pressing to a width of 15 mm is attached to the glass plate with a double-sided tape. And the intensity | strength (stress required for peeling) at the time of peeling from the said glass plate at a fixed speed | rate was measured, hold | maintaining the angle of 90 degree | times at the end of a negative electrode plate.
And the value which remove | divided the intensity | strength by 15 mm in width was made into peeling strength.
And in this embodiment, the thing whose peeling strength is 2 N / m or more was made into the non-defective product.
さらに、ここでいう「低温ハイレートサイクル後容量維持率」について、説明をする。
低温ハイレートサイクル後容量維持率を算出するためには、まず、初期容量を確認する。
この初期容量は、25℃の環境下において、1Cで4.2Vまで充電した後に5分休止し、次に2.5Vまで放電して5分休止した後に、1Cレート、0.01Cカットで、4.2VまでのCCCV充電と2.5VまでのCCCV放電を行って、初期容量を確認した。
Further, the “capacity maintenance ratio after low-temperature high-rate cycle” here will be described.
In order to calculate the capacity retention rate after the low-temperature high-rate cycle, first, the initial capacity is confirmed.
This initial capacity is 5C after charging to 4.2V at 1C in an environment of 25 ° C, then discharging to 2.5V and resting for 5 minutes, at 1C rate, 0.01C cut, CCCV charge up to 4.2V and CCCV discharge up to 2.5V were performed to confirm the initial capacity.
そして、初期容量を確認した後に、低温大電流充放電試験を行う。
低温大電流充放電試験は、−15℃の環境下において、24A(6C)で0.5秒充電した後に、0.24A(約0.06C)で50秒間放電を行い、その後29.5秒間休止する工程を1サイクルとする。そして、この工程を2000サイクル実施して、低温大電流充放電試験を行った。
Then, after confirming the initial capacity, a low temperature large current charge / discharge test is performed.
The low-temperature, large-current charge / discharge test was performed at 24 A (6 C) for 0.5 seconds in a -15 ° C. environment, then discharged at 0.24 A (about 0.06 C) for 50 seconds, and then 29.5 seconds. The process of stopping is defined as one cycle. And this process was implemented 2000 cycles and the low temperature large current charging / discharging test was done.
そして、「低温ハイレートサイクル後容量維持率」は、低温大電流充放電試験後のリチウムイオン二次電池について初期容量と同じ要領で試験後の容量を確認し、初期容量に対する試験後の容量から、低温ハイレートサイクル後容量維持率を算出した。
そして、本実施形態では、低温ハイレートサイクル後容量維持率が、95%以上であるものを良品とした。
And, "capacity maintenance rate after low temperature high rate cycle" is the capacity after the test with respect to the initial capacity, after confirming the capacity after the test in the same manner as the initial capacity for the lithium ion secondary battery after the low temperature large current charge and discharge test, The capacity retention rate after low temperature high rate cycle was calculated.
And in this embodiment, the thing whose capacity maintenance rate after a low-temperature high-rate cycle is 95% or more was made into the quality product.
以下、図3に示す各リチウムイオン二次電池の評価についての考察を示す。 Hereinafter, the consideration about evaluation of each lithium ion secondary battery shown in FIG. 3 is shown.
まず、実施例1〜3に係る各リチウムイオン二次電池の特性について、説明をする。
実施例1〜3に係る各リチウムイオン二次電池1・1・1では、図3に示す如く、欠点数が4〜20個/m2となっており、欠点数の評価において、良好な結果となっている。
また、実施例1〜3に係る各リチウムイオン二次電池1・1・1では、剥離強度が2.9〜3.1N/mであるため、剥離強度の評価においても良好であり、さらに、低温ハイレートサイクル後容量維持率が96〜97%であるため、低温ハイレートサイクル後容量維持率の評価においても良好である。
First, the characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3 will be described.
In each of the lithium ion
Moreover, in each lithium ion secondary battery 1-1.1 which concerns on Examples 1-3, since peeling strength is 2.9-3.1 N / m, it is favorable also in evaluation of peeling strength, Furthermore, Since the capacity retention ratio after low-temperature high-rate cycle is 96 to 97%, the capacity retention ratio after low-temperature high-rate cycle is good in evaluation.
