JP2015146249A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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浩哉 梅山
Hiroya Umeyama
浩哉 梅山
橋本 達也
Tatsuya Hashimoto
達也 橋本
福本 友祐
Yusuke Fukumoto
友祐 福本
章浩 落合
Akihiro Ochiai
章浩 落合
鳥山 幸一
Koichi Toriyama
幸一 鳥山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery superior in cycle characteristics by preventing the delamination of negative electrode mixture layers.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery comprises: a positive electrode; a negative electrode; and a nonaqueous electrolyte. The negative electrode includes a collector, a first active material layer including a first carbon particle group, an intermediate layer including fibrillated cellulose, and a second active material layer including a second carbon particle group in this order. The first carbon particle group is 12-50 μm in D50, and the second carbon particle group is 1-18 μm in D50. The intermediate layer is 1.0-5.0 μm in thickness, and the fibrillated cellulose is 0.3-1 μm in d50.

Description

本発明は非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

非水電解質二次電池において負極のリチウムイオン(Li)受入性を向上させるため、様々な試みがなされている。たとえば国際公開第2011/114433号公報(特許文献1)には、負極集電体上に設けられた負極活物質層が二層構造を有し、表層側活物質層に含まれる負極活物質の平均比表面積が集電体側活物質層に含まれる負極活物質の平均比表面積よりも大きいリチウム二次電池が開示されている。 Various attempts have been made to improve the lithium ion (Li + ) acceptability of the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, in International Publication No. 2011/114433 (Patent Document 1), the negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector has a two-layer structure, and the negative electrode active material contained in the surface side active material layer A lithium secondary battery in which the average specific surface area is larger than the average specific surface area of the negative electrode active material contained in the current collector-side active material layer is disclosed.

国際公開第2011/114433号公報International Publication No. 2011/114433

比表面積の大きい負極活物質はLi受入性が高いため、負極活物質層の表層側(負極集電体の反対側)にLi受入性が高い負極活物質を配置することにより、非水電解質二次電池の負極のLi受入性を向上させることができる。ただし、負極活物質層の全体を比表面積の大きい負極活物質で構成すると、高温保存時などの負極活物質層の反応性が高くなり過ぎ、ガスの発生などの問題が生じるため、高温保存特性が低下する。このため、比表面積の小さい活物質の層と比表面積の大きい活物質の層とを組み合わせることで、Li受入性を向上させつつ、高温保存特性を良好に維持することが可能となる。 Because of the high negative active material Li + acceptance large specific surface area, by the Li + acceptance (opposite side of the anode current collector) surface layer of the anode active material layer are arranged a high negative electrode active material, a non-aqueous The Li + acceptability of the negative electrode of the electrolyte secondary battery can be improved. However, if the entire negative electrode active material layer is composed of a negative electrode active material having a large specific surface area, the reactivity of the negative electrode active material layer becomes too high during high temperature storage, causing problems such as gas generation. Decreases. For this reason, by combining the active material layer having a small specific surface area and the active material layer having a large specific surface area, it is possible to maintain the high temperature storage characteristics while improving the Li + acceptability.

しかし、特許文献1に開示されるような二層構造の負極活物質層を用いる場合、Li受入性と高温保存特性に優れるが、比表面積が異なる2種の負極活物質は、Li+の挿入・脱離に伴う膨張収縮量が互いに異なる。これに起因して、充放電サイクルを繰り返すと、2種の負極活物質層の界面で剥離が発生する場合がある。このような層間剥離が発生すると、表層側の負極活物質層の一部が電気的に孤立し、当該部分では負極活物質が充放電に寄与できなくなるため、リチウム二次電池の大幅な容量損失が引き起こされる。 However, when a negative electrode active material layer having a two-layer structure as disclosed in Patent Document 1 is used, Li + acceptability and high-temperature storage characteristics are excellent, but two types of negative electrode active materials having different specific surface areas are Li + The amount of expansion / contraction associated with insertion / removal is different. Due to this, if the charge / discharge cycle is repeated, peeling may occur at the interface between the two types of negative electrode active material layers. When such delamination occurs, a part of the negative electrode active material layer on the surface layer side is electrically isolated, and the negative electrode active material cannot contribute to charging / discharging at that part, so a significant capacity loss of the lithium secondary battery Is caused.

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、負極合材層の層間剥離を防止して、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and an object thereof is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in cycle characteristics by preventing delamination of the negative electrode mixture layer. There is to do.

本発明の非水電解質二次電池は、正極と負極と非水電解質とを備え、
前記負極は、集電体と、第1炭素粒子群を含む第1活物質層と、フィブリル化セルロースを含む中間層と、第2炭素粒子群を含む第2活物質層とをこの順で含み、
前記第1炭素粒子群のD50は12〜50μmであり、
前記第2炭素粒子群のD50は1〜18μmであり、
前記中間層の厚みは1.0〜5.0μmであり、
前記フィブリル化セルロースのd50は0.3〜1であることを特徴とする。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte,
The negative electrode includes a current collector, a first active material layer including a first carbon particle group, an intermediate layer including fibrillated cellulose, and a second active material layer including a second carbon particle group in this order. ,
D50 of the first carbon particle group is 12 to 50 μm,
D50 of the second carbon particle group is 1 to 18 μm,
The intermediate layer has a thickness of 1.0 to 5.0 μm,
The fibrillated cellulose has a d50 of 0.3 to 1.

上記のように本発明の非水電解質二次電池では、負極において、第1活物質層(集電体側)と第2活物質層(表層側)との間に、フィブリル化セルロースを含む中間層を含んでいる。このため、アンカー効果(第1活物質層と第2活物質層の間隙にフィブリル化セルロースの微細繊維が組み込まれることによる固定化効果)により、充放電サイクルを繰り返した場合でも第1活物質層と第2活物質層との間での剥離が抑制される。これにより、優れたサイクル特性を有する非水電解質二次電池を得ることができる。   As described above, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the negative electrode, an intermediate layer containing fibrillated cellulose between the first active material layer (current collector side) and the second active material layer (surface layer side). Is included. For this reason, even when the charge / discharge cycle is repeated due to the anchor effect (immobilization effect due to the incorporation of fine fibers of fibrillated cellulose in the gap between the first active material layer and the second active material layer), the first active material layer And the second active material layer are prevented from peeling. Thereby, a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained.

本発明の非水電解質二次電池は、第1活物質層(集電体側)と第2活物質層(表層側)との間に、フィブリル化セルロースを含む中間層を含んでいるため、第1活物質層と第2活物質層との間での剥離が抑制され、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes an intermediate layer containing fibrillated cellulose between the first active material layer (current collector side) and the second active material layer (surface layer side). Separation between the first active material layer and the second active material layer is suppressed, and a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in cycle characteristics can be provided.

