JP2015088437A - Pre-doping method of nonaqueous secondary battery and battery obtained by pre-doping method - Google Patents

Pre-doping method of nonaqueous secondary battery and battery obtained by pre-doping method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pre-doping method of the alkali metal ions of a nonaqueous secondary battery which allows for easy handling of an electrode, without pasting a lithium metal or manufacturing a half-cell, and to provide a nonaqueous secondary battery using this method.SOLUTION: In a pre-doping method of a nonaqueous secondary battery having a positive electrode 1 and a negative electrode 2, an electrode 4 for compensation having an alkali metal ion source arranged not in contact with the positive electrode and negative electrode is arranged so as to be immersed in a pre-dope solution 5 where the alkali metal ions are eluted. A DC power supply 8 is connected between any one of the positive or negative battery electrode and the electrode for compensation, so that the direction of an electric field by the DC power supply is identical to the direction of the electrode plane of the battery electrode.

Description

本発明は非水系二次電池のプリドープ方法及びこのプリドープ方法により得られた電池並びにこれを用いた電気機器に関し、より詳しくは、電池充放電時におけるガス発生を抑制し、アルカリ金属イオンが十分に有しない正極或いは負極にアルカリ金属イオンを補填して電池をプリドープする方法、及びこのプリドープ方法により得られた非水系二次電池並びにこれを用いた電気機器に関する。   The present invention relates to a pre-doping method of a non-aqueous secondary battery, a battery obtained by the pre-doping method, and an electric device using the same, and more specifically, suppresses gas generation during battery charging / discharging, and has sufficient alkali metal ions. The present invention relates to a method for pre-doping a battery by supplementing a positive electrode or a negative electrode with alkali metal ions, a non-aqueous secondary battery obtained by this pre-doping method, and an electric device using the same.

従来、二次電池としては、円筒型電池、角型電池など種々の形状の電池が開発され広く使用されている。そして、比較的小容量の電池には、耐圧性や封口の容易さの点から円筒型が採用され、比較的大容量の電池には、取扱いの容易性から角型が採用されている。   Conventionally, as secondary batteries, batteries of various shapes such as cylindrical batteries and prismatic batteries have been developed and widely used. In addition, a cylindrical type is adopted for a relatively small capacity battery from the viewpoint of pressure resistance and ease of sealing, and a square type is adopted for a relatively large capacity battery for ease of handling.

また二次電池の電極構造に着目すれば、大別して、積層タイプと捲回タイプの2つのタイプが広く使用されている。すなわち、積層タイプの電池は、正極と負極がセパレータを介して交互に積層されてなる電極群が電池ケースに収納されてなる。積層タイプの電池の多くは角型の電池ケースを有している。一方、捲回タイプは、正極と負極がセパレータを挟みつつ渦巻状に巻き取られた状態で電池ケースに収納されてなる。捲回タイプの電池ケースは円筒型のものもあるし、角型のものもある。   If attention is paid to the electrode structure of the secondary battery, two types, a stacked type and a wound type, are widely used. That is, in a stacked type battery, an electrode group in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked via separators is housed in a battery case. Many of the stacked type batteries have a rectangular battery case. On the other hand, the wound type is housed in a battery case in a state where the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween. The wound type battery case may be a cylindrical type or a square type.

非水系二次電池、例えば、リチウム二次電池は、高電圧で高エネルギー密度が得られるため、移動体通信機器、ポータブルゲーム機、及び携帯電子機器などのモバイル機器の主電源として利用されている。更に、近年の環境問題から、車載用電池、又はバックアップ電源用電池として利用が拡大されている。   Non-aqueous secondary batteries, such as lithium secondary batteries, are used as main power sources for mobile devices such as mobile communication devices, portable game machines, and portable electronic devices because high energy density is obtained at high voltage. . Further, due to environmental problems in recent years, the use as an in-vehicle battery or a backup power supply battery has been expanded.

例えば、現行のリチウム二次電池は、一般に正極には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のリチウム含有遷移金属複合酸化物が用いられ、負極には、リチウムの吸蔵および放出が可能なグラファイト、ハードカーボン等が用いられる。また、リチウムイオン電池に使用される電解液は、主として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネートと、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等の鎖状カーボネートとの混合有機溶媒に四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド(LiN(CFSO)、三フッ化メタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)等の電解質塩を溶解させたものが使用されている。
しかし、グラファイトを用いた負極は、理論容量は372mAh/gに過ぎないため、より一層の高容量化が望まれている。
For example, current lithium secondary batteries generally use lithium-containing transition metal composite oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) for the positive electrode. For the negative electrode, graphite, hard carbon or the like capable of inserting and extracting lithium is used. In addition, electrolytes used for lithium ion batteries are mainly cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate (MEC). Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4) ), Lithium bistrifluoromethanesulfonylamide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and other electrolyte salts are used.
However, since the theoretical capacity of the negative electrode using graphite is only 372 mAh / g, a higher capacity is desired.

そこで、珪素(Si)、錫(Sn)などの元素や、これらの窒化物、酸化物、硫化物等は、グラファイトよりも高容量であることが知られていることから、これらの物質を含む各種の合金負極が提案されている。しかし、Si、Snなどの合金系負極は高容量であるが、充放電に伴う体積膨張・収縮が激しいため、十分なサイクル寿命特性が得られなかった。   Therefore, elements such as silicon (Si) and tin (Sn), and nitrides, oxides, sulfides, and the like of these elements are known to have a higher capacity than graphite, and thus include these substances. Various alloy negative electrodes have been proposed. However, although alloy-based negative electrodes such as Si and Sn have a high capacity, sufficient cycle life characteristics cannot be obtained because of volume expansion / contraction associated with charge / discharge.

一方、Siの薄膜化(非特許文献1)、高強度バインダ(非特許文献2)、高強度集電体(非特許文献3)を用いることにより、サイクル寿命特性を改善できるとの報告がある。   On the other hand, it is reported that cycle life characteristics can be improved by using a thin Si film (Non-patent Document 1), a high-strength binder (Non-Patent Document 2), and a high-strength current collector (Non-Patent Document 3). .

特開2009−16285号公報JP 2009-16285 A 特開2003−7355号公報JP 2003-7355 A 特開2001−143769号公報JP 2001-143769 A

J.Electrochem. Soc., 153(2006)A472.J. Electrochem. Soc., 153 (2006) A472. 第52回電池討論会講演要旨集、2C23(2011)52nd Battery Symposium Abstracts, 2C23 (2011) 第51回電池討論会講演要旨集、1D05(2010)Abstracts of the 51st Battery Conference, 1D05 (2010) 「リチウム二次電池部材の測定・分析データ集」、技術情報協会、p.200-205、(2012).“Measurement and Analysis Data Collection of Lithium Secondary Battery Materials”, Technical Information Association, p.200-205, (2012).

しかしながら、これらの先行技術は、高容量で長寿命な電極を得ることはできても、そのまま電池に使用した場合は、Si、Snなどの合金系負極に不可逆容量が存在するため、正極の可逆容量と相殺し、電池容量が激減する問題があった。
また、正極材料に着目しても、Vや硫黄系などは、Liを保有しないため、そのまま正極として用いても電池として機能しない。
However, these prior arts can obtain electrodes with a high capacity and a long life, but when used in batteries as they are, an irreversible capacity exists in an alloy-based negative electrode such as Si or Sn, so that the reversibility of the positive electrode There was a problem that the battery capacity was drastically reduced by offsetting the capacity.
Further, even if attention is paid to the positive electrode material, V 2 O 5 , sulfur-based materials, and the like do not have Li, and thus do not function as a battery even if they are used as they are.

そこで、電池を組上げる前に、合金系負極やLiを保有しない正極材料などの不可逆容量の存在する電極に対し、アルカリ金属イオンをプリドープする必要があった。   Therefore, before assembling the battery, it is necessary to pre-dope alkali metal ions to an electrode having an irreversible capacity such as an alloy-based negative electrode or a positive electrode material not having Li.

プリドープには、(1)アルカリ金属薄膜貼り付けプリドープ、(2)電気化学的プリドープ、(3)メカニカルプリドープなどの手法を用いて電極のプリドープを行っていた(非特許文献4)。   For pre-doping, electrodes were pre-doped using techniques such as (1) pre-doping with an alkali metal thin film, (2) electrochemical pre-doping, and (3) mechanical pre-doping (Non-Patent Document 4).

(1)の手法は、補填したい容量分に相当するアルカリ金属薄膜を電極に貼り付けて、電解液中で保持することでアルカリ金属イオンが、電極内に拡散し、補填の対象となる電極がプリドープされる。
(2)の手法は、アルカリ金属を対極として用いて、半電池を組み、短絡又は電圧を印加することで、電気化学的に補填対象の電極をプリドープさせる。
In the method (1), an alkali metal thin film corresponding to the capacity to be compensated is attached to the electrode, and held in the electrolyte solution, so that alkali metal ions diffuse into the electrode, and the electrode to be compensated becomes Pre-doped.
In the method (2), an alkali metal is used as a counter electrode, a half cell is assembled, and a short circuit or a voltage is applied to electrochemically pre-dope an electrode to be compensated.

(3)の手法は、補填したい容量分に相当するアルカリ金属チップと補填対象電極に用いられる活物質とをメカニカルミリング等を用いて機械的エネルギーを与えることにより、補填対象電極の活物質をプリドープさせる。 In the method (3), the active material of the electrode to be compensated is pre-doped by applying mechanical energy to the alkali metal chip corresponding to the capacity to be compensated and the active material used for the electrode to be compensated using mechanical milling or the like. Let

しかし、(1)の手法では、容量の小さな単電池であれば可能であるが、積層タイプや捲回タイプの電池の場合、アルカリ金属薄膜を電極に貼り付けした際に、大きな発熱を起こす可能性がある。また、用いるアルカリ金属薄膜が取り扱いにくく、補填された電極の均一性に欠ける。(2)の手法では、実験室レベルでは最も容易であり、且つ高精度なプリドープ処理を行うことが可能であるが、プリドープ後に電池を分解してアルカリ金属を取り出し、再度、電池を組み直す必要があり、大型電池の作製や小型であっても量産性に欠ける。(3)の手法は、予め、活物質をプリドープしているため、(1)や(2)の手法のように電極作製後のプリドープ工程を含まないが、(3)の手法で得られる活物質は、禁水性であり取り扱いが難しい。(1)や(2)の手法のように電極作製後のプリドープ工程を含まないが、(3)の手法で得られる活物質は、禁水性であり、取り扱いが難しい。。   However, with the method (1), a single battery with a small capacity is possible, but in the case of a laminated type or wound type battery, a large amount of heat can be generated when an alkali metal thin film is attached to an electrode. There is sex. Moreover, the alkali metal thin film to be used is difficult to handle and the uniformity of the compensated electrode is lacking. In the method (2), it is the easiest at the laboratory level and high-precision pre-doping treatment can be performed. However, after pre-doping, it is necessary to disassemble the battery, take out the alkali metal, and reassemble the battery again. There is a lack of mass productivity even if the battery is large or small. Since the method (3) is pre-doped with an active material in advance, it does not include a pre-doping step after electrode preparation as in the methods (1) and (2), but the active material obtained by the method (3) is not included. The substance is water-resistant and difficult to handle. Unlike the methods (1) and (2), the pre-doping step after electrode preparation is not included. However, the active material obtained by the method (3) is water-free and difficult to handle. .

本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、リチウム金属の貼り付けや、半電池の作製をせず、容易に電極の取り扱いが可能な、非水系二次電池のプリドープ処理方法及びこの方法を用いた非水系二次電池並びにこれを用いた電気機器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main purpose is a non-aqueous system that can easily handle electrodes without attaching lithium metal or preparing a half-cell. It is an object to provide a pre-doping method for a secondary battery, a non-aqueous secondary battery using this method, and an electric device using the same.

