JP2014022245A - Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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伸将 遠藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery in which variation in battery thickness is restrained and which excels in safety and has excellent load characteristic, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: The lithium ion secondary battery comprises a wound electrode body whose cross section is flat-shaped and a nonaqueous electrolyte, in which a cathode has a current collection tab fitted to the exposed section thereof where a cathode mixture layer is nonexistent in at least part of a current collector, an anode has a current collection tab fitted to the exposed section thereof where an anode mixture layer is nonexistent in at least part of a current collector, and a separator has a porous layer (I) composed of polyolefin microporous film and a porous layer (II) containing, as its main constituent, inorganic particles whose heatproof temperature is 150°C or higher. In the wound electrode body, the porous layer (I) of the separator and the cathode and/or anode are stuck together, and the thinnest section of the separator is 80 to 95% in thickness of the thickest section thereof.

Description

本発明は、電池厚みのばらつきが抑えられており、安全性および負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池と、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery in which variations in battery thickness are suppressed, safety and load characteristics are good, and a manufacturing method thereof.

近年、携帯電話、PDA、ノートパソコンなどのモバイル機器(携帯機器)の重要性が高まるとともに、それに搭載される電池の重要性も益々増している。特に環境への配慮から、繰り返し充電できるリチウムイオン二次電池の重要性が増大している。   In recent years, the importance of mobile devices (portable devices) such as mobile phones, PDAs, and notebook personal computers has increased, and the importance of batteries mounted thereon has also increased. In particular, due to environmental considerations, the importance of lithium ion secondary batteries that can be repeatedly charged is increasing.

こうした用途に適用されるリチウムイオン二次電池としては、例えば、正極と負極とをセパレータを介して積層した後に渦巻状に巻回し、更に横断面が扁平状となるように成形した電極体を、角筒形の電池缶のような薄型の外装体の内部に、非水電解液と共に収容して構成された薄型や小型のものが知られている。   As a lithium ion secondary battery applied to such applications, for example, an electrode body formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator and then spirally winding the electrode body to have a flat cross section, There are known thin and small-sized ones that are housed together with a non-aqueous electrolyte inside a thin exterior body such as a rectangular battery can.

また、リチウムイオン二次電池には、その適用機器の高機能化などに伴って、高容量化や、各種の電池特性(例えば、充放電サイクル特性)の向上、更には、高容量化が進むことによる安全性の向上などが要求されている。   In addition, lithium ion secondary batteries have higher capacities, improved various battery characteristics (for example, charge / discharge cycle characteristics), and higher capacities as the application devices become more functional. There is a demand for improved safety.

リチウムイオン二次電池の安全性向上に関しては、例えば、特許文献1および特許文献2に、シャットダウン特性を確保するための樹脂多孔質層(I)と、セパレータの耐熱性を高めるための耐熱多孔質層(II)とを有するセパレータを備えたリチウムイオン二次電池などの電気化学素子において、この耐熱多孔質層(II)に比較的低い加熱温度で接着性が発現する接着性樹脂を含有させ、これを利用して正極および負極のうちの少なくとも一方とセパレータとを一体化する技術が提案されている。   With regard to improving the safety of lithium ion secondary batteries, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a resin porous layer (I) for ensuring shutdown characteristics and a heat resistant porous material for improving the heat resistance of a separator. In an electrochemical element such as a lithium ion secondary battery provided with a separator having a layer (II), the heat resistant porous layer (II) contains an adhesive resin that exhibits adhesiveness at a relatively low heating temperature, A technique for integrating at least one of a positive electrode and a negative electrode with a separator has been proposed.

また、特許文献3には、扁平形の巻回電極体内において、セパレータの厚みの変動を特定範囲とすることで、電極体内での充放電反応の均一性を高めて、電池の充放電サイクル特性の向上を図る技術が提案されている。   Further, in Patent Document 3, the variation of the thickness of the separator is set within a specific range in the flat wound electrode body, so that the uniformity of the charge / discharge reaction in the electrode body is improved, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery are disclosed. Techniques for improving the quality have been proposed.

特開2011−23186号公報JP 2011-23186 A 特開2011−54503号公報JP 2011-54503 A 特開2003−297429号公報JP 2003-297429 A

ところで、リチウムイオン二次電池は、通常、電極体や非水電解液を外装体内に収容した後、外装体の封止前または封止後の予備充電(化成処理)の工程を経て完成され、出荷される。この予備充電時に負極が体積変化することで電極体が膨張するため、多数の電池を製造すると、各電池での厚みにばらつきが生じることがある。   By the way, the lithium ion secondary battery is usually completed through a process of precharging (chemical conversion treatment) before or after sealing the outer package after housing the electrode body and the non-aqueous electrolyte in the outer package. Shipped. Since the electrode body expands due to the volume change of the negative electrode during the preliminary charging, when a large number of batteries are manufactured, the thickness of each battery may vary.

従来ではあまり問題視されるレベルになかった製造時に発生するリチウムイオン二次電池の厚みのばらつきでも、前記のような薄型や小型の形態のリチウムイオン二次電池が適用される機器自体の薄型化や小型化が進むことで許容されなくなることも予想され、こうした厳しい要請に対しても十分に対応できる技術の開発も求められる。また、容量の大きな負極活物質を用いた場合には、製造時に発生するリチウムイオン二次電池の厚みのばらつきが大きくなる虞があることから、電池の高容量化を図る上では、こうした厚みのばらつきを抑制する技術が有用となる。   Even with variations in the thickness of lithium ion secondary batteries that occur during manufacturing, which was not at a level that has been regarded as a problem in the past, the devices themselves to which lithium ion secondary batteries of the above-mentioned thin and small forms are applied are thinned. It is expected that it will be unacceptable due to the progress of miniaturization and the development of technology that can sufficiently respond to such severe demands. In addition, when a negative electrode active material having a large capacity is used, there is a risk that variations in the thickness of the lithium ion secondary battery generated during production may increase. A technique for suppressing variation is useful.

特許文献1、2に記載の技術は、例えば、電池の高容量化に伴って要求される安全性確保については、十分に対応可能であり、電池製造時の厚みのばらつきの抑制にも一定の効果はあるものの、未だ改善の余地を残している。   The techniques described in Patent Documents 1 and 2 are sufficiently capable of, for example, ensuring safety that is required as the capacity of a battery increases, and are also capable of suppressing variation in thickness during battery manufacture. Although effective, there is still room for improvement.

また、特許文献3に記載の技術は、電極体内のセパレータの厚みを制御する点で、電池製造時の厚みのばらつき抑制にも寄与し得る可能性もあるが、高容量化に対応した安全性確保には、改善の余地がある。   In addition, the technique described in Patent Document 3 may contribute to the suppression of thickness variation during battery manufacture in terms of controlling the thickness of the separator in the electrode body, but safety corresponding to the increase in capacity. There is room for improvement in securing.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池厚みのばらつきが抑えられており、安全性に優れ、負荷特性も良好なリチウムイオン二次電池と、その製造方法とを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a lithium ion secondary battery in which variation in battery thickness is suppressed, safety is excellent, and load characteristics are good, and a manufacturing method thereof, Is to provide.

前記目的を達成し得た本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有する正極と、負極活物質を含有する負極合剤層を集電体の片面または両面に有する負極とが、セパレータを介して積層され、渦巻状に巻回された横断面が扁平状の巻回電極体、および非水電解液を有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極は、集電体の少なくとも一部における正極合剤層が存在しない露出部に集電タブが取り付けられており、前記負極は、集電体の少なくとも一部における負極合剤層が存在しない露出部に集電タブが取り付けられており、前記セパレータは、ポリオレフィン製の微多孔膜で構成された多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層(II)とを有しており、前記巻回電極体では、前記セパレータにおける前記多孔質層(I)と正極および/または負極とが貼り付いており、かつ前記セパレータにおける最も薄い部分の厚みが最も厚い部分の厚みの80〜95%であることを特徴とするものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention that has achieved the above object is a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on one or both sides of a current collector, and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material A negative electrode having a negative electrode on one or both sides of a current collector and a lithium ion secondary having a spirally wound electrode body having a flat cross section wound in a spiral shape and a non-aqueous electrolyte The positive electrode has a current collector tab attached to an exposed portion where the positive electrode mixture layer is not present in at least a part of the current collector, and the negative electrode is a negative electrode composite in at least a part of the current collector. A current collecting tab is attached to the exposed portion where the agent layer does not exist, and the separator is mainly composed of a porous layer (I) composed of a microporous membrane made of polyolefin and inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more. Porous layer containing as (II) In the wound electrode body, the porous layer (I) of the separator is bonded to the positive electrode and / or the negative electrode, and the thinnest portion of the separator is thickest. It is characterized by being 80 to 95% of the thickness.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを配置して積層したものを巻回して巻回電極体を形成する工程(1)と、前記巻回電極体に加熱プレスを施して、横断面を扁平状にしつつ、セパレータの多孔質層(I)と正極および/または負極とを貼り付ける工程(2)とを有しており、前記工程(2)における加熱プレスを、温度40〜70℃、圧力1.96〜9.80MPaの条件で実施することを特徴とする本発明の製造方法により、製造することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a step (1) of forming a wound electrode body by winding a laminate in which a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode, and heating and pressing the wound electrode body The step (2) of attaching the porous layer (I) of the separator and the positive electrode and / or the negative electrode while flattening the cross section is performed, and the heating press in the step (2) is performed. It can manufacture by the manufacturing method of this invention characterized by implementing on the conditions of the temperature of 40-70 degreeC, and the pressure of 1.96-9.80 MPa.

本発明によれば、電池厚みのばらつきが抑えられており、安全性に優れ、負荷特性も良好なリチウムイオン二次電池と、その製造方法とを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery in which variation in battery thickness is suppressed, safety is excellent, and load characteristics are good, and a manufacturing method thereof.

本発明のリチウムイオン二次電池の一例を模式的に示す図で、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。It is a figure which shows typically an example of the lithium ion secondary battery of this invention, (a) is the top view, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 図1に示すリチウムイオン二次電池の斜視図である。It is a perspective view of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

本発明のリチウムイオン二次電池は、横断面が扁平状の巻回電極体(以下、「扁平状巻回電極体」という場合がある)を有しており、その巻回電極体において、正極と負極との間に介在するセパレータとして、ポリオレフィン製の微多孔膜で構成された多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層(II)とを有するものを備えており、かつ、このセパレータの多孔質層(I)と正極および/または負極とが貼り付いている。そして、前記扁平状巻回電極体において、セパレータにおける最も薄い部分の厚みが、最も厚い部分の厚みの80%以上95%以下、すなわち、セパレータにおける最も薄い部分の厚みをa(μm)とし、最も厚い部分の厚みをb(μm)としたとき、下記式により求められるXの値が、80%以上95%以下である。
X =100×(a/b)
The lithium ion secondary battery of the present invention has a wound electrode body with a flat cross section (hereinafter sometimes referred to as a “flat wound electrode body”). As a separator interposed between the anode and the anode, a porous layer (I) composed of a microporous membrane made of polyolefin and a porous layer (II) mainly containing inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more The separator has a porous layer (I) and a positive electrode and / or a negative electrode. In the flat wound electrode body, the thickness of the thinnest part of the separator is 80% to 95% of the thickness of the thickest part, that is, the thickness of the thinnest part of the separator is a (μm), When the thickness of the thick part is b (μm), the value of X obtained by the following formula is 80% or more and 95% or less.
X = 100 × (a / b)

横断面が扁平状の巻回電極体は、通常、正極と負極とをセパレータを介して積層し、これを渦巻状に巻回して巻回電極体を形成した後に、プレス処理を施して巻回電極体を押し潰す工程を経て製造される。その際には、巻回電極体に使用したセパレータがプレス応力によって変形し、厚みが減少する。   A spirally wound electrode body having a flat cross section is usually formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator, and winding this into a spiral shape to form a wound electrode body, and then applying a press treatment to the wound electrode body. It is manufactured through a process of crushing the electrode body. In that case, the separator used for the wound electrode body is deformed by the press stress, and the thickness is reduced.

