JP2015022847A - Method for manufacturing negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode manufactured by the method, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Method for manufacturing negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode manufactured by the method, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method preventing a surfactant from remaining in an electrode to be decomposed during the operation of a nonaqueous electrolyte secondary battery.SOLUTION: A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery is manufactured using a negative electrode paste containing: an electrode active material, such as lithium titanate, in which detachment and insertion of lithium ions proceed at 0.3 V(vs.Li/Li) or more and 2.0 V(vs.Li/Li) or less; and one or both of kiton represented by the following formula (1) and fluorine-substituted dialkyl diol. (Rand Rrepresent a 1-10C alkyl group containing at least one fluorine atom, and Rand Rmay be the same or different from each other).

Description

本発明は、非水電解質二次電池用負極の製造方法、その方法によって製造された非水電解質二次電池用負極、及びそれを用いた非水電解質二次電池に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the method, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、携帯機器、ハイブリット自動車、電気自動車、家庭用蓄電用途に非水電解質二次電池の研究開発が盛んにおこなわれている。これらの分野に用いられる非水電解質二次電池では、設置場所の制約、コスト削減などのため、電極の質量又は体積あたりのエネルギー密度が最大となるように設計する必要がある。このため、電極活物質の集電体への付着性の確保に十分考慮する必要がある。   In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been actively researched and developed for portable devices, hybrid vehicles, electric vehicles, and household power storage applications. The nonaqueous electrolyte secondary battery used in these fields needs to be designed so that the energy density per unit mass or volume of the electrode is maximized in order to limit installation location and reduce costs. For this reason, it is necessary to fully consider ensuring the adhesion of the electrode active material to the current collector.

しかし電極活物質を集電体に付着させる際に、電極活物質粒子どうしの凝集が起こっていれば、電極活物質の集電体への付着性が悪化し、電極材料が集電体から剥離するおそれがある。剥離が起こると、電池の容量が十分に発現しないという問題がある。
この問題を解決するために、例えば特許文献1は、電極活物質粒子を界面活性剤、特にフッ素系界面活性剤で処理したものを集電体(金属箔又は金属多孔体シート)に担持させることにより、電極活物質粒子の凝集を防止し、均一分散性を向上させるとともに、電極活物質の支持体への付着性を改善する技術を提案している。
However, if the electrode active material particles are aggregated when the electrode active material is attached to the current collector, the adhesion of the electrode active material to the current collector deteriorates, and the electrode material is peeled off from the current collector. There is a risk. When peeling occurs, there is a problem that the capacity of the battery is not sufficiently developed.
In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 has a current collector (metal foil or porous metal sheet) carrying electrode active material particles treated with a surfactant, particularly a fluorosurfactant. Proposed a technique for preventing the aggregation of the electrode active material particles, improving the uniform dispersibility, and improving the adhesion of the electrode active material to the support.

特許文献2〜4も、同様に、フッ素系界面活性剤を電極に含ませた非水電解質二次電池を開示している。   Similarly, Patent Documents 2 to 4 disclose nonaqueous electrolyte secondary batteries in which a fluorosurfactant is included in an electrode.

特開平7−037578号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-037578 特開2001−250558号公報JP 2001-250558 A 特開2012−234665号公報JP 2012-234665 A 特開2010−205449号公報JP 2010-205449 A

しかしながら、製造された非水電解質二次電池において、界面活性剤が電極活物質の中に残存していると、非水電解質二次電池の作動時に界面活性剤が電極内で分解し、電池の容量を低下させていく可能性がある。
本発明は、かかる実情に鑑み、高容量、高サイクル特性を発現する非水電解質二次電池用負極の製造方法、その方法によって製造された負極、及びそれを用いた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
However, in the manufactured non-aqueous electrolyte secondary battery, if the surfactant remains in the electrode active material, the surfactant decomposes in the electrode during operation of the non-aqueous electrolyte secondary battery, and the battery There is a possibility of decreasing the capacity.
In view of such circumstances, the present invention provides a method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery that exhibits high capacity and high cycle characteristics, a negative electrode produced by the method, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same. The purpose is to provide.

前記事情に鑑み、本発明者が検討を重ねた結果、特定の低分子量界面活性剤を電極スラリーに含有させ、電極乾燥時に界面活性剤が取り除かれるようにすることで、界面活性剤の残存による電池性能低下を抑制し、高容量を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の非水電解質二次電池用負極の製造方法は、リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する電極活物質と、下記式(1)で示されるキトン及び下記式(2)で示されるジオールの何れか一方又は両方とを混合してペーストを作製し、前記ペーストを導電箔上に形成することにより、非水電解質二次電池用負極を製造する。
In view of the above circumstances, as a result of repeated studies by the present inventor, a specific low molecular weight surfactant is contained in the electrode slurry, and the surfactant is removed when the electrode is dried. The present inventors have found that the battery performance deterioration is suppressed and a high capacity is exhibited, and the present invention has been completed.
In the method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, desorption and insertion of lithium ions proceed at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. A paste is prepared by mixing one or both of the active electrode active material, the kitten represented by the following formula (1) and the diol represented by the following formula (2), and the paste is formed on the conductive foil. Thus, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured.

Figure 2015022847
Figure 2015022847

Figure 2015022847
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(前記式(1)及び(2)中のR及びRはそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し、 フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基を示し、RとRは互いに同じであっても異なっていても良い)。
前記電極活物質は、LiTi12、HTi1225及びTiO(B)からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
(R 1 and R 2 in the formulas (1) and (2) are each an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and containing at least one fluorine atom, and R 1 and R 2 are They may be the same or different).
The electrode active material is preferably at least one selected from the group consisting of Li 4 Ti 5 O 12 , H 2 Ti 12 O 25 and TiO 2 (B).

本発明の非水電解質二次電池用負極の製造方法では、前記式(1)及び前記式(2)で示されるキトン及びジオール中のR及びRが−CF又は−CFCFであることが好ましい。
本発明の非水電解質二次電池用負極の製造方法を用いて、非水電解質二次電池用負極を得ることができる。
In the method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, R 1 and R 2 in the chiton and diol represented by the formula (1) and the formula (2) are —CF 3 or —CF 2 CF 3. It is preferable that
The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries can be obtained by using the method for producing a negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention.

本発明の非水電解質二次電池用負極を用いて、非水電解質二次電池を製造することができる。   A nonaqueous electrolyte secondary battery can be produced using the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

本発明の非水電解質二次電池用負極は容易に製造でき、それを用いた非水電解質二次電池は、高容量を発現することができる。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be easily manufactured, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode can exhibit a high capacity.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
<1.負極>
本発明の非水電解質二次電池に用いる負極は、リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する電極活物質を含む。
Embodiments of the present invention will be described below.
The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
<1. Negative electrode>
In the negative electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the lithium ion insertion / extraction reaction proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. Includes electrode active material.

リチウムイオンの挿入反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、負極活物質へのリチウムイオン挿入が2.0V(vs.Li/Li)以下で開始し、0.3V(vs.Li/Li)以上で終了することである。一方、リチウムイオンの脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上、2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、負極活物質からのリチウムイオン脱離が0.3V(vs.Li/Li)以上で開始し、2.0V(vs.Li/Li)以下で終了することである。 When the insertion reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the insertion of lithium ions into the negative electrode active material is 2.0 V (vs. Li). Li + / Li) or less, and end at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more. On the other hand, if the lithium ion desorption reaction proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the lithium ion desorption from the negative electrode active material is 0. It starts at 3 V (vs. Li + / Li) or higher and ends at 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower.