また、本発明の非水電解質二次電池では、第2活物質層(表層側)に含まれる第2炭素粒子群の比表面積が、第1活物質層(集電体側)に含まれる第1炭素粒子群の比表面積よりも大きいことにより、負極のLi受入性が向上し、高率充電が可能となる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the specific surface area of the second carbon particle group included in the second active material layer (surface layer side) is the first active material layer (current collector side) included in the first active material layer. By being larger than the specific surface area of the carbon particle group, the Li + acceptability of the negative electrode is improved and high-rate charging is possible.

本発明の一実施形態における負極の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the negative electrode in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるフィブリル化セルロースの構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the fibrillated cellulose in one Embodiment of this invention. 実施例および比較例の負極の作製を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating preparation of the negative electrode of an Example and a comparative example. 実施例および比較例の二次電池の組み立てを説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the assembly of the secondary battery of an Example and a comparative example. 従来の負極の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the conventional negative electrode.

以下、本発明に係わる実施形態についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は本実施形態の負極の構成を示す概略断面図である。   Hereinafter, although the embodiment concerning the present invention is described in detail, the present invention is not limited to these. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the negative electrode of the present embodiment.

<非水電解質二次電池>
本実施形態の非水電解質二次電池は、正極と負極と非水電解質とを備えている。図1を参照して、この負極は、集電体10と、第1炭素粒子群を含む第1活物質層21と、フィブリル化セルロースを含む中間層と、第2炭素粒子群を含む第2活物質層22とをこの順で含んでいる。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. Referring to FIG. 1, this negative electrode includes a current collector 10, a first active material layer 21 including a first carbon particle group, an intermediate layer including fibrillated cellulose, and a second carbon layer including a second carbon particle group. The active material layer 22 is included in this order.

図5は、従来技術における負極の構成を示す概略断面図である。図5を参照して、従来の負極では、充放電サイクルを繰り返すと、第1活物質層21と第2活物質層22との膨張収縮量の差異に起因して、これらの界面領域25において層間剥離が発生する場合があった。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the negative electrode in the prior art. Referring to FIG. 5, in the conventional negative electrode, when the charge / discharge cycle is repeated, in the interface region 25 due to the difference in expansion / contraction amount between the first active material layer 21 and the second active material layer 22. In some cases, delamination occurred.

これに対して本実施形態では、図1に示すように、第1活物質層21と第2活物質層22との間に、フィブリル化セルロースを含む中間層23を含んでいる。これにより、第1活物質層21および第2活物質層22と、中間層23との間でアンカー効果が発現し、剥離強度が向上する。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 1, an intermediate layer 23 containing fibrillated cellulose is included between the first active material layer 21 and the second active material layer 22. Thereby, the anchor effect is expressed between the first active material layer 21 and the second active material layer 22 and the intermediate layer 23, and the peel strength is improved.

<負極>
本実施形態の負極は、集電体10と、集電体10上に形成された負極合材層2とを含む。負極合材層2は、第1活物質層21(集電体側)、中間層および第2活物質層22(表層側)を含む積層構造を有している。
<Negative electrode>
The negative electrode of the present embodiment includes a current collector 10 and a negative electrode mixture layer 2 formed on the current collector 10. The negative electrode mixture layer 2 has a laminated structure including a first active material layer 21 (current collector side), an intermediate layer, and a second active material layer 22 (surface layer side).

第1活物質層21は第1炭素粒子群を含み、第2活物質層22は第1炭素粒子群を含んでいる。そして、第2活物質層22を構成する第2炭素粒子群の粒径が、第1活物質層21を構成する第1炭素粒子群の粒径よりも小さい。この場合、一般に、第2活物質層22を構成する第2炭素粒子群の比表面積が、第1活物質層21を構成する第1炭素粒子群の比表面積よりも大きい。これにより、負極のLi受入性が向上し、高率充電が可能となる。なお、「比表面積」とは、BETの吸着等温式に基づき求められた平均比表面積を意味する。 The first active material layer 21 includes a first carbon particle group, and the second active material layer 22 includes a first carbon particle group. The particle size of the second carbon particle group constituting the second active material layer 22 is smaller than the particle size of the first carbon particle group constituting the first active material layer 21. In this case, the specific surface area of the second carbon particle group constituting the second active material layer 22 is generally larger than the specific surface area of the first carbon particle group constituting the first active material layer 21. Thereby, the Li + acceptability of the negative electrode is improved, and high rate charging is possible. The “specific surface area” means an average specific surface area determined based on the adsorption isotherm of BET.

本実施形態の負極は、これらの構成を有する限り他の層を含んでいてもよい。たとえば第2活物質層22の上にさらに別の層を有していてもよいし、第1活物質層21と集電体10との間にさらに別の層を有していてもよい。なお、本実施形態の負極の形状は、特に制限されないが、典型的にはシート状の部材である。   The negative electrode of this embodiment may contain other layers as long as it has these configurations. For example, another layer may be provided on the second active material layer 22, or another layer may be provided between the first active material layer 21 and the current collector 10. The shape of the negative electrode of the present embodiment is not particularly limited, but is typically a sheet-like member.

本実施形態の負極において、第1活物質層21と第2活物質層22の質量比率は、特に限定されないが、好ましくは第1活物質層:第2活物質層=1:9〜9:1である。また負極合材層の密度(負極合材層の質量/負極合材層の体積)も、特に限定されないが、Li受入性およびサイクル耐久性の観点から、好ましくは0.5〜2.5g/cm程度である。 In the negative electrode of the present embodiment, the mass ratio between the first active material layer 21 and the second active material layer 22 is not particularly limited, but preferably the first active material layer: second active material layer = 1: 9-9: 1. Also, the density of the negative electrode mixture layer (the mass of the negative electrode mixture layer / the volume of the negative electrode mixture layer) is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2.5 g from the viewpoint of Li + acceptability and cycle durability. / Cm 3 or so.

(第1活物質層)
第1活物質層21は、集電体10上に設けられている。そして、第1活物質層21は第1炭素粒子群を含む。第1活物質層は、必要に応じて、後述する結着剤や増粘剤等の他の成分を含んでいてもよい。
(First active material layer)
The first active material layer 21 is provided on the current collector 10. The first active material layer 21 includes a first carbon particle group. The 1st active material layer may contain other components, such as a binder mentioned below and a thickener, as needed.

第1炭素粒子群のD50は、12〜50μmである。なお、第1活物質層21の比表面積は、特に限定されないが、保存特性の観点から、好ましくは4.00m/g未満である。 D50 of the first carbon particle group is 12 to 50 μm. The specific surface area of the first active material layer 21 is not particularly limited, but is preferably less than 4.00 m 2 / g from the viewpoint of storage characteristics.