プレス処理を経た後のセパレータの変形の程度が、前記Xの値で80%以上95%以下であり、かつセパレータの多孔質層(I)と電極(正極および/または負極)とが貼り付く程度である扁平状巻回電極体を用いた場合には、理由は定かではないが、多数のリチウムイオン二次電池の製造した直後において、各電池の厚みのばらつきを良好に抑えることができる。   The degree of deformation of the separator after the press treatment is 80% or more and 95% or less in the value of X, and the degree to which the porous layer (I) of the separator and the electrode (positive electrode and / or negative electrode) stick When the flat spirally wound electrode body is used, the reason is not clear, but it is possible to satisfactorily suppress variations in the thickness of each battery immediately after the manufacture of a large number of lithium ion secondary batteries.

なお、本発明のリチウムイオン二次電池に係る扁平状巻回電極体におけるセパレータの多孔質層(I)と電極との貼り付きの程度は、例えば、セパレータと電極とを手で剥離できる程度に貼り付いている場合を含んでいる。   The degree of sticking between the separator porous layer (I) and the electrode in the flat wound electrode body according to the lithium ion secondary battery of the present invention is, for example, such that the separator and the electrode can be peeled by hand. The case where it is stuck is included.

また、前記のセパレータは、電池が高温になった際に、シャットダウンを生じさせるとともに、熱収縮が抑制されており、かつセパレータの多孔質層(I)が電極と貼り付いていることで、その熱収縮が更に抑制される。よって、本発明のリチウムイオン二次電池は、安全性(特に電池内が異常に高温となった際の安全性)も良好である。   In addition, the separator causes a shutdown when the battery becomes high temperature, the thermal shrinkage is suppressed, and the porous layer (I) of the separator is attached to the electrode. Thermal shrinkage is further suppressed. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention has good safety (especially safety when the temperature inside the battery becomes abnormally high).

本発明のリチウムイオン二次電池に係るセパレータは、ポリオレフィン製の微多孔膜で構成された多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層(II)とを有している。   The separator according to the lithium ion secondary battery of the present invention includes a porous layer (I) composed of a microporous membrane made of polyolefin and a porous layer (II) mainly comprising inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. And have.

セパレータに係る多孔質層(I)は、正極および負極の短絡を防止するセパレータ本来の機能と、後述する多孔質層(II)の支持体としての機能を有している。また、後述するように、多孔質層(I)によって、シャットダウン機能〔例えば80℃以上(より好ましくは100℃以上)150℃以下で、セパレータの空孔が閉塞する性質〕を確保することができる。すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池の温度が多孔質層(I)を構成するポリオレフィンの融点以上に達したときには、このポリオレフィンが溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous layer (I) according to the separator has an original function of preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode and a function as a support for the porous layer (II) described later. Further, as will be described later, the porous layer (I) can ensure a shutdown function [for example, a property that the pores of the separator are blocked at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) 150 ° C. or lower]. . That is, when the temperature of the lithium ion secondary battery of the present invention reaches or exceeds the melting point of the polyolefin constituting the porous layer (I), the polyolefin melts to close the pores of the separator, and the electrochemical reaction proceeds. Causes a shutdown to be suppressed.

また、多孔質層(I)は、扁平状巻回電極体の形成時におけるプレス工程(加熱プレス工程)において変形しつつ、電極(正極および/または負極)と貼り付く。   Further, the porous layer (I) is adhered to the electrode (positive electrode and / or negative electrode) while being deformed in the pressing step (heat pressing step) at the time of forming the flat wound electrode body.

多孔質層(I)を構成するポリオレフィン製の微多孔膜に係るポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などが挙げられる。   Examples of the polyolefin relating to the microporous membrane made of polyolefin constituting the porous layer (I) include polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene-propylene copolymer.

ポリオレフィン製の微多孔膜は、前記例示のポリオレフィンにより構成された単層構造のものでもよく、また、多層構造であってもよい。多層構造の微多孔膜としては、例えば、PE層とPP層とを有する2層構造の微多孔膜;PE層/PP層/PE層が順次積層されて構成された微多孔膜や、PP層/PE層/PP層が順次積層されて構成された微多孔膜などの3層構造の微多孔膜;などが挙げられる。   The microporous membrane made of polyolefin may have a single-layer structure constituted by the above-exemplified polyolefin, or may have a multilayer structure. Examples of the microporous film having a multilayer structure include a microporous film having a two-layer structure having a PE layer and a PP layer; a microporous film in which PE layers / PP layers / PE layers are sequentially laminated, and a PP layer For example, a microporous membrane having a three-layer structure such as a microporous membrane formed by sequentially laminating / PE layer / PP layer.

なお、多孔質層(I)を構成する微多孔膜は、セパレータのシャットダウン機能をより良好に確保する観点からは、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、80℃以上150℃(更に好ましくは100℃以上)のポリオレフィンを含有していることが好ましく、より具体的には、PEを含有していることが望ましい。   The microporous membrane constituting the porous layer (I) is a differential scanning calorimeter (DSC) according to the melting point, that is, according to JIS K 7121, from the viewpoint of ensuring a better shutdown function of the separator. It is preferable to contain a polyolefin having a melting temperature of 80 ° C. or higher and 150 ° C. (more preferably 100 ° C. or higher), more specifically PE.

また、PPはPEよりも耐酸化性が高いため、セパレータの耐酸化性を高める観点からは、多孔質層(I)を構成する微多孔膜の表面に、PPが存在していることが好ましい。表面にPPが存在している微多孔膜としては、PP層のみで構成される微多孔膜や、PP層/PE層/PP層が順次積層されて構成された3層構造の微多孔膜(PE層の両面にPP層を有する3層構造の微多孔膜)が挙げられる。   In addition, since PP has higher oxidation resistance than PE, PP is preferably present on the surface of the microporous film constituting the porous layer (I) from the viewpoint of enhancing the oxidation resistance of the separator. . As a microporous film having PP on the surface, a microporous film composed of only a PP layer, or a microporous film having a three-layer structure composed of PP layer / PE layer / PP layer sequentially laminated ( And a microporous membrane having a three-layer structure having PP layers on both sides of the PE layer).

よって、セパレータの耐酸化性を高めつつ、セパレータのシャットダウン機能をより良好に確保できることから、多孔質層(I)を構成する微多孔膜は、PP層/PE層/PP層が順次積層されて構成された3層構造の微多孔膜であることが特に好ましい。なお、前記3層構造の微多孔膜の場合、PP層の厚みは2〜8μmであることが好ましく、PE層の厚みは2〜10μmであることが好ましい。   Therefore, since the shutdown function of the separator can be better secured while enhancing the oxidation resistance of the separator, the microporous film constituting the porous layer (I) is formed by sequentially stacking PP layer / PE layer / PP layer. A microporous membrane having a three-layer structure is particularly preferable. In the case of the three-layer microporous film, the thickness of the PP layer is preferably 2 to 8 μm, and the thickness of the PE layer is preferably 2 to 10 μm.

なお、PEのように融点が80℃以上150℃以下の熱可塑性樹脂と、PPなどのように、融点が150℃を超える熱可塑性樹脂とを併用して多孔質層(I)を構成する場合、例えば、PEと、PPなどのPEよりも高融点の樹脂とを混合して構成された微多孔膜を多孔質層(I)としたり、PE層と、PP層などのPEよりも高融点の樹脂で構成された層とを積層して構成された多層構造の微多孔膜を多孔質層(I)としたりする場合には、多孔質層(I)を構成する熱可塑性樹脂中、融点が80℃以上150℃以下の樹脂(例えばPE)が、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。   In the case where the porous layer (I) is composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or more and 150 ° C. or less like PE and a thermoplastic resin having a melting point exceeding 150 ° C. like PP. For example, a microporous film formed by mixing PE and a resin having a higher melting point than PE such as PP is used as a porous layer (I), or has a higher melting point than PE such as a PE layer and a PP layer. When the porous layer (I) is a multi-layered microporous film formed by laminating a layer composed of the above resin, the melting point in the thermoplastic resin constituting the porous layer (I) The resin (for example, PE) having a temperature of 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower is preferably 20% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more.

また、多孔質層(I)には、セパレータにシャットダウン機能を付与する作用を損なわない範囲で、その強度などを向上するためにフィラーなどを含有させることもできる。多孔質層(I)に使用可能なフィラーとしては、例えば、後述する多孔質層(II)に使用可能な無機微粒子(耐熱温度が150℃以上の無機微粒子)と同じものが挙げられる。   Further, the porous layer (I) may contain a filler or the like in order to improve the strength and the like within a range that does not impair the action of imparting the shutdown function to the separator. Examples of the filler that can be used for the porous layer (I) include the same inorganic fine particles (inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher) that can be used for the porous layer (II) described later.

フィラーの粒径は、平均粒子径で、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。なお、本明細書でいう各種粒子〔前記フィラーや、後述する多孔質層(II)に係る無機微粒子、正負極の活物質粒子〕の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、堀場製作所製「LA−920」)を用い、フィラーを溶解しない媒体に、これらフィラーを分散させて測定したD50%(体積基準の積算分率50%における粒子直径)である。 The particle diameter of the filler is an average particle diameter, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and preferably 10 μm or less, preferably 1 μm or less. More preferred. In addition, the average particle diameter of the various particles referred to in the present specification [the filler, inorganic fine particles according to the porous layer (II) described later, active material particles of positive and negative electrodes) is, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, D 50% (particle diameter at a volume-based cumulative fraction of 50%) measured by dispersing these fillers in a medium that does not dissolve the fillers using “LA-920” manufactured by HORIBA, Ltd.

多孔質層(I)における熱可塑性樹脂の含有量は、例えばシャットダウンの効果をより得やすくするために、下記のようであることが好ましい。多孔質層(I)の構成成分の全体積中(空孔部分を除く全構成成分の全体積中)におけるポリオレフィンの体積含有率は、50体積%以上であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましく、100体積%であってもよい。更に、後記の方法により求められる多孔質層(II)の空孔率が20〜60%であり、かつ多孔質層(I)に係るポリオレフィンの体積が、多孔質層(II)の空孔体積の50%以上であることが好ましい。   The content of the thermoplastic resin in the porous layer (I) is preferably as follows to make it easier to obtain a shutdown effect, for example. The volume content of the polyolefin in the total volume of the constituent components of the porous layer (I) (in the total volume of all the constituent components excluding the pores) is preferably 50% by volume or more, and 70% by volume or more. More preferably, it may be 100% by volume. Furthermore, the porosity of the porous layer (II) required by the method described later is 20 to 60%, and the volume of the polyolefin related to the porous layer (I) is the pore volume of the porous layer (II). It is preferable that it is 50% or more.

セパレータに係る多孔質層(II)は、リチウムイオン二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子によって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することがでる。また、この耐熱性の多孔質層(II)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。   The porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the lithium ion secondary battery rises, and has a heat resistant temperature of 150. Its function is ensured by inorganic fine particles of ℃ or higher. That is, when the battery becomes hot, even if the porous layer (I) shrinks, the porous layer (II) that does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally contracted. It is possible to prevent a short circuit due to the contact of. Moreover, since this heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, the thermal contraction of the porous layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed.

また、詳しくは後述するように、本発明のリチウムイオン二次電池に係る扁平状巻回電極体は、加熱プレスによって扁平状に成形される工程で得られ、その際に、セパレータの主に多孔質層(I)の厚みが部分的に減少しつつ電極と貼り付くが、これにより、セパレータの、より厚みが減少する部分(電極の集電タブが配置されている箇所に相当する部分)では、セパレータの細孔がつぶれる虞がある。セパレータの細孔がつぶれた箇所では、イオン透過性が低下するため、これによってリチウムデンドライトが負極表面に析出して、電池の内部短絡を引き起こすことがあるが、本発明のリチウムイオン二次電池では、セパレータにおける多孔質層(II)の作用によって、こうしたリチウムデンドライトに起因する内部短絡の発生も抑制することができる。   Further, as will be described in detail later, the flat wound electrode body according to the lithium ion secondary battery of the present invention is obtained in a step of being formed into a flat shape by a heating press, and at that time, the separator is mainly porous. Although the thickness of the porous layer (I) is partially reduced, it adheres to the electrode, but in this part of the separator where the thickness is further reduced (corresponding to the part where the current collecting tab of the electrode is disposed) The pores of the separator may be crushed. Where the pores of the separator are crushed, the ion permeability decreases, and this may cause lithium dendrite to deposit on the negative electrode surface, causing an internal short circuit of the battery, but in the lithium ion secondary battery of the present invention, By the action of the porous layer (II) in the separator, the occurrence of an internal short circuit due to such lithium dendrite can be suppressed.