本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、正極と負極を有する非水系二次電池のプリドープ方法であって、前記正極及び前記負極とに接触していないよう配置されたアルカリ金属イオン源を有する補填用電極を、アルカリ金属イオンが溶出したプリドープ用液に浸漬するように配置して、前記正極または前記負極のいずれか一方の電池電極と前記補填用電極の間に直流電源を接続して、前記直流電源による電界の方向が前記電池電極の電極面の方向と同じである。   A pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to the present invention is a pre-doping method for a non-aqueous secondary battery having a positive electrode and a negative electrode, and the alkali metal ion source is disposed so as not to contact the positive electrode and the negative electrode. The electrode for compensation having the above is disposed so as to be immersed in a pre-doping solution from which alkali metal ions are eluted, and a DC power source is connected between the battery electrode of either the positive electrode or the negative electrode and the electrode for compensation. The direction of the electric field generated by the DC power supply is the same as the direction of the electrode surface of the battery electrode.

前記直流電源によるプリドープ用液における電界の方向が前記電池電極の電極面の方向と同じであるので、リチウムイオンは効率よく正極または負極の電極面にプリドープされることが可能となる。電極面の方向とは、平板状に形成された電極の電極面の延伸方向と直流電源によって生ずる電界の方向が同じである。電極面に沿って電界が作用する。   Since the direction of the electric field in the pre-doping solution by the DC power supply is the same as the direction of the electrode surface of the battery electrode, lithium ions can be efficiently pre-doped on the electrode surface of the positive electrode or the negative electrode. The direction of the electrode surface is the same as the direction of extension of the electrode surface of the electrode formed in a flat plate shape and the direction of the electric field generated by the DC power source. An electric field acts along the electrode surface.

前記正極及び前記負極とに接触していないよう配置されたアルカリ金属イオン源を有する補填用電極とを備えており、補填用電極が前記正極面と前記負極面の電極面に沿ってアルカリ金属イオンが拡散するように配置されていて、前記正極、前記負極、補填用電極がアルカリ金属イオンの移動することのできるプリドープ用液中に浸漬し、前記正極または前記負極と前記補填用電極とに電圧を印加する事で、電気化学的に前記正極または前記負極にアルカリ金属イオンを補填する非水系二次電池のプリドープ方法。   A supplementary electrode having an alkali metal ion source disposed so as not to contact the positive electrode and the negative electrode, the supplemental electrode being alkali metal ions along the electrode surface of the positive electrode surface and the negative electrode surface The positive electrode, the negative electrode, and the filling electrode are immersed in a pre-doping solution in which alkali metal ions can move, and a voltage is applied to the positive electrode or the negative electrode and the filling electrode. A non-aqueous secondary battery pre-doping method in which alkali metal ions are electrochemically supplemented to the positive electrode or the negative electrode by applying.

本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記補填用電極の電極容量が前記電極の電極容量よりも大きく、前記補填用電極の表面積が前記電極の断面積よりも大きい。
本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記プリドープ用液が、45〜300℃である。
本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、プリドープの後、前記正極と前記負極との間で充放電を行う工程を有する。
本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記プリドープ用液が、アルカリ金属塩を含むイオン性液体である。
In the pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to the present invention, the electrode capacity of the filling electrode is larger than the electrode capacity of the electrode, and the surface area of the filling electrode is larger than the cross-sectional area of the electrode.
In the pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to the present invention, the pre-doping solution is 45 to 300 ° C.
The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to the present invention includes a step of charging and discharging between the positive electrode and the negative electrode after pre-doping.
In the pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to the present invention, the pre-doping solution is an ionic liquid containing an alkali metal salt.

本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記負極が、SiまたはSnの元素を含む金属、合金あるいは化合物を用いた負極である。
本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記集電基材が鋼またはステンレス鋼を用いた材料で構成される。
本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、前記正極または前記正極が、耐熱性を有する熱硬化性樹脂をバインダに用いた電極であって、前記正極または前記正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、前記バインダが1〜20質量%含有されている。
In the pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to the present invention, the negative electrode is a negative electrode using a metal, alloy or compound containing an element of Si or Sn.
In the pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to the present invention, the current collecting base material is made of a material using steel or stainless steel.
The pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to the present invention is such that the positive electrode or the positive electrode is an electrode using a thermosetting resin having heat resistance as a binder, and the active material contained in the positive electrode or the positive electrode When the total of the binder and the conductive additive is 100% by mass, the binder is contained in an amount of 1 to 20% by mass.

本発明に係る非水系二次電池は、前述の非水系二次電池のプリドープ方法により得られた電池である。
正極と負極とがセパレータを介してなる積層タイプまたは捲回タイプの非水系二次電池にアルカリ金属イオンを補填する方法であって、正極及び負極とに接触していないよう配置されたアルカリ金属イオン源を有する補填用電極とを備え、補填用電極が正極面と負極面に対して垂直方向に配置されていて、正極、負極、補填用電極がアルカリ金属イオンの移動することのできるプリドープ用液中に浸漬し、正極または負極とに補填用電極とに電圧を印加する事で、電気化学的に前記正極または負極の電極にアルカリ金属イオンを補填する非水系二次電池のプリドープ方法である。但し、補填用電極は、補填対象となる電極容量よりも大きく、積層体や捲回体の断面積よりも補填用電極の表面積が大きい。
The non-aqueous secondary battery according to the present invention is a battery obtained by the above-described pre-doping method for a non-aqueous secondary battery.
A method of supplementing alkali metal ions in a non-aqueous secondary battery of stacked type or wound type in which a positive electrode and a negative electrode are interposed via a separator, and arranged so as not to be in contact with the positive electrode and the negative electrode A pre-doping solution comprising a source electrode and a source electrode arranged in a direction perpendicular to the positive electrode surface and the negative electrode surface, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrode for replacement can move alkali metal ions This is a pre-doping method for a nonaqueous secondary battery in which alkali metal ions are electrochemically supplemented to the positive electrode or the negative electrode by immersing in and applying a voltage to the supplementary electrode on the positive electrode or the negative electrode. However, the electrode for compensation is larger than the electrode capacity to be compensated, and the surface area of the electrode for compensation is larger than the cross-sectional area of the laminate or the wound body.

本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、予め半電池を作製し、プリドープの際に生じる大きな発熱や、電極の取り扱いが難しかった従来のプリドープ方法とは異なり、容易で且つ均一性に優れたプリドープ処理を行うことができる。具体的には、積層タイプや捲回タイプの電池を組んだ状態で、電池のプリドープ処理を行うことができる。そのため、本発明に係る非水系二次電池のプリドープ方法は、従来のプリドープ方法と比べて生産性が大幅に向上し、電池の高容量化と安全性を両立させることが可能となり、利用用途を拡大することが可能となる。   The pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to the present invention is easy and uniform, unlike the conventional pre-doping method in which half-cells are prepared in advance and large heat generation generated during pre-doping and handling of the electrodes is difficult. An excellent pre-doping treatment can be performed. Specifically, the pre-doping treatment of the battery can be performed in a state where the laminated type or wound type battery is assembled. Therefore, the pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to the present invention greatly improves the productivity as compared with the conventional pre-doping method, and it is possible to achieve both high capacity and safety of the battery. It becomes possible to enlarge.

本発明のプリドープ処理を行った非水系二次電池は、高容量で長寿命であることから、様々な電気機器(電気を使用する乗り物を含む)の電源として利用することができる。   Since the non-aqueous secondary battery subjected to the pre-doping treatment of the present invention has a high capacity and a long life, it can be used as a power source for various electric devices (including vehicles using electricity).

捲回電池の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of a wound battery. 積層電池の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of a laminated battery. 実施例1で行ったプリドープの各電極配置図である。FIG. 3 is a layout diagram of pre-doped electrodes performed in Example 1. 比較例2で行ったプリドープの各電極配置図である。FIG. 5 is a layout diagram of pre-doped electrodes performed in Comparative Example 2. 実施例11で行ったプリドープの各電極配置図である。FIG. 10 is a layout diagram of pre-doped electrodes performed in Example 11. 比較例4で行ったプリドープの各電極配置図である。FIG. 6 is a layout diagram of pre-doped electrodes performed in Comparative Example 4;

以下、本発明にかかる実施形態について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.

<電池要素の製造>
本発明に係る方法の発明の説明に先立ち、本発明が適用される電池個々の要素について説明し、その後に実施形態について説明する。そして、最後に試験結果について説明する。
<Manufacture of battery elements>
Prior to description of the invention of the method according to the present invention, individual elements of the battery to which the present invention is applied will be described, and then embodiments will be described. Finally, the test results will be described.

(正極)
本発明において、正極は、非水系二次電池で用いられる正極であれば特に限定されない。
(Positive electrode)
In the present invention, the positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a non-aqueous secondary battery.

正極活物質には、非水系二次電池で用いられる正極活物質であれば特に限定されない。アルカリ金属遷移金属酸化物系、バナジウム系、硫黄系、カーボン系、有機物系、等を含む公知の電極が用いられる。アルカリ金属遷移金属酸化物系には、ACoO、ANiO、ANi0.33Mn0.33Co0.33O2、AMnO、AMn、AFePO、AFe0.5Mn0.5PO、AMnPO、ANb、ANbO、AFeO、AMgO、ACAO、ATiO、ATiS、ACrO、ARuO、ACuO、AZnO、AMoO、AMoS、ATAO、AWO、等が挙げられる。ここで、Aは周期表第一族元素でありアルカリ金属元素を示し、具体的には、Li、NA、Kである。
バナジウム系には、AV、AVO等が挙げられる。
硫黄系には、硫黄、硫化カーボン、ポリ硫化カーボン、硫化ポリアクリルニトリル、硫化ゴム等が挙げられる。
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in a non-aqueous secondary battery. Known electrodes including alkali metal transition metal oxides, vanadiums, sulfurs, carbons, organics, etc. are used. The alkali metal transition metal oxide-based, ACoO 2, ANiO 2, ANi0.33Mn0.33Co0.33O 2, AMnO 2, AMn 2 O 4, AFePO 4, AFe 0.5 Mn 0.5 PO 4, AMnPO 4, ANb 2 O 5 , ANbO 2 , AFeO 2 , AMgO 2 , ACAO 2 , ATiO 2 , ATiS 2 , ACrO 2 , ARuO 2 , ACuO 2 , AZnO 2 , AMoO 2 , AMoS 2 , ATAO 2 , AWO 2 , and the like. Here, A is a group 1 element of the periodic table and represents an alkali metal element, specifically, Li, NA, or K.
Examples of vanadium include AV 2 O 5 and AVO 2 .
Examples of the sulfur type include sulfur, carbon sulfide, polysulfide carbon, sulfurized polyacrylonitrile, and sulfurized rubber.

カーボン系には、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラッシーカーボンなどが挙げられる。有機系には、ルベアン酸、ベンゾキノン類等が挙げられる   Examples of the carbon system include graphite, soft carbon, hard carbon, and glassy carbon. Organic type includes rubeanic acid, benzoquinones, etc.

上記した正極活物質のうち、エネルギー密度の観点から、LiCoO、LiMn、LiFePO、LiFe0.5Mn0.5PO、LiMnPO、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、固溶体、バナジウム系、硫黄系が好ましい。 Among the positive electrode active materials described above, from the viewpoint of energy density, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFe0.5Mn0.5PO 4 , LiMnPO 4 , LiNi0.33Mn0.33Co0.33O 2 , solid solution, vanadium-based, sulfur A system is preferred.