なお、比表面積(BETの吸着等温式に基づく平均比表面積)は、従来公知の物理吸着方式の比表面積測定装置によって計測することができる。そのような装置としては、たとえばマイクロメリティックス社製の「ASAP2010」等を挙げることができる。   The specific surface area (average specific surface area based on the adsorption isotherm of BET) can be measured by a conventionally known physical adsorption type specific surface area measuring device. An example of such an apparatus is “ASAP2010” manufactured by Micromeritics.

(第2活物質層)
第2活物質層22は、後述の中間層を介して第1活物質層21上に設けられており、2層構造の上層を構成するものである。そして、第2活物質層22は第2炭素粒子群を含む。第2活物質層は、必要に応じて、後述する結着剤や増粘剤等の他の成分を含んでいてもよい。
(Second active material layer)
The 2nd active material layer 22 is provided on the 1st active material layer 21 through the below-mentioned intermediate | middle layer, and comprises the upper layer of 2 layer structure. The second active material layer 22 includes a second carbon particle group. The 2nd active material layer may contain other components, such as a binder mentioned below and a thickener, as needed.

第2活物質層(第2炭素粒子群)は、第1活物質層(第1炭素粒子群)よりも大きい比表面積を有する。ここで高率充電特性を向上させる観点から、第2炭素粒子群の比表面積は、好ましくは4.00m/g以上であり、より好ましくは5.00m/g以上であり、さらに好ましくは5.50m/g以上である。 The second active material layer (second carbon particle group) has a larger specific surface area than the first active material layer (first carbon particle group). Here, from the viewpoint of improving the high rate charging characteristics, the specific surface area of the second carbon particle group is preferably 4.00 m 2 / g or more, more preferably 5.00 m 2 / g or more, and still more preferably. 5.50 m 2 / g or more.

(炭素粒子群)
第1炭素粒子群および第2炭素粒子群は、負極活物質としての機能を有する。すなわち、Liを電気化学的に吸蔵、放出可能な炭素材料である。このような炭素材料としては、たとえば天然黒鉛、人造黒鉛、コークスあるいはこれらの混合物等を用いることができる。炭素粒子の形状は特に限定されず、球状粒子であってもよいし、鱗片状粒子であってもよい。
(Carbon particle group)
The first carbon particle group and the second carbon particle group have a function as a negative electrode active material. That is, it is a carbon material that can occlude and release Li + electrochemically. As such a carbon material, for example, natural graphite, artificial graphite, coke, or a mixture thereof can be used. The shape of the carbon particles is not particularly limited, and may be spherical particles or scaly particles.

第1炭素粒子群および第2炭素粒子群は、市場において入手可能な炭素材料に対して、適宜、分級や混合を行なうことにより作製することができる。   The first carbon particle group and the second carbon particle group can be produced by appropriately classifying and mixing carbon materials available on the market.

活物質層の比表面積は、概ね炭素粒子群の粒子径に反比例する。したがって、比表面積の大きい第2活物質層を構成する第2炭素粒子群は、第1活物質層を構成する第1炭素粒子群よりも粒子径の小さい粒度分布を有している。具体的には、第1炭素粒子群のD50は12〜50μmであり、第2炭素粒子群のD50は1〜18μmである。ここで、「D50」とは、ある粒子群の個数基準の粒度分布を累積分布として表わしたとき累積個数が全粒子数の50%となる粒子径を意味する。   The specific surface area of the active material layer is generally inversely proportional to the particle size of the carbon particle group. Therefore, the second carbon particle group constituting the second active material layer having a large specific surface area has a particle size distribution having a smaller particle diameter than the first carbon particle group constituting the first active material layer. Specifically, D50 of the first carbon particle group is 12 to 50 μm, and D50 of the second carbon particle group is 1 to 18 μm. Here, “D50” means a particle size in which the cumulative number is 50% of the total number of particles when the particle size distribution of a certain particle group is expressed as a cumulative distribution.

第1活物質層を構成する第1炭素粒子群のD50がこれよりも小さい場合、負極自体の反応面積が大きく、負極と電解液等との副反応が生じやすくなり、保存耐久試験やサイクル耐久試験の際に電池特性の劣化が大きくなってしまう場合がある。また、第2活物質層を構成する第2炭素粒子群のD50がこれよりも大きい場合、電極の反応面積が小さく、電極自体が反応性に乏しくなり、負極の抵抗が高くなり、電池特性が劣化してしまう場合がある。すなわち、上記のように、第1活物質層を構成する第1炭素粒子群の粒径分布、および、第2活物質層を構成する第2炭素粒子群の粒径分布を適切に制御することで、優れたサイクル耐久性と電池特性を有する非水電解質二次電池を得ることができる。   When D50 of the first carbon particle group constituting the first active material layer is smaller than this, the reaction area of the negative electrode itself is large, and a side reaction between the negative electrode and the electrolytic solution is likely to occur. The battery characteristics may be greatly deteriorated during the test. In addition, when the D50 of the second carbon particle group constituting the second active material layer is larger than this, the reaction area of the electrode is small, the electrode itself is poor in reactivity, the resistance of the negative electrode is increased, and the battery characteristics are improved. It may deteriorate. That is, as described above, appropriately controlling the particle size distribution of the first carbon particle group constituting the first active material layer and the particle size distribution of the second carbon particle group constituting the second active material layer. Thus, a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle durability and battery characteristics can be obtained.

炭素粒子群の粒度分布は、従来公知の粒度分布測定装置によって測定することができる。たとえば、日機装株式会社製のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置「MT3000II」等を用いることができる。なお、レーザー回折・散乱法によって測定される粒度分布は本来的には体積基準の粒度分布であるが、本実施形態ではこれらの測定結果を個数基準に算術的に変換して用いるものとする。個数基準の粒度分布を直接測定する方法としては電気的検知帯法等を用いることができる。電気的検知帯法に基づく粒度分布測定装置としては、たとえばベックマン・コールター社製の「Multitisizer3」等を用いることができる。   The particle size distribution of the carbon particle group can be measured by a conventionally known particle size distribution measuring apparatus. For example, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device “MT3000II” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used. The particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering method is essentially a volume-based particle size distribution, but in the present embodiment, these measurement results are arithmetically converted and used based on the number. As a method for directly measuring the number-based particle size distribution, an electrical detection band method or the like can be used. As a particle size distribution measuring apparatus based on the electrical detection band method, for example, “Multisizer 3” manufactured by Beckman Coulter, Inc. can be used.

(中間層)
中間層は、第1活物質層と第2活物質層との間に設置される層であり、フィブリル化セルロースを含んでいる。
(Middle layer)
The intermediate layer is a layer placed between the first active material layer and the second active material layer, and contains fibrillated cellulose.