本明細書でいう無機微粒子における「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないことを意味している。   In the present specification, “the heat resistant temperature is 150 ° C. or higher” in the inorganic fine particles means that no shape change such as deformation is visually confirmed at least at 150 ° C.

多孔質層(II)に係る無機微粒子は、耐熱温度が150℃以上で、電池の有する非水電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、特に制限はない。   The inorganic fine particles related to the porous layer (II) have a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, are stable to the non-aqueous electrolyte of the battery, and are electrochemically stable to be hardly oxidized or reduced in the battery operating voltage range. There are no particular restrictions as long as they are appropriate.

このような無機微粒子の具体例としては、例えば、酸化鉄、SiO(シリカ)、Al(アルミナ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイトなどの鉱物資源由来物質またはそれらの人造物;などの無機微粒子が挙げられる。また、金属微粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子;などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の電気絶縁性の耐熱性微粒子を構成する材料など)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。前記の無機微粒子は、それぞれ1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記の無機微粒子の中でも、シリカ、アルミナ、ベーマイトがより好ましく、ベーマイトが特に好ましい。 Specific examples of such inorganic fine particles include, for example, oxide fine particles such as iron oxide, SiO 2 (silica), Al 2 O 3 (alumina), TiO 2 , BaTiO 3 , ZrO 2 ; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Nitride fine particles; poorly soluble ionic crystal fine particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalently bonded crystal fine particles such as silicon and diamond; clay fine particles such as talc and montmorillonite; boehmite, zeolite, apatite and kaolin Inorganic fine particles such as mineral-derived substances such as mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, or artificial products thereof. Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbon fine particles such as carbon black and graphite; It may be fine particles that have been made electrically insulating by surface treatment with the above-mentioned materials constituting the electrically insulating heat-resistant fine particles. The inorganic fine particles may be used alone or in combination of two or more. Among the inorganic fine particles, silica, alumina, and boehmite are more preferable, and boehmite is particularly preferable.

多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上の無機微粒子の形状については特に制限はなく、略球状(真球状を含む)、略楕円体状(楕円体状を含む)、板状などの各種形状のものを使用できる。   The shape of the inorganic fine particles having a heat resistance temperature of 150 ° C. or higher related to the porous layer (II) is not particularly limited, and is substantially spherical (including true sphere), substantially ellipsoid (including ellipsoid), plate-like, etc. Various shapes can be used.

また、多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上の無機微粒子の平均粒子径は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、0.3μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。また、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子が大きすぎると、電気特性が劣化しやすくなることから、その平均粒子径は、5μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。   Further, the average particle size of the inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher related to the porous layer (II) is preferably 0.3 μm or more because the ion permeability is lowered if it is too small. More preferably, it is 5 μm or more. In addition, if the inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher are too large, the electric characteristics are liable to deteriorate, so the average particle diameter is preferably 5 μm or less, more preferably 2 μm or less.

多孔質層(II)において、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子は主体として含まれるものであるため、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子の、多孔質層(II)の構成成分の全体積中〔空孔部分を除く全構成成分の全体積中。多孔質層(II)の各構成成分の体積含有率に関して、以下同じ。〕における体積含有率は、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることが更に好ましい。多孔質層(II)中の前記無機微粒子を前記のように高含有率とすることで、リチウムイオン二次電池が高温となった際にも、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができ、正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができる。   In the porous layer (II), since the inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher are mainly contained, the total volume of the constituent components of the porous layer (II) of the inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is included. Medium [In the entire volume of all components except the pores. The same applies to the volume content of each component of the porous layer (II). ] Is 50 volume% or more, preferably 70 volume% or more, more preferably 80 volume% or more, and still more preferably 90 volume% or more. By making the content of the inorganic fine particles in the porous layer (II) high as described above, it is possible to satisfactorily suppress the thermal contraction of the entire separator even when the lithium ion secondary battery becomes high temperature. And the occurrence of a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode can be more effectively suppressed.

なお、後述するように、多孔質層(II)には有機バインダも含有させることが好ましいため、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子の、多孔質層(II)の構成成分の全体積中における体積含有率は、99.5体積%以下であることが好ましい。   As will be described later, since it is preferable to contain an organic binder in the porous layer (II), the inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more in the total volume of the constituent components of the porous layer (II) The volume content is preferably 99.5% by volume or less.

多孔質層(II)には、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子同士を結着したり、多孔質層(II)と多孔質層(I)との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBR、CMC、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   For the porous layer (II), an organic binder is used to bind inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, or to integrate the porous layer (II) and the porous layer (I). It is preferable to contain. Examples of organic binders include ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA, those having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, and fluorine-based binders. Examples include rubber, SBR, CMC, hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, and epoxy resin. A heat-resistant binder having a heat-resistant temperature is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

前記例示の有機バインダの中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「BM−400B(SBR)」などがある。   Among the organic binders exemplified above, highly flexible binders such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible organic binders include “Evaflex Series (EVA)” from Mitsui DuPont Polychemical, EVA from Nihon Unicar, and “Evaflex-EEA Series (Ethylene) from Mitsui DuPont Polychemical. -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar EEA, Daikin Industries" DAI-EL Latex Series (Fluororubber) ", JSR" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon" BM-400B " (SBR) ".

なお、前記の有機バインダを多孔質層(II)に使用する場合には、後述する多孔質層(II)形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   When the organic binder is used for the porous layer (II), it can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in the solvent for the composition for forming the porous layer (II) described later. Good.

多孔質層(II)における有機バインダの体積含有率は、セパレータの構成成分の全体積中、0.5〜10体積%であることが好ましい。   The volume content of the organic binder in the porous layer (II) is preferably 0.5 to 10% by volume in the total volume of the constituent components of the separator.

また、多孔質層(II)は、必要に応じて、繊維状物(好ましくは耐熱温度が150℃以上のもの)、熱溶融性樹脂微粒子(PE微粒子など)、加熱されることで非水電解液の吸収量が増大する熱膨潤性樹脂微粒子(架橋ポリメチルメタクリレート微粒子など)などを含有させてもよい。   In addition, the porous layer (II) is made of a fibrous material (preferably having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher), hot-melt resin fine particles (such as PE fine particles), and non-aqueous electrolysis by heating as necessary. Heat-swellable resin fine particles (such as crosslinked polymethyl methacrylate fine particles) that increase the amount of liquid absorption may be contained.

セパレータは、例えば、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子などを含有する多孔質層(II)形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を、多孔質層(I)を構成するための微多孔膜などのシート状物の表面に塗布し、所定の温度に乾燥して多孔質層(II)を形成することにより製造することができる。   The separator is, for example, a porous layer (II) -forming composition (slurry, paste, etc.) containing inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and a microporous film for constituting the porous layer (I). It can be produced by applying to the surface of a sheet-like material such as, and drying to a predetermined temperature to form the porous layer (II).

多孔質層(II)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子や、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層(II)形成用組成物に用いられる溶媒は、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子を均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming the porous layer (II) contains inorganic fine particles having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and an organic binder as required, and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same applies hereinafter). It is a thing. The organic binder can be dissolved in a solvent. The solvent used in the composition for forming the porous layer (II) may be any solvent as long as it can uniformly disperse inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, and can uniformly dissolve or disperse the organic binder. Common organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

多孔質層(II)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子や有機バインダなどを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。   The composition for forming the porous layer (II) preferably has a solid content containing, for example, inorganic fine particles having an heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, an organic binder, and the like, for example, 10 to 80% by mass.

なお、セパレータにおいて、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは、それぞれ1層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。例えば、多孔質層(II)の両面に多孔質層(I)を配置した構成としてもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があることから、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、セパレータ中の多孔質層(I)と多孔質層(II)との合計層数は5層以下であることが好ましく、多孔質層(I)と多孔質層(II)との2層であることが特に好ましい。   In the separator, the porous layer (I) and the porous layer (II) do not have to be one each, and a plurality of layers may be present in the separator. For example, it is good also as a structure which has arrange | positioned porous layer (I) on both surfaces of porous layer (II). However, increasing the number of layers may increase the thickness of the separator, leading to an increase in internal resistance of the battery and a decrease in energy density, so it is not preferable to increase the number of layers. The total number of layers of the layer (I) and the porous layer (II) is preferably 5 or less, and particularly preferably 2 layers of the porous layer (I) and the porous layer (II).

ただし、本発明のリチウムイオン二次電池に係るセパレータは、扁平状巻回電極体内において、多孔質層(I)が電極と貼り付いているため、セパレータの両表面のうちの少なくとも一方は、多孔質層(I)で構成されている。   However, in the separator according to the lithium ion secondary battery of the present invention, since the porous layer (I) is attached to the electrode in the flat wound electrode body, at least one of both surfaces of the separator is porous. It consists of a quality layer (I).

セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。   The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.

また、多孔質層(II)の厚み〔セパレータが多孔質層(II)を複数有する場合は、その総厚み〕は、多孔質層(II)による前記の各作用をより有効に発揮させる観点から、3μm以上であることが好ましい。ただし、多孔質層(II)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層(II)の厚みは、8μm以下であることが好ましい。   In addition, the thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] is from the viewpoint of more effectively exerting each of the above-described actions by the porous layer (II). It is preferable that it is 3 micrometers or more. However, if the porous layer (II) is too thick, the energy density of the battery may be lowered. Therefore, the thickness of the porous layer (II) is preferably 8 μm or less.

更に、多孔質層(I)の厚み〔セパレータが多孔質層(I)を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。〕は、多孔質層(I)の使用による前記作用(特にシャットダウン作用)をより有効に発揮させる観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層(I)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層(I)が熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。そのため、多孔質層(I)の厚みは、25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、14μm以下であることが更に好ましい。   Furthermore, the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I), the total thickness thereof. same as below. ] Is preferably 6 μm or more, more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more effectively exerting the above-described action (particularly the shutdown action) due to the use of the porous layer (I). However, if the porous layer (I) is too thick, there is a possibility that the energy density of the battery may be lowered. In addition, the force that the porous layer (I) tends to shrink is increased, and the heat of the entire separator is increased. There is a possibility that the action of suppressing the shrinkage becomes small. Therefore, the thickness of the porous layer (I) is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 14 μm or less.

セパレータ全体の空孔率としては、非水電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。   The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure a liquid retention amount of the non-aqueous electrolyte and improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the separator porosity is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by calculating the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following formula.

P ={1−(m/t)/(Σa・ρ)}×100
ここで、前記式中、a:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100
Here, in the above formula, a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).

また、セパレータの空孔率を求めるための前記式において、mを多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(I)の厚み(cm)とし、aを多孔質層(I)全体の質量を1としたときの成分iの比率とすることで、多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 In the above formula for determining the porosity of the separator, m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (I), and t is the thickness (cm) of the porous layer (I). and then, by the ratio of component i when set to 1 the entire mass porous layer a i (I), the porosity of the porous layer (I): can also be determined P (%). The porosity of the porous layer (I) determined by this method is preferably 30 to 70%.