導電助剤は、電子伝導性を有していれば、特に制限はなく、金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等が挙げられるが、高い電子導電性と耐酸化性の観点から、炭素材料が好ましい。具体的にはアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、気相成長炭素繊維粉末(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボンなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いてもよい。   The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and examples thereof include metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glasses, and the like, from the viewpoint of high electronic conductivity and oxidation resistance. Carbon materials are preferred. Specific examples include acetylene black (AB), ketjen black (KB), vapor grown carbon fiber powder (VGCF), carbon nanotube (CNT), graphite, graphene, glassy carbon, etc., one or two of these. The above may be used.

前記正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0〜20質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。20質量%を超える場合は、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。   When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the positive electrode is 100% by mass, it is preferable that 0 to 20% by mass of the conductive aid is contained. That is, the conductive auxiliary agent is contained as necessary. When it exceeds 20 mass%, since the ratio of the active material as a battery is small, an electrode capacity density tends to become low.

バインダは、通常用いられているもの、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)、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体(SEBS)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレンビニルアルコール、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリル酸、アルギン酸等の材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The binder is usually used, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide, polyamideimide, aramid, polyacryl, styrene butadiene rubber (SBR), ethylene. -Vinyl acetate copolymer (EVA), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl alcohol, polyethylene (PE) , Polypropylene (PP), polyacrylic acid, alginic acid and the like may be used alone or in combination of two or more.

このうち、バインダは、耐熱性を有する熱硬化樹脂であることが好ましい。例えば、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル酸等の材料が挙げられる。これらの熱硬化樹脂であれば、電解液中でバインダの膨潤を抑制し、電池のサイクル寿命特性が向上することができる。
正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが1〜20質量%含有されていることが好ましい。
Among these, the binder is preferably a thermosetting resin having heat resistance. Examples thereof include materials such as polyimide (PI), polyamide, polyamideimide, aramid, polyacrylic acid and the like. These thermosetting resins can suppress the swelling of the binder in the electrolytic solution and improve the cycle life characteristics of the battery.
When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the positive electrode is 100% by mass, the binder is preferably contained in an amount of 1-20% by mass.

バインダが1質量%未満であると電極の機械強度が低いため、活物質が脱落しやすく、電池のサイクル寿命特性が悪くなる。一方、20質量%を超える場合は、アルカリ金属イオン導電性が低く、また電気抵抗が高くなり、プリドープ処理に時間がかかり、また、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。   When the binder content is less than 1% by mass, the electrode has low mechanical strength, so that the active material easily falls off and the cycle life characteristics of the battery deteriorate. On the other hand, when it exceeds 20% by mass, the alkali metal ion conductivity is low, the electrical resistance is high, the pre-doping process takes time, and the ratio of the active material as the battery is small, so the electrode capacity density is low. Prone.

正極に用いられる集電体は、電子伝導性を有し、保持した正極活物質に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、C、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、TA、W、Os、Ir、Pt、Au、Al等の導電性物質、これら導電性物質の二種類以上を含有する合金(例えば、ステンレス鋼)を使用し得る。上記の導電性物質以外のものを用いる場合、例えば、鉄にAlを被覆したような異種金属の多層構造体であってもよい。電気伝導性が高く、電解液中の安定性がよい観点から、集電体としてはC、Ti、Cr、Au、Al、ステンレス鋼等が好ましく、さらに耐酸化性と材料コストの観点からC、Al、ステンレス鋼等が好ましい。より好ましくは、炭素被覆されたステンレス鋼が好ましい。   The current collector used for the positive electrode is not particularly limited as long as it is a material that has electronic conductivity and can conduct electricity to the held positive electrode active material. For example, conductive materials such as C, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, TA, W, Os, Ir, Pt, Au, Al, and alloys containing two or more of these conductive materials ( For example, stainless steel) can be used. When a material other than the above-described conductive material is used, for example, a multi-layered structure of dissimilar metals such as iron coated with Al may be used. From the viewpoint of high electrical conductivity and good stability in the electrolytic solution, the current collector is preferably C, Ti, Cr, Au, Al, stainless steel or the like, and C from the viewpoint of oxidation resistance and material cost. Al, stainless steel and the like are preferable. More preferably, carbon-coated stainless steel is preferred.

集電体の形状には、線状、棒状、板状、箔状、多孔状があり、このうち充填密度を高めることができることと、プリドープ処理の際、アルカリ金属イオンの透過性が良好なことから多孔状が好ましい。多孔状には、メッシュ、織布、不織布、エンボス体、エキスパンド、又は発泡体などが挙げられ、このうち、集電基材の形状は、出力特性が良好なことからエンボス体が好ましい。   The shape of the current collector includes linear, rod-like, plate-like, foil-like and porous shapes. Among them, the packing density can be increased and the permeability of alkali metal ions is good during pre-doping treatment. The porous shape is preferred. Examples of the porous shape include a mesh, a woven fabric, a nonwoven fabric, an embossed body, an expanded body, and a foamed body. Among these, the shape of the current collecting base material is preferably an embossed body because of excellent output characteristics.

(負極)
本発明において、負極は、非水系二次電池で用いられる負極であれば特に限定されない。
(Negative electrode)
In the present invention, the negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a non-aqueous secondary battery.

負極活物質には、リチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、Li、NA、K、C、Mg、Al、Si、P、K、CA、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、GA、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、W、Pb及びBiよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた合金、酸化物、カルコゲン化物又はハロゲン化物であればよい。   The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly inserting and extracting lithium. For example, Li, NA, K, C, Mg, Al, Si, P, K, CA, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, GA, Ge, Y, Zr, At least one element selected from the group consisting of Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, W, Pb and Bi, an alloy, oxide, chalcogenide or halide using these elements If it is.

これらのなかでも、放電プラトーの領域が0〜1V(対リチウム電位)の範囲内に観測できる観点から、Li、NA、K、C、Mg、Al、Si、Ti、Zn、Ge、Ag、Cu、In、Sn及びPbよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた合金又は酸化物が好ましい。さらにエネルギー密度の観点から、元素としては、Al、Si、Zn、Ge、Ag、Sn等が好ましく、合金としては、Si−Al、Al−Zn、Si−Mg、Si−La、Al−Ge、Si−Ge、Si−Ag、Si−Sn、Si−Ti、Zn−Sn、Ge−Ag、Ge−Sn、Ge−Sb、Ag−Sn、Ag−Ge、Sn−Sb等の各組み合わせ等が好ましく、酸化物としては、CuO、NiO、LiTi12等が好ましい。
なお、これらのリチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料は、2種以上使用してもよい。
Among these, Li, NA, K, C, Mg, Al, Si, Ti, Zn, Ge, Ag, Cu from the viewpoint that the region of the discharge plateau can be observed within the range of 0 to 1 V (vs. lithium potential). At least one element selected from the group consisting of In, Sn and Pb, and an alloy or oxide using these elements are preferred. Further, from the viewpoint of energy density, the element is preferably Al, Si, Zn, Ge, Ag, Sn, or the like, and the alloy is Si—Al, Al—Zn, Si—Mg, Si—La, Al—Ge, Each combination of Si—Ge, Si—Ag, Si—Sn, Si—Ti, Zn—Sn, Ge—Ag, Ge—Sn, Ge—Sb, Ag—Sn, Ag—Ge, Sn—Sb, etc. is preferable. As the oxide, CuO, NiO, Li 4 Ti 5 O 12 and the like are preferable.
Two or more kinds of materials capable of reversibly occluding and releasing lithium may be used.

リチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料は、初期の充電の過程で、リチウムイオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物がより好ましい。   The material capable of reversibly occluding and releasing lithium is more preferably a substance capable of occluding and releasing lithium ions and a compound that decomposes into a solid electrolyte during the initial charging process.

固体電解質は、イオン導電性を有する物質であれば特に限定されないが、Liαβγで示される固体電解質であることが好ましい。ここに式中、0<α≦4、0≦β≦2、0≦γ≦5である。固体電解質は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料のバッファー材にもなる。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a substance having ionic conductivity, but is preferably a solid electrolyte represented by Li α X β Y γ . In the formula, 0 <α ≦ 4, 0 ≦ β ≦ 2, and 0 ≦ γ ≦ 5. The solid electrolyte also serves as a buffer material that can reversibly store and release lithium.

但し、Xは、Si、Ti、Mg、CA、Al、V、Ge、Zr、Mo、Niのいずれか一種以上であり、Yは、O、S、F、Cl、Br、I、P、B、C、CO、PO、S、CFSO、SOのいずれか一種以上である。 However, X is at least one of Si, Ti, Mg, CA, Al, V, Ge, Zr, Mo, and Ni, and Y is O, S, F, Cl, Br, I, P, B It is one or more of 2 O 3 , C 2 O 4 , CO 3 , PO 4 , S, CF 3 SO 3 , SO 3 .

より具体的には、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiN、LiPON、Li、LiCO、LiAlCl、LiO、LiS、LiSO、LiSO、LiPO、LiVO、LiGeO、LiSi、LiSiO、LiSiO、LiZrO、LiMoO、LiAlF、LiNi、LiBF、LiCFSO等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。 More specifically, LiF, LiCl, LiBr, LiI , Li 3 N, LiPON, Li 2 C 2 O 4, Li 2 CO 3, LiAlCl 4, Li 2 O, Li 2 S, LiSO 4, Li 2 SO 4 , Li 3 PO 4 , Li 3 VO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 ZrO 4 , LiMoO 4 , LiAlF 4 , Li 3 Ni 2 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and the like, and one or more of these can be used.

アルカリ金属イオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物としては、例えば、SiO、GeO、GeS、GeS、SnO、SnO、SnC、SnO-P、SnO-B、SnS、SnS、Sb、SnF、SnCl、SnI、SnI等が挙げられ、これらを2種以上使用してもよい。 Examples of the compound capable of absorbing and releasing alkali metal ions and the compound that decomposes into a solid electrolyte include, for example, SiO, GeO, GeS, GeS 2 , SnO, SnO 2 , SnC 2 O 4 , SnO—P 2 O 5 , SnO—B 2 O 3 , SnS, SnS 2 , Sb 2 S 3 , SnF 2 , SnCl 2 , SnI 2 , SnI 4 and the like may be used, and two or more of these may be used.

但し、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物は、電池を組む前に、予めプリドープ処理を行わないと電池容量が極端に低下するためプリドープ処理する必要がある。
負極用導電助剤は、電子伝導性を有していれば、特に制限はなく、上述した金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等を用いることができる。
However, a substance capable of occluding and releasing alkali metal ions and a compound capable of decomposing into a solid electrolyte need to be pre-doped before assembling the battery because the battery capacity will be drastically reduced unless pre-doping is performed. .
The conductive aid for the negative electrode is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and the above-described metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glass, and the like can be used.

負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0〜20質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。20質量%を超える場合は、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。   When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the negative electrode is 100% by mass, it is preferable that 0 to 20% by mass of the conductive additive is contained. That is, the conductive auxiliary agent is contained as necessary. When it exceeds 20 mass%, since the ratio of the active material as a battery is small, an electrode capacity density tends to become low.

負極用バインダは、上述した通常用いられているものであればよいが、合金系の負極活物質を用いる場合、充放電に伴う活物質の体積変化を抑制し、電池のサイクル寿命特性を向上させる観点から、PIが好ましい。   The negative electrode binder is not particularly limited as long as it is normally used. However, when an alloy-based negative electrode active material is used, the volume change of the active material accompanying charge / discharge is suppressed, and the cycle life characteristics of the battery are improved. From the viewpoint, PI is preferable.

負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが2〜30質量%含有されていることが好ましく、10〜20質量%がより好ましい。   When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the negative electrode is 100% by mass, the binder is preferably contained in an amount of 2-30% by mass, more preferably 10-20% by mass.