リチウムイオン挿入・脱離反応の電圧値(vs.Li/Li)は、例えば、負極活物質を用いた動作極、リチウム金属を対極とした半電池の充放電特性を測定し、プラトー開始時、及び終了時の電圧値を読み取ることによって求めることができる。プラトーが2箇所以上あった場合は、もっとも低い電圧値のプラトーが0.3V(vs.Li/Li)以上であればよく、もっとも高い電圧値のプラトーが2.0V(vs.Li/Li)以下であればよい。前記半電池に用いる動作極、電解液、セパレータは後述のものと同様のものを用いることができる。 The voltage value (vs. Li + / Li) of the lithium ion insertion / desorption reaction is measured, for example, by measuring the charge / discharge characteristics of the working electrode using the negative electrode active material and the half cell using lithium metal as the counter electrode, and starting the plateau And by reading the voltage value at the end. If plateau had two or more places, as long plateau lowest voltage value is 0.3V (vs.Li + / Li) or more, plateau highest voltage value is 2.0V (vs.Li + / Li) It may be the following. The working electrode, electrolytic solution, and separator used for the half battery can be the same as those described later.

リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する負極活物質は、チタン酸化合物、チタン酸リチウム、二酸化チタン、五酸化ニオブ及び二酸化モリブデンなどが好ましく、負極活物質の安定性が高い点から、チタン酸リチウム、二酸化チタン、チタン酸化合物がより好ましい。これら負極活物質は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。前記負極活物質は、導電性向上、あるいは安定性向上のため、炭素材料、金属酸化物、あるいは高分子等で覆われてもよい。 The negative electrode active material in which the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less is a titanate compound, lithium titanate, Titanium, niobium pentoxide, molybdenum dioxide, and the like are preferable, and lithium titanate, titanium dioxide, and titanic acid compounds are more preferable from the viewpoint of high stability of the negative electrode active material. One type of these negative electrode active materials may be used, or two or more types may be used. The negative electrode active material may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like in order to improve conductivity or stability.

チタン酸リチウムは、スピネル構造、ラムズデライト型であることが好ましく、分子式としてLiTi12で表されるものが好ましい。スピネル構造の場合、リチウムイオンの挿入・脱離の反応における電極活物質の膨張収縮が小さい。チタン酸リチウムには、たとえばNbなどのリチウム、チタン以外の元素が微量含まれていてもよい。
チタン酸リチウムの粒子径は、0.2μm以上50μm以下であることが好ましく、0.5μm以上30μm以下であることは取り扱いの観点からさらに好ましい。
The lithium titanate preferably has a spinel structure or a ramsdellite type, and a molecular formula represented by Li 4 Ti 5 O 12 is preferable. In the case of the spinel structure, the expansion / contraction of the electrode active material in the reaction of insertion / extraction of lithium ions is small. Lithium titanate may contain a small amount of elements other than lithium such as Nb and titanium, for example.
The particle size of lithium titanate is preferably 0.2 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling.

前記粒子径は粒子が球状の場合は直径を、球状以外の場合は粒子の最大辺をSEM、TEM像から各粒子の大きさを測定し、平均を算出した値である。前記平均粒子径を算出するためには、前記SEM観察で任意の粒子10個以上観察することが好ましい。
チタン酸リチウムの比表面積は、0.1m/g以上50m/g以下であることは所望の出力密度を得やすいことから好ましい。前記比表面積は、水銀ポロシメータ、BET法での測定により算出するのがよい。
The particle diameter is a value obtained by measuring the size of each particle from SEM and TEM images and calculating the average when the particle is spherical, and when the particle is other than spherical, the maximum side of the particle. In order to calculate the average particle diameter, it is preferable to observe 10 or more arbitrary particles by the SEM observation.
The specific surface area of lithium titanate is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained. The specific surface area may be calculated by measurement using a mercury porosimeter or BET method.

チタン酸リチウムの嵩密度は、0.2g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましい。0.2g/cm未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cmより大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
本発明に用いる二酸化チタンは、アナターゼ型、ブロンズ型(TiO(B))であることが好ましく、ブロンズ型であることがより好ましい。また、アナターゼ型とブロンズ型の混合物を用いても良い。
The bulk density of lithium titanate is preferably 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.
The titanium dioxide used in the present invention is preferably anatase type or bronze type (TiO 2 (B)), more preferably bronze type. Also, a mixture of anatase type and bronze type may be used.

二酸化チタンの粒子径は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上30μm以下であることは取り扱いの観点からさらに好ましい。
二酸化チタンの比表面積は、0.1m/g以上50m/g以下であることは所望の出力密度を得やすいことから好ましい。
二酸化チタンの嵩密度は、0.2g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましい。0.2g/cm未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cmより大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
The particle diameter of titanium dioxide is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.2 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling.
The specific surface area of titanium dioxide is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained.
The bulk density of titanium dioxide is preferably 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.

本発明に用いるチタン酸化合物は、HTi,HTi,HTi11,HTi13,HTi1225であることが好ましく、HTi1225であることがより好ましい。
チタン酸化合物の粒子径は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上30μm以下であることは取り扱いの観点からさらに好ましい。
The titanic acid compound used in the present invention is preferably H 2 Ti 3 O 7 , H 2 Ti 4 O 9 , H 2 Ti 5 O 11 , H 2 Ti 6 O 13 , H 2 Ti 12 O 25 , 2 Ti 12 O 25 is more preferable.
The particle diameter of the titanic acid compound is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.2 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling.

二酸化チタンの比表面積は、0.1m/g以上50m/g以下であることは所望の出力密度を得やすいことから好ましい。
二酸化チタンの嵩密度は、0.2g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましい。0.2g/cm未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cmより大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
The specific surface area of titanium dioxide is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained.
The bulk density of titanium dioxide is preferably 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.

本発明の負極は導電助剤を含有してもよい。導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料が好ましい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら炭素材料は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
負極に含まれる導電助材の量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、負極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
The negative electrode of the present invention may contain a conductive additive. Although it does not specifically limit as a conductive support material, A carbon material is preferable. Examples thereof include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the conductive additive contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a negative electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained, and adhesiveness with a collector can fully be obtained.

本発明の負極にはバインダーを使用することが好ましい。バインダーとしては、特に限定されないが、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、ポリイミド及びそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。バインダーは負極の作製しやすさから、非水溶媒又は水に、溶解又は分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに増粘剤を加えてもよい。   It is preferable to use a binder for the negative electrode of the present invention. The binder is not particularly limited, and for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, and derivatives thereof can be used. . The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the negative electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a thickener to these.

負極に含まれるバインダーの量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、負極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明の負極は下記式(1)で示されるキトン及び下記式(2)で示されるジオールの何れか一方又は両方で示される化合物を含有する負極ペーストから作製される。
The amount of the binder contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a negative electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
The negative electrode of the present invention is produced from a negative electrode paste containing a compound represented by either or both of a kitten represented by the following formula (1) and a diol represented by the following formula (2).

Figure 2015022847
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Figure 2015022847
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(前記式(1)及び(2)中のR及びRはそれぞれ、C1〜C10すなわち1〜10個の炭素原子を有し、 フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基を示し、RとRは互いに同じであっても異なっていても良い)。
以下前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールをそれぞれRC=O及びRC(OH)と表す場合がある。
(R 1 and R 2 in the formulas (1) and (2) each represent an alkyl group having C1 to C10, that is, 1 to 10 carbon atoms, and containing at least one fluorine atom, and R 1 And R 2 may be the same or different.
Below chiton and diols of the formula (2) in the formula (1) which may each R 1 R 2 C = represented as O and R 1 R 2 C (OH) 2.

前記式(1)のキトンは負極ペースト中に含まれる微量の水分と反応し、下記式(3)の平衡式においてその大部分が前記式(2)のジオールとして負極ペースト中に存在する。すなわち本発明においては前記式(1)又は(2)のいずれの化合物を負極ペーストに添加してもその大部分は前記式(2)として存在する。
C=O + HO ⇔ RC(OH) (3)
前記式(1)又は(2)の化合物を混合する効果は、前記式(2)のジオールが界面活性剤として働くことである。すなわち低分子量の前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを界面活性剤として用いることで、電極活物質の凝集を抑制できる。
The kitten of the formula (1) reacts with a small amount of water contained in the negative electrode paste, and most of it exists in the negative electrode paste as the diol of the formula (2) in the equilibrium formula of the following formula (3). That is, in the present invention, even if any compound of the formula (1) or (2) is added to the negative electrode paste, most of the compound exists as the formula (2).
R 1 R 2 C═O + H 2 O⇔ R 1 R 2 C (OH) 2 (3)
The effect of mixing the compound of the formula (1) or (2) is that the diol of the formula (2) works as a surfactant. That is, the aggregation of the electrode active material can be suppressed by using the low molecular weight kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) as the surfactant.