更に、セパレータの空孔率を求めるための前記式において、mを多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(II)の厚み(cm)とし、aを多孔質層(II)全体の質量を1としたときの成分iの比率とすることで、多孔質層(II)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(II)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Further, in the above formula for determining the porosity of the separator, m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (II), and t is the thickness (cm) of the porous layer (II). and then, by the ratio of component i when set to 1 the entire mass porous layer a i (II), the porosity of the porous layer (II): can also be determined P (%). The porosity of the porous layer (II) obtained by this method is preferably 20 to 60%.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有し、かつ正極合剤層が形成されていない集電体の露出部に集電タブを有する正極と、負極活物質を含有する負極合剤層を集電体の片面または両面に有し、かつ負極合剤層が形成されていない集電体の露出部に集電タブを有する負極と、前記のセパレータとを使用し、正極と負極との間にセパレータを配置して積層したものを巻回して巻回電極体を形成する工程(1)と、前記巻回電極体に加熱プレスを施して、横断面を扁平状にしつつ、セパレータの多孔質層(I)と正極および/または負極とを貼り付ける工程(2)とを経て扁平状巻回電極体を形成する工程を有する本発明法により製造することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on one or both sides of the current collector, and is collected on the exposed portion of the current collector where the positive electrode mixture layer is not formed. A positive electrode having a current tab and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on one or both sides of the current collector, and the current collector tab is disposed on an exposed portion of the current collector where the negative electrode mixture layer is not formed A step (1) of forming a wound electrode body by winding a laminate in which a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode using a negative electrode having the negative electrode and the separator; and A step of forming a flat wound electrode body through a step (2) of applying a hot press to flatten the cross section and attaching the separator porous layer (I) to the positive electrode and / or the negative electrode (2). It can be manufactured by the method of the present invention.

前記工程(2)においては、加熱プレスを、温度40〜70℃、圧力1.96〜9.80MPaの条件で実施する。これにより、セパレータの多孔質層(I)を電極に貼り付けつつ、セパレータにおける前記Xが80%以上95%以下の扁平状巻回電極体を形成することができる。前記工程(2)における加熱プレスの時間は、例えば、0.5〜10秒とすることが好ましい。   In the step (2), the heating press is performed under conditions of a temperature of 40 to 70 ° C. and a pressure of 1.96 to 9.80 MPa. Thereby, a flat wound electrode body in which the X in the separator is 80% or more and 95% or less can be formed while the porous layer (I) of the separator is attached to the electrode. The time for the heating press in the step (2) is preferably 0.5 to 10 seconds, for example.

扁平状巻回電極体に使用する正極および負極は、集電タブを有しており、通常、工程(2)で巻回電極体を扁平状に加熱プレスする際に、これらの集電タブの位置する箇所においてプレス応力が最も大きくなるため、セパレータのうち、かかる部分に相当する箇所が最も変形して、他の部分よりも薄くなる。本発明法では、工程(2)での加熱プレス条件を前記のように制御することで、セパレータの厚みを、最も薄くなる箇所が、最も厚い箇所の80%以上95%以下(すなわち、前記Xの値が80%以上95%以下)となるように調節し、本発明のリチウムイオン二次電池の製造を可能としている。   The positive electrode and the negative electrode used for the flat wound electrode body have current collecting tabs. Usually, when the wound electrode body is heated and pressed flatly in the step (2), Since the press stress is the largest at the location, the portion corresponding to the portion of the separator is most deformed and becomes thinner than the other portions. In the method of the present invention, by controlling the heating press conditions in step (2) as described above, the thickness of the separator is 80% to 95% of the thickest part (that is, the X Is adjusted to be 80% or more and 95% or less), and the lithium ion secondary battery of the present invention can be manufactured.

なお、前記の通り、加熱プレスでは、そのときの加熱温度を、比較的低く、セパレータや正負極の構成成分が溶融し難い条件としているが、本発明法では、例えばセパレータの変形〔特にセパレータの多孔質層(I)の変形〕に伴う何らかの物理的作用によって、セパレータと電極とが貼り付き、これに基づいて、製造直後の厚みのばらつきを抑制し得るリチウムイオン二次電池を製造できると考えている。   In addition, as described above, in the heating press, the heating temperature at that time is relatively low and the constituent components of the separator and the positive and negative electrodes are difficult to melt. It is considered that a lithium ion secondary battery capable of suppressing variation in thickness immediately after manufacture can be manufactured based on this, due to some physical action accompanying deformation of the porous layer (I). ing.

すなわち、扁平状巻回電極体において、セパレータの多孔質層(I)が電極に貼り付くようにし、かつセパレータにおける前記Xの値を95%以下となるようにすることで、多数のリチウムイオン二次電池を製造した場合の、厚みのばらつきを抑制することができる。セパレータにおける前記Xの値は、90%以下であることがより好ましい。   That is, in the flat wound electrode body, the porous layer (I) of the separator is attached to the electrode, and the value of X in the separator is 95% or less, so that a large number of lithium ion secondary particles can be obtained. When the secondary battery is manufactured, variations in thickness can be suppressed. The value of X in the separator is more preferably 90% or less.

また、前記の加熱プレスによっては、部分的にセパレータの細孔がつぶれることはあっても、セパレータの構成材料などの溶融による細孔の閉塞は抑制できるため、扁平状巻回電極体内でのセパレータ全体のイオン透過性を高く維持することができる。よって、このような扁平状巻回電極体を有する本発明のリチウムイオン二次電池は、セパレータの細孔の閉塞に伴う電池特性の低下を抑制することが可能であり、例えば、優れた負荷特性を確保することができる。   In addition, even though the pores of the separator may be partially crushed by the above-mentioned hot press, it is possible to suppress clogging of the pores due to melting of the constituent materials of the separator, so the separator in the flat wound electrode body The overall ion permeability can be kept high. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention having such a flat wound electrode body can suppress the deterioration of the battery characteristics accompanying the blockage of the pores of the separator, for example, excellent load characteristics Can be secured.

ただし、扁平状巻回電極体において、セパレータにおける前記Xの値が小さくなりすぎると(すなわち、セパレータの変形度合いが大きすぎると)、セパレータのイオン透過性が低下しすぎるためか、リチウムイオン二次電池の負荷特性が低下してしまう。扁平状巻回電極体において、セパレータにおける前記Xの値は、80%以上とする。セパレータにおける前記Xの値は、85%以上であることがより好ましい。   However, in the flat wound electrode body, if the value of X in the separator becomes too small (that is, if the degree of deformation of the separator is too large), the ion permeability of the separator is too low, or the lithium ion secondary The load characteristics of the battery will deteriorate. In the flat wound electrode body, the value of X in the separator is 80% or more. The value of X in the separator is more preferably 85% or more.

本発明のリチウムイオン二次電池においては、セパレータの多孔質層(I)が、少なくとも負極と貼り付いていることが好ましい。通常、電池製造時の予備充電による体積変化は、正極よりも負極の方が大きく、負極がセパレータの多孔質層(I)と貼り付いている場合には、電池の厚みのばらつきを、より良好に抑制することができる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, it is preferable that the porous layer (I) of the separator is attached to at least the negative electrode. Normally, the volume change due to pre-charging during battery manufacture is larger for the negative electrode than for the positive electrode, and when the negative electrode is attached to the separator porous layer (I), the variation in battery thickness is better. Can be suppressed.

よって、本発明法における前記工程(1)においては、正極と負極とセパレータとを積層する際には、少なくともセパレータの多孔質層(I)が負極と対向するように積層することがより好ましい。   Therefore, in the step (1) in the method of the present invention, when laminating the positive electrode, the negative electrode, and the separator, it is more preferable to laminate so that at least the porous layer (I) of the separator faces the negative electrode.

また、本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、セパレータが正極および負極の両者と貼り付いていてもよく、この場合、正極、負極のいずれもが、セパレータの多孔質層(I)と貼り付くことになるため、セパレータには、その両表面が多孔質層(I)であるものを使用する。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, for example, the separator may be attached to both the positive electrode and the negative electrode. In this case, both the positive electrode and the negative electrode are attached to the porous layer (I) of the separator. Therefore, a separator having both surfaces of the porous layer (I) is used.

リチウムイオン二次電池の製造において、前記の扁平状巻回電極体の形成以外の各工程は、従来から知られているリチウムイオン二次電池の製造で採用されている各種工程と同様とすることができる。例えば、前記の扁平状巻回電極体を外装体内に収容して、電池の外部端子と扁平状巻回電極体の正負極の集電タブとを常法に従って電気的に接続し、非水電解液を外装体に注入してから、外装体の封止前または封止後に行う予備充電(化成処理)と外装体の封止とを経て、リチウムイオン二次電池を得ることができる。   In the production of a lithium ion secondary battery, the processes other than the formation of the flat wound electrode body are the same as the various processes employed in the production of a conventionally known lithium ion secondary battery. Can do. For example, the flat spirally wound electrode body is accommodated in the exterior body, and the external terminals of the battery and the positive and negative current collecting tabs of the flat spirally wound electrode body are electrically connected according to a conventional method, and non-aqueous electrolysis is performed. After injecting the liquid into the exterior body, a lithium ion secondary battery can be obtained through preliminary charging (chemical conversion treatment) performed before or after sealing the exterior body and sealing of the exterior body.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る負極には、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤からなる負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用される。   In the negative electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, a negative electrode active material and a binder, and further, a negative electrode mixture layer comprising a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent as necessary, are provided on one or both sides of the current collector. A structure having the following structure is used.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)またはその合金、酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。   Examples of the negative electrode active material include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and metals that can be alloyed with lithium (Si , Sn, etc.) or alloys thereof, oxides, etc., and one or more of these can be used.

前記の負極活物質の中でも、特に電池の高容量化を図るには、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。以下、当該材料を「SiO」という)を用いることが好ましい。 Among the negative electrode active materials, in order to increase the capacity of the battery, in particular, a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5 Hereinafter, the material is preferably referred to as “SiO x ”.

なお、SiOのような高容量の負極活物質は、電池の充放電に伴う体積変化量が大きいため、これを含有する負極を使用した場合には、電池製造時の予備充電において、扁平状巻回電極体を膨張させ、電池厚みのばらつきをより大きくする虞がある。しかし、本発明のリチウムイオン二次電池では、扁平状巻回電極体において、セパレータの多孔質層(I)と電極とが貼り付くようにし、かつセパレータにおける前記Xの値を制御しており、これによって、SiOのような高容量の負極活物質を用いた場合でも、電池製造直後の厚みのばらつきを抑制することができる。 In addition, since a high capacity negative electrode active material such as SiO x has a large volume change amount due to charging / discharging of the battery, in the case of using a negative electrode containing the same, a flat shape is used in precharging at the time of battery manufacture. There is a possibility that the wound electrode body is expanded and the variation in battery thickness is further increased. However, in the lithium ion secondary battery of the present invention, in the flat wound electrode body, the porous layer (I) of the separator and the electrode are attached, and the value of X in the separator is controlled, Thereby, even when a high-capacity negative electrode active material such as SiO x is used, variation in thickness immediately after the battery is manufactured can be suppressed.

また、高容量の負極活物質を使用することで、リチウムイオン二次電池に要求される安全性(特に異常な高温下での安全性)もより高度となるが、本発明のリチウムイオン二次電池は、前記の通り、シャットダウン特性を確保し得る多孔質層(I)と耐熱性に優れた多孔質層(II)とを有するセパレータを有し、かつセパレータと電極とが貼り付いた構造の扁平状巻回電極体を備えていることから、SiOのような高容量の負極活物質を用いても、非常に優れた安全性を有し得る。 In addition, by using a high-capacity negative electrode active material, the safety required for the lithium ion secondary battery (especially safety under abnormally high temperatures) becomes higher, but the lithium ion secondary of the present invention As described above, the battery has a separator having a porous layer (I) capable of ensuring shutdown characteristics and a porous layer (II) excellent in heat resistance, and has a structure in which the separator and the electrode are attached. Since the flat wound electrode body is provided, even if a high-capacity negative electrode active material such as SiO x is used, extremely excellent safety can be obtained.

SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中に、Siが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

そして、SiOは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、SiOの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。前記の通り、SiOは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 Then, SiO x is preferably a complex complexed with carbon materials, for example, it is desirable that the surface of the SiO x is coated with a carbon material. As described above, since SiO x has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of securing good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and SiO x in the negative electrode is used. It is necessary to form an excellent conductive network by mixing and dispersing the material and the conductive material well. If complexes complexed with carbon material SiO x, for example, simply than with a material obtained by mixing a conductive material such as SiO x and the carbon material, good conductive network in the negative electrode Formed.