バインダが2質量%未満であると電極の機械強度が低いため、活物質が脱落しやすく、電池のサイクル寿命特性が悪くなる。一方、30質量%を超える場合は、アルカリ金属イオン導電性が低く、また電気抵抗率が高すぎて、プリドープ処理に時間がかかり、また、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。   When the binder is less than 2% by mass, the electrode has low mechanical strength, so that the active material is easily removed, and the cycle life characteristics of the battery are deteriorated. On the other hand, when the content exceeds 30% by mass, the alkali metal ion conductivity is low, the electrical resistivity is too high, the pre-doping process takes time, and the ratio of the active material as the battery is small. Tends to be low.

負極に用いられる集電体は、電子伝導性を有し、保持した負極活物質に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、C、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、TA、W、Os、Ir、Pt、Al、Au等の導電性物質、これら導電性物質の二種類以上を含有する合金(例えば、ステンレス鋼)を使用し得る。上記の導電性物質以外のものを用いる場合、例えば、鉄にCuやNiを被覆したような異種金属の多層構造体であってもよい。   The current collector used for the negative electrode is not particularly limited as long as it is a material that has electronic conductivity and can conduct electricity to the held negative electrode active material. For example, conductive materials such as C, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, TA, W, Os, Ir, Pt, Al, Au, and alloys containing two or more of these conductive materials ( For example, stainless steel) can be used. When a material other than the above-described conductive material is used, for example, it may be a multi-layered structure of dissimilar metals such as iron coated with Cu or Ni.

電気伝導性が高く、電解液中の安定性がよい観点から、集電体としてはC、Ti、Cr、Au、Fe、Cu、Ni、ステンレス鋼等が好ましく、さらに耐還元性と材料コストの観点からC、Cu、Ni、ステンレス鋼等が好ましい。より好ましくは、ステンレス鋼が好ましい。また、合金系負極は充放電に伴う不極材料の体積変化が大きいため、集電基材はステンレス鋼または鉄が好ましい。なお、集電基材に鉄を用いる場合は、集電基材表面の酸化を防ぐため、NiやCuで被覆されたものであることが好ましい。   From the viewpoint of high electrical conductivity and good stability in the electrolytic solution, the current collector is preferably C, Ti, Cr, Au, Fe, Cu, Ni, stainless steel, etc., and further has reduction resistance and material cost. From the viewpoint, C, Cu, Ni, stainless steel and the like are preferable. More preferably, stainless steel is preferred. Moreover, since the alloy-type negative electrode has a large volume change of the nonpolar material accompanying charging and discharging, the current collecting base material is preferably stainless steel or iron. In addition, when using iron for a current collection base material, in order to prevent oxidation of the current collection base material surface, it is preferable that it is what was coat | covered with Ni or Cu.

集電体の形状には、線状、棒状、板状、箔状、網状、織布、不織布、エンボス体、エキスパンド、多孔体又は発泡体があり、このうち充填密度を高めることができることと、プリドープ処理の際、アルカリ金属イオンの透過性が良好なことからエンボス体、エキスパンド、多孔体又は発泡体が好ましい。より好ましくは、出力特性も良好なことからエンボス体が好ましい。   The shape of the current collector includes a linear shape, a rod shape, a plate shape, a foil shape, a net shape, a woven fabric, a nonwoven fabric, an embossed body, an expanded body, a porous body, or a foamed body, and among these, the packing density can be increased, In the pre-doping treatment, an embossed body, an expanded body, a porous body or a foamed body is preferable because the alkali metal ion permeability is good. More preferably, an embossed body is preferable because of excellent output characteristics.

(電極の製造)
電極の製造方法は、活物質と、バインダと、必要に応じて添加される導電助剤とを混合し、スラリー化したものを、集電体に塗布し、仮乾燥させた後、熱処理を行って電極を得る方法を挙げることができる。補填用電極の製造方法としては、補填材料と、バインダと、必要に応じて添加される導電助剤とを混合し、スラリー化したものを、集電体に塗布し、仮乾燥させた後、熱処理を行って電極を得る方法を挙げることができる。
(Manufacture of electrodes)
A method for producing an electrode is to mix an active material, a binder, and a conductive additive added as necessary, and apply a slurry to a current collector, temporarily dry it, and then perform a heat treatment. The method of obtaining an electrode can be mentioned. As a method for manufacturing a supplementary electrode, a supplementary material, a binder, and a conductive additive added as necessary are mixed, and the slurry is applied to a current collector and temporarily dried. A method for obtaining an electrode by performing a heat treatment can be mentioned.

仮乾燥は、スラリー内の溶媒が揮発除去できる方法であれば特に限定されないが、例えば、大気中50〜200℃の温度雰囲気下で熱処理を行う方法を挙げることができる。
上記の熱処理は、減圧下で、50〜400℃に0.5〜50時間保持することによって行うことができる。
The temporary drying is not particularly limited as long as the solvent in the slurry can be volatilized and removed, and examples thereof include a method of performing a heat treatment in the atmosphere at a temperature of 50 to 200 ° C.
Said heat processing can be performed by hold | maintaining at 50-400 degreeC under reduced pressure for 0.5 to 50 hours.

(セパレータ)
セパレータとしては、非水系二次電池に一般に用いられるものが使用できる。
セパレータの形状は、微多孔膜、織布、不織布、圧粉体が挙げられ、このうち、アルカリ金属イオンの透過性、および電池の出力特性と製造コストの観点から不織布が好ましい。
セパレータの材質としては、特に限定されないが、短絡時の局所的な発熱で、メルトダウンしない耐熱性樹脂を含んでいることが好ましい。
(Separator)
As a separator, what is generally used for a non-aqueous secondary battery can be used.
Examples of the shape of the separator include microporous membranes, woven fabrics, non-woven fabrics, and green compacts. Among these, non-woven fabrics are preferable from the viewpoints of alkali metal ion permeability, battery output characteristics, and manufacturing costs.
The material of the separator is not particularly limited, but preferably contains a heat-resistant resin that does not melt down due to local heat generation during a short circuit.

耐熱性樹脂としては、セラミックスとしては、SiO、ZrO、Al、B、MgO、CAO、BN、SiCなどが挙げられる。また、既存のセパレータにセラミックスを被覆し、耐熱性を向上させたセパレータであってもよい。 Examples of the heat resistant resin include ceramics such as SiO 2 , ZrO, Al 2 O 3 , B 2 O 3 , MgO, CAO, BN, and SiC. Moreover, the separator which coat | covered the ceramic to the existing separator and improved heat resistance may be sufficient.

セパレータの空隙率は、50%以上であるものであれば特に限定されないが、アルカリ金属イオン導電性の観点から、70%以上95%以下であることが好ましい。ガーレー試験法によって得られる透気度が300秒/100cc以下であることが好ましい。
ここで、空隙率はセパレータの見掛け密度と構成材料の固形分の真密度から、次式により算出した値である。
空隙率(%)=100−(セパレータの見掛け密度/材料固形分の真密度)×100
また、ガーレー透気度とは、JIS P 8117に規定されたガーレー試験機法による透気抵抗度である。
The porosity of the separator is not particularly limited as long as it is 50% or more, but is preferably 70% or more and 95% or less from the viewpoint of alkali metal ion conductivity. The air permeability obtained by the Gurley test method is preferably 300 sec / 100 cc or less.
Here, the porosity is a value calculated by the following equation from the apparent density of the separator and the true density of the solid content of the constituent material.
Porosity (%) = 100− (apparent density of separator / true density of solid material content) × 100
The Gurley air permeability is an air resistance according to a Gurley tester method defined in JIS P 8117.

<プリドープの説明>
(補填用電極)
補填用電極とは、正極又は負極をプリドープするための電極であり、補填材料としてアルカリ金属イオン有する電極である。具体的には、A、ACoO、ANiO、ANi0.33Mn0.33Co0.33O、AMnO、AMn、AFePO、AFe0.5Mn0.5PO、AMnPO、ANb、ANbO、AFeO、AMgO、ACAO、ATiO、ATiS、ACrO、ARuO、ACuO、AZnO、AMoO2、AMoS2、ATAO2、AWO2、AV2O5、AVO2、AC6、A3Al、ASi、AGe、AAg、ACu0、ANiO、A3In、A4Sn及びAPb等を含む電極である。ここで、Aは周期表第一族元素でありアルカリ金属元素を示し、具体的には、Li、NA、Kである。
<Description of pre-dope>
(Supplementary electrode)
The filling electrode is an electrode for pre-doping the positive electrode or the negative electrode, and is an electrode having alkali metal ions as a filling material. Specifically, A, ACoO 2 , ANiO 2 , ANi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , AMnO 2 , AMn 2 O 4 , AFePO 4 , AFe0.5Mn0.5PO 4 , AMnPO 4 , ANb 2 O 5 , ANbO 2 , AFeO 2 , AMgO 2 , ACAO 2 , ATiO 2 , ATiS 2 , ACrO 2 , ARuO 2 , ACuO 2 , AZnO 2 , AMoO 2 , AMoS 2 , ATAO 2 , AWO 2 , AV 2 O 5 , AVO 2 , AC 6, A 3 Al, A 4 Si, A 4 Al It is an electrode containing Ge, A 3 Ag, ACu 0, ANiO, A 3 In , A 4 Sn, APb, and the like. Here, A is a group 1 element of the periodic table and represents an alkali metal element, specifically, Li, NA, or K.

このうち、Aを用いた補填用電極であれば、アルカリ金属イオンを有するため最も容易にプリドープ処理を行うことができる。しかし、45℃以上の高温では、酸化劣化しやすいため、高温のプリドープ液中でも安定なAFePO、AFe0.5Mn0.5PO、AMnPO、AV、AVO、ASi、ASn、AGe、ACuO、ANiOが好ましい。特にアルカリ金属イオンを比較的多量に有している、AV、AVO、ASi、ASnがより好ましい。 Of these, the supplementary electrode using A can be pre-doped most easily because it has alkali metal ions. However, since it is easily oxidized and deteriorated at a high temperature of 45 ° C. or higher, AFePO 4 , AFe0.5Mn0.5PO 4 , AMnPO 4 , AV 2 O 5 , AVO 2 , A 4 Si, and A 4 Sn are stable even in a high temperature pre-dope solution. A 4 Ge, ACuO, and ANiO are preferable. In particular, AV 2 O 5 , AVO 2 , A 4 Si, and A 4 Sn having a relatively large amount of alkali metal ions are more preferable.

但し、A成分を有さない補填材料を用いる場合、上記記載の(1)アルカリ金属薄膜貼り付けドーピング、(2)電気化学的ドーピング、(3)メカニカルドーピングなどの手法を用いてAを補填してもよい。   However, when using a filling material that does not have an A component, A is filled using techniques such as (1) alkali metal thin film pasting doping, (2) electrochemical doping, and (3) mechanical doping described above. May be.

例えば、A成分を有さない補填材料にSiを用いる場合、(1)アルカリ金属薄膜貼り付けドーピングでは、Si電極の表面にアルカリ金属薄膜を貼り付けることで補填用電極が得られる。(2)電気化学的ドーピングでは、Si電極とその対極にアルカリ金属を用いた半電池を作製し、電圧を印加することで補填用電極が得られる。(3)メカニカルドーピングなどの手法では、Si粉末とAとを遊星ボールミルなどを用いて、メカニカルミリングすることでAを補填Si粉末が得られ、これを用いて電極を作製することで、補填用電極が得られる。   For example, when Si is used for a filling material that does not have an A component, (1) Alkali metal thin film sticking doping provides a filling electrode by sticking an alkali metal thin film to the surface of the Si electrode. (2) In electrochemical doping, a half electrode using an alkali metal for the Si electrode and its counter electrode is prepared and a voltage is applied to obtain a supplementary electrode. (3) In a technique such as mechanical doping, Si powder and A are supplemented by mechanical milling using a planetary ball mill or the like to obtain A supplemented Si powder, which is used to make an electrode. An electrode is obtained.