また、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの特徴は、分子量が低く、沸点が低いために電極の乾燥時に除去可能であることである。すなわち、作製された電極の乾燥時に前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを取り除くことができ、これにより電極充放電時の前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの分解を抑制することが可能となる。   Further, the characteristics of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) are that the molecular weight is low and the boiling point is low, so that it can be removed when the electrode is dried. That is, when the produced electrode is dried, the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) can be removed, whereby the kitten of the formula (1) and the formula (2) at the time of electrode charging and discharging are removed. It becomes possible to suppress decomposition of the diol.

負極乾燥後の前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの残存量は、例えば、X線光電子分光分析装置(ESCA; Electron Spectroscopy for Chemical Analysis )で測定することができる。
ESCAの種類は特に限定されないが、下記条件で行うことが好ましい。ESCAのX線源は、AlKα、MgKα、あるいはAgKαなどが例示されるが、汎用されていることからAlKαであることが好ましい。X線の強度は、1kV以上、20kV以下であることが好ましい。1kV未満の場合では、測定したい元素を検出できない恐れがあり、20kVより大きい場合では、サンプルが破壊される恐れがある。測定範囲は、直径100μm以上の円であることが好ましい。100μm未満の場合では、測定したい元素を検出できない恐れがある。
The residual amount of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) after drying the negative electrode can be measured by, for example, an X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA).
The type of ESCA is not particularly limited, but is preferably performed under the following conditions. The X-ray source of ESCA is exemplified by AlKα, MgKα, AgKα, etc., but AlKα is preferable because it is widely used. The intensity of the X-ray is preferably 1 kV or more and 20 kV or less. If it is less than 1 kV, the element to be measured may not be detected, and if it is greater than 20 kV, the sample may be destroyed. The measurement range is preferably a circle having a diameter of 100 μm or more. If the thickness is less than 100 μm, the element to be measured may not be detected.

各元素の元素濃度比は各元素のピーク強度を各元素の相対感度係数で補正することで得られる。
本発明に使われる前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールはフッ素原子を少なくとも1つ含有する。フッ素原子を含有することで、微量で材料の表面張力を低減させることが可能となる。また、フッ素原子を含むことで、前記式(3)の平衡式がより右側に移動し、活性成分である前記式(2)のジオールの比率が高くなり、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの効果がより向上する。
The element concentration ratio of each element is obtained by correcting the peak intensity of each element with the relative sensitivity coefficient of each element.
The kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) used in the present invention contain at least one fluorine atom. By containing fluorine atoms, it is possible to reduce the surface tension of the material in a small amount. Further, by including a fluorine atom, the equilibrium formula of the formula (3) moves to the right side, the ratio of the diol of the formula (2) as an active ingredient is increased, and the chiton of the formula (1) and the The effect of the diol of formula (2) is further improved.

前記1〜10個の炭素原子を有し、 フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基としては、特に限定されるものではないが、−CF、−CFCl、−CFCl、−CFCF、−CF(CF、−CFCFCF、−CFCFCFCF、−C(CF、−CFOCH、又は−CF(OCH等が挙げられ、−CF、−CFCF、−CF(CF、−CFCFCF、−CFCFCFCF、−C(CFがより好ましく、−CF、−CFCF特に好ましい。−CF、−CFCFを含むことで、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの沸点は低くなり、電極乾燥時の除去がより容易となる。 The alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and containing at least one fluorine atom is not particularly limited, but is —CF 3 , —CF 2 Cl, —CFCl 2 , —CF 2. CF 3 , —CF (CF 3 ) 2 , —CF 2 CF 2 CF 3 , —CF 2 CF 2 CF 3 CF 3 , —C (CF 3 ) 3 , —CF 2 OCH 3 , or —CF (OCH 3 ) 2 and the like, -CF 3 , -CF 2 CF 3 , -CF (CF 3 ) 2 , -CF 2 CF 2 CF 3 , -CF 2 CF 2 CF 3 CF 3 , -C (CF 3 ) 3 More preferred is —CF 3 , —CF 2 CF 3, particularly preferred. By including -CF 3 and -CF 2 CF 3 , the boiling point of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) is lowered, and the removal at the time of electrode drying becomes easier.

負極の作製方法は限定されないが、例えば、負極活物質、導電助材、バインダー、及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの混合物(以下「負極合剤」という)を集電体上に形成することによって作製される。作製の容易さから、前記負極合剤及び溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを除去することによって負極を作製する方法が好ましい。   The method for producing the negative electrode is not limited. For example, a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and a mixture of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) (hereinafter referred to as “negative electrode mixture”) are collected. It is produced by forming on an electric body. For ease of production, a slurry is prepared with the negative electrode mixture and a solvent, and after the obtained slurry is applied on a current collector, the solvent, the kitten of the formula (1), and the diol of the formula (2) A method of producing a negative electrode by removing the is preferable.

スラリー中の前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの濃度は、電極活物質の凝集を抑制し、電池特性に悪影響を与えない範囲であれば特に限定されるものではないが、電極活物質重量部100に対して0.01以上10以下の範囲であればよく、より効果的に前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの機能を発揮させるためには0.05以上5以下の範囲であることが好ましい。   The concentration of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) in the slurry is not particularly limited as long as the aggregation of the electrode active material is suppressed and the battery characteristics are not adversely affected. In order to exhibit the function of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) more effectively, it may be in the range of 0.01 to 10 with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. A range of 0.05 to 5 is preferable.

前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールが常温常圧で気体である場合、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの水和物を用いてもよい。水和物とは水分子を含む物質である。水和物を用いることによって前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの加入を簡潔に行うことが可能となる場合がある。
本発明の負極に用いることのできる集電体は、0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で安定な金属、例えば、銅、SUS、ニッケル、チタン、アルミニウム及びそれらの合金が好ましく、安定性が高いことからアルミニウム及び銅であることが特に好ましい。アルミニウムは、正極及び負極の電極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
When the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) are gases at normal temperature and pressure, a hydrate of the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) may be used. Hydrates are substances that contain water molecules. By using a hydrate, it may be possible to simply add the kitten of formula (1) and the diol of formula (2).
The current collector that can be used for the negative electrode of the present invention is a metal that is stable at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, such as copper, SUS, nickel. Titanium, aluminum and alloys thereof are preferred, and aluminum and copper are particularly preferred because of their high stability. Aluminum is not particularly limited because it is stable in the electrode reaction atmosphere of the positive electrode and the negative electrode, but is preferably high-purity aluminum represented by JIS standards 1030, 1050, 1085, 1N90, 1N99 and the like.

集電体の表面粗度Raは、0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましい。0.05μm未満であると、負極との接着性が低下する場合があり、0.5μmより大きいと、負極を均一に作製することが困難となる場合がある。なお、表面粗度Raは、光波干渉式表面粗さ測定器などを用いて測定できる。
集電体の電気抵抗は、5μΩ・cm以下であることが好ましい。5μΩ・cmより高い場合は、電池の性能が低下する恐れがある。電気抵抗は、四端子法で測定することができる。
The surface roughness Ra of the current collector is preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. If it is less than 0.05 μm, the adhesion to the negative electrode may be lowered, and if it is larger than 0.5 μm, it may be difficult to produce the negative electrode uniformly. The surface roughness Ra can be measured using a light wave interference type surface roughness measuring instrument or the like.
The electrical resistance of the current collector is preferably 5 μΩ · cm or less. If it is higher than 5 μΩ · cm, the battery performance may be reduced. Electrical resistance can be measured by the four probe method.