「フィブリル化セルロース」とは、セルロースからなり、多数の微細繊維(フィブリル)を有する粒子状物である。フィブリル化セルロースは、セルロースからなるポリマー繊維を細分割する処理(フィブリル化処理)を行うことにより得ることができる。フィブリル化処理は、例えば、機械的な剪断力等を用いて行うことができる。このようにフィブリル化処理されたフィブリル化セルロースは、その表面がほぐされて微細繊維(フィブリル)が多数発生する。   The “fibrillated cellulose” is a particulate material made of cellulose and having a large number of fine fibers (fibrils). The fibrillated cellulose can be obtained by performing a treatment (fibrillation treatment) for finely dividing a polymer fiber made of cellulose. The fibrillation treatment can be performed using, for example, mechanical shearing force. The surface of the fibrillated cellulose thus fibrillated is loosened and a large number of fine fibers (fibrils) are generated.

図2を参照して、フィブリル化セルロース24は、その表面にヒゲ状の微細繊維(フィブリル)24aを多数有している。なお、図2では簡略化のため微細繊維24aを1本だけ示している。   Referring to FIG. 2, fibrillated cellulose 24 has a large number of beard-like fine fibers (fibrils) 24a on its surface. In FIG. 2, only one fine fiber 24a is shown for simplification.

本実施形態では、中間層の構成材料であるフィブリル化セルロースの微細繊維によって、アンカー効果が発揮され、(フィブリル化処理していないセルロースよりも、)比表面積の異なる活物質層間の密着性を高めることができる。   In the present embodiment, the anchor effect is exhibited by the fine fibers of fibrillated cellulose, which is a constituent material of the intermediate layer, and the adhesion between the active material layers having different specific surface areas (as compared to cellulose not subjected to fibrillation treatment) is enhanced. be able to.

上記フィブリル化セルロースの表面の微細繊維(フィブリル)のd50は、好ましくは0.3〜1.0μmである。ここで、「d50」とは、粒子(フィブリル化セルロース)群の個数基準の繊維径d(図2参照)の分布を累積分布として表わしたとき累積個数が全繊維数の50%となる繊維径dを意味する。繊維径dは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による画像解析により把握することができる。具体的には、例えば、SEMによる画像解析で100個の微細繊維の繊維径dを測定し、その繊維径dの分布からd50を求めることができる。   The d50 of fine fibers (fibrils) on the surface of the fibrillated cellulose is preferably 0.3 to 1.0 μm. Here, “d50” is a fiber diameter in which the cumulative number is 50% of the total number of fibers when the distribution of the fiber diameter d (see FIG. 2) based on the number of particles (fibrillated cellulose) group is expressed as a cumulative distribution. d. The fiber diameter d can be grasped by, for example, image analysis using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, for example, the fiber diameter d of 100 fine fibers can be measured by image analysis using SEM, and d50 can be obtained from the distribution of the fiber diameters d.

d50がこの範囲よりも大きいと、微細繊維が活物質層の空隙に入り込むことができず、十分にアンカー効果が発揮されないため、活物質層(第1活物質層および第2活物質層)と中間層との密着性が低下する傾向がある。一方、d50がこの範囲よりも小さいと、活物質層の空隙に対して微細繊維が細くなり過ぎるため、活物質層(第1活物質層および第2活物質層)と中間層との結合力が不足する傾向がある。   When d50 is larger than this range, the fine fibers cannot enter the voids of the active material layer, and the anchor effect is not sufficiently exhibited. Therefore, the active material layer (first active material layer and second active material layer) and There exists a tendency for adhesiveness with an intermediate | middle layer to fall. On the other hand, if d50 is smaller than this range, the fine fibers are too thin with respect to the voids of the active material layer, and thus the bonding force between the active material layer (the first active material layer and the second active material layer) and the intermediate layer. Tend to run out.

なお、特に限定されるものではないが、ポリマー繊維の基幹部分24b(図2参照)の繊維径(太さ)は、概ね3μm〜20μm程度にすることが適当であり、例えば3μm〜10μm(例えば5μm程度)にすることがより好ましい。また、基幹部分24bの繊維長は、概ね0.1μm〜5μmにすることが適当であり、例えば0.3μm〜2μmにすることがより好ましい。例えば、ポリマー繊維の基幹部分24bの繊維径(太さ)が3μm〜10μm程度であり、繊維長が1μm〜5μm程度のものを使用することができる。   Although not particularly limited, the fiber diameter (thickness) of the polymer fiber backbone portion 24b (see FIG. 2) is suitably about 3 μm to 20 μm, for example, 3 μm to 10 μm (for example, More preferably, it is about 5 μm. In addition, the fiber length of the backbone portion 24b is suitably about 0.1 μm to 5 μm, and more preferably 0.3 μm to 2 μm, for example. For example, the fiber diameter (thickness) of the polymer fiber core portion 24b is about 3 μm to 10 μm, and the fiber length is about 1 μm to 5 μm.

また、中間層の厚みは1.0〜5.0μmである。厚みが1.0μmより薄いと、第1活物質層と第2活物質層との間の膨張収縮差を吸収できず、両層間の剥離が発生しやすくなる傾向がある。一方、厚みが5.0μmより厚いと、負極の抵抗が高くなり、電池の特性が低下する傾向がある。   The intermediate layer has a thickness of 1.0 to 5.0 μm. When the thickness is less than 1.0 μm, the expansion / contraction difference between the first active material layer and the second active material layer cannot be absorbed, and there is a tendency that separation between both layers tends to occur. On the other hand, when the thickness is greater than 5.0 μm, the resistance of the negative electrode increases, and the battery characteristics tend to deteriorate.

かかるフィブリル化セルロースを含む中間層は、Liの透過性に優れ、且つ、電解質の保持性が高いことから、Liの移動を阻害することが少ない。このため、界面抵抗の上昇に起因する電池特性の悪化を招くことなく、多層負極による効果を奏することができる。 The intermediate layer containing such fibrillated cellulose is excellent in Li + permeability and has high electrolyte retention, and thus hardly inhibits Li migration. For this reason, the effect by a multilayer negative electrode can be show | played, without causing the deterioration of the battery characteristic resulting from the raise of interface resistance.

セルロースとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)が挙げられる。CMCは、容易にフィブリル化処理できる点や、水への溶解性、及び溶解後のレオロジー特性(糸引きし難い)の点で好ましい。   Examples of cellulose include carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and hydroxyethylmethylcellulose (HEMC). CMC is preferable in terms of easy fibrillation treatment, solubility in water, and rheological properties after dissolution (difficult to string).

なお、本発明の効果を奏する範囲において、セルロースの代わりに、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン‐ビニルアルコール共重合体(EVOH)等のポリマー繊維をフィブリル化したものを用いることもできる。   In addition, in the range where the effect of the present invention is exhibited, fibrillated polymer fibers such as polyvinyl alcohol (PVA) and ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) can be used instead of cellulose.