非水系二次電池が、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池、固体リチウム電池などである場合は、AがLiであることが好ましい。ナトリウムイオン二次電池、ポリマーナトリウム電池、固体ナトリウム電池、ナトリウム−硫黄電池等である場合は、AがNaであることが好ましい。   When the non-aqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery, a lithium polymer battery, a solid lithium battery, or the like, it is preferable that A is Li. In the case of a sodium ion secondary battery, a polymer sodium battery, a solid sodium battery, a sodium-sulfur battery, or the like, A is preferably Na.

補填用電極は、必要に応じて導電助剤を含有してもよい。導電助剤は、電子伝導性を有していれば、特に制限はなく、上述した金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等を用いることができる。   The filling electrode may contain a conductive aid as necessary. The conductive aid is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and the above-described metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glass, and the like can be used.

補填用電極に含有される補填材料、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0〜30質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。30質量%を超える場合は、プリドープ用液に導電助剤が脱落し、プリドープ処理の効果が十分に得られにくくなる。   When the total of the filling material, the binder, and the conductive auxiliary agent contained in the auxiliary electrode is 100% by mass, the conductive auxiliary agent is preferably contained in an amount of 0 to 30% by mass. That is, the conductive auxiliary agent is contained as necessary. When it exceeds 30 mass%, a conductive support agent will fall in the liquid for pre dope, and it will become difficult to fully obtain the effect of a pre dope process.

補填用電極用バインダは、上述した通常用いられているものであればよいが、高温のプリドープ用液中で膨潤しにくいという観点から、PIが好ましい。
補填用電極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが2〜40質量%含有されていることが好ましい。
The supplementary electrode binder may be any of those usually used as described above, but PI is preferable from the viewpoint that it does not easily swell in a high temperature pre-doping solution.
When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the filling electrode is 100% by mass, the binder is preferably contained in an amount of 2-40% by mass.

バインダが2質量%未満であると電極の機械強度が低いため、プリドープ用液中に補填材料や導電助剤が脱落しやすく、プリドープ処理の効果が十分に得られにくくなる。一方、40質量%を超える場合は、アルカリ金属イオン導電性が低く、また電気抵抗率が高すぎて、プリドープ処理に時間がかかる。   If the binder is less than 2% by mass, the mechanical strength of the electrode is low, so that the filling material and the conductive auxiliary agent are easily dropped into the pre-doping solution, and the effect of the pre-doping treatment is hardly obtained. On the other hand, if it exceeds 40% by mass, the alkali metal ion conductivity is low and the electrical resistivity is too high, and the pre-doping process takes time.

補填用電極に用いられる集電体は、電子伝導性を有し、保持した補填材料に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、C、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、TA、W、Os、Ir、Pt、Al、Au等の導電性物質、これら導電性物質の二種類以上を含有する合金、例えばステンレス鋼を使用することができる。
集電基材の形状には、線状、棒状、板状、箔状、多孔状があり、このうち充填密度を高めることができることから上述した多孔状が好ましい。
The current collector used for the supplementary electrode is not particularly limited as long as it is a material that has electronic conductivity and can conduct electricity to the retained supplementary material. For example, conductive materials such as C, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, TA, W, Os, Ir, Pt, Al, Au, and alloys containing two or more of these conductive materials, For example, stainless steel can be used.
The shape of the current collecting substrate includes a linear shape, a rod shape, a plate shape, a foil shape, and a porous shape. Among these, the porous shape described above is preferable because the packing density can be increased.

(プリドープ用液)
プリドープ用液は、補填用電極から補填対象電極(正極又は負極)にアルカリ金属イオンを移動させることのできる液体であればよい。後述する電池に用いられる電解液と同じ成分の液体であってもよい。通常、電池に用いられる電解液は、電解質が溶媒に溶けた状態で使用される。
(Pre-dope solution)
The pre-doping liquid may be any liquid that can move alkali metal ions from the filling electrode to the filling target electrode (positive electrode or negative electrode). The liquid of the same component as the electrolyte solution used for the battery mentioned later may be sufficient. Usually, an electrolytic solution used for a battery is used in a state where an electrolyte is dissolved in a solvent.

電解質としては、アルカリ金属イオンを含有する必要があることから、その電解質塩としては、非水系二次電池で用いられるものであれば特に限定されないが、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩が好適である。このアルカリ金属塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム、ヘキサフルオロリン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドナトリウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、過塩素酸カリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドカリウムなどからなる群より選択される少なくとも1種以上を用いることができる。   Since it is necessary to contain an alkali metal ion as an electrolyte, the electrolyte salt is not particularly limited as long as it is used in a non-aqueous secondary battery, but an alkali such as a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt, etc. Metal salts are preferred. Examples of the alkali metal salt include lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium trifluoromethanesulfonate, sodium hexafluorophosphate, sodium perchlorate, tetrafluoro Group consisting of sodium borate, sodium trifluoromethanesulfonate and sodium trifluoromethanesulfonate, potassium hexafluorophosphate, potassium perchlorate, potassium tetrafluoroborate, potassium trifluoromethanesulfonate and potassium trifluoromethanesulfonate imide At least one selected from the above can be used.

電解質の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンよりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができ、特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物、又はγ−ブチロラクトンが好適である。   As the electrolyte solvent, at least one selected from the group consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and γ-butyrolactone can be used, and in particular, propylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate. Or γ-butyrolactone is preferred.

また、上記電解質の溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、γ−ブチロラクトン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドよりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができ、特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物、又はγ−ブチロラクトンが好適である。なお、上記エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物の混合比は、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートともに10〜90体積%の範囲で任意に調整することができる。
また、イオン性液体、溶融塩等であっても構わない。
Examples of the solvent for the electrolyte include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4- At least selected from the group consisting of methyl-1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide One type can be used, and propylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate, or γ-butyrolactone is particularly preferable. The mixing ratio of the mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate can be arbitrarily adjusted within a range of 10 to 90% by volume for both ethylene carbonate and diethyl carbonate.
Moreover, an ionic liquid, molten salt, etc. may be sufficient.

しかし、プリドープ用液は、常温でも用いることが可能であるが、45〜300℃の温度範囲で使用することが好ましい。50〜250℃がより好ましく、60〜180℃で使用することがさらに好ましい。上記の温度範囲にすることで、プリドープ用液のイオン導電性と正極又は負極のイオン拡散性を飛躍的に向上させ、効果的に電池のプリドープ処理を行うことができる。また、充放電に伴うガスの発生を予めプリドープ処理の工程で行うことで、電池内のガス発生を抑制できる。   However, the pre-doping solution can be used at room temperature, but is preferably used in a temperature range of 45 to 300 ° C. 50-250 degreeC is more preferable, and it is still more preferable to use at 60-180 degreeC. By making it into said temperature range, the ion conductivity of the liquid for pre dope and the ion diffusibility of a positive electrode or a negative electrode can be improved dramatically, and the pre dope process of a battery can be performed effectively. Moreover, the gas generation in a battery can be suppressed by performing the generation | occurrence | production of the gas accompanying charging / discharging in the process of a pre dope process previously.

そのため、プリドープ用液は、蒸発しにくく、耐熱性を有する液体であることが好ましい。このため、電解質として、テトラフルオロホウ酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドナトリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドカリウムなどが好ましい。   Therefore, it is preferable that the pre-doping liquid is a liquid that hardly evaporates and has heat resistance. Therefore, as an electrolyte, lithium tetrafluoroborate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium trifluoromethanesulfonate imido, sodium tetrafluoroborate, sodium trifluoromethanesulfonate and sodium trifluoromethanesulfonate, potassium tetrafluoroborate, Preference is given to potassium trifluoromethanesulfonate and potassium trifluoromethanesulfonateimide.

電解質の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンよりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができ、特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとの混合物が好適であるが、80℃以上の温度で蒸発しやすいことから、イオン性液体又は溶融塩を用いることが好ましく、常温でも用いることができるイオン性液体がより好ましい。イオン性液体や溶融塩であれば、プリドープ処理の際に、蒸気の引火の危険性をなくし、蒸気圧を有さないため長期に渡って使用することができる。   As the electrolyte solvent, at least one selected from the group consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate, and γ-butyrolactone can be used, and in particular, propylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate and γ-butyrolactone is preferable. From the viewpoint of evaporating easily at a temperature of 80 ° C. or higher, an ionic liquid or a molten salt is preferably used, and an ionic liquid that can be used at room temperature is more preferable. An ionic liquid or a molten salt can be used for a long period of time because it eliminates the risk of vapor ignition during pre-doping and does not have vapor pressure.

イオン性液体や溶融塩は、カチオン(陽イオン)の種類でピリジン系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系などに類別される。これに組み合わせるアニオン(陰イオン)の種類を選択することで、多様なイオン性液体又は溶融塩を合成できる。用いられるカチオンには、イミダゾリウム塩類・ピリジニウム塩類などのアンモニウム系、ホスホニウム系イオン、無系イオンなど、アニオンの採用例としては、臭化物イオンやトリフラートなどのハロゲン系、テトラフェニルボレートなどのホウ素系、ヘキサフルオロホスフェートなどのリン系などがある。   Ionic liquids and molten salts are classified into pyridine type, alicyclic amine type, aliphatic amine type, etc., depending on the type of cation (cation). Various ionic liquids or molten salts can be synthesized by selecting the type of anion (anion) to be combined therewith. Cations used include ammonium-based, phosphonium-based and non-ionic ions such as imidazolium salts and pyridinium salts. Examples of anions used include halogen-based bromide ions and triflate, boron-based tetraphenylborate, There are phosphorus-based materials such as hexafluorophosphate.

イオン性液体や溶融塩は、例えば、イミダゾリニウム等のカチオンと、Br、Cl、BF 、PF 、(CFSO)2N等のアニオンと組み合わせて構成するような公知の合成方法で得ることができる。 The ionic liquid or molten salt is composed of, for example, a combination of a cation such as imidazolinium and an anion such as Br , Cl , BF 4 , PF 6 or (CF 3 SO 2 ) 2N −. It can be obtained by a known synthesis method.

イオン性液体や溶融塩であれば、電解質を加えなくても電流を流すことができ、また電位窓も広い。イオン性液体の種類にもよるが、−30〜300℃の温度域でも液体状を維持し、物性変化も少なく、耐熱性が高い。また、蒸気圧が極めて低く、不揮発性であり、化学反応後の分離・再利用が容易であるため経済的でもある。   In the case of an ionic liquid or molten salt, an electric current can be passed without adding an electrolyte, and the potential window is wide. Although depending on the type of ionic liquid, the liquid state is maintained even in the temperature range of −30 to 300 ° C., there is little change in physical properties, and heat resistance is high. Further, the vapor pressure is extremely low, it is non-volatile, and it is economical because it can be easily separated and reused after a chemical reaction.

また、イオン性液体や溶融塩の種類にもよるが、これらは、水とも有機溶媒とも溶けあわないため、例えこれらと混合しても相分離を起こすため、水分による電極材料の失活を抑制する効果もある。また、熱伝導性も優れていることから、プリドープ中に発生する反応熱を拡散する効果にも優れる。   Although depending on the type of ionic liquid and molten salt, they do not dissolve in water or organic solvents, so even if they are mixed with these, phase separation occurs, preventing deactivation of electrode materials due to moisture. There is also an effect. Moreover, since the thermal conductivity is excellent, the effect of diffusing the reaction heat generated during the pre-doping is also excellent.

しかし、イオン性液体や溶融塩は、通常の電池に用いられる電解液とは異なり、液の粘度が高いため、電池のプリドープが十分に行われない場合があるため、液の粘度の低下とイオン導電性を高める観点から、液の温度は45〜300℃にすることが好ましい。50〜250℃がより好ましく、60〜180℃で使用することがさらに好ましい。   However, ionic liquids and molten salts, unlike the electrolytes used in ordinary batteries, have high liquid viscosities, so the batteries may not be fully pre-doped. From the viewpoint of enhancing conductivity, the temperature of the liquid is preferably 45 to 300 ° C. 50-250 degreeC is more preferable, and it is still more preferable to use at 60-180 degreeC.