次に、図3に示す比較例1に係るリチウムイオン二次電池の特性について、説明をする。
図4(a)には、比較例1に係るリチウムイオン二次電池の負極である負極20の、乾燥前の状態を模式的に示している。
比較例1の負極20は、透明度が16cmであるCMC3を用いて、かつ、濡れ性指数が54mN/m(即ち、50mN/m以上)である銅箔9を用いて形成している。
Next, the characteristics of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 4A schematically shows the state of the
The
この場合、負極20の合材層20a中には、CMC3の不溶解分(CMCゲル3c)が存在しており、このため、負極20では、CMCゲル3cに起因する欠点(透け)が生じる。
またこの場合、銅箔9に対して、CMC3の親水部3aが優先して配位するが、CMCゲル3cが存在する分、銅箔9に対する合材層20aの密着力(即ち、剥離強度)が低下する。
In this case, an insoluble component (
In this case, the
そして、図3に示す如く、比較例1のリチウムイオン二次電池では、Naの分布指標Lが0.4となっているため、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)を満足していない。 As shown in FIG. 3, in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, since the Na distribution index L is 0.4, the manufacture of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is performed. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the index L in the method is not satisfied.
このような負極20を備える比較例1に係るリチウムイオン二次電池では、図3に示す如く、欠点数が984個/m2と多大となっており、欠点数の評価において不良と判断され、また、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
In the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 including such a
また、比較例1に係る各リチウムイオン二次電池では、剥離強度が1.8N/mであり、剥離強度の評価においても不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
Moreover, in each lithium ion secondary battery which concerns on the comparative example 1, peeling strength is 1.8 N / m and it is judged that it is inferior also in peeling strength evaluation, Each lithium ion
さらに、比較例1に係る各リチウムイオン二次電池では、低温ハイレートサイクル後容量維持率が93%であり、低温ハイレートサイクル後容量維持率の評価においても不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
Furthermore, in each lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1, the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was 93%, and it was determined that the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was poor. It is inferior to each of the lithium ion
次に、図3に示す比較例2に係るリチウムイオン二次電池の特性について、説明をする。
図4(b)には、比較例2に係るリチウムイオン二次電池の負極である負極30の、乾燥前の状態を模式的に示している。
比較例2の負極30は、透明度が25cm(即ち、22cm以上)であるCMC3を用いて、かつ、濡れ性指数が34mN/mである銅箔9を用いて形成している。
Next, the characteristics of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 4B schematically shows the state of the
The
この場合、負極30の合材層30a中には、CMC3の不溶解分(CMCゲル3c)はが存在しておらず、このため、負極30では、CMCゲル3cに起因する欠点(透け)は生じにくくなっている。
しかしながらこの場合、銅箔9の濡れ性指数が34mN/mと低いため、合材層30aの表面側に、CMC3の親水部3aが集まってしまい、その結果、銅箔9に対する合材層30aの密着力(即ち、剥離強度)が低下する。
In this case, the insoluble content of CMC3 (
However, in this case, since the wettability index of the
そして、図3に示す如く、比較例2のリチウムイオン二次電池では、Naの分布指標Lが0.4となっているため、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)を満足していない。 As shown in FIG. 3, in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, since the Na distribution index L is 0.4, the manufacture of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is performed. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the index L in the method is not satisfied.