セルロースをフィブリル化する方法としては、例えば、セルロースの凝集物(塊状)をジェットミル、回転ミル、磨砕機(例えばマスコロイダー)、リファイナー、高圧ホモジナイザー等を用いて粉砕する方法が挙げられる。   Examples of the method for fibrillating cellulose include a method of pulverizing cellulose aggregates (blocks) using a jet mill, a rotary mill, an attritor (for example, a mass collider), a refiner, a high-pressure homogenizer, or the like.

これらを使用してポリマー繊維に機械的な剪断力および圧縮力を加えることにより、ポリマー繊維が主として繊維軸と平行な方向に引き裂かれ、ほぐされて表面に微細繊維(フィブリル)24aが発現する。この微細繊維(フィブリル)24aにより、アンカー効果が発現し、負極の剥離強度が向上する。かかる粉砕の条件は、それぞれの機械によっても異なるが、例えば、ジェットミルを用いる場合、粉砕圧力0.015MPa〜3.5MPa、粉砕回数1回〜5回の条件を採用することができる。かかる粉砕は乾式で行ってもよいし、湿式で行ってもよい。   By applying mechanical shearing force and compressive force to the polymer fiber using these, the polymer fiber is torn mainly in a direction parallel to the fiber axis, and is loosened to develop fine fibers (fibrils) 24a on the surface. The fine fiber (fibril) 24a exhibits an anchor effect and improves the peel strength of the negative electrode. The conditions for the pulverization vary depending on each machine. For example, when a jet mill is used, conditions of a pulverization pressure of 0.015 MPa to 3.5 MPa and a pulverization frequency of 1 to 5 times can be employed. Such pulverization may be carried out dry or wet.

(集電体)
集電体10としては、導電性が高く、化学的および電気化学的な安定性が高い金属箔を用いることができる。そのような金属箔としては、たとえば銅(Cu)箔や銅合金箔が好ましい。銅箔を用いる場合、強度と導電性の観点から、箔の厚さは5〜20μm程度であることが好ましい。
(Current collector)
As the current collector 10, a metal foil having high conductivity and high chemical and electrochemical stability can be used. As such a metal foil, for example, a copper (Cu) foil or a copper alloy foil is preferable. When using copper foil, it is preferable that the thickness of foil is about 5-20 micrometers from a viewpoint of intensity | strength and electroconductivity.

(負極の作製方法)
本実施形態の負極は次のようにして作製することができる。すなわち、集電体10上に第1炭素粒子群を含む第1ペーストを塗工および乾燥して第1活物質層21を形成した後、第1活物質層21上にフィブリル化セルロースを含む第3ペーストを塗工および乾燥して中間層23を形成し、さらに、中間層23上に第2炭素粒子群を含む第2ペーストを塗工および乾燥して第2活物質層22を形成することにより、第1活物質層21、中間層23および第2活物質層22を含む負極合材層2を得、さらに負極合材層2を所定の厚さに圧縮することによって作製することができる。
(Production method of negative electrode)
The negative electrode of this embodiment can be produced as follows. That is, after the first paste containing the first carbon particle group is applied and dried on the current collector 10 to form the first active material layer 21, the first active material layer 21 containing the fibrillated cellulose is added to the first paste. 3 pastes are applied and dried to form the intermediate layer 23, and further, the second paste containing the second carbon particle group is applied to the intermediate layer 23 and dried to form the second active material layer 22. Thus, the negative electrode mixture layer 2 including the first active material layer 21, the intermediate layer 23, and the second active material layer 22 is obtained, and the negative electrode mixture layer 2 can be further compressed to a predetermined thickness. .

なお、塗工方法としては、従来公知の方法を採用することができ、たとえばグラビア法やダイコート法を用いることができる。また、第1ペースト、第3ペーストおよび第2ペーストを順に集電体上に塗布した後に、乾燥を行って負極合材層2を形成してもよい。   In addition, as a coating method, a conventionally well-known method can be employ | adopted, for example, the gravure method and the die-coating method can be used. Moreover, after apply | coating a 1st paste, a 3rd paste, and a 2nd paste in order on a collector, you may dry and form the negative mix layer 2.

第1ペーストおよび第2ペーストは、たとえば炭素粒子群と結着剤と溶媒(たとえば水)とを混練することにより形成することができる。結着剤としては、たとえばスチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンオキサイド(PEO)あるいはアクリル樹脂等を用いることができる。また炭素粒子群の分散安定性の観点から、増粘剤を併用してもよい。増粘剤としては、たとえばカルボキシメチルセルロース(CMC)およびその誘導体、ポリビニルアルコール(PVA)等を用いることができる。   The first paste and the second paste can be formed, for example, by kneading a carbon particle group, a binder, and a solvent (for example, water). As the binder, for example, styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene oxide (PEO), acrylic resin, or the like can be used. Further, from the viewpoint of dispersion stability of the carbon particle group, a thickener may be used in combination. As the thickener, for example, carboxymethylcellulose (CMC) and its derivatives, polyvinyl alcohol (PVA), and the like can be used.

なお、負極合材層2における炭素粒子群の含有率は、特に限定されないが、たとえば90〜99質量%程度であり、好ましくは95質量%以上99質量%以下である。   In addition, although the content rate of the carbon particle group in the negative electrode composite material layer 2 is not specifically limited, For example, it is about 90-99 mass%, Preferably it is 95 mass% or more and 99 mass% or less.

また、第3ペーストは、たとえばフィブリル化セルロースの水溶性の塩(Na塩など)と溶媒(たとえば水)とを混練することにより形成することができる。なお、上記と同様の増粘剤等を併用してもよい。   The third paste can be formed, for example, by kneading a water-soluble salt (such as Na salt) of fibrillated cellulose and a solvent (such as water). In addition, you may use the thickener etc. similar to the above together.

本実施形態の非水電解質二次電池において、負極が上記の構成を有する限り、正極、非水電解質等のその他の構成は特に限定されるものではなく、電池の要求仕様に合わせて適宜変更することができるものとする。以下、その他の構成の一例を説明する。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, as long as the negative electrode has the above-described configuration, other configurations such as the positive electrode and the non-aqueous electrolyte are not particularly limited, and are appropriately changed according to the required specifications of the battery. It shall be possible. Hereinafter, an example of another configuration will be described.

<正極>
正極は、たとえば正極活物質と導電助材と結着剤と有機溶媒(たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混練することにより得た正極合材ペーストを、正極集電体上に塗工、乾燥して正極合材層を該正極集電体上に形成した後、該正極合材層を所定の厚さに圧縮することによって作製することができる。
<Positive electrode>
For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture paste obtained by kneading a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)) After coating and drying to form a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector, it can be produced by compressing the positive electrode mixture layer to a predetermined thickness.