(プリドープ方法)
上述した正極、負極およびセパレータを用いて、電池を作製し、正極及び負極とに接触していないよう配置されたアルカリイオン源となる補填用電極とを備え、補填用電極が前記正極面と前記負極面に対して垂直方向に配置された状態でプリドープ液中に浸漬し、正極または負極とに補填用電極とに電圧を印加する事で、電気化学的に正極または負極の電極にアルカリ金属イオンを補填することができる。
(Pre-doping method)
A battery is manufactured using the positive electrode, the negative electrode, and the separator described above, and includes a supplementary electrode serving as an alkali ion source arranged so as not to be in contact with the positive electrode and the negative electrode. Alkaline metal ions are electrochemically applied to the positive electrode or the negative electrode by being immersed in the pre-dope solution in a state of being arranged in a direction perpendicular to the negative electrode surface, and applying a voltage to the positive electrode or the negative electrode and the supplementary electrode. Can be compensated.

補填用電極が正極面と負極面に対して垂直方向に配置することで、積層体または捲回体の電極の電極面に沿ってアルカリ金属イオンが拡散するので、プリドープが均一に処理することができる。例えば、補填用電極が前記正極面と前記負極面に対して並行方向に配置した場合、積層体または捲回体と対面する補填用電極の近傍の電極層のみがプリドープされるため、不均一となりやすい。   By arranging the filling electrode in a direction perpendicular to the positive electrode surface and the negative electrode surface, alkali metal ions diffuse along the electrode surface of the laminated body or the wound body, so that the pre-doping can be uniformly processed. it can. For example, when the compensating electrode is arranged in parallel to the positive electrode surface and the negative electrode surface, only the electrode layer in the vicinity of the compensating electrode facing the laminated body or the wound body is pre-doped, resulting in nonuniformity. Cheap.

補填用電極は、少なくとも補填対象となる電極容量よりも大きく、積層体や捲回体の断面積よりも補填用電極の表面積が大きいことが好ましい。これにより、均一性に優れたプリドープ処理が可能となる。   The filling electrode is preferably at least larger than the electrode capacity to be filled, and has a larger surface area than the cross-sectional area of the laminated body or the wound body. Thereby, the pre-doping process excellent in uniformity becomes possible.

プリドープ液中に浸漬後、正極または負極とに補填用電極とに印加しなくても短絡すれば、補填用電極からアルカリ金属イオンが移動し正極または負極のプリドープが行われるが、プリドープの均一性にかけるため、電圧印加することが好ましい。印加する電圧は、補填用電極に用いる補填材料の種類によって異なるが、アルカリ金属イオンが移動する電圧であればよい。   After immersion in the pre-doping solution, if short-circuiting is not applied to the positive electrode or the negative electrode to the filling electrode, alkali metal ions move from the filling electrode and the positive or negative electrode is pre-doped. Therefore, it is preferable to apply a voltage. The voltage to be applied varies depending on the type of filling material used for the filling electrode, but may be a voltage at which alkali metal ions move.

この際の電流密度は、補填対象電極の容量を1分〜100時間で放電または充電できる電流密度であることが好ましい。より好ましくは、1時間〜50時間であり、2時間〜20時間であることがさらに好ましい。   The current density at this time is preferably a current density at which the capacity of the electrode to be compensated can be discharged or charged in 1 minute to 100 hours. More preferably, it is 1 hour-50 hours, and it is still more preferable that it is 2 hours-20 hours.

さらに、上記の電流密度で、補填処理後の電極から補填用電極にアルカリ金属イオンを挿入および脱離することが好ましい。これにより、均一性にすぐれたプリドープ処理を行うことができ、電池の充放電の際に発生するガスを予め放出し、電池内におけるガスの発生を抑制することができる。   Furthermore, it is preferable to insert and desorb alkali metal ions from the electrode after filling treatment to the filling electrode at the above current density. Thereby, the pre-doping process excellent in uniformity can be performed, the gas generated at the time of charging / discharging of the battery is released in advance, and the generation of gas in the battery can be suppressed.

<非水系二次電池とプリドープ>
このようにして得た電極(正極又は負極)は、セパレータを介して対極(負極又は正極)と接合され、電解液内に浸漬した状態で密閉化され、二次電池となる。上述のプリドープ処理を施した非水系二次電池によれば、高容量で長寿命を両立し、電池のガス発生の少ない非水系二次電池として機能することができる。
非水系二次電池の構造としては、特に限定されないが、積層式電池、捲回式電池などの既存の電池形態・構造に適用することができる。
図1に示す捲回電池31は、電池ケース32内に配置された正極33、負極34、セパレータ35および電解液を主に備えている。そして電池ケース32は、上部に開口部32aを有する概ね円筒状の容器であり、その底面部が負極端子に設定されている。帯状の正極33と負極34とはセパレータ35を挟みつつ渦巻き状に巻き取られた状態で電池ケース32内に配置されている。また、電池ケースの開口部32aは、電池ケース32内に電解液が注入された状態で、封口板37により液密に封鎖されている。なお、封口板37の上面に設けたキャップ36が正極端子となる。正極端子は図示しないリード線により正極33に接続されている。
<Non-aqueous secondary battery and pre-dope>
The electrode (positive electrode or negative electrode) thus obtained is joined to a counter electrode (negative electrode or positive electrode) via a separator, and sealed in a state of being immersed in an electrolytic solution to form a secondary battery. According to the non-aqueous secondary battery subjected to the above-mentioned pre-doping treatment, it is possible to function as a non-aqueous secondary battery that has both a high capacity and a long life and generates less gas in the battery.
The structure of the non-aqueous secondary battery is not particularly limited, but can be applied to existing battery forms and structures such as a stacked battery and a wound battery.
A wound battery 31 shown in FIG. 1 mainly includes a positive electrode 33, a negative electrode 34, a separator 35, and an electrolytic solution disposed in a battery case 32. The battery case 32 is a substantially cylindrical container having an opening 32a in the upper part, and the bottom part thereof is set as a negative electrode terminal. The strip-shaped positive electrode 33 and the negative electrode 34 are arranged in the battery case 32 in a state of being wound in a spiral shape with the separator 35 interposed therebetween. Further, the opening 32 a of the battery case is sealed in a liquid-tight manner by the sealing plate 37 in a state where the electrolyte is injected into the battery case 32. The cap 36 provided on the upper surface of the sealing plate 37 serves as a positive electrode terminal. The positive electrode terminal is connected to the positive electrode 33 by a lead wire (not shown).

図2に示す積層電池41は、正極もしくは負極のいずれか一方の電極であって円筒状の外装体42の内面42aに接触して電気的に接続されている第1電極43と、他方の電極であって外装体42の内面42aに接触していない第2電極44とを備えていて、棒状の導電性の集電棒47が、正極と負極とセパレータ45とを外装体42の軸方向に貫通していて、第2電極44は集電棒47に当接して電気的に接続されていて、第1電極43は集電棒47と接触していない。   A laminated battery 41 shown in FIG. 2 includes a first electrode 43 which is either a positive electrode or a negative electrode and is in contact with and electrically connected to an inner surface 42a of a cylindrical outer body 42, and the other electrode. And a second electrode 44 that is not in contact with the inner surface 42a of the exterior body 42, and a rod-shaped conductive current collecting rod 47 penetrates the positive electrode, the negative electrode, and the separator 45 in the axial direction of the exterior body 42. The second electrode 44 is in contact with and electrically connected to the current collecting rod 47, and the first electrode 43 is not in contact with the current collecting rod 47.

電極と補填用電極は互いに接触していないようを配置し、かつ補填用電極が電極面に対して垂直方向に配置された状態でプリドープ液中に浸漬し、電極と補填用電極の間に電圧を印加することで、電気化学的に電極にアルカリ金属イオンを補填する。   Place the electrode and the compensation electrode so that they are not in contact with each other, and immerse them in the pre-dope solution in a state where the compensation electrode is arranged in a direction perpendicular to the electrode surface, and apply a voltage between the electrode and the compensation electrode. Is applied to electrochemically fill the electrode with alkali metal ions.

本発明に関わる非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池、固体リチウム電池、ナトリウムイオン二次電池、ポリマーナトリウム電池、固体ナトリウム電池、ナトリウム−硫黄電池等であってもよい。このうち、単電池における電圧と容量の観点から、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。   The non-aqueous secondary battery according to the present invention may be a lithium ion secondary battery, a lithium polymer battery, a solid lithium battery, a sodium ion secondary battery, a polymer sodium battery, a solid sodium battery, a sodium-sulfur battery, or the like. Among these, it is preferable that it is a lithium ion secondary battery from a viewpoint of the voltage and capacity | capacitance in a single battery.

<試験結果1>
第一の実施形態(捲回タイプ)の試験結果について説明する。
(実施例1)
負極活物質としてSiOを用い、負極活物質80質量%、AB2質量%、PIバインダ18質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ20μmのステンレス鋼箔両面上に塗布・乾燥後、ロールプレス機により、ステンレス鋼箔(集電基材)と塗膜(負極活物質層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、350℃、1時間以上)して負極(片面の電極容量2.9mAh/cm2)を得た。
正極は、正極活物質としてLiFePOを用い、正極活物質92質量%、AB3質量%、PIバインダ5質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ10μmのアルミニウムニウム箔両面上に塗布・乾燥後、ロールプレス機により、アルミニウムニウム箔(集電基材)と塗膜(正極活物質層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、245℃、1時間以上)して正極(片面の電極容量1.4mAh/cm2)を得た。
<Test result 1>
The test results of the first embodiment (winding type) will be described.
(Example 1)
Using SiO as the negative electrode active material, 80% by mass of the negative electrode active material, 2% by mass of AB, and 18% by mass of PI binder were mixed to prepare a slurry mixture, which was applied and dried on both sides of a stainless steel foil having a thickness of 20 μm. After that, the stainless steel foil (current collecting base material) and the coating film (negative electrode active material layer) were closely bonded with a roll press machine, and then heat-treated (during decompression, at 350 ° C. for 1 hour or more) to form the negative electrode ( A single-sided electrode capacity of 2.9 mAh / cm 2 was obtained.
For the positive electrode, LiFePO 4 was used as the positive electrode active material, and 92% by mass of the positive electrode active material, 3% by mass of AB, and 5% by mass of the PI binder were mixed to prepare a slurry mixture. After coating and drying, the aluminum press foil (current collecting base material) and the coating film (positive electrode active material layer) are closely bonded with a roll press machine, and then heat treatment (at 245 ° C. for 1 hour or more in a reduced pressure) Thus, a positive electrode (single-sided electrode capacity of 1.4 mAh / cm 2) was obtained.

補填用電極は、補填材料としてSiを用い、補填材料75質量%、AB4質量%、VGCF1質量%、PIバインダ20質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ500μmの発泡クロム−ニッケル合金に充填・乾燥後、ロールプレス機により、発泡クロム−ニッケル合金(集電基材)と塗膜(補填材層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、350℃、1時間以上)し、厚さ300μmの金属リチウム箔を圧着し、補填用電極(電極容量50mAh/cm2)を得た。なお、補填用電極は、捲回体の断面積よりも5倍以上の表面積を有する。   The filling electrode uses Si as a filling material, and mixes 75% by weight of the filling material, 4% by weight of AB, 1% by weight of VGCF, and 20% by weight of PI binder to prepare a slurry mixture, and has a foam thickness of 500 μm. -After filling and drying the nickel alloy, the foamed chrome-nickel alloy (current collector base material) and the coating film (complementary material layer) are tightly bonded with a roll press, and then heat treatment (under reduced pressure, 350 ° C, 1 hour or more), and a metal lithium foil having a thickness of 300 μm was pressure-bonded to obtain a filling electrode (electrode capacity: 50 mAh / cm 2). In addition, the electrode for filling has a surface area of 5 times or more than the cross-sectional area of the wound body.