集電体の厚みは、特に限定されないが、10μm以上100μm以下であることが好ましい。10μm未満では作製の観点から取り扱いが困難となり、100μmより厚い場合は経済的観点から不利になる。
なお、集電体は、アルミニウム以外の金属材料(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面にアルミニウムを被覆したものも用いることもできる。
The thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If it is less than 10 μm, handling is difficult from the viewpoint of production, and if it is thicker than 100 μm, it is disadvantageous from an economic viewpoint.
The current collector may be a metal material other than aluminum (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof) coated with aluminum.

スラリーの作製器具は、特に限定されないが、負極合剤(負極活物質、導電助材、バインダー、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオール)、及び溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、自転公転ミキサー、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製手順は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオール、及びバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、負極活物質、導電助材、バインダー、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオール、及び溶媒を一緒に混合して作製してもよい。   Although the preparation apparatus of a slurry is not specifically limited, Since negative mix (a negative electrode active material, a conductive support material, a binder, the kitten of said Formula (1), and the diol of said Formula (2)), and a solvent can be mixed uniformly. It is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, a rotating / revolving mixer, or a thin film swirling mixer. Although the preparation procedure of the slurry is not particularly limited, it may be prepared by adding a solvent after mixing the negative electrode active material, the conductive additive, the kitten of formula (1) and the diol of formula (2), and the binder. Alternatively, the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, the kitten of the formula (1), the diol of the formula (2), and the solvent may be mixed together.

スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合、スラリーの粘度が低すぎる傾向があり、一方、80wt%より高い場合は、スラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の作製が困難となる場合がある。
スラリーに用いる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに増粘剤を加えてもよい。
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low, whereas if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, which may make it difficult to produce an electrode described later.
The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a thickener to these.

集電体上への負極の形成方法は、特に限定されないが、例えば前記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に、溶剤、及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを除去する形成方法、あるいは前記スラリーをスプレーにより塗布した後に溶剤、及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを除去する形成方法が好ましい。   The method for forming the negative electrode on the current collector is not particularly limited. For example, after applying the slurry with a doctor blade, a die coater, a comma coater, or the like, the solvent, the chiton of the formula (1), and the formula (2) A forming method for removing the diol or a forming method for removing the solvent, the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) after applying the slurry by spraying is preferable.

溶媒、及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。雰囲気としては室温、あるいは高温とした空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。また、低温で一次乾燥を実施することで溶媒を除去した後に、より高温で二次乾燥を実施し前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールを除去しても良い。また、負極作製後、ロールプレス機などを用いて負極を圧縮させてもよい。前記電極の圧縮は、前述の正極を作製する前でも、後でもよい。   The method for removing the solvent, the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2) is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere include room temperature or high temperature air, an inert gas, and a vacuum state. Alternatively, after removing the solvent by performing primary drying at a low temperature, secondary drying may be performed at a higher temperature to remove the kitten of formula (1) and the diol of formula (2). Moreover, you may compress a negative electrode using a roll press machine etc. after negative electrode preparation. The electrode may be compressed before or after the positive electrode is manufactured.

負極の乾燥時に加熱する場合の加熱温度は60℃以上、300℃以下で行うのが好ましく、80℃以上、200度以下で行うのがより好ましい。60℃以下では溶媒、及び前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールの除去に時間がかかり、300℃以上では電極材料が分解する可能性がある。
乾燥後の負極の厚みは、片面10μm以上200μm以下であることが好ましい。10μm以下では、所望の容量を得ることが難しい場合があり、200μmより厚い場合は、所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。
The heating temperature when heating the negative electrode is preferably 60 ° C. or more and 300 ° C. or less, and more preferably 80 ° C. or more and 200 ° C. or less. When the temperature is 60 ° C. or lower, it takes time to remove the solvent, the kitten of the formula (1) and the diol of the formula (2), and when the temperature is 300 ° C. or higher, the electrode material may decompose.
The thickness of the negative electrode after drying is preferably 10 μm or more and 200 μm or less on one side. If it is 10 μm or less, it may be difficult to obtain a desired capacity, and if it is thicker than 200 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.

乾燥後の負極(集電体を除く)の密度は、0.8g/cm以上4.0g/cm以下であることが好ましい。0.8g/cm未満であれば、負極活物質と、導電助材との接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。4.0g/cmより大きい場合は、後述の電解液が負極内に浸透しにくくなり、リチウムイオンの伝導性が低下する場合がある。 The density of the negative electrode (excluding the current collector) after drying is preferably 0.8 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. If it is less than 0.8 g / cm 3 , the contact between the negative electrode active material and the conductive additive becomes insufficient, and the electronic conductivity may decrease. When it is larger than 4.0 g / cm 3 , an electrolyte solution described later hardly penetrates into the negative electrode, and the lithium ion conductivity may be lowered.

負極は、所望の厚み、密度まで圧縮してもよい。圧縮方法は、特に限定されないが、例えば、ロールプレス、油圧プレス等を用いておこなうことができる。負極の圧縮は、後述の正極を作製する前でも、後でもよい。
本発明において、負極の面積1cmあたりの電気容量は、0.5mAh以上5.0mAh以下であることが好ましい。0.5mAh未満である場合は所望する容量に対する電池の容積が大きくなる場合があり、一方、5.0mAhより多い場合は所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。負極の面積1cmあたりの電気容量の算出方法は、負極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製した後に、充放電特性を測定することによって算出できる。負極の面積1cmあたりの電気容量の制御方法は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに作製する負極の重量で制御する方法、例えば、前述の負極塗工時の塗工厚みで制御することができる。
The negative electrode may be compressed to a desired thickness and density. The compression method is not particularly limited, and can be performed using, for example, a roll press, a hydraulic press, or the like. The negative electrode may be compressed before or after the positive electrode described later is manufactured.
In the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 area of the negative electrode is preferably 0.5 mAh or more and 5.0 mAh or less. If it is less than 0.5 mAh, the battery capacity may increase with respect to the desired capacity, while if it exceeds 5.0 mAh, it may be difficult to obtain the desired output density. The method for calculating the electric capacity per 1 cm 2 of the area of the negative electrode can be calculated by measuring the charge / discharge characteristics after preparing the negative electrode and then preparing a half-cell using lithium metal as a counter electrode. The method of controlling the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode area is not particularly limited, but is controlled by the weight of the negative electrode produced per unit area of the current collector, for example, controlled by the coating thickness at the time of the negative electrode coating described above. can do.

<2.正極>
本発明の非水電解質二次電池の正極に含まれる正極電極活物質は、特に限定されないが、リチウム遷移金属化合物であればよく、リチウムコバルト化合物、リチウムニッケル化合物、リチウムマンガン化合物、リチウム鉄化合物などが例示される。また、遷移金属は1種類に限定されず、2種類以上であってもよい。例えば、リチウムコバルトニッケルマンガン化合物、リチウムニッケルマンガン化合物などが例示される。また、リチウム遷移金属化合物の安定性を向上する効果が高いことから、例えばアルミニウム、マグネシウム、チタンなどの元素が微量含まれていてもよい。
<2. Positive electrode>
The positive electrode active material contained in the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a lithium transition metal compound, such as a lithium cobalt compound, a lithium nickel compound, a lithium manganese compound, and a lithium iron compound. Is exemplified. Moreover, a transition metal is not limited to one type, Two or more types may be sufficient. For example, a lithium cobalt nickel manganese compound, a lithium nickel manganese compound, etc. are illustrated. Moreover, since the effect which improves the stability of a lithium transition metal compound is high, elements, such as aluminum, magnesium, titanium, may be contained in trace amounts, for example.

正極電極活物質の表面は、導電性向上、あるいは安定性向上のため、炭素材料、金属酸化物、あるいは高分子等で覆われてもよい。
正極には導電助材を含有させてもよい。導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料が好ましい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら炭素材料は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
The surface of the positive electrode active material may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like in order to improve conductivity or stability.
The positive electrode may contain a conductive additive. Although it does not specifically limit as a conductive support material, A carbon material is preferable. Examples thereof include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.