SiOと炭素材料との複合体としては、前記のように、SiOの表面を炭素材料で被覆したものの他、SiOと炭素材料との造粒体などが挙げられる。 The complex of the SiO x and the carbon material, as described above, other although the surface of the SiO x coated with carbon material, such as granules of SiO x and the carbon material can be cited.

また、前記の、SiOの表面を炭素材料で被覆した複合体を、更に導電性材料(炭素材料など)と複合化して用いることで、負極において更に良好な導電ネットワークの形成が可能となるため、より高容量で、より電池特性(例えば、充放電サイクル特性)に優れたリチウムイオン二次電池の実現が可能となる。炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との複合体としては、例えば、炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との混合物を更に造粒した造粒体などが挙げられる。 In addition, since the composite in which the surface of SiO x is coated with a carbon material is further combined with a conductive material (carbon material or the like), a better conductive network can be formed in the negative electrode. Therefore, it is possible to realize a lithium ion secondary battery with higher capacity and more excellent battery characteristics (for example, charge / discharge cycle characteristics). The complex of the SiO x and the carbon material coated with a carbon material, for example, like granules the mixture was further granulated with SiO x and the carbon material coated with a carbon material.

また、表面が炭素材料で被覆されたSiOとしては、SiOとそれよりも比抵抗値が小さい炭素材料との複合体(例えば造粒体)の表面が、更に炭素材料で被覆されてなるものも、好ましく用いることができる。前記造粒体内部でSiOと炭素材料とが分散した状態であると、より良好な導電ネットワークを形成できるため、SiOを負極活物質として含有する負極を有するリチウムイオン二次電池において、重負荷放電特性などの電池特性を更に向上させることができる。 Further, as SiO x whose surface is coated with a carbon material, the surface of a composite (for example, a granulated body) of SiO x and a carbon material having a smaller specific resistance value is further coated with a carbon material. Those can also be preferably used. In a state where SiO x and the carbon material are dispersed in the granulated body, a better conductive network can be formed. Therefore, in a lithium ion secondary battery having a negative electrode containing SiO x as a negative electrode active material, Battery characteristics such as load discharge characteristics can be further improved.

SiOとの複合体の形成に用い得る前記炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの炭素材料が好ましいものとして挙げられる。 Preferred examples of the carbon material that can be used to form a composite with SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.

前記炭素材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成し易く、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック,ケッチェンブラックを含む)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。 The details of the carbon material include at least one selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. A seed material is preferred. Fibrous or coil-like carbon materials are preferable in that they easily form a conductive network and have a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and even if SiO x particles expand and contract. This is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.

また、詳しくは後述するように、本発明においては、黒鉛を負極活物質としてSiOと共に使用することが好ましいが、この黒鉛をSiOと炭素材料との複合体に係る炭素材料として使用することもできる。黒鉛も、カーボンブラックなどと同様に、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有しているため、SiOとの複合体形成に好ましく使用することができる。 Further, as will be described in detail later, in the present invention, graphite is preferably used as a negative electrode active material together with SiO x , but this graphite is used as a carbon material related to a composite of SiO x and a carbon material. You can also. Graphite, like carbon black, has high electrical conductivity and high liquid retention, and also has the property of easily maintaining contact with the SiO x particles even when they expand and contract. Therefore, it can be preferably used for forming a complex with SiO x .

前記例示の炭素材料の中でも、SiOとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴うSiOの膨張収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiO粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらの何れを用いてもよい。 Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable for use when the composite with SiO x is a granulated body. Fibrous carbon material can follow the expansion and contraction of SiO x with the charging and discharging of the battery due to the high shape is thin threadlike flexibility, also because bulk density is large, many and SiO x particles It is because it can have a junction. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.

なお、繊維状の炭素材料は、例えば、気相法にてSiO粒子の表面に形成することもできる。 The fibrous carbon material can also be formed on the surface of the SiO x particles by, for example, a vapor phase method.

SiOの比抵抗値が、通常、10〜10kΩcmであるのに対して、前記例示の炭素材料の比抵抗値は、通常、10−5〜10kΩcmである。 The specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, while the specific resistance value of the carbon material exemplified above is usually 10 −5 to 10 kΩcm.

また、SiOと炭素材料との複合体は、粒子表面の炭素材料被覆層を覆う材料層(難黒鉛化炭素を含む材料層)を更に有していてもよい。 The composite of SiO x and the carbon material may further have a material layer (a material layer containing non-graphitizable carbon) that covers the carbon material coating layer on the particle surface.

負極にSiOと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiO:100質量部に対して、炭素材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiO量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiO:100質量部に対して、炭素材料は、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。 When a composite of SiO x and a carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiO x and the carbon material is based on SiO x : 100 parts by mass from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. The carbon material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. Further, in the composite, if the ratio of the carbon material to be combined with SiO x is too large, it may lead to a decrease in the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer, and the effect of increasing the capacity may be reduced. SiO x: relative to 100 parts by weight, the carbon material, and more preferably preferably not more than 50 parts by weight, more than 40 parts by weight.

前記のSiOと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。 The composite of the SiO x and the carbon material can be obtained, for example, by the following method.

まず、SiOを複合化する場合の作製方法について説明する。SiOが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む複合粒子を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、同様の複合粒子を作製することができる。 First, a manufacturing method in the case of combining SiO x will be described. A dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, and sprayed and dried to produce composite particles including a plurality of particles. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, similar composite particles can be produced also by a granulation method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.

なお、SiOと、SiOよりも比抵抗値の小さい炭素材料との造粒体を作製する場合には、SiOが分散媒に分散した分散液中に前記炭素材料を添加し、この分散液を用いて、SiOを複合化する場合と同様の手法によって複合粒子(造粒体)とすればよい。また、前記と同様の機械的な方法による造粒方法によっても、SiOと炭素材料との造粒体を作製することができる。 Incidentally, the SiO x, in the case of manufacturing a granulated body with small carbon material resistivity value than SiO x is adding the carbon material in the dispersion liquid of SiO x are dispersed in a dispersion medium, the dispersion by using a liquid, by a similar method to the case of composite of SiO x may be a composite particle (granule). Further, by granulation process according to the similar mechanical method, it is possible to produce a granular material of the SiO x and the carbon material.

次に、SiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、SiO粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが複合粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiO粒子に均一性よく導電性を付与できる。 Next, when the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is coated with a carbon material to form a composite, for example, the SiO x particles and the hydrocarbon-based material The gas is heated in the gas phase, and carbon generated by pyrolysis of the hydrocarbon-based gas is deposited on the surface of the particles. As described above, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the composite particle, and the surface of the particle and the pores in the surface are thin and contain a conductive carbon material. Since a uniform film (carbon material coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.

炭素材料で被覆されたSiOの製造において、気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。 In the production of SiO x coated with a carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the vapor deposition (CVD) method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but usually 600 to 1200 ° C. is appropriate. Among these, the temperature is preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガスなどを用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、気相成長(CVD)法にてSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で覆った後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化性樹脂、およびナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させた後、前記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。 In addition, after the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is covered with a carbon material by a vapor deposition (CVD) method, a petroleum-based pitch or a coal-based pitch is used. At least one organic compound selected from the group consisting of a thermosetting resin and a condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes is attached to a coating layer containing a carbon material, and then the organic compound is attached. The obtained particles may be fired.

具体的には、炭素材料で被覆されたSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)と、前記有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。 Specifically, a dispersion liquid in which a SiO x particle (SiO x composite particle or a granulated body of SiO x and a carbon material) coated with a carbon material and the organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared, The dispersion is sprayed and dried to form particles coated with the organic compound, and the particles coated with the organic compound are fired.

前記ピッチとしては等方性ピッチを、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂などを用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。   An isotropic pitch can be used as the pitch, and a phenol resin, a furan resin, a furfural resin, or the like can be used as the thermosetting resin. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.

炭素材料で被覆されたSiO粒子と前記有機化合物とを分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノールなど)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOの融点以下であることを要する。 As a dispersion medium for dispersing the SiO x particles coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be lower than the melting point of SiO x .

本発明のリチウムイオン二次電池に係る負極活物質にSiOを使用する場合には、更に黒鉛も負極活物質として使用することが好ましい。黒鉛を使用して負極活物質中のSiOの比率を下げることで、SiOの減量による高容量化効果の低下を可及的に抑制しつつ、電池の充放電に伴う負極(負極合剤層)の体積変化を抑えて、かかる体積変化によって生じ得る電池特性の低下を抑制することが可能となる。 When using SiO x for the negative electrode active material according to the lithium ion secondary battery of the present invention, it is preferable to use graphite as the negative electrode active material. By reducing the ratio of SiO x in the negative electrode active material using graphite, the negative electrode (negative electrode mixture) associated with charging / discharging of the battery is suppressed as much as possible while suppressing the decrease in the capacity-enhancing effect due to the reduction of SiO x. It is possible to suppress a change in volume of the layer) and to suppress a decrease in battery characteristics that may be caused by the volume change.

SiOと共に負極活物質として使用する黒鉛としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;などが挙げられる。 Examples of graphite used as the negative electrode active material together with SiO x include natural graphite such as flaky graphite; graphitizable carbon such as pyrolytic carbons, mesophase carbon microbeads (MCMB), and carbon fibers at 2800 ° C. or more. Artificial graphite subjected to chemical treatment; and the like.

なお、本発明に係る負極においては、SiOを使用することによる高容量化の効果を良好に確保する観点から、負極活物質中におけるSiOの含有量は、0.01質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、充放電に伴う負極の体積変化による問題をより良好に回避する観点から、負極活物質中におけるSiOの含有量は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。 In the negative electrode according to the present invention, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of the high capacity by using a SiO x, the content of SiO x in the anode active material is 0.01 wt% or more It is preferably 3% by mass or more. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of the negative electrode due to charge / discharge, the content of SiO x in the negative electrode active material is preferably 30% by mass or less, and 20% by mass or less. Is more preferable.

また、負極合剤層に係るバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが挙げられる。更に、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合、その導電助剤としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維;などの炭素材料などが挙げられる。   Examples of the binder related to the negative electrode mixture layer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. Further, when the conductive additive is included in the negative electrode mixture layer, examples of the conductive assistant include natural graphite (such as flake graphite) and graphite such as artificial graphite (graphitic carbon material); acetylene black, ketjen Carbon materials such as carbon black such as black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; carbon fiber;

負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて使用される導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)や水などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。   The negative electrode is, for example, in the form of a paste or slurry in which a negative electrode active material and a binder, and further a conductive assistant used as necessary are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water. A step of preparing a negative electrode mixture-containing composition (however, the binder may be dissolved in a solvent), applying this to one or both sides of the current collector, drying, and applying a calender treatment as necessary It is manufactured through.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

また、負極には、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するための集電タブを取り付ける。例えば、負極の集電体の少なくとも一部に、負極合剤層を形成しない露出部を残しておき、そこに、集電タブとなるニッケル箔や銅箔などを溶接して取り付けることができる。集電タブの取り付け位置には、特に制限はないが、通常は、負極(帯状の負極)の両端部のいずれかの近傍とする。集電タブの厚みは、例えば、10〜100μmであることが好ましい。   Moreover, the current collection tab for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery is attached to a negative electrode. For example, an exposed portion that does not form the negative electrode mixture layer is left on at least a part of the current collector of the negative electrode, and a nickel foil, a copper foil, or the like serving as a current collecting tab can be welded and attached thereto. Although there is no restriction | limiting in particular in the attachment position of a current collection tab, Usually, it is set to the vicinity of either of the both ends of a negative electrode (strip | belt-shaped negative electrode). The thickness of the current collecting tab is preferably 10 to 100 μm, for example.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る負極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   The negative electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to the one manufactured by the above manufacturing method, and may be one manufactured by another method.

負極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質を80.0〜99.8質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。更に、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電助剤の量を0.1〜10質量%とすることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface of the current collector, for example. Moreover, as a composition of a negative mix layer, it is preferable that a negative electrode active material shall be 80.0-99.8 mass% and a binder shall be 0.1-10 mass%, for example. Furthermore, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that the quantity of the conductive support agent in a negative mix layer shall be 0.1-10 mass%.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極には、集電体の片面または両面に、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを含有する正極合剤層を有する構造のものが使用される。   As the positive electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, one having a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, a conductive additive and the like on one side or both sides of a current collector is used.