上記で得られた負極と正極を用い、セパレータとして厚さ20μmのポリプロピレン不織布、公称容量約1Ahの捲回体を作製した。得られた捲回体の正極及び負極とに接触していないように補填用電極を正極面と負極面に沿ってアルカリ金属イオンが拡散するように配置(垂直方向)に配置し、温度80℃のプリドープ液中に浸漬した。図3(a)に、実施例1におけるプリドープの各電極配置を示す。負極2と正極1とその間に介在させたセパレータ3からなる電極体をプリドープ用液5が満たされたプリドープ槽9沈め、対極として補填用電極4をプリドープ槽9内に配置する。そして補填用電極4と負極1に設けた負極タブ7の間に直流電源8を接続して、補填用電極4から負極2に向けて電流が流れるように配線する。プリドープ用液5のリチウムイオンLiは負極2に供給され、負極2はプリドープされる。一方、補填用電極4のリチウムはプリドープ用液5に溶出してリチウムイオンをプリドープ用液5に供給する。次に図3(b)に示すように、配線10を負極タブ7から正極1に設けた正極タブ6に変更して、直流電源8を正極2に接続することにより、正極2がプリドープされる。図3において、プリドープ用液5を流れる電流の方向は、電極面に沿った方向となっている。つまり、直流電源8の極性が電極面に沿った方向となっているので、電極にリチウムイオンが均一にプリドープされることになる。 Using the negative electrode and the positive electrode obtained above, a polypropylene nonwoven fabric having a thickness of 20 μm and a wound body having a nominal capacity of about 1 Ah were prepared as a separator. The filling electrode is arranged (vertical direction) so that the alkali metal ions diffuse along the positive electrode surface and the negative electrode surface so as not to contact the positive electrode and the negative electrode of the obtained wound body, and the temperature is 80 ° C. It was immersed in the pre-dope solution. FIG. 3A shows the arrangement of pre-doped electrodes in Example 1. FIG. An electrode body composed of the negative electrode 2, the positive electrode 1, and the separator 3 interposed therebetween is submerged in the pre-doping tank 9 filled with the pre-doping solution 5, and the compensating electrode 4 is disposed in the pre-doping tank 9 as a counter electrode. A DC power supply 8 is connected between the compensation electrode 4 and the negative electrode tab 7 provided on the negative electrode 1, and wiring is performed so that a current flows from the compensation electrode 4 toward the negative electrode 2. The lithium ions Li + in the pre-doping solution 5 are supplied to the negative electrode 2 and the negative electrode 2 is pre-doped. On the other hand, lithium in the filling electrode 4 is eluted into the pre-doping solution 5 to supply lithium ions to the pre-doping solution 5. Next, as shown in FIG. 3B, the wiring 10 is changed from the negative electrode tab 7 to the positive electrode tab 6 provided on the positive electrode 1, and the DC power supply 8 is connected to the positive electrode 2, whereby the positive electrode 2 is pre-doped. . In FIG. 3, the direction of the current flowing through the pre-doping solution 5 is along the electrode surface. That is, since the polarity of the DC power supply 8 is in the direction along the electrode surface, lithium ions are uniformly pre-doped on the electrode.

プリドープ液としては、イオン性液体(エチルメチルイミダゾリウム/ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンに1mol/kgのLiTFSIを溶解した液)を用いた。
負極と補填用電極とに、電圧カットオフ0−1V(vs.Li+/Li)、電流100mA(負極容量に対して0.05C率)の条件で5サイクルし、負極が1V(vs.Li+/Li)の状態となるようプリドープ処理を行った。
その後、捲回体をアルミニウムラミネートセルに入れ、電解液として、1mol/LのLiPF6/EC:DEC(1:1vol%)を加えて、真空中にて加熱圧着封止し、公称容量約1Ahの捲回式ラミネートセルを得た。
As the pre-doping solution, an ionic liquid (a solution obtained by dissolving 1 mol / kg LiTFSI in ethylmethylimidazolium / bis (fluorosulfonyl) imide anion) was used.
The negative electrode and the filling electrode were subjected to 5 cycles under the conditions of a voltage cut-off of 0-1 V (vs. Li + / Li) and a current of 100 mA (0.05 C rate with respect to the negative electrode capacity), and the negative electrode was 1 V (vs. Li + / Li). The pre-doping process was performed so as to be in the state of
Thereafter, the wound body is put in an aluminum laminate cell, 1 mol / L LiPF6 / EC: DEC (1: 1 vol%) is added as an electrolytic solution, and it is heat-bonded and sealed in a vacuum, and has a nominal capacity of about 1 Ah. A wound laminate cell was obtained.

(実施例2)
実施例2は、セパレータが厚さ20μmのポリプロピレン微多孔膜を使用した他、実施例1と同様である。
(実施例3)
実施例3は、セパレータが厚さ20μmのアラミド不織布を使用した他、実施例1と同様である。
(実施例4)
実施例4は、プリドープ液の温度が20℃に変更した他、実施例3と同様である。
(実施例5)
実施例5は、プリドープ液の温度が150℃に変更した他、実施例3と同様である。
(実施例6)
実施例6は、補填用電極に金属リチウムを用いた他、実施例3と同様である。
(実施例7)
実施例7は、補填用電極にグラファイトを用いた他、実施例3と同様である。
(実施例8)
実施例8は、補填用電極にSnOを用いた他、実施例3と同様である。
(実施例9)
実施例9は、正極集電基材に、エンボス加工を施したアルミニウムニウム箔を用いた他、実施例3と同様である。
(実施例10)
実施例10は、負極集電基材に、エンボス加工を施したステンレス箔を用いた他、実施例9と同様である。
(Example 2)
Example 2 is the same as Example 1 except that the separator used is a microporous polypropylene membrane having a thickness of 20 μm.
(Example 3)
Example 3 is the same as Example 1 except that an aramid nonwoven fabric having a separator thickness of 20 μm was used.
Example 4
Example 4 is the same as Example 3 except that the temperature of the pre-dope solution is changed to 20 ° C.
(Example 5)
Example 5 is the same as Example 3 except that the temperature of the pre-dope solution is changed to 150 ° C.
(Example 6)
Example 6 is the same as Example 3 except that metallic lithium is used for the filling electrode.
(Example 7)
Example 7 is the same as Example 3 except that graphite is used for the filling electrode.
(Example 8)
Example 8 is the same as Example 3 except that SnO is used for the filling electrode.
Example 9
Example 9 is the same as Example 3 except that an embossed aluminum metal foil is used for the positive electrode current collector.
(Example 10)
Example 10 is the same as Example 9 except that an embossed stainless steel foil was used for the negative electrode current collector.

(比較例1)
比較例1は、プリドープ処理を行わなかった他、実施例3と同様である。
(比較例2)
比較例2は、補填用電極の位置を、捲回体の正極面及び負極面に対して平行に配置した点を除いて、実施例3と同様である。図4に、比較例2で行ったプリドープの各電極配置を示す。図3と異なるところは、プリドープ用液5を流れる電流の方向は、電極面に対して直角の方向となっていることである。つまり、直流電源8の極性が電極面に対して垂直方向となっている点である。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is the same as Example 3 except that no pre-doping treatment was performed.
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is the same as Example 3 except that the position of the filling electrode is arranged in parallel with the positive electrode surface and the negative electrode surface of the wound body. In FIG. 4, each electrode arrangement of the pre-dope performed in Comparative Example 2 is shown. The difference from FIG. 3 is that the direction of the current flowing through the pre-doping solution 5 is perpendicular to the electrode surface. That is, the polarity of the DC power supply 8 is perpendicular to the electrode surface.

(充放電試験)
実施例1〜10及び比較例1、2の捲回電池を30℃雰囲気下で、0.5C率充放電、4−2Vカットオフの充放電条件で電池サイクル試験を行った。表1に電池のサイクル特性を示す。
表1から明らかなように、プリドープ処理を行った電池は、プリドープ処理をしなかった電池(比較例1)と比べて、初期の放電容量が大きいことがわかる。また、補填用電極の位置を、捲回体の正極面及び負極面に対して垂直に配置し、プリドープを行った電池は、平行に配置した電池(比較例2)と比べて、初期の放電容量が大きい。
実施例1〜3の結果から、セパレータの構造は、微多孔膜より、不織布であることで、初期放電容量を向上させる効果があることが判明した。
(Charge / discharge test)
The battery cycle test was conducted on the wound batteries of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 under a 30C atmosphere under charge / discharge conditions of 0.5C rate charge / discharge and 4-2V cut-off. Table 1 shows the cycle characteristics of the battery.
As can be seen from Table 1, the battery subjected to the pre-doping treatment has a larger initial discharge capacity than the battery not subjected to the pre-doping treatment (Comparative Example 1). In addition, the pre-doped battery in which the position of the filling electrode is arranged perpendicularly to the positive electrode surface and the negative electrode surface of the wound body is more initial than the battery arranged in parallel (Comparative Example 2). Large capacity.
From the results of Examples 1 to 3, it was found that the separator structure is a non-woven fabric rather than a microporous film, thereby improving the initial discharge capacity.

実施例3〜5の結果から、プリドープ用液の温度は、80℃以上で行うことで、初期放電容量とサイクル寿命特性を向上させる効果があることが判明した。
実施例3、6〜8の結果から、補填用電極は、グラファイトでは動作しにくく、また、金属リチウムでも、SiやSnOを用いた補填用電極と比べると初期放電容量とサイクル寿命特性が十分でない。これは、グラファイトや金属リチウムが、80℃のプリドープ用液で劣化するためと推察される。
実施例3、9、10の結果から、正極および負極に用いられる集電基材は、箔状のものよりもエンボス加工を施した集電基材であることで、初期放電容量とサイクル寿命特性を向上させる効果があることが判明した。これは、エンボス加工することで、電極のイオン透過性が向上し、均一にプリドープ処理が行われたためと推察される。

Figure 2015088437
From the results of Examples 3 to 5, it has been found that the temperature of the pre-doping solution is 80 ° C. or higher, thereby improving the initial discharge capacity and cycle life characteristics.
From the results of Examples 3 and 6 to 8, the filling electrode is not easily operated with graphite, and even with metallic lithium, the initial discharge capacity and the cycle life characteristics are not sufficient as compared with the filling electrode using Si or SnO. . This is presumably because graphite and metallic lithium deteriorate with the pre-doping solution at 80 ° C.
From the results of Examples 3, 9, and 10, the current collecting base material used for the positive electrode and the negative electrode is a current collecting base material embossed rather than the foil-like material, so that the initial discharge capacity and cycle life characteristics are obtained. It has been found that there is an effect of improving. This is presumably because the ion permeability of the electrode was improved by embossing, and the pre-doping treatment was performed uniformly.
Figure 2015088437