正極に含まれる導電助材の量は、正極電極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、正極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
正極にはバインダーを含有させてよい。バインダーは、特に限定されないが、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、ポリイミド、アクリル系樹脂及びそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。バインダーは正極の製造しやすさから、非水溶媒又は水に溶解又は分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The amount of the conductive additive contained in the positive electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a positive electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained, and adhesiveness with a collector can fully be obtained.
The positive electrode may contain a binder. The binder is not particularly limited, and for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, acrylic resin, and derivatives thereof is used. be able to. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the positive electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a dispersing agent and a thickener to these.

正極に含まれるバインダーの量は、正極電極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、正極電極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
正極の製造方法としては、正極電極活物質、導電助材、及びバインダーの混合物を集電体上に塗工することによって製造する方法が挙げられるが、製造方法の容易さから、前記混合物及び溶媒でスラリーを製造し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒を除去することによって正極を製造する方法が好ましい。
The amount of the binder contained in the positive electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a positive electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
Examples of the method for producing the positive electrode include a method for producing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder by coating a current collector on the current collector. A method of producing a positive electrode by producing a slurry and coating the obtained slurry on a current collector and then removing the solvent is preferred.

正極に用いる集電体は、アルミニウム及びその合金であることが好ましい。前記アルミニウムは、正極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
なお、集電体は、アルミニウム以外の金属(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面にアルミニウムを被覆したものも用いることもできる。
The current collector used for the positive electrode is preferably aluminum or an alloy thereof. The aluminum is not particularly limited because it is stable in a positive electrode reaction atmosphere, but is preferably high-purity aluminum represented by JIS standards 1030, 1050, 1085, 1N90, 1N99 and the like.
Note that the current collector may be a metal whose surface is covered with aluminum other than aluminum (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof).

<3.セパレータ>
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータは、前述の正極と負極との間に設置され、電子伝導性がなくかつリチウムイオン伝導性を有する物質であればよい。例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリポロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、及びそれらを2種類以上複合したものの織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。
<3. Separator>
The separator used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any substance that is installed between the positive electrode and the negative electrode and has no electronic conductivity and lithium ion conductivity. For example, nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, and a woven fabric, a nonwoven fabric, a microporous membrane, or the like obtained by combining two or more of these may be used. The separator may include various plasticizers, antioxidants, flame retardants, and may be coated with a metal oxide or the like.

セパレータの厚みは、10μm以上100μm以下であることが好ましい。10μm未満の場合、正極と負極との接触する場合があり、100μmより厚い場合は電池の抵抗が高くなる場合がある。経済性、取り扱いの観点から、15μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。
<4.非水電解質>
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、特に限定されないが、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質などを用いることができる。
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is less than 10 μm, the positive electrode and the negative electrode may come into contact with each other. When the thickness is greater than 100 μm, the battery resistance may increase. From the viewpoint of economy and handling, it is more preferably 15 μm or more and 50 μm or less.
<4. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but a polymer is impregnated with an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent, or an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent. A gel electrolyte or the like can be used.

非水溶媒としては、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン及び環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル及び鎖状エーテルなどが例示される。
また、前記に加えアセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いても良い。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、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、γ−ブチルラクトン、1、2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は1種類で用いてもよいし、2種類以上混合しても用いてもよいが、後述の溶質を溶解させやすさ、リチウムイオンの伝導性の高さから、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。また、高分子に電解液をしみこませたゲル状電解質も用いることができる。
The non-aqueous solvent preferably includes a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones and cyclic ethers. Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonates, chain carboxylic acid esters and chain ethers.
In addition to the above, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, propion For example, methyl acid can be used. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, in view of the ease of dissolving the solute described below and the high conductivity of lithium ions, a mixture of two or more of these solvents. Is preferably used. A gel electrolyte in which an electrolyte is impregnated in a polymer can also be used.

溶質は、特に限定されないが、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCFSO、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、LiN(SOCFなどは溶媒に溶解しやすいことから好ましい。電解液に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることが好ましい。0.5mol/L未満では所望のリチウムイオン伝導性が発現しない場合があり、一方、2.0mol/Lより高いと、溶質がそれ以上溶解しない場合がある。非水電解質には、難燃剤、安定化剤などの添加剤が微量含まれてもよい。 The solute is not particularly limited. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), LiN (SO 2 CF 3 ) 2, etc. are dissolved in the solvent. It is preferable because it is easy to do. The concentration of the solute contained in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If it is less than 0.5 mol / L, the desired lithium ion conductivity may not be expressed. On the other hand, if it is higher than 2.0 mol / L, the solute may not be dissolved any more. The non-aqueous electrolyte may contain a trace amount of additives such as a flame retardant and a stabilizer.

<5.非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池の正極及び負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、一方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよい。
本発明の非水電解質二次電池は、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回したものであってもよいし、積層したものであってもよい。正極、負極、及びセパレータには、リチウムイオン伝導を担う非水電解質が含まれている。
<5. Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode and the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be in the form in which the same electrode is formed on both sides of the current collector, and the positive electrode is formed on one side of the current collector and the negative electrode is formed on one side. Alternatively, it may be a bipolar electrode.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be one obtained by winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode, the negative electrode, and the separator contain a nonaqueous electrolyte that is responsible for lithium ion conduction.

本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質の量は、特に限定されないが、電池容量1Ahあたり、0.1mL以上であることが好ましい。0.1mL未満の場合、電極反応に伴うリチウムイオンの伝導が追いつかず、所望の電池性能が発現しない場合がある。
非水電解質は、あらかじめ正極、負極及びセパレータに含ませてもよいし、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回、あるいは積層した後に添加してもよい。
The amount of the nonaqueous electrolyte used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 mL or more per 1 Ah of battery capacity. If it is less than 0.1 mL, the conduction of lithium ions accompanying the electrode reaction may not catch up, and the desired battery performance may not be exhibited.
The nonaqueous electrolyte may be added to the positive electrode, the negative electrode, and the separator in advance, or may be added after winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side.

本発明の非水電解質二次電池は、前記積層体を倦回、あるいは複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、シート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガスを放出するための機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、所望の電圧値、電池容量を発現するまで積層させることができる。
本発明の非水電解質二次電池は、複数接続することによって組電池とすることができる。本発明の組電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって適宜直列、並列に接続することによって製造することができる。また、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、前記組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be wound or laminated with a laminate film after the laminate is wound, or may be rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped. It may be packaged with a metal can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing the generated gas. The number of stacked layers can be stacked until a desired voltage value and battery capacity are exhibited.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be formed into an assembled battery by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. The assembled battery of this invention can be manufactured by connecting in series and parallel suitably according to desired magnitude | size, a capacity | capacitance, and a voltage. Moreover, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to confirm the state of charge of each battery and improve safety.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。
1.負極活物質の合成
1−1.チタン酸リチウムの合成
負極活物質のLi4Ti512を、文献("Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1/3Ti5/3] O4 for Rechargeable Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995))に記載されている方法で作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
1. 1. Synthesis of negative electrode active material 1-1. Synthesis of Lithium Titanate Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material was obtained from the literature ("Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1 / 3Ti5 / 3] O4 for Rechargeable Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995)).

すなわち、まず二酸化チタンと水酸化リチウムを、チタンとリチウムとのモル比を5:4となるように混合し、次にこの混合物を窒素雰囲気下800℃で12時間加熱することによって実施例1に用いる負極活物質を作製した。
1−2.ブロンズ型二酸化チタン(TiO(B))の合成
負極活物質のTiO(B)は、文献(”Improvement of the Reversible Capacity of TiO2(B) High Potential Negative Electrode”J. Electrochem. Soc. 159(1), A49-A54 (2012))に記載されている方法で作製した。
That is, first, titanium dioxide and lithium hydroxide were mixed so that the molar ratio of titanium and lithium was 5: 4, and then this mixture was heated at 800 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere to obtain Example 1. A negative electrode active material to be used was prepared.
1-2. Bronze-type titanium dioxide (TiO 2 (B)) of the synthesis the anode active material of TiO. 2 (B), literature ( "Improvement of the Reversible Capacity of TiO2 (B) High Potential Negative Electrode" J. Electrochem. Soc. 159 ( 1), A49-A54 (2012)).