正極活物質としては、たとえばLiCoO、LiNiO、LiNiCo(a+b=1、0<a<1、0<b<1)、LiMnO、LiMn、LiNiCoMn(a+b+c=1、0<a<1、0<b<1、0<c<1)、LiFePO等のリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。正極合材中における正極活物質の含有率は、たとえば90〜99質量%程度である。 Examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi a Co b O 2 (a + b = 1, 0 <a <1, 0 <b <1), LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi a Co b Mn c O 2 (a + b + c = 1,0 <a <1,0 <b <1,0 <c <1), it is possible to use a lithium-containing transition metal oxides such as LiFePO 4. The content rate of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is, for example, about 90 to 99% by mass.

また、導電助材としては、たとえば、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料を用いることができ、結着剤としては、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を用いることができる。なお、正極集電体としては、たとえばアルミニウム(Al)箔やアルミニウム合金箔を用いることができる。また、正極合材層の密度(正極合材層の質量÷正極合材層の体積)は、たとえば2.0〜4.0g/cm程度である。 Moreover, as a conductive support material, carbon materials, such as acetylene black (AB), can be used, for example, As a binder, polyvinylidene fluoride (PVdF) etc. can be used, for example. As the positive electrode current collector, for example, an aluminum (Al) foil or an aluminum alloy foil can be used. The density of the positive electrode mixture layer (mass of the positive electrode mixture layer ÷ volume of the positive electrode mixture layer) is, for example, about 2.0 to 4.0 g / cm 3 .

<非水電解質>
非水電解質は、典型的には、非プロトン性溶媒に溶質(リチウム塩)が溶解されてなる液体状の電解質である。ここで、非プロトン性溶媒としては、たとえばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン(GBL)およびビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類等を用いることができる。これらの非プロトン性溶媒は電気伝導率や電気化学的な安定性の観点から、2種以上を適宜併用して用いることができる。特に、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを混合して用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートの体積比は、1:9〜5:5程度が好ましい。具体例を挙げれば、たとえば、EC、EMCおよびDECの3種を混合して用いることができる。なお、本実施形態の非水電解質は、ゲル状、固体状とすることもできる。
<Nonaqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolyte is typically a liquid electrolyte in which a solute (lithium salt) is dissolved in an aprotic solvent. Here, examples of the aprotic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), γ-butyrolactone (GBL) and vinylene carbonate (VC), and dimethyl carbonate. Chain carbonates such as (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) can be used. These aprotic solvents can be used in an appropriate combination of two or more from the viewpoint of electrical conductivity and electrochemical stability. In particular, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate, and the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate is preferably about 1: 9 to 5: 5. If a specific example is given, 3 types, EC, EMC, and DEC, for example can be mixed and used. In addition, the nonaqueous electrolyte of this embodiment can also be made into a gel form and a solid form.

また、溶質であるリチウム塩としては、たとえば、ヘキサフルオロ燐酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロ硼酸リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、ヘキサフロオロ砒酸リチウム(LiAsF)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CFSON)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(Li(CFSO))等を用いることができる。また、これらの溶質についても2種以上を併用してもよい。非水電解質中における溶質の濃度は、特に限定されないが、放電特性および保存特性の観点から、0.5〜2.0mol/L程度であることが好ましい。 Examples of solute lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and bis (trifluoromethane). Sulfonyl) imidolithium (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium trifluoromethanesulfonate (Li (CF 3 SO 3 )), or the like can be used. Moreover, you may use 2 or more types together about these solutes. The concentration of the solute in the nonaqueous electrolyte is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 2.0 mol / L from the viewpoint of discharge characteristics and storage characteristics.

<セパレータ>
セパレータは、Liを透過させるとともに、正極と負極との電気的な接触を防止するためものである。このようなセパレータとしては、機械的な強度と化学的な安定性の観点から、ポリオレフィン系材料からなる微多孔膜が好ましい。ここで、ポリオレフィン系材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができ、これらを組み合わせて用いることもできる。
<Separator>
The separator is intended to transmit Li + and prevent electrical contact between the positive electrode and the negative electrode. As such a separator, a microporous film made of a polyolefin-based material is preferable from the viewpoint of mechanical strength and chemical stability. Here, as the polyolefin-based material, polyethylene (PE), polypropylene (PP), or the like can be used, and these can also be used in combination.

<電池構造>
電池構造としては、特に制限されないが、例えば、次のような構造を例示することができる。まず、いずれもシート状である正極および負極に集電リードタブを溶接し、シート状であるセパレータを挟んで該正極と該負極とが対向するように巻回することにより、巻回式の電極群を構成する。次に、電極群を所定の形状を有する外装ケースに挿入し、各集電リードタブと封口体(蓋)に設けられたと各電極端子とを電気的に接続する。そして、外装ケースと封口体とを所定手段で接合した後、封口体に設けられた注入孔から液体状の非水電解質を注入し、該注入孔を封止することにより、電池を構成することができる。
<Battery structure>
Although it does not restrict | limit especially as a battery structure, For example, the following structures can be illustrated. First, a current collector lead tab is welded to a sheet-like positive electrode and a negative electrode, and wound so that the positive electrode and the negative electrode face each other with a sheet-like separator interposed therebetween. Configure. Next, the electrode group is inserted into an exterior case having a predetermined shape, and each current collector lead tab and each electrode terminal are electrically connected to each other provided on the sealing body (lid). And after joining an exterior case and a sealing body by a predetermined means, liquid nonaqueous electrolyte is inject | poured from the injection hole provided in the sealing body, and a battery is comprised by sealing this injection hole. Can do.

ここで、外装ケースの形状としては、たとえば円筒形、角形等がある。外装ケース(および封口体)の材質は、耐電圧や強度を考慮して、各種金属または合金材料等から適宜選択すればよい。たとえば、アルミニウム(Al)およびその合金、鉄(Fe)、ステンレス材等を用いることができる。   Here, examples of the shape of the exterior case include a cylindrical shape and a rectangular shape. The material of the outer case (and the sealing body) may be appropriately selected from various metals or alloy materials in consideration of withstand voltage and strength. For example, aluminum (Al) and its alloy, iron (Fe), stainless steel, etc. can be used.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these.