<試験結果2>
第二の実施形態(積層タイプ)の試験結果について説明する。
(実施例11)
負極活物質としてSiOを用い、負極活物質80質量%、AB2質量%、PIバインダ18質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ20μmのステンレス鋼箔両面上に塗布・乾燥後、ロールプレス機により、ステンレス鋼箔(集電基材)と塗膜(負極活物質層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、350℃、1時間以上)して負極(片面の電極容量2.9 mAh/cm2)を得た。
正極は、正極活物質としてLiFePOを用い、正極活物質92質量%、AB3質量%、PIバインダ5質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ10μmのアルミニウムニウム箔両面上に塗布・乾燥後、ロールプレス機により、アルミニウムニウム箔(集電基材)と塗膜(正極活物質層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、245℃、1時間以上)して正極(片面の電極容量1.4mAh/cm2)を得た。
補填用電極は、補填材料としてSiを用い、補填材料75質量%、AB4質量%、VGCF1質量%、PIバインダ20質量%を混合してスラリー状の合剤を調製し、厚さ500μmの発泡クロム−ニッケル合金に充填・乾燥後、ロールプレス機により、発泡クロム−ニッケル合金(集電基材)と塗膜(補填材層)とを密着接合させ、次いで、加熱処理(減圧中、350℃、1時間以上)し、厚さ300μmの金属リチウム箔を圧着し、補填用電極(電極容量50mAh/cm2)を得た。なお、補填用電極は、積層体の断面積よりも5倍以上の表面積を有する。
上記で得られた負極と正極を用い、セパレータとして厚さ20μmのポリイミド不織布、公称容量約1Ahの捲回体を作製した。
<Test result 2>
The test results of the second embodiment (stacked type) will be described.
(Example 11)
Using SiO as the negative electrode active material, 80% by mass of the negative electrode active material, 2% by mass of AB, and 18% by mass of PI binder were mixed to prepare a slurry mixture, which was applied and dried on both sides of a stainless steel foil having a thickness of 20 μm. After that, the stainless steel foil (current collecting base material) and the coating film (negative electrode active material layer) were closely bonded with a roll press machine, and then heat-treated (during decompression, at 350 ° C. for 1 hour or more) to form the negative electrode ( A single-sided electrode capacity of 2.9 mAh / cm2) was obtained.
For the positive electrode, LiFePO 4 was used as the positive electrode active material, and 92% by mass of the positive electrode active material, 3% by mass of AB, and 5% by mass of the PI binder were mixed to prepare a slurry mixture. After coating and drying, the aluminum press foil (current collecting base material) and the coating film (positive electrode active material layer) are closely bonded with a roll press machine, and then heat treatment (at 245 ° C. for 1 hour or more in a reduced pressure) Thus, a positive electrode (single-sided electrode capacity of 1.4 mAh / cm 2) was obtained.
The filling electrode uses Si as a filling material, and mixes 75% by weight of the filling material, 4% by weight of AB, 1% by weight of VGCF, and 20% by weight of PI binder to prepare a slurry mixture, and has a foam thickness of 500 μm. -After filling and drying the nickel alloy, the foamed chrome-nickel alloy (current collector base material) and the coating film (complementary material layer) are tightly bonded with a roll press, and then heat treatment (under reduced pressure, 350 ° C, 1 hour or more), and a metal lithium foil having a thickness of 300 μm was pressure-bonded to obtain a filling electrode (electrode capacity: 50 mAh / cm 2). The supplementary electrode has a surface area that is five times or more than the cross-sectional area of the laminate.
Using the negative electrode and the positive electrode obtained above, a polyimide nonwoven fabric having a thickness of 20 μm and a wound body having a nominal capacity of about 1 Ah were produced as a separator.

得られた積層体の正極及び負極とに接触していないように補填用電極を正極面と負極面に沿ってアルカリ金属イオンが拡散するように配置(垂直方向)に配置し、温度65℃のプリドープ液中に浸漬した。図5に、実施例11で行ったプリドープの各電極配置を示す。動作については図3と同じであるので省略する。図3と同様、プリドープ用液5を流れる電流の方向は、電極面に沿った方向となっている。つまり、直流電源8の極性が電極面に沿った方向となっている。
プリドープ液としては、有機電解液(PC:EC:DEC(=50:25:25 vol.%)に1mol/LのLiPFを溶解した液)を用いた。
正極と補填用電極とに、電圧カットオフ0−1V(vs.Li+/Li)、電流100mA(負極容量に対して0.05C率)の条件で5サイクルし、負極が1V(vs.Li+/Li)の状態となるようプリドープ処理を行った。
その後、捲回体をアルミニウムラミネートセルに入れ、電解液として、1mol/LのLiPF/EC:DEC(1:1vol%)を加えて、真空中にて加熱圧着封止し、公称容量約1Ahの積層式ラミネートセルを得た。
Arrange the supplementary electrodes so that the alkali metal ions diffuse along the positive electrode surface and the negative electrode surface (vertical direction) so that they are not in contact with the positive electrode and negative electrode of the obtained laminate, and the temperature is 65 ° C. It was immersed in a pre-dope solution. FIG. 5 shows each electrode arrangement of pre-doping performed in Example 11. The operation is the same as in FIG. As in FIG. 3, the direction of the current flowing through the pre-doping solution 5 is a direction along the electrode surface. That is, the polarity of the DC power supply 8 is in a direction along the electrode surface.
As the pre-dope solution, an organic electrolytic solution (a solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in PC: EC: DEC (= 50: 25: 25 vol.%)) Was used.
The positive electrode and the supplementary electrode were subjected to 5 cycles under conditions of a voltage cut-off of 0-1 V (vs. Li + / Li) and a current of 100 mA (0.05 C rate with respect to the negative electrode capacity), and the negative electrode was 1 V (vs. Li + / Li). Pre-doping treatment was performed so as to be in the state of Li).
Thereafter, the wound body is put in an aluminum laminate cell, 1 mol / L LiPF 6 / EC: DEC (1: 1 vol%) is added as an electrolytic solution, heat-press sealed in a vacuum, and a nominal capacity of about 1 Ah. A laminated laminate cell was obtained.

(比較例3)
比較例3は、プリドープ処理を行わなかった他、実施例11と同様である。
(比較例4)
比較例4は、補填用電極の位置を、積層体の正極面及び負極面に対して平行に配置した他実施例11と同様である。図6に、比較例4で行ったプリドープの各電極配置を示す。図5と異なるところは、プリドープ用液5を流れる電流の方向は、電極面に対して直角の方向となっていることである。つまり、直流電源8の極性が電極面に対して垂直方向となっている点である。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is the same as Example 11 except that no pre-doping treatment was performed.
(Comparative Example 4)
Comparative Example 4 is the same as Example 11 in which the position of the filling electrode is arranged in parallel to the positive electrode surface and the negative electrode surface of the multilayer body. FIG. 6 shows the arrangement of the pre-doped electrodes performed in Comparative Example 4. The difference from FIG. 5 is that the direction of the current flowing through the pre-doping solution 5 is perpendicular to the electrode surface. That is, the polarity of the DC power supply 8 is perpendicular to the electrode surface.

(充放電試験)
実施例11積層電池を30℃雰囲気下で、0.5C率充放電、4−2Vカットオフの充放電条件で電池サイクル試験を行った。表2に電池のサイクル特性を示す。
表2から明らかなように、プリドープ処理を行った電池は、プリドープ処理をしなかった電池(比較例3)と比べて、初期の放電容量が大きいことがわかる。また、補填用電極の位置を、積層体の正極面及び負極面に対して垂直に配置し、プリドープを行った電池は、平行に配置した電池(比較例4)と比べて、初期の放電容量が大きい。

Figure 2015088437
(Charge / discharge test)
Example 11 A battery cycle test was conducted on a laminated battery in a 30 ° C. atmosphere under charge / discharge conditions of 0.5C rate charge / discharge and 4-2V cut-off. Table 2 shows the cycle characteristics of the battery.
As can be seen from Table 2, the battery subjected to the pre-doping treatment has a larger initial discharge capacity than the battery not subjected to the pre-doping treatment (Comparative Example 3). In addition, the pre-doped battery in which the position of the filling electrode is arranged perpendicular to the positive electrode surface and the negative electrode surface of the laminate is higher than the initial discharge capacity in comparison with the battery arranged in parallel (Comparative Example 4). Is big.
Figure 2015088437

本発明により得られる非水系二次電池は、例えば、移動体通信機器、携帯用電子機器、電動自転車、電動二輪車、電気自動車等の主電源等の用途に利用することが可能である。   The non-aqueous secondary battery obtained by the present invention can be used for applications such as a main power source for mobile communication devices, portable electronic devices, electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, and the like.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 補填用電極
5 プリドープ用液
6 負極タブ
7 正極タブ
8 直流電源
9 プリドープ槽
10 配線
31 捲回電池
32 電池ケース
33 正極
34 負極
35 セパレータ
36 キャップ
37 封口板
41 積層電池
42 外装体
43 第1電極
44 第2電極
45 セパレータ
47 集電棒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Supplementary electrode 5 Pre-doping liquid 6 Negative electrode tab 7 Positive electrode tab 8 DC power supply 9 Pre-doping tank 10 Wiring 31 Winding battery 32 Battery case 33 Positive electrode 34 Negative electrode 35 Separator 36 Cap 37 Sealing plate 41 Stacked battery 42 Exterior body 43 First electrode 44 Second electrode 45 Separator 47 Current collecting rod

Claims (10)

正極と負極を有する非水系二次電池のプリドープ方法であって、
前記正極及び前記負極とに接触していないよう配置されたアルカリ金属イオン源を有する補填用電極を、アルカリ金属イオンが溶出したプリドープ用液に浸漬するように配置して、
前記正極または前記負極のいずれか一方の電池電極と前記補填用電極の間に直流電源を接続して、前記直流電源による電界の方向が前記電池電極の電極面の方向と同じである非水系二次電池のプリドープ方法。
A pre-doping method for a non-aqueous secondary battery having a positive electrode and a negative electrode,
Arranging a supplementary electrode having an alkali metal ion source arranged so as not to contact the positive electrode and the negative electrode so as to be immersed in a pre-doping solution from which alkali metal ions are eluted,
A DC power source is connected between one of the positive electrode or the negative electrode and the compensation electrode, and the direction of the electric field generated by the DC power source is the same as the direction of the electrode surface of the battery electrode. Pre-doping method for secondary battery.
前記補填用電極の電極容量が前記電極の電極容量よりも大きく、前記補填用電極の表面積が前記電極の断面積よりも大きい請求項1に記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein an electrode capacity of the filling electrode is larger than an electrode capacity of the electrode, and a surface area of the filling electrode is larger than a cross-sectional area of the electrode. 前記プリドープ用液が、45〜300℃である請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the pre-doping solution is 45 to 300 ° C. 3. 請求項1〜3いずれか一項に記載のプリドープの後、前記正極と前記負極との間で充放電を行う工程を有する非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method of the non-aqueous secondary battery which has the process of charging / discharging between the said positive electrode and the said negative electrode after the pre dope as described in any one of Claims 1-3. 前記プリドープ用液が、アルカリ金属塩を含むイオン性液体である請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the pre-doping solution is an ionic liquid containing an alkali metal salt. 前記負極が、SiまたはSnの元素を含む金属、合金あるいは化合物を用いた負極である請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode is a negative electrode using a metal, an alloy, or a compound containing an element of Si or Sn. 前記集電基材が鋼またはステンレス鋼を用いた材料で構成される請求項1〜6のいずれかに記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the current collecting base material is made of a material using steel or stainless steel. 前記正極または前記正極が、耐熱性を有する熱硬化性樹脂をバインダに用いた電極であって、前記正極または前記正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、前記バインダが1〜20質量%含有されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の非水系二次電池のプリドープ方法。   The positive electrode or the positive electrode is an electrode using a thermosetting resin having heat resistance as a binder, and the total of the active material, binder and conductive additive contained in the positive electrode or the positive electrode is 100% by mass. In the case, the pre-doping method of the non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the binder is contained in an amount of 1 to 20% by mass. 上記請求項1〜8に記載の非水系二次電池のプリドープ方法により得られた非水系二次電池。   A non-aqueous secondary battery obtained by the pre-doping method for a non-aqueous secondary battery according to claim 1. 請求項9に記載の非水系二次電池を用いた電気機器。   An electric device using the non-aqueous secondary battery according to claim 9.
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