正極活物質には、リチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物;LiCo1−xNiOなどの層状構造のリチウム含有複合酸化物;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePOなどのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などを使用することができる。 Examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxide; lithium manganese oxide such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ; lithium-containing composite oxide having a layered structure such as LiCo 1-x NiO 2 A lithium-containing composite oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 and Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; a lithium-containing composite oxide having an olivine structure such as LiFePO 4 ; Or an oxide substituted with can be used.

これらのリチウム含有複合酸化物の中でも、より容量が大きいことから、下記一般組成式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物(A)(リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物)を使用することがより好ましい。   Among these lithium-containing composite oxides, since the capacity is larger, it is more preferable to use lithium-containing composite oxide (A) (lithium nickel cobalt manganese oxide) represented by the following general composition formula (1). preferable.

Li1+aNi1−b−c−dCoMn (1) Li 1 + a Ni 1-bc-d Co b Mn c M 1 d O 2 (1)

前記一般組成式(1)中、MはMg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.15≦a≦0.15、0.05≦b≦0.4、0.05≦c≦0.4、0≦d≦0.03、およびb+c+d≦0.7である。 In the general composition formula (1), M 1 is selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P, and Bi. At least one element, −0.15 ≦ a ≦ 0.15, 0.05 ≦ b ≦ 0.4, 0.05 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.03, and b + c + d ≦ 0.7.

なお、前記一般組成式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物(A)のような高容量の正極活物質は、電池の充放電に伴う体積変化量が大きいため、これを含有する正極を使用した場合には、電池製造時の予備充電において、扁平状巻回電極体を膨張させ、電池厚みのばらつきをより大きくする虞がある。しかし、本発明のリチウムイオン二次電池では、扁平状巻回電極体において、セパレータの多孔質層(I)と電極とが貼り付くようにし、かつセパレータにおける前記Xの値を制御しており、これによって、前記一般組成式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物(A)のような高容量の正極活物質を用いた場合でも、電池製造直後の厚みのばらつきを抑制することができる。   The positive electrode active material having a high capacity such as the lithium-containing composite oxide (A) represented by the general composition formula (1) has a large volume change amount due to charging / discharging of the battery. When the battery is used, there is a possibility that the flat wound electrode body is expanded in the preliminary charging at the time of manufacturing the battery, and the variation in the battery thickness is further increased. However, in the lithium ion secondary battery of the present invention, in the flat wound electrode body, the porous layer (I) of the separator and the electrode are attached, and the value of X in the separator is controlled, Thus, even when a high-capacity positive electrode active material such as the lithium-containing composite oxide (A) represented by the general composition formula (1) is used, variation in thickness immediately after battery manufacture can be suppressed. .

また、高容量の正極活物質を使用することで、リチウムイオン二次電池に要求される安全性(特に異常な高温下での安全性)もより高度となるが、本発明のリチウムイオン二次電池は、前記の通り、シャットダウン特性を確保し得る多孔質層(I)と耐熱性に優れた多孔質層(II)とを有するセパレータを有し、かつセパレータと電極とが貼り付いた構造の扁平状巻回電極体を備えていることから、前記一般組成式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物(A)のような高容量の正極活物質を用いても、非常に優れた安全性を有し得る。   In addition, by using a high-capacity positive electrode active material, the safety required for lithium ion secondary batteries (especially safety under abnormally high temperatures) becomes higher, but the lithium ion secondary of the present invention As described above, the battery has a separator having a porous layer (I) capable of ensuring shutdown characteristics and a porous layer (II) excellent in heat resistance, and has a structure in which the separator and the electrode are attached. Since it has a flat wound electrode body, it is very excellent even when a high-capacity positive electrode active material such as the lithium-containing composite oxide (A) represented by the general composition formula (1) is used. It can have safety.

また、正極活物質には、前記一般組成式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物(A)と、下記一般組成式(2)で表されるリチウム含有複合酸化物(B)(リチウムコバルト酸化物)とを併用することが、より好ましい。   The positive electrode active material includes a lithium-containing composite oxide (A) represented by the general composition formula (1) and a lithium-containing composite oxide (B) (lithium represented by the following general composition formula (2). It is more preferable to use (cobalt oxide) in combination.

Li1+oCo1−p−qMg (2) Li 1 + o Co 1-p -q Mg p M 2 q O 2 (2)

前記一般組成式(2)中、MはAl、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.3≦o≦0.3、0≦p≦0.1、および0≦q≦0.1である。なお、前記一般組成式(2)において、0.001≦p≦0.1であることがより好ましく、また、0<q≦0.1であることがより好ましい。 In the general composition formula (2), M 2 is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P, and Bi. It is a seed element, with −0.3 ≦ o ≦ 0.3, 0 ≦ p ≦ 0.1, and 0 ≦ q ≦ 0.1. In the general composition formula (2), 0.001 ≦ p ≦ 0.1 is more preferable, and 0 <q ≦ 0.1 is more preferable.

正極活物質に、前記のリチウム含有複合酸化物(A)と、前記のリチウム含有複合酸化物(B)とを併用する場合、これらの合計100質量%中のリチウム含有複合酸化物(A)の含有量を、10〜50質量%とすることが好ましい。   When the lithium-containing composite oxide (A) and the lithium-containing composite oxide (B) are used in combination with the positive electrode active material, the lithium-containing composite oxide (A) in 100% by mass of these in total The content is preferably 10 to 50% by mass.

正極合剤層に係るバインダには、負極合剤層に係るバインダとして先に例示したものと同じものを使用することができる。また、正極合剤層に係る導電助剤には、負極合剤層に係る導電助剤として先に例示したものと同じものを使用することができる。   As the binder related to the positive electrode mixture layer, the same ones exemplified above as the binder related to the negative electrode mixture layer can be used. Moreover, the same thing as what was illustrated previously as a conductive support agent which concerns on a negative mix layer can be used for the conductive support agent which concerns on a positive mix layer.

正極は、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを、NMPなどの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。   For the positive electrode, for example, a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are dispersed in a solvent such as NMP is prepared (however, the binder is dissolved in the solvent). It may be manufactured through a step of applying a calender treatment as necessary after applying it to one or both sides of the current collector and drying it.

正極の集電体は、従来から知られているリチウムイオン二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。   As the current collector for the positive electrode, the same one as used for the positive electrode of a conventionally known lithium ion secondary battery can be used. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

また、正極には、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するための集電タブを取り付ける。例えば、正極の集電体の少なくとも一部に、正極合剤層を形成しない露出部を残しておき、そこに、集電タブとなるアルミニウム箔やニッケル箔などを溶接して取り付けることができる。集電タブの取り付け位置には、特に制限はないが、通常は、正極(帯状の正極)の両端部のいずれかの近傍とする。集電タブの厚みは、例えば、10〜100μmであることが好ましい。   Moreover, the current collection tab for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery is attached to a positive electrode. For example, at least a part of the current collector of the positive electrode is left with an exposed portion where the positive electrode mixture layer is not formed, and an aluminum foil, a nickel foil, or the like serving as a current collecting tab can be welded thereto. Although there is no restriction | limiting in particular in the attachment position of a current collection tab, Usually, it is set as the vicinity of either of the both ends of a positive electrode (band-shaped positive electrode). The thickness of the current collecting tab is preferably 10 to 100 μm, for example.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   The positive electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to that manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 60-95 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent. Is preferably 3 to 20% by mass.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る非水電解液としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF 、LiSbF などの無機リチウム塩、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(ROSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。 As the nonaqueous electrolytic solution according to the lithium ion secondary battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (R f OSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group], or the like is used. Can do.

非水電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート、プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類、エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, chain esters such as methyl propionate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme, cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile And sulfites such as ethylene glycol sulfite. These may be used as a mixture of two or more. Kill. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、これらの非水電解液に安全性や充放電サイクル特性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)などのハロゲン置換された環状カーボネート、エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA)などホスホノアセテート類などの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, and fluorobenzene are used for the purpose of improving safety, charge / discharge cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics of these non-aqueous electrolytes. Additives such as halogen-substituted cyclic carbonates such as t-butylbenzene, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), and phosphonoacetates such as ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA) It can also be added.

更に、リチウムイオン二次電池の非水電解液には、前記の非水電解液に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。   Furthermore, as the non-aqueous electrolyte of the lithium ion secondary battery, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer to the non-aqueous electrolyte may be used.

本発明のリチウムイオン二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the lithium ion secondary battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来から知られているリチウムイオン二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。   The lithium ion secondary battery of this invention can be used for the same use as the various uses to which the conventionally known lithium ion secondary battery is applied.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<セパレータの作製>
平均粒子径が3μmのベーマイト二次凝集体5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液の一部を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、処理後のベーマイトの平均粒子径は1μmであった。
Example 1
<Preparation of separator>
5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40% by mass) are added to 5 kg of boehmite secondary aggregates having an average particle size of 3 μm. A dispersion was prepared by crushing for 10 hours with a ball mill at 40 times / min. When a part of the treated dispersion was vacuum dried at 120 ° C. and observed with a scanning electron microscope (SEM), the shape of boehmite was almost plate-like. The average particle size of the boehmite after the treatment was 1 μm.

前記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一なスラリー〔多孔質層(II)形成用スラリー、固形分比率50質量%〕を調製した。   To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred with a three-one motor for 3 hours to form a uniform slurry. [Slurry for forming porous layer (II), solid content ratio: 50% by mass] was prepared.

リチウムイオン二次電池用PE製微多孔質セパレータ〔多孔質層(I):厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃〕の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m)を施し、この処理面に多孔質層(II)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが4μmの多孔質層(II)を形成して、セパレータを得た。このセパレータにおける多孔質層(II)の単位面積あたりの質量は5.5g/mで、ベーマイトの体積含有率は95体積%であり、空孔率は45%であった。 PE microporous separator for a lithium ion secondary battery (porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 40%, average pore diameter 0.08 μm, PE melting point 135 ° C.) corona discharge treatment (discharge amount) 40 W · min / m 2 ), and a slurry for forming a porous layer (II) is applied to the treated surface by a micro gravure coater and dried to form a porous layer (II) having a thickness of 4 μm. Got. The mass per unit area of the porous layer (II) in this separator was 5.5 g / m 2 , the boehmite volume content was 95% by volume, and the porosity was 45%.

<正極の作製>
LiCoO〔リチウム含有複合酸化物(B)〕とLi1.0Ni0.8Co0.1Mn0.1〔リチウム含有複合酸化物(A)〕とを80:20の割合(質量比)で混合した正極活物質100質量部と、バインダであるPVDFを10質量%の濃度で含むNMP溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 [lithium-containing composite oxide (B)] and Li 1.0 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 [lithium-containing composite oxide (A)] in a ratio of 80:20 (mass 100 parts by weight of the positive electrode active material mixed in a ratio), 20 parts by weight of an NMP solution containing PVDF as a binder at a concentration of 10% by weight, 1 part by weight of artificial graphite and 1 part by weight of ketjen black as a conductive aid, Was kneaded using a biaxial kneader, and NMP was further added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste.

前記正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚さおよび密度を調節し、集電体の片方の面の片端近傍に設けた露出部(正極合剤層の未形成部)にニッケル箔(厚み80μm)からなる集電タブを溶接して、長さ375mm、幅43mmの帯状の正極を作製した。得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが55μmであった。   After coating the positive electrode mixture-containing paste on both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on both surfaces of the aluminum foil. did. Thereafter, press treatment is performed to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and nickel foil (exposed portion of the positive electrode mixture layer) is provided in the vicinity of one end of one surface of the current collector. A current collecting tab having a thickness of 80 μm was welded to produce a strip-like positive electrode having a length of 375 mm and a width of 43 mm. The positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 55 μm per one side.