<実施例1>
(フィブリル化CMCの作製)
CMC(BSH−6、第一工業製薬株式会社製)の凝集物(塊状)をPJMジェットミル機(日本ニューマチック工業株式会社製;粉砕圧力0.9MPa、粉砕回数1回)及びスーパーマスコロイダー機(増幸産業株式会社製;回転数3000rpm、砥石間のクリアランス5μm)を用いて粉砕処理を行い、フィブリル化処理したCMC(フィブリル化CMC)を作製した。その際、CMCに加わる剪断力および圧縮力を適当に変化させて粉砕し、MDS−1型気流分級機(日本ニューマチック工業株式会社製)で分級し、d50が0.5μmであるフィブリル化CMCを得た。
<Example 1>
(Production of fibrillated CMC)
Aggregates (lumps) of CMC (BSH-6, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) and PJM jet mill machine (manufactured by Nippon Pneumatic Industry Co., Ltd .; crushing pressure 0.9 MPa, once crushing) and super mass collider machine A fibrillation treatment CMC (fibrillation CMC) was produced by using a pulverization process (made by Masuko Sangyo Co., Ltd .; rotational speed 3000 rpm, clearance between grinding wheels 5 μm). At that time, the shear force and compressive force applied to the CMC are appropriately changed, pulverized, classified by an MDS-1 type airflow classifier (manufactured by Nippon Pneumatic Industry Co., Ltd.), and fibrillated CMC having a d50 of 0.5 μm. Got.

(負極の作製)
天然黒鉛(第1炭素粒子群:D50=20μm、BET比表面積=3m/g)、SBR(結着剤)およびCMC(増粘剤:BSH−6、第一工業製薬株式会社製)を質量比100:1:1となるように混合し、水(溶媒)中で混練することにより、各成分が分散したスラリー(負極の第1活物質層を形成するための第1ペースト)を調製した。
(Preparation of negative electrode)
Mass of natural graphite (first carbon particle group: D50 = 20 μm, BET specific surface area = 3 m 2 / g), SBR (binder) and CMC (thickener: BSH-6, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) A slurry (first paste for forming the first active material layer of the negative electrode) in which each component was dispersed was prepared by mixing in a ratio of 100: 1: 1 and kneading in water (solvent). .

同様に、天然黒鉛(第2炭素粒子群:D50=10μm、BET比表面積=8m/g)、SBR(結着剤)およびCMC(増粘剤:BSH−6、第一工業製薬株式会社製)とを質量比100:1:1となるように混合し、水(溶媒)中で混練することにより、各成分が分散したスラリー(負極の第2活物質層を形成するための第2ペースト)を調製した。 Similarly, natural graphite (second carbon particle group: D50 = 10 μm, BET specific surface area = 8 m 2 / g), SBR (binder) and CMC (thickener: BSH-6, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) ) Are mixed so as to have a mass ratio of 100: 1: 1, and are kneaded in water (solvent), whereby a slurry in which each component is dispersed (second paste for forming the second active material layer of the negative electrode) ) Was prepared.

さらに、d50が0.5μmである上記フィブリル化CMCのNa塩を1重量%含有する水溶液を調製し、フィブリル化CMCが分散したスラリー(負極の中間層を形成するための第3ペースト)を調製した。   Further, an aqueous solution containing 1 wt% of the fibrillated CMC Na salt having a d50 of 0.5 μm is prepared, and a slurry in which the fibrillated CMC is dispersed (a third paste for forming an intermediate layer of the negative electrode) is prepared. did.

次に、図3を参照して、まず、銅箔(負極集電体10、厚さ14μm)の両主面上に、第1ペースト21aを片面の塗工重量が7mg/cm(乾燥後)となるように塗布した。その後、第1ペースト21aが固化する前の段階で、第1ぺースト21a上に、第3ペースト23aを塗工後の厚みが3μmとなるように塗布した。最後に、第3ペースト23aが固化する前の段階で、第3ぺースト23a上に、第3ペースト23aを塗工後の厚みが3μmとなるように塗布した。このような塗布は、第1ペースト21a、第3ペースト23aおよび第2ペースト22aを順次塗布できるように、各ペーストに対応する3つのディスペンサーを有する塗工装置6を用いて行った(図3参照)。なお、図3では、簡略化のために、負極集電体10の片面に塗布されたペーストのみを表示している。 Next, referring to FIG. 3, first, the first paste 21a is applied to both main surfaces of a copper foil (negative electrode current collector 10, thickness 14 μm) so that the coating weight on one side is 7 mg / cm 2 (after drying). ) Was applied. Thereafter, before the first paste 21a solidified, the third paste 23a was applied on the first paste 21a so that the thickness after coating was 3 μm. Finally, before the third paste 23a was solidified, the third paste 23a was applied on the third paste 23a so that the thickness after coating was 3 μm. Such application was performed using a coating apparatus 6 having three dispensers corresponding to each paste so that the first paste 21a, the third paste 23a, and the second paste 22a can be sequentially applied (see FIG. 3). ). In FIG. 3, only the paste applied to one side of the negative electrode current collector 10 is shown for simplification.

その後、100℃の熱風乾燥炉により各ペーストを乾燥することで、シート状の負極(厚み:150μm、負極合材層の幅:100mm、長さ:4700mm)を作製した。なお、この負極は、幅方向の片側に負極集電体が露出した未塗工部を有するものである。   Then, each paste was dried with a 100 degreeC hot-air drying furnace, and the sheet-like negative electrode (Thickness: 150 micrometers, the width | variety of a negative mix layer: 100mm, length: 4700mm) was produced. The negative electrode has an uncoated portion where the negative electrode current collector is exposed on one side in the width direction.

なお、天然黒鉛粒子からなる炭素粒子群の個数基準の粒度分布は、日機装株式会社製の粒度分布測定装置「MT3000II」によって測定されたものである。また、各炭素粒子群の比表面積は、マイクロメリティックス社製の比表面積測定装置「ASAP2010」によって測定されたものである。   In addition, the number-based particle size distribution of the carbon particle group made of natural graphite particles is measured by a particle size distribution measuring device “MT3000II” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The specific surface area of each carbon particle group is measured by a specific surface area measuring device “ASAP2010” manufactured by Micromeritics.

(正極の作製)
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(LiCoO)と、AB(導電助材)と、PVdF(結着剤)のNMP溶液とを、質量比が90:4:6となるように混合し、混練することにより、正極合材用ペーストを得た。
(Preparation of positive electrode)
Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, AB (conductive aid), and an NMP solution of PVdF (binder) are mixed so as to have a mass ratio of 90: 4: 6 and kneaded. As a result, a paste for positive electrode mixture was obtained.