すなわち、まず二酸化チタンと炭酸カリウムとのモル比を4:1となるように混合し、次にこの混合物を大気中で1000℃で24時間加熱を二度実施することによってKTiを得た。このKTiを1.0Mの塩酸水溶液で処理した後に得られたHTiを500℃で0.5時間加熱することによって実施例5に用いる負極活物質を作製した。 That is, first, the molar ratio of titanium dioxide and potassium carbonate is mixed so as to be 4: 1, and then this mixture is heated twice at 1000 ° C. for 24 hours in the atmosphere to thereby obtain K 2 Ti 4 O 9. Got. The negative electrode active material used in Example 5 was prepared by heating H 2 Ti 4 O 9 obtained after treating K 2 Ti 4 O 9 with a 1.0 M aqueous hydrochloric acid solution at 500 ° C. for 0.5 hour. .

1−3.チタン酸化合物HTi1225の合成
負極活物質のチタン酸化合物HTi1225は、文献(J. Akimoto et al.: Journal of The Electrochemical Society, 158, A546-A549 (2011))に記載されている方法で作製した。
すなわち、まず二酸化チタンと炭酸ナトリウムとのモル比を3:1となるように混合し、次にこの混合物を大気中で800℃で20時間加熱を二度実施することによってNaTiを得た。このNaTiを0.5Mの塩酸水溶液で処理した後に得られたHTiを260℃で5時間加熱することによって実施例9に用いる負極活物質を作製した。
1-3. Titanic acid compound H 2 Ti 12 O 25 Synthesis anode active material of the titanic acid compound H 2 Ti 12 O 25, the document (J. Akimoto et al .: Journal of The Electrochemical Society, 158, A546-A549 (2011)) It was produced by the method described in 1.
That is, first, the molar ratio of titanium dioxide and sodium carbonate was mixed to be 3: 1, and then this mixture was heated twice at 800 ° C. for 20 hours in the atmosphere to thereby Na 2 Ti 3 O 7. Got. The negative electrode active material used in Example 9 was prepared by heating H 2 Ti 3 O 7 obtained after treating Na 2 Ti 3 O 7 with a 0.5 M aqueous hydrochloric acid solution at 260 ° C. for 5 hours.

2.負極活物質に加える前記式(1)及び前記式(2)で示されるキトン及びジオールとして、(CF32C=Oと(CF3CF22C=Oの水和物を用意した。下記実施例における(CF32C=O及び(CF3CF22C=Oの重量部とは水和物としての重量部ではなく、前記式(1)及び前記式(2)で示されるキトン及びジオールそのものの重量部を示す。また比較例のためにペルフルオロオクタンスルホン酸を用意した。ペルフルオロオクタンスルホン酸とは、界面活性剤の一種であり完全フッ素化された直鎖アルキル基を有するスルホン酸の一種である。 2. Hydrates of (CF 3 ) 2 C═O and (CF 3 CF 2 ) 2 C═O were prepared as the chitone and diol represented by the formula (1) and the formula (2) to be added to the negative electrode active material. . The weight parts of (CF 3 ) 2 C═O and (CF 3 CF 2 ) 2 C═O in the following examples are not parts by weight as hydrates, but are represented by the above formula (1) and the above formula (2). The parts by weight of the kitten and diol shown are shown. Moreover, perfluorooctane sulfonic acid was prepared for the comparative example. Perfluorooctane sulfonic acid is a type of surfactant and a type of sulfonic acid having a fully fluorinated linear alkyl group.

キトン(CF32C=Oの沸点は常圧で約−28℃であり、キトン(CF3CF22C=Oの沸点は常圧で約48℃である。一方でペルフルオロオクタンスルホン酸の沸点は6torrで約133℃であるように、キトン(CF32C=Oや、キトン(CF3CF22C=Oの沸点よりも高い。
3.正極の作製(実施例、比較例共通)
正極電極活物質としてLi1.1Al0.1Mn1.8は、文献("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume9, Issue12, Pages A557 (2006))に記載されている方法で作製した。
The boiling point of kitten (CF 3 ) 2 C═O is about −28 ° C. at normal pressure, and the boiling point of kitten (CF 3 CF 2 ) 2 C═O is about 48 ° C. at normal pressure. On the other hand, the boiling point of perfluorooctane sulfonic acid is higher than that of chiton (CF 3 ) 2 C═O and chiton (CF 3 CF 2 ) 2 C═O, so that the boiling point of perfluorooctane sulfonic acid is about 133 ° C. at 6 torr.
3. Fabrication of positive electrode (common to Examples and Comparative Examples)
Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 as a positive electrode active material is described in the literature (“Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries” Electrochemical and Solid-State Letters Volume 9, Issue 12, Pages A557 (2006)).

すなわち、二酸化マンガン、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、及びホウ酸の水分散液を調製し、スプレードライ法で混合粉末を作製した。このとき、二酸化マンガン、炭酸リチウム及び水酸化アルミニウムの量は、リチウム、アルミニウム及びマンガンのモル比が1.1:0.1:1.8となるように調製した。次に、この混合粉末を空気雰囲気下900℃で12時間加熱した後、再度650℃で24時間加熱した。最後に、この粉末を95℃の水で洗浄後、乾燥させることによって正極電極活物質を作製した。   That is, an aqueous dispersion of manganese dioxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide, and boric acid was prepared, and a mixed powder was prepared by a spray drying method. At this time, the amounts of manganese dioxide, lithium carbonate and aluminum hydroxide were adjusted so that the molar ratio of lithium, aluminum and manganese was 1.1: 0.1: 1.8. Next, the mixed powder was heated at 900 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then again heated at 650 ° C. for 24 hours. Finally, the powder was washed with water at 95 ° C. and dried to prepare a positive electrode active material.

この正極電極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を6.8重量部容器に加え、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで10分撹拌後、2200rpmで1分間の脱泡を実施することによりスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、150℃で真空乾燥することによって正極(面積50cm)を作製した。 100 parts by weight of the positive electrode active material, 6.8 parts by weight of conductive additive (acetylene black), and 6.8 parts by weight of binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution) are added to the container. The slurry was prepared by stirring for 10 minutes at 2000 rpm and performing defoaming for 1 minute at 2200 rpm. The slurry was applied to an aluminum foil (20 μm) and then vacuum-dried at 150 ° C. to produce a positive electrode (area 50 cm 2 ).

正極の容量は次の充放電試験で測定した。
アルミニウム箔の片面に塗工した電極を16mmΦに打ち抜き動作極、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=30/70vol%、LiPF 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.4mAで定電流充電(終止電圧:4.5V)及び定電流放電(終止電圧:3.5V)を5回繰り返し、5回目の結果を正極の容量とした。その結果、正極の容量は、93mAh/g,単位面積当たりの容量は1.3mAh/cmであった。
The capacity of the positive electrode was measured by the following charge / discharge test.
The electrode coated on one side of the aluminum foil was punched to 16 mmΦ, and the Li metal was punched to 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, the working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal were laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 30/70 vol). %, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half cell. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). The half-cell was subjected to constant current charging (end voltage: 4.5 V) and constant current discharge (end voltage: 3.5 V) at 25 ° C. and 0.4 mA five times, and the fifth result was taken as the positive electrode capacity. As a result, the capacity of the positive electrode was 93 mAh / g, and the capacity per unit area was 1.3 mAh / cm 2 .