このような構成の負極30を備える比較例2に係るリチウムイオン二次電池では、図3に示す如く、欠点数が8個/m2であり、欠点数の評価においては、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1と同等であり、良好な結果となっている。
In the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 including the
しかしながら、負極30を備える比較例2に係る各リチウムイオン二次電池では、剥離強度が1.9N/mであり、剥離強度の評価においては不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
However, in each lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2 including the
さらに、比較例2に係る各リチウムイオン二次電池では、低温ハイレートサイクル後容量維持率が94%であり、低温ハイレートサイクル後容量維持率の評価においても不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
Furthermore, in each lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2, the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was 94%, and it was determined that the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was poor. It is inferior to each of the lithium ion
次に、図3に示す比較例3に係るリチウムイオン二次電池の特性について、説明をする。
図4(c)には、比較例3に係るリチウムイオン二次電池の負極である負極40の、乾燥前の状態を模式的に示している。
比較例3の負極40は、透明度が16cmであるCMC3を用いて、かつ、濡れ性指数が34mN/mである銅箔9を用いて形成している。
Next, the characteristics of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 4C schematically shows the state of the
The
この場合、負極40の合材層40a中には、CMC3の不溶解分(CMCゲル3c)が存在しており、このため、負極40では、CMCゲル3cに起因する欠点(透け)が生じている。
またこの場合、銅箔9の濡れ性指数が34mN/mと低いため、合材層40aの表面側に、CMC3の親水部3aが集まってしまい、さらに、合材層40a中にCMCゲル3cも存在するため、その結果、銅箔9に対する合材層40aの密着力(即ち、剥離強度)が低下する。
In this case, insoluble material (
In this case, since the wettability index of the
そして、図3に示す如く、比較例3のリチウムイオン二次電池では、Naの分布指標Lが2.3となっているため、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における指標Lの規定値(0.7以上かつ1.5以下)を満足していない。 As shown in FIG. 3, in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3, since the Na distribution index L is 2.3, the manufacture of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is performed. The specified value (0.7 or more and 1.5 or less) of the index L in the method is not satisfied.
このような構成の負極40を備える比較例3に係るリチウムイオン二次電池では、図3に示す如く、欠点数が1172個/m2と多大であり、欠点数の評価においては不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
In the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 including the
また、負極40を備える比較例3に係る各リチウムイオン二次電池では、剥離強度が1.0N/mであり、剥離強度の評価においても不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
Moreover, in each lithium ion secondary battery which concerns on the comparative example 3 provided with the
さらに、比較例3に係る各リチウムイオン二次電池では、低温ハイレートサイクル後容量維持率が91%であり、低温ハイレートサイクル後容量維持率の評価においても不良と判断され、実施例1〜3の各リチウムイオン二次電池1・1・1に比して劣っている。
Furthermore, in each lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3, the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was 91%, and it was determined that the capacity retention rate after low-temperature high-rate cycle was poor. It is inferior to each of the lithium ion
即ち、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における、CMC3の透明度の規定値(22cm以上)と、銅箔9の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を同時に満足していないと(即ち、比較例1〜3では)、低温時のハイレート特性を向上できないことが判る。 That is, in the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, the specified value of transparency of CMC3 (22 cm or more) and the specified value of wettability index of copper foil 9 (50 mN / m or more). If it is not satisfied at the same time (that is, in Comparative Examples 1 to 3), it can be seen that the high rate characteristics at low temperatures cannot be improved.
一方、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法におけるCMC3の透明度の規定値(22cm以上)と、銅箔9の濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を満足している実施例1〜実施例3の各リチウムイオン二次電池1・1・1では、低温時のハイレート特性を向上できている。
On the other hand, the specified value of transparency of CMC3 (22 cm or more) and the specified value of wettability index of copper foil 9 (50 mN / m or more) in the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention are satisfied. In each of the lithium ion
即ち、図3に示す結果によれば、透明度の規定値(22cm以上)を満足するCMC3を用いて、かつ、濡れ性指数の規定値(50mN/m以上)を満足する銅箔9を用いて製造された負極10を使用して、リチウムイオン二次電池1を製造することにより、低温時のハイレート特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
That is, according to the results shown in FIG. 3, using CMC3 satisfying the prescribed value of transparency (22 cm or more) and using
即ち、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、原料活物質たる黒鉛2と増粘剤たるCMC3と水4を固練りして一次混練体5を生成する工程と、一次混練体5に水4を添加して希釈することにより、電極(負極10)を製造するためのペーストたる負極ペースト8を生成する工程と、負極ペースト8を集電箔(銅箔9)に塗工する工程と、銅箔9に塗工された負極ペースト8を乾燥およびプレスして負極10を形成する工程と、を少なくとも備える、負極10の合材層10aにCMC3を含有する非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池1の製造方法であって、CMC3の1%水溶液の透明度を22cm以上とするものである。
また、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法では、電極は負極10であり、集電箔は、負極ペースト8を塗工する面の濡れ性指数が50mN/m以上の銅箔9とするものである。
また、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、増粘剤を、CMC3とするものである。
このような構成により、CMCゲル3cに起因する欠点を抑制でき、銅箔9に対する10aの密着性(即ち、剥離強度)を向上させることができる。
That is, the method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a step of producing a primary kneaded body 5 by kneading
In the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, the electrode is the
Moreover, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention uses CMC3 as a thickener.