<負極の作製>
負極活物質である平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が10質量%。以下、「SiO/炭素複合体」という。)と、平均粒子径D50%が16μmである黒鉛とを、SiO/炭素複合体の量が5質量%となる量で混合した混合物:97.5質量部と、バインダであるSBR:1.5質量部と、増粘剤であるCMC:1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。
<Production of negative electrode>
A composite in which the surface of SiO having an average particle diameter D 50% of 8 μm, which is a negative electrode active material, is coated with a carbon material (the amount of the carbon material in the composite is 10 mass%, hereinafter referred to as “SiO / carbon composite”). And graphite having an average particle diameter D 50% of 16 μm mixed with an amount of SiO / carbon composite of 5% by mass: 97.5 parts by mass, and SBR as a binder: 1.5 Water was added to and mixed with parts by mass and CMC as a thickener: 1 part by mass to prepare a negative electrode mixture-containing paste.

前記負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚さおよび密度を調節し、集電体の片方の面の片端近傍に設けた露出部(負極合剤層の未形成部)にニッケル箔(厚み80μm)からなる集電タブを溶接して、長さ380mm、幅44mmの帯状の負極を作製した。得られた負極における負極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。   After applying the negative electrode mixture-containing paste to both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 8 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil. did. Thereafter, press treatment is performed to adjust the thickness and density of the negative electrode mixture layer, and nickel foil (exposed portion of the negative electrode mixture layer) is provided in the vicinity of one end of one surface of the current collector. A current collecting tab having a thickness of 80 μm was welded to produce a strip-shaped negative electrode having a length of 380 mm and a width of 44 mm. The negative electrode mixture layer in the obtained negative electrode had a thickness of 65 μm per one surface.

<扁平状巻回電極体の形成>
前記の正極と前記の負極との間に前記のセパレータを配置して積層し、渦巻状に巻回して巻回電極体とした。なお、前記の積層の際には、セパレータの多孔質層(I)が負極と対向するようにした。その後、前記の巻回電極体に、温度60℃、圧力4.5MPaで加熱プレスを5.0秒施して、扁平状巻回電極体とした。このようにして複数の扁平状巻回電極体を形成し、その一部について分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが貼り付いており、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが13.1μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は82%であった。
<Formation of flat wound electrode body>
The separator was disposed between the positive electrode and the negative electrode, laminated, and wound into a spiral shape to obtain a wound electrode body. Note that the porous layer (I) of the separator was opposed to the negative electrode during the above lamination. Thereafter, the wound electrode body was heated and pressed at a temperature of 60 ° C. and a pressure of 4.5 MPa for 5.0 seconds to obtain a flat wound electrode body. In this way, when a plurality of flat wound electrode bodies were formed and part of them were disassembled, the separator [the porous layer (I)] and the negative electrode were adhered, and the thickness of the separator was further examined. However, the thickness a of the thinnest part was 13.1 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 82%.

<電池の組み立て>
前記の扁平状巻回電極体を外寸が厚み4.0mm、幅34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに挿入し、正負極の集電タブと電池ケースに係る部材との溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から非水電解液(エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比=1:1:1で混合した溶媒にLiPFを1.1mol/lの濃度になるよう溶解させたものに、FECを2.0質量%となる量で、およびVCを1.0質量%となる量で、それぞれ添加した溶液)を注入し、1時間静置してから注入口を封止した後に予備充電による化成処理を行って、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウムイオン二次電池を得た。
<Battery assembly>
The flat wound electrode body is inserted into an aluminum alloy prismatic battery case having outer thickness of 4.0 mm, width of 34 mm, and height of 50 mm. While welding, an aluminum alloy lid plate was welded to the open end of the battery case. Thereafter, LiPF 6 was added to a concentration of 1.1 mol / l in a non-aqueous electrolyte (a solvent in which ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio = 1: 1: 1) from an inlet provided on the cover plate. The solution was added to the solution so that FEC was added in an amount of 2.0% by mass and VC was added in an amount of 1.0% by mass. After the inlet was sealed, a chemical conversion treatment by precharging was performed to obtain a lithium ion secondary battery having the structure shown in FIG. 1 and the appearance shown in FIG.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2とセパレータ3とは、扁平状巻回電極体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解液と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解液などは図示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 and the separator 3 are accommodated in a rectangular (square tube) battery case 4 as a flat wound electrode body 6 together with a non-aqueous electrolyte. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, a non-aqueous electrolyte, or the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is not illustrated.

電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極集電タブ7と負極集電タブ8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The battery case 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer package of the battery. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of PE sheets is arrange | positioned at the bottom part of the battery case 4, and it connects to each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode current collecting tab 7 and the negative electrode current collecting tab 8 are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the battery case 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解液注入口14は、非水電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解液注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the battery case 4, and the opening part of the battery case 4 is sealed by welding the joint part of both, and the inside of the battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the cover plate 9, and a sealing member is inserted into the non-aqueous electrolyte inlet 14, for example, laser welding or the like. (See FIG. 1 and FIG. 2, in practice, the non-aqueous electrolyte inlet 14 is actually sealed with the non-aqueous electrolyte inlet.) Although it is a member, for ease of explanation, it is shown as a non-aqueous electrolyte inlet 14). Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極集電タブ7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極集電タブ8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極集電タブ8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of Example 1, the outer can 5 and the lid plate 9 function as positive terminals by directly welding the positive electrode current collecting tab 7 to the lid plate 9, and the negative electrode current collecting tab 8 is welded to the lead plate 13. The negative electrode current collecting tab 8 and the terminal 11 are electrically connected to each other through the lead plate 13 so that the terminal 11 functions as a negative electrode terminal. However, depending on the material of the battery case 4, the polarity may be reversed. Sometimes it becomes.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2
加熱プレス条件を、温度60℃、圧力3.0MPa、時間5.0秒に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 2
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating press conditions were changed to a temperature of 60 ° C., a pressure of 3.0 MPa, and a time of 5.0 seconds. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが貼り付いており、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが13.6μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は85%であった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were adhered, and when the thickness of the separator was further examined, the thickness of the thinnest part a was 13.6 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 85%.

実施例3
加熱プレス条件を、温度60℃、圧力2.3MPa、時間5.0秒に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating press conditions were changed to a temperature of 60 ° C., a pressure of 2.3 MPa, and a time of 5.0 seconds. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが貼り付いており、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが14.9μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は93%であった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were adhered, and when the thickness of the separator was further examined, the thickness of the thinnest part a was 14.9 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 93%.

実施例4
正極活物質をLiCoOのみに変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only the positive electrode active material was changed to LiCoO 2 , and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例5
正極活物質を、LiCoOとLi1.0Ni0.8Co0.1Mn0.1とを90:10の割合(質量比)で含む混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 5
Example 1 except that the positive electrode active material was changed to a mixture containing LiCoO 2 and Li 1.0 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 in a ratio (mass ratio) of 90:10. A positive electrode was produced in the same manner, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例6
正極活物質を、LiCoOとLi1.0Ni0.8Co0.1Mn0.1とを70:30の割合(質量比)で含む混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 6
Example 1 except that the positive electrode active material was changed to a mixture containing LiCoO 2 and Li 1.0 Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 in a ratio (mass ratio) of 70:30. A positive electrode was produced in the same manner, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例7
負極活物質を、黒鉛のみに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 7
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was changed to only graphite, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例8
負極活物質を、実施例1で用いたものと同じSiO/炭素複合体と、平均粒子径D50%が16μmである黒鉛とを、SiO/炭素複合体の量が10質量%となる量で混合した混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 8
As the negative electrode active material, the same SiO / carbon composite as that used in Example 1 and graphite having an average particle diameter D 50% of 16 μm were added in such an amount that the amount of the SiO / carbon composite was 10% by mass. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixture was changed to a mixed mixture, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例9
正極活物質をLiCoOのみに変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。また、負極活物質を、黒鉛のみに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。そして、これらの正極および負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 9
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was changed to LiCoO 2 only. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was changed to only graphite. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used these positive electrodes and negative electrodes.

比較例1
加熱プレス条件を、温度80℃、圧力9.0MPa、時間10秒に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating press conditions were changed to a temperature of 80 ° C., a pressure of 9.0 MPa, and a time of 10 seconds, and this flat wound electrode body was used. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが貼り付いており、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが12.0μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は75%であった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were adhered, and when the thickness of the separator was further examined, the thickness of the thinnest part a was 12.0 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 75%.

比較例2
加熱プレス条件を、温度40℃、圧力1.0MPa、時間5.0秒に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 2
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating press conditions were changed to a temperature of 40 ° C., a pressure of 1.0 MPa, and a time of 5.0 seconds. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが、あまり良好に貼り付いておらず、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが15.7μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は98%であった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were not adhered very well, and when the thickness of the separator was further investigated, The thickness a of the thinnest part was 15.7 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 98%.

比較例3
渦巻状に巻回した電極体を、加熱プレスを行わずに、そのまま電池ケースに挿入した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the spirally wound electrode body was inserted into the battery case as it was without performing a heating press. This flat wound electrode body A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that was used.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが貼り付いておらず、更にセパレータの厚みを調べたところ、セパレータに変形が認められず、正極や負極の集電タブの位置する箇所に相当する箇所においても、厚みが16μmであった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were not adhered, and when the thickness of the separator was further examined, the separator was deformed. It was not recognized, and the thickness corresponding to the location where the current collecting tabs of the positive electrode and the negative electrode were located was 16 μm.

比較例4
実施例1において、セパレータの多孔質層(I)用に使用したリチウムイオン二次電池用PE製微多孔質セパレータを、多孔質層(II)を形成せずに、そのままセパレータとして使用した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 4
In Example 1, the PE microporous separator for a lithium ion secondary battery used for the porous layer (I) of the separator was used as it was without forming the porous layer (II). A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.

なお、比較例4のリチウムイオン二次電池に使用したものと同じ方法で形成した扁平状巻回電極体を分解したところ、セパレータと負極とが貼り付いており、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが10.2μmであり、最も厚い箇所の厚みbは12μmであって、前記Xの値は85%であった。   In addition, when the flat wound electrode body formed by the same method as that used for the lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was disassembled, the separator and the negative electrode were adhered, and the thickness of the separator was further examined. The thickness a of the thinnest part was 10.2 μm, the thickness b of the thickest part was 12 μm, and the value of X was 85%.

比較例5
加熱プレス条件を、温度80℃、圧力0.5Pa、時間60.0秒に変更した以外は、実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を形成し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 5
A flat wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating press conditions were changed to a temperature of 80 ° C., a pressure of 0.5 Pa, and a time of 60.0 seconds. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was used.

複数形成した扁平状巻回電極体の一部を分解したところ、セパレータ〔その多孔質層(I)〕と負極とが、あまり良好に貼り付いておらず、更にセパレータの厚みを調べたところ、最も薄い箇所の厚みaが15.8μmであり、最も厚い箇所の厚みbは16μmであって、前記Xの値は99%であった。   When a part of the formed flat wound electrode body was disassembled, the separator [its porous layer (I)] and the negative electrode were not adhered very well, and when the thickness of the separator was further investigated, The thickness a of the thinnest part was 15.8 μm, the thickness b of the thickest part was 16 μm, and the value of X was 99%.

実施例および比較例の各リチウムイオン二次電池の構成を表1に示す。なお、表1では、便宜上、比較例3に係るセパレータにおける前記Xの値を100%と表記する。   Table 1 shows the configurations of the lithium ion secondary batteries of Examples and Comparative Examples. In Table 1, for convenience, the value of X in the separator according to Comparative Example 3 is expressed as 100%.

Figure 2014022245
Figure 2014022245

また、実施例および比較例の各リチウムイオン二次電池について、以下の各評価を行った。これらの結果を表2に示す。   Moreover, each evaluation below was performed about each lithium ion secondary battery of an Example and a comparative example. These results are shown in Table 2.