4.非水電解質二次電池の製造(実施例1〜9、比較例1〜4)
以上のとおり合成した3種類のチタン酸化物と、負極活物質に加える化合物との組み合わせを特定して負極を作製し、9つの実施例、4つの比較例に係る非水電解質二次電池を製造した。
<実施例1>
前記方法で合成したチタン酸リチウムLiTi12(5g)を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、(CF32C=Oを0.5重量部及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を固形分換算で6.8重量部混合した負極合剤を作製した。
4). Production of non-aqueous electrolyte secondary batteries (Examples 1 to 9, Comparative Examples 1 to 4)
A negative electrode is manufactured by specifying a combination of the three types of titanium oxides synthesized as described above and a compound added to the negative electrode active material, and non-aqueous electrolyte secondary batteries according to nine examples and four comparative examples are manufactured. did.
<Example 1>
100 parts by weight of lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 (5 g) synthesized by the above method, 6.8 parts by weight of conductive additive (acetylene black), and 0.5 parts by weight of (CF 3 ) 2 C═O A negative electrode mixture was prepared by mixing 6.8 parts by weight of a binder (solid content concentration: 12 wt%, NMP solution) in terms of solid content.

この負極合剤を容器に入れ、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで10分撹拌後、2200rpmで1分間の脱泡を実施することによりスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(厚さ20μm)に塗工した後に、120℃で1時間真空乾燥し、その後更に170℃で12時間真空乾燥することによって負極(面積50cm)を作製した。作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった(電極の乾燥時に除去されたと思われる)。 This negative electrode mixture was put into a container, stirred for 10 minutes at 2000 rpm using a rotation and revolution mixer, and then defoamed at 2200 rpm for 1 minute to prepare a slurry. The slurry was applied to an aluminum foil (thickness: 20 μm), vacuum-dried at 120 ° C. for 1 hour, and then further vacuum-dried at 170 ° C. for 12 hours to prepare a negative electrode (area 50 cm 2 ). As a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed (it seems to have been removed when the electrode was dried).

なお負極の容量は次の充放電試験で測定した。
前記負極を16mmΦに打ち抜き動作極とし、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=30/70vol%、LiPF 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量を測定したところ166mAh/g、単位面積当たり容量は1.1mAh/cmであった。
The capacity of the negative electrode was measured by the following charge / discharge test.
The negative electrode was punched to 16 mmΦ and used as a working electrode, and Li metal was punched to 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, the working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal were laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 30/70 vol). %, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half cell. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). The half battery was measured for charge capacity after repeating constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA five times to find 166 mAh / g. The capacity per unit area was 1.1 mAh / cm 2 .

非水電解質二次電池は次のように製造した。
アルミニウム箔の片面に正極、負極をそれぞれ塗工した電極を用いた。セパレータは、セルロース不職布(25μm、55cm)を用いた。最初に、前記作製した正極(片面塗工)、実施例1の負極(片面塗工)、及びセパレータを、正極(片面塗工)/セパレータ/負極(片面塗工)の順に積層した。次に、両端の正極及び負極にアルミニウムタブ(引き出し電極となる)を振動溶着させた後に、袋状のアルミラミネートシートに入れた。
The nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured as follows.
The electrode which coated the positive electrode and the negative electrode on one side of the aluminum foil was used. Cellulose unwoven cloth (25 μm, 55 cm 2 ) was used as the separator. First, the produced positive electrode (single-sided coating), the negative electrode of Example 1 (single-sided coating), and a separator were laminated in the order of positive electrode (single-sided coating) / separator / negative electrode (single-sided coating). Next, aluminum tabs (to be lead electrodes) were vibration welded to the positive and negative electrodes at both ends, and then put into a bag-like aluminum laminate sheet.

前記アルミラミネートシートに、非水電解液(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=30/70vol%、LiPF 1mol/L)を2mL入れた後に、減圧しながら封止することによって、非水電解質二次電池を作製した。
前記非水電解質二次電池を充放電装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続し、25℃、50mA定電流充電、50mA定電流放電を10回繰り返した。このときの充電終止電圧及び放電終止電圧は、それぞれ2.7V及び2Vとした時の1回目の放電容量は164mAh/gであり、1回目に対する10回目の放電容量は97%であった。
After 2 mL of non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 30/70 vol%, LiPF 6 1 mol / L) was added to the aluminum laminate sheet, the non-aqueous electrolyte secondary battery was sealed by sealing under reduced pressure. Produced.
The nonaqueous electrolyte secondary battery was connected to a charging / discharging device (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko), and 25 ° C., 50 mA constant current charging, and 50 mA constant current discharging were repeated 10 times. When the charge end voltage and the discharge end voltage were 2.7 V and 2 V, respectively, the first discharge capacity was 164 mAh / g, and the tenth discharge capacity with respect to the first time was 97%.

<実施例2>
(CF32C=Oを5.0重量部使用した以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は166mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Example 2>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half-cell were produced in the same manner as in Example 1 except that 5.0 parts by weight of (CF 3 ) 2 C═O was used. This half-cell was charged at 166 mAh / g after repeating constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA five times. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例3>
(CF32C=Oを0.1重量部使用した以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は163mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Example 3>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.1 part by weight of (CF 3 ) 2 C═O was used. This half-cell was charged with a constant capacity of 163 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例4>
(CF32C=Oにかわり(CF3CF22C=Oを使用した以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は161mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Example 4>
(CF 3) changes to 2 C = O (CF 3 CF 2) Except for using 2 C = O to produce a negative electrode, and a half-cell for a non-aqueous electrolyte secondary battery in the same manner as in Example 1. The half battery was charged with a constant current of 161 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例5>
前記方法で合成したブロンズ型二酸化チタン(TiO(B))(3g)を100重量部、導電助材(ケッチェンブラック)を6.8重量部、(CF32C=Oを0.5重量部、バインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を固形分6.8重量部、及びNMPを25重量部容器に加え、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで10分撹拌後、2200rpmで1分間の脱泡を実施することによりスラリーを作製した。このスラリーを銅箔(20μm)に塗工した後に、120℃で1時間真空乾燥し、その後更に170℃で12時間真空乾燥することによって負極(面積50cm)を作製した。
<Example 5>
100 parts by weight of bronze-type titanium dioxide (TiO 2 (B)) (3 g) synthesized by the above method, 6.8 parts by weight of a conductive additive (Ketjen Black), and (CF 3 ) 2 C═O of 0. 5 parts by weight, binder (solid content 12 wt%, NMP solution) 6.8 parts by weight solids and NMP 25 parts by weight are added to a container and stirred for 10 minutes at 2000 rpm using a rotating and rotating mixer, then 1 at 2200 rpm. Slurries were made by performing defoaming for minutes. After coating this slurry on copper foil (20 μm), it was vacuum dried at 120 ° C. for 1 hour, and then further vacuum dried at 170 ° C. for 12 hours to produce a negative electrode (area 50 cm 2 ).

作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。また、実施例1と同様にして半電池を作製し、25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は236mAh/gであった。
<実施例6>
(CF32C=Oを5.0重量部使用した以外は実施例5と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は231mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
As a result of surface analysis of the prepared negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed. Further, a half cell was prepared in the same manner as in Example 1, and constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) were repeated 5 times at 25 ° C. and 0.5 mA. The later charge capacity was 236 mAh / g.
<Example 6>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half battery were produced in the same manner as in Example 5 except that 5.0 parts by weight of (CF 3 ) 2 C═O was used. This half-cell was charged with a constant capacity of 231 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例7>
(CF32C=Oを0.1重量部使用した以外は実施例5と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は228mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Example 7>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half-cell were produced in the same manner as in Example 5 except that 0.1 part by weight of (CF 3 ) 2 C═O was used. The half battery was charged with a constant current of 228 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例8>
(CF32C=Oにかわり(CF3CF22C=Oを使用した以外は実施例5と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は225mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Example 8>
(CF 3) changes to 2 C = O (CF 3 CF 2) Except for using 2 C = O to produce a negative electrode, and a half-cell for a non-aqueous electrolyte secondary battery in the same manner as in Example 5. The half battery was charged with a constant charge of 225 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<実施例9>
前記方法で合成したチタン酸化合物HTi1225(3g)を100重量部、導電助材(ケッチェンブラック)を6.8重量部、(CF32C=Oを0.5重量部、バインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を固形分6.8重量部及びNMPを15重量部容器に加え、自転公転ミキサーを用いて2000rpmで10分撹拌後、2200rpmで1分間の脱泡を実施することによりスラリーを作製した。このスラリーを銅箔(20μm)に塗工した後に、120℃で1時間真空乾燥し、その後更に170℃で12時間真空乾燥することによって負極(50cm)を作製した。
<Example 9>
100 parts by weight of titanic acid compound H 2 Ti 12 O 25 (3 g) synthesized by the above method, 6.8 parts by weight of conductive auxiliary material (Ketjen black), 0.5 weight of (CF 3 ) 2 C═O 6.8 parts by weight of binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution) and 15 parts by weight of NMP were added to a container, stirred for 10 minutes at 2000 rpm using a rotating and rotating mixer, and then removed for 1 minute at 2200 rpm. A slurry was made by carrying out foaming. This slurry was applied to a copper foil (20 μm), and then vacuum dried at 120 ° C. for 1 hour, and then further vacuum dried at 170 ° C. for 12 hours to prepare a negative electrode (50 cm 2 ).