With such a configuration, defects due to the
また、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法により製造する負極10を有するものである。
このような構成により、CMCゲル3cに起因する欠点が抑制され、かつ、銅箔9に対する合材層10aの密着性(剥離強度)を向上させた、低温時のハイレート特性に優れた非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池1を提供することができる。
Moreover, the lithium ion
With such a configuration, the non-aqueous electrolyte excellent in high-rate characteristics at low temperature, in which defects due to the
尚、本実施形態では、合材層に増粘剤を含有するのが負極であり、また、その増粘剤がCMCであって、さらに、電極を構成する集電箔が銅箔である場合を例示しているが、正極の合材層に増粘剤を添加する構成の非水電解質二次電池に対しても本発明を適用でき、また増粘剤はCMC以外のものでもよく、さらに集電箔は銅箔以外のものでもよい。 In the present embodiment, it is the negative electrode that contains the thickener in the mixture layer, the thickener is CMC, and the current collector foil constituting the electrode is a copper foil. However, the present invention can also be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery having a structure in which a thickener is added to the positive electrode mixture layer, and the thickener may be other than CMC. The current collector foil may be other than copper foil.
1 リチウムイオン二次電池(非水電解質二次電池)
2 黒鉛
3 CMC(増粘剤)
4 水
5 一次混練体
8 負極ペースト
9 銅箔(集電箔)
10 負極(電極)
10a 合材層
1 Lithium ion secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery)
2
4 Water 5 Primary kneaded
10 Negative electrode (electrode)
10a Compound material layer
Claims (5)
前記一次混練体に水を添加して希釈することにより、電極を製造するためのペーストを生成する工程と、
前記ペーストを集電箔に塗工する工程と、
前記集電箔に塗工された前記ペーストを乾燥およびプレスして前記電極を形成する工程と、
を少なくとも備える、
前記電極の合材層に増粘剤を含有する非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記増粘剤の1%水溶液の透明度を22cm以上とする、
ことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。 A step of producing a primary kneaded body by kneading raw material active material, thickener and water;
Producing a paste for producing an electrode by adding water to the primary kneaded body and diluting; and
Applying the paste to a collector foil;
Drying and pressing the paste applied to the current collector foil to form the electrode;
Comprising at least
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a thickener in the composite layer of the electrode,
The transparency of a 1% aqueous solution of the thickener is 22 cm or more.
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記集電箔を、
前記ペーストを塗工する面の濡れ性指数が50mN/m以上である銅箔とする、
ことを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 The electrode is a negative electrode;
The current collector foil,
A copper foil having a wettability index of 50 mN / m or more on the surface to which the paste is applied,
The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 The thickener is CMC,
The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein:
該電極の合材層の厚み方法中心から表面側のNa量で、合材層の厚み方法中心から前記集電箔側のNa量を除した値を、0.7以上かつ1.5以下とする、
ことを特徴とする請求項3に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 The electrode is
The value obtained by dividing the amount of Na on the current collector foil side from the thickness method center of the composite material layer by the amount of Na on the surface side from the thickness method center of the electrode composite layer is 0.7 or more and 1.5 or less To
The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 3.
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 It has the electrode manufactured by the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4.
A non-aqueous electrolyte secondary battery.
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