<厚みのばらつき評価>
実施例および比較例の電池各100個のそれぞれについて、組み立て直後(予備充電による化成処理を経て封止した直後)に同一の箇所で厚みを測定した。そして、各実施例、比較例ごとに、厚みのばらつきの程度を、下記基準に従って評価した。
○ : 標準偏差σの範囲が0.03mm以下の分布を示す。
× : 標準偏差σの範囲が0.03mmより大きい分布を示す。
<Evaluation of thickness variation>
For each of the 100 batteries of the examples and comparative examples, the thickness was measured at the same location immediately after assembly (immediately after sealing through chemical conversion treatment by precharging). Then, the degree of thickness variation was evaluated according to the following criteria for each example and comparative example.
○: The standard deviation σ is in the range of 0.03 mm or less.
X: The distribution of the standard deviation σ is greater than 0.03 mm.

<初期容量測定>
実施例および比較例の各電池について、0.5Cの電流値で電圧が4.35Vになるまで定電流充電を行い、その後、4.35Vの定電圧で充電を行った。このときの終止電流は0.05Cとした。続いて、充電後の各電池を、0.2Cの電流値で電圧が2.75Vになるまで放電させて、そのときの容量(初期容量)を測定した。表2では、各電池の初期容量を、実施例1の電池の容量を100としたときの相対値で示している。
<Initial capacity measurement>
About each battery of an Example and a comparative example, constant current charge was performed until the voltage became 4.35V with the electric current value of 0.5C, and it charged with the constant voltage of 4.35V after that. The termination current at this time was 0.05C. Subsequently, each battery after charging was discharged at a current value of 0.2 C until the voltage reached 2.75 V, and the capacity (initial capacity) at that time was measured. In Table 2, the initial capacity of each battery is shown as a relative value when the capacity of the battery of Example 1 is 100.

<負荷特性評価>
実施例および比較例の各電池について、前記の初期容量測定後に、初期容量測定時と同じ条件で定電流充電および定電圧充電を行った。続いて、充電後の各電池を、1Cの電流値で、電圧が2.75Vになるまで放電させて、そのときの容量(1C容量)を測定した。そして、各電池について、1C容量を初期容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の負荷特性が優れていることを意味している。
<Evaluation of load characteristics>
About each battery of an Example and a comparative example, constant current charge and constant voltage charge were performed on the same conditions as the time of initial capacity measurement after the above-mentioned initial capacity measurement. Subsequently, each battery after charging was discharged at a current value of 1 C until the voltage reached 2.75 V, and the capacity at that time (1 C capacity) was measured. And about each battery, the value which remove | divided 1C capacity | capacitance by the initial stage capacity was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required. The higher the capacity retention rate, the better the load characteristics of the battery.

<150℃加熱試験>
実施例および比較例の各電池について、初期容量測定時と同じ条件で充電を行った。充電後の各電池を恒温槽に入れ、30℃から150℃まで毎分5℃の割合で温度上昇させて加熱し、その後150℃で6時間保持し、熱電対を用いてその間の電池の表面温度を測定した。そして、表面温度が160℃以下であった電池を「○(安全性が良好)」と評価し、表面温度が160℃を超えた電池(熱暴走を起こした電池)を「×(安全性が劣っている)」と評価した。
<150 ° C heating test>
About each battery of an Example and a comparative example, it charged on the same conditions as the time of initial stage capacity | capacitance measurement. Each battery after charging is placed in a thermostatic bath, heated from 30 ° C. to 150 ° C. at a rate of 5 ° C./minute, then held at 150 ° C. for 6 hours, and the surface of the battery in the meantime using a thermocouple The temperature was measured. A battery having a surface temperature of 160 ° C. or lower was evaluated as “◯ (good safety)”, and a battery having a surface temperature exceeding 160 ° C. (a battery that caused thermal runaway) was evaluated as “× (safety is It was inferior) ”.

Figure 2014022245
Figure 2014022245

表2に示す通り、扁平状巻回電極体内においてセパレータの多孔質層(I)と電極とが貼り付いており、かつセパレータにおける前記Xの値が適正な実施例1〜9のリチウムイオン二次電池では、製造直後の厚みのばらつきが抑えられており、また、通常の微多孔膜セパレータを用いた比較例4の電池に比べて150℃加熱試験で評価される安全性が優れており、更に負荷特性も良好である。   As shown in Table 2, the lithium ion secondary of Examples 1 to 9 in which the porous layer (I) of the separator and the electrode are adhered in the flat wound electrode body and the value of X in the separator is appropriate. In the battery, variation in thickness immediately after production is suppressed, and the safety evaluated in the 150 ° C. heating test is superior to the battery of Comparative Example 4 using a normal microporous membrane separator, Load characteristics are also good.

これに対し、セパレータにおける前記Xの値が小さすぎる比較例1の電池は、負荷特性が劣っている。また、セパレータにおける前記Xの値は大きすぎる比較例2、3、5の電池は、製造直後の厚みのばらつきが大きく、また、150℃加熱試験で評価される安全性も劣っている。   On the other hand, the battery of Comparative Example 1 in which the value of X in the separator is too small has poor load characteristics. Further, the batteries of Comparative Examples 2, 3, and 5 in which the value of X in the separator is too large have a large thickness variation immediately after manufacture, and are inferior in safety as evaluated by a 150 ° C. heating test.

なお、実施例1のリチウムイオン二次電池について、定電流充電時の終止電圧および定電圧充電時の条件を4.20V、4.30V、4.40Vおよび4.45Vに変更した以外は、前記と同じ方法で初期容量測定、負荷特性評価および120℃加熱試験を実施した。これらの結果を表3に示す。なお、表3では、前記電圧条件を4.20Vとした場合を実施例1a、4.30Vとした場合を実施例1b、4.40Vとした場合を実施例1c、4.45Vとした場合を実施例1dとしている。また、前記電圧条件を4.35Vとした実施例1のリチウムイオン二次電池の評価結果も表3に併記する。   In addition, about the lithium ion secondary battery of Example 1, the end voltage at the time of constant current charge and the conditions at the time of constant voltage charge were changed to 4.20V, 4.30V, 4.40V, and 4.45V, The initial capacity measurement, load characteristic evaluation, and 120 ° C. heating test were carried out in the same manner as above. These results are shown in Table 3. In Table 3, the case where the voltage condition is set to 4.20V is set to Example 1a, 4.30V is set to Example 1b, 4.40V is set to Example 1c, and 4.45V is set. Example 1d is adopted. Table 3 also shows the evaluation results of the lithium ion secondary battery of Example 1 in which the voltage condition is 4.35V.

Figure 2014022245
Figure 2014022245

表3に示す通り、実施例1のリチウムイオン二次電池は、充電時の終止電圧を高くすることで初期容量の向上が可能である一方で、このような充電条件下でも、安全性および負荷特性が良好である。   As shown in Table 3, while the lithium ion secondary battery of Example 1 can improve the initial capacity by increasing the end voltage during charging, safety and load can be improved even under such charging conditions. Good characteristics.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
6 扁平状巻回電極体
7 正極集電タブ
8 負極集電タブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 6 Flat wound electrode body 7 Positive electrode current collection tab 8 Negative electrode current collection tab

Claims (9)

正極活物質を含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有する正極と、負極活物質を含有する負極合剤層を集電体の片面または両面に有する負極とが、セパレータを介して積層され、渦巻状に巻回された横断面が扁平状の巻回電極体、および非水電解液を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、集電体の少なくとも一部における正極合剤層が存在しない露出部に集電タブが取り付けられており、
前記負極は、集電体の少なくとも一部における負極合剤層が存在しない露出部に集電タブが取り付けられており、
前記セパレータは、ポリオレフィン製の微多孔膜で構成された多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上の無機微粒子を主体として含む多孔質層(II)とを有しており、
前記巻回電極体では、前記セパレータにおける前記多孔質層(I)と正極および/または負極とが貼り付いており、かつ前記セパレータにおける最も薄い部分の厚みが最も厚い部分の厚みの80〜95%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on one side or both sides of the current collector and a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on one side or both sides of the current collector via a separator A spirally wound electrode body having a flat cross section wound in a spiral shape, and a lithium ion secondary battery having a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode has a current collecting tab attached to an exposed portion where the positive electrode mixture layer is not present in at least a part of the current collector,
The negative electrode has a current collecting tab attached to an exposed portion where the negative electrode mixture layer does not exist in at least a part of the current collector,
The separator has a porous layer (I) composed of a microporous membrane made of polyolefin, and a porous layer (II) mainly containing inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher.
In the wound electrode body, the porous layer (I) and the positive electrode and / or the negative electrode in the separator are attached, and the thickness of the thinnest part of the separator is 80 to 95% of the thickness of the thickest part. A lithium ion secondary battery characterized by the above.
セパレータにおける多孔質層(I)と負極とが貼り付いている請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the porous layer (I) and the negative electrode in the separator are attached. 負極の負極合剤層は、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を負極活物質として含有している請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The negative electrode mixture layer of the negative electrode contains a material containing Si and O as constituent elements (however, the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) as a negative electrode active material. The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2. 負極の負極合剤層は、SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体を含有しており、前記複合体は、前記SiとOとを構成原子に含む材料の表面が、前記炭素材料で被覆されたものである請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。   The negative electrode mixture layer of the negative electrode contains a composite of a material containing Si and O as constituent elements and a carbon material, and the composite has a surface of the material containing Si and O as constituent atoms. The lithium ion secondary battery according to claim 3, which is coated with the carbon material. 負極の負極合剤層は、負極活物質として更に黒鉛を含有している請求項3または4に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 3 or 4, wherein the negative electrode mixture layer of the negative electrode further contains graphite as a negative electrode active material. 正極の正極合剤層は、下記一般組成式(1)
Li1+aNi1−b−c−dCoMn (1)
〔前記一般組成式(1)中、MはMg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.15≦a≦0.15、0.05≦b≦0.4、0.05≦c≦0.4、0≦d≦0.03、およびb+c+d≦0.7である〕で表されるリチウム含有複合酸化物(A)を、正極活物質として含有している請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode mixture layer of the positive electrode has the following general composition formula (1)
Li 1 + a Ni 1-bc-d Co b Mn c M 1 d O 2 (1)
[In the general composition formula (1), M 1 is selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P, and Bi. At least one element, −0.15 ≦ a ≦ 0.15, 0.05 ≦ b ≦ 0.4, 0.05 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.03, and b + c + d The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing composite oxide (A) represented by ≦ 0.7 is contained as a positive electrode active material.
正極の正極合剤層は、下記一般組成式(2)
Li1+oCo1−p−qMg (2)
〔前記一般組成式(4)中、MはAl、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.3≦o≦0.3、0≦p≦0.1、および0≦q≦0.1である〕
で表されるリチウム含有複合酸化物(B)を、正極活物質として更に含有している請求項6に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode mixture layer of the positive electrode has the following general composition formula (2)
Li 1 + o Co 1-p -q Mg p M 2 q O 2 (2)
[In the general composition formula (4), M 2 is at least selected from the group consisting of Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P, and Bi. One element, -0.3 ≦ o ≦ 0.3, 0 ≦ p ≦ 0.1, and 0 ≦ q ≦ 0.1]
The lithium ion secondary battery of Claim 6 which further contains lithium containing complex oxide (B) represented by these as a positive electrode active material.
使用前に4.25Vを超える終止電圧で定電流−定電圧充電が行われる請求項1〜7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein constant current-constant voltage charging is performed at a final voltage exceeding 4.25 V before use. 請求項1〜8のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池を製造する方法であって、
正極と負極との間にセパレータを配置して積層したものを巻回して巻回電極体を形成する工程(1)と、
前記巻回電極体に加熱プレスを施して、横断面を扁平状にしつつ、セパレータの多孔質層(I)と正極および/または負極とを貼り付ける工程(2)とを有しており、
前記工程(2)における加熱プレスを、温度40〜70℃、圧力1.96〜9.80MPaの条件で実施することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for producing the lithium ion secondary battery according to claim 1,
A step (1) of forming a wound electrode body by winding a laminate in which a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode;
A step (2) of attaching the separator porous layer (I) to the positive electrode and / or the negative electrode while applying a heat press to the wound electrode body to make the cross section flat.
The method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the heating press in the step (2) is performed under conditions of a temperature of 40 to 70 ° C. and a pressure of 1.96 to 9.80 MPa.
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