作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。また、実施例1と同様にして半電池を作製し、25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は211mAh/gであった。
<比較例1>
(CF32C=Oを添加しないこと以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は151mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
As a result of surface analysis of the prepared negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed. Further, a half cell was prepared in the same manner as in Example 1, and constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) were repeated 5 times at 25 ° C. and 0.5 mA. The later charge capacity was 211 mAh / g.
<Comparative Example 1>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half battery were produced in the same manner as in Example 1 except that (CF 3 ) 2 C═O was not added. This half-cell was charged with a constant current of 151 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<比較例2>
(CF32C=Oを添加しない以外は実施例5と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は196mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Comparative example 2>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half cell were produced in the same manner as in Example 5 except that (CF 3 ) 2 C═O was not added. This half-cell was charged at a constant capacity of 196 mAh / g after 5 times of constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<比較例3>
(CF32C=Oを添加しない以外は実施例9と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は178mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素は確認できなかった。
<Comparative Example 3>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half battery were produced in the same manner as in Example 9 except that (CF 3 ) 2 C═O was not added. The half-cell was charged with 178 mAh / g after repeating 5 times constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA. . Further, as a result of surface analysis of the produced negative electrode by ESCA, fluorine could not be confirmed.

<比較例4>
(CF32C=Oにかわりペルフルオロオクタンスルホン酸を使用した以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池用負極、及び半電池を作製した。この半電池を25℃、0.5mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:3.0V)を5回繰り返した後の充電容量は155mAh/gであった。また、作製した負極をESCAにて表面分析した結果フッ素とチタンの元素濃度は1:3.3であった。
実施例1〜9と比較例1〜4の定電流充放電を5回繰り返した後の充電容量を表1にまとめる。このとき、放電時の終止電圧は1.0V、充電時の終止電圧は3.0Vとした。
<Comparative Example 4>
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a half battery were produced in the same manner as in Example 1 except that perfluorooctanesulfonic acid was used instead of (CF 3 ) 2 C═O. The half-cell was charged with a constant capacity of 155 mAh / g after repeating constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 3.0 V) at 25 ° C. and 0.5 mA five times. . As a result of analyzing the surface of the prepared negative electrode by ESCA, the elemental concentration of fluorine and titanium was 1: 3.3.
Table 1 summarizes the charge capacities after repeating the constant current charge / discharge of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 five times. At this time, the final voltage during discharging was 1.0 V, and the final voltage during charging was 3.0 V.

Figure 2015022847
Figure 2015022847

実施例、比較例で、定電流充放電を5回繰り返した後の充電容量が、LiTi12をを負極活物質に用いた場合、160mAh/g以上であるならば高容量が発現していると判断した。TiO(B)を負極活物質に用いた場合、220mAh/g以上であるならば高容量が発現していると判断した。HTi1225を負極活物質に用いた場合、200mAh/g以上であるならば高容量が発現していると判断した。 In Examples and Comparative Examples, if the charge capacity after repeating constant current charge / discharge five times is 160 mAh / g or more when Li 4 Ti 5 O 12 is used as the negative electrode active material, a high capacity is exhibited. It was judged that When TiO 2 (B) was used as the negative electrode active material, it was judged that a high capacity was developed if it was 220 mAh / g or more. When H 2 Ti 12 O 25 was used as the negative electrode active material, it was judged that a high capacity was developed if it was 200 mAh / g or more.

表1から明らかなとおり、本発明の実施例1〜9の電極は高容量を発現しており、比較例1〜3、及び比較例4の電極は高容量を発現していない。これは実施例1〜9では、作製したスラリーをアルミニウム箔に塗工した際に、前記式(1)のキトン及び前記式(2)のジオールが電極活物質の凝集を抑制したことに起因すると考えられる。
また、比較例4のように沸点が高く、除去不可な界面活性剤を用いた場合は、実施例1のように高容量を発現しない。これは該界面活性剤が残存し、残存した界面活性剤が分解すること、および分解物が負極表面に堆積することによって抵抗成分が増加することの二点により容量が減少したことに起因すると考えられる。
As is clear from Table 1, the electrodes of Examples 1 to 9 of the present invention express high capacity, and the electrodes of Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Example 4 do not express high capacity. This is because in Examples 1 to 9, when the produced slurry was applied to an aluminum foil, the chiton of the formula (1) and the diol of the formula (2) suppressed aggregation of the electrode active material. Conceivable.
In addition, when a surfactant having a high boiling point and cannot be removed is used as in Comparative Example 4, high capacity is not exhibited as in Example 1. This is thought to be due to the fact that the surfactant remained, the remaining surfactant was decomposed, and that the resistance component increased due to the decomposition product being deposited on the negative electrode surface, resulting in a decrease in capacity. It is done.

Claims (5)

リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する電極活物質と、下記式(1)で示されるキトン及び下記式(2)で示されるジオールの何れか一方又は両方とを混合してペーストを作製し、
前記ペーストを導電箔上に形成することにより、非水電解質二次電池用負極を製造することを特徴とする、非水電解質二次電池用負極の製造方法。
Figure 2015022847
Figure 2015022847
(前記式(1)及び(2)中のR及びRはそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し、 フッ素原子を少なくとも1つ含有するアルキル基を示し、RとRは互いに同じであっても異なっていても良い)。
An electrode active material in which desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, a chiton represented by the following formula (1), A paste is prepared by mixing any one or both of the diols represented by the following formula (2),
A method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced by forming the paste on a conductive foil.
Figure 2015022847
Figure 2015022847
(R 1 and R 2 in the formulas (1) and (2) are each an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and containing at least one fluorine atom, and R 1 and R 2 are They may be the same or different).
前記電極活物質が、LiTi12、HTi1225及びTiO(B)からなる群から選択される少なくとも1種である、請請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。 The non-aqueous electrolyte secondary according to claim 1, wherein the electrode active material is at least one selected from the group consisting of Li 4 Ti 5 O 12 , H 2 Ti 12 O 25 and TiO 2 (B). A method for producing a negative electrode for a battery. 前記式(1)及び前記式(2)で示されるキトン及びジオール中のR及びRが−CF又は−CFCFである請求項1又は請求項2に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。 3. The nonaqueous electrolyte 2 according to claim 1, wherein R 1 and R 2 in the chiton and diol represented by the formula (1) and the formula (2) are —CF 3 or —CF 2 CF 3. The manufacturing method of the negative electrode for secondary batteries. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法により製造された非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries manufactured by the manufacturing method of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries in any one of Claims 1-3. 請求項4に記載の前記負極、正極、及び前記負極と前記正極との間に介在される非水電解質を用いて製造された非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured using the said negative electrode of Claim 4, a positive electrode, and the nonaqueous electrolyte interposed between the said negative electrode and the said positive electrode.
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