次に、正極合材用ペーストを、正極集電体としてのAl箔(厚さ20μm)の両面に片面の塗工質量が30mg/cmとなるように塗工し、乾燥して、該Al箔上に正極合材層を形成した。続いて、ロール圧延機を用いて正極合材層およびAl箔を圧延することによりシート状の正極(厚み:170μm、正極合材層の幅:94mm、長さ:4500mm)を得た。この正極は、幅方向の片側に正極集電体が露出した未塗工部を有するものである。 Next, the positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of an Al foil (thickness 20 μm) as a positive electrode current collector so that the coating mass on one side was 30 mg / cm 2 , dried, and the Al A positive electrode mixture layer was formed on the foil. Subsequently, the positive electrode mixture layer and the Al foil were rolled using a roll mill to obtain a sheet-like positive electrode (thickness: 170 μm, positive electrode mixture layer width: 94 mm, length: 4500 mm). This positive electrode has an uncoated portion where the positive electrode current collector is exposed on one side in the width direction.

(非水電解質の調製)
ECとDMCとDECとを、体積比でEC:DMC:DEC=3:4:3となるように混合して非プロトン性溶媒を得た。次に、該非プロトン性溶媒に、溶質として1.0M(1.0mol/L)のLiPF、1重量%のCHB(シクロヘキシルベンゼン)、および、1重量%のBP(ビフェニル)を溶解させることにより、非水電解質を調製した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
EC, DMC, and DEC were mixed at a volume ratio of EC: DMC: DEC = 3: 4: 3 to obtain an aprotic solvent. Next, by dissolving 1.0 M (1.0 mol / L) LiPF 6 , 1 wt% CHB (cyclohexylbenzene), and 1 wt% BP (biphenyl) as solutes in the aprotic solvent. A non-aqueous electrolyte was prepared.

(二次電池の作製)
次に、上記のように作製した材料を用いて、二次電池を作製した。
(Production of secondary battery)
Next, a secondary battery was manufactured using the material manufactured as described above.

図4を参照して、シート状のセパレータ、上記正極および上記負極を、セパレータを挟んで正極と負極とが対向するように楕円柱状に巻回した後、常温下にて平板により4kN/cmの圧力で2分間加圧して、扁平状の電極群(タブレス電極群)3を構成した。セパレータとしては、PP/PE/PPの3層構成からなる基材の両面に、絶縁性金属酸化物であるアルミナ(Al)からなる耐熱層(HRL:Heat Resistance Layer)層を形成してなる厚み25μm、幅110mmのセパレータを用いた。 Referring to FIG. 4, a sheet-like separator, the positive electrode, and the negative electrode are wound in an elliptical column shape so that the positive electrode and the negative electrode face each other with the separator interposed therebetween, and then 4 kN / cm 2 by a flat plate at room temperature. The flat electrode group (tabless electrode group) 3 was constituted by pressurizing at a pressure of 2 minutes. As a separator, a heat resistance layer (HRL) layer made of alumina (Al 2 O 3 ), which is an insulating metal oxide, is formed on both surfaces of a base material composed of a three-layer structure of PP / PE / PP. A separator having a thickness of 25 μm and a width of 110 mm was used.

次に、電極群3を角形のアルミニウム製の外装ケース5に挿入し、負極集電体10および正極集電体40の各々の露出部の端部を負極集電端子板10aおよび正極集電端子板40aに電気的に接続し、さらに、負極集電端子板10aおよび正極集電端子板40aの各々を、外装ケース5の上部となる封口体(蓋)に設けられた負極端子11および正極端子41に電気的に接続した。   Next, the electrode group 3 is inserted into a rectangular aluminum outer case 5, and the exposed ends of the negative electrode current collector 10 and the positive electrode current collector 40 are connected to the negative electrode current collector terminal plate 10a and the positive electrode current collector terminal. The negative electrode current collector terminal plate 10a and the positive electrode current collector terminal plate 40a are electrically connected to the plate 40a, and each of the negative electrode current collector terminal plate 10a and the positive electrode current collector terminal plate 40a is provided on a sealing body (lid) that is an upper part of the outer case 5 41 was electrically connected.

次に、上記の非水電解質125gを封口体に設けられた注入孔から外装ケース5内に注入し、続いて該注入孔を封止キャップによって封止した。なお、封口体は、CID(Current Interrupt Device)としてのガス排出弁を備えている。   Next, 125 g of the nonaqueous electrolyte was injected into the outer case 5 from the injection hole provided in the sealing body, and the injection hole was then sealed with a sealing cap. The sealing body includes a gas discharge valve as a CID (Current Interrupt Device).

以上のようにして、電池定格容量が24.0Ahである角形の非水電解質二次電池を作製した。   As described above, a square nonaqueous electrolyte secondary battery having a battery rated capacity of 24.0 Ah was produced.

<実施例2〜5および比較例2〜5>
実施例1の「負極の作製」において、フィブリル化CMCのd50、および、第3ペーストの塗工後の厚みを表2に示す通りとした以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜5および比較例2〜5の二次電池を作製した。
<Examples 2-5 and Comparative Examples 2-5>
Example 2 was the same as Example 1 except that d50 of fibrillated CMC and the thickness after application of the third paste were as shown in Table 2 in “Preparation of negative electrode” in Example 1. To 5 and Comparative Examples 2 to 5 were fabricated.

<比較例1>
実施例1の「負極の作製」において、第3ペーストを塗布しなかった(第3ペーストの厚みを0μmとした)以外は、実施例1と同様にして、比較例1の二次電池を作製した。
<Comparative Example 1>
A secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the third paste was not applied (the thickness of the third paste was 0 μm) in “Production of Negative Electrode” of Example 1. did.

<比較例6>
実施例1の「負極の作製」において、第1ペーストに用いる天然黒鉛(炭素粒子群)のD50が10μmである以外は、実施例1と同様にして、比較例6の二次電池を作製した。
<Comparative Example 6>
A secondary battery of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that D50 of natural graphite (carbon particle group) used for the first paste in “Production of negative electrode” in Example 1 was 10 μm. .

<比較例7>
実施例1の「負極の作製」において、第2ペーストに用いる天然黒鉛(炭素粒子群)のD50が20μmである以外は、実施例1と同様にして、比較例7の二次電池を作製した。
<Comparative Example 7>
A secondary battery of Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that D50 of natural graphite (carbon particle group) used for the second paste in Example 1 “Production of negative electrode” was 20 μm. .

<評価試験>
実施例1〜5および比較例1〜7の二次電池について、以下の(1)電池抵抗の測定、(2)サイクル耐久性試験、(3)保存耐久試験および(4)保存耐久試験後の過充電試験を行なった。なお、以下の説明において、「定電流」を「CC」(Constant Current)と記載し、「定電圧」を「CV」(Constant Voltage)と記載する。また、電流値の単位として「It」を用いるが、1Itとは、電池の定格容量を1時間で放電する電流値を示すものとする。
<Evaluation test>
For the secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7, the following (1) measurement of battery resistance, (2) cycle durability test, (3) storage durability test and (4) storage durability test An overcharge test was performed. In the following description, “constant current” is described as “CC” (Constant Current), and “constant voltage” is described as “CV” (Constant Voltage). Further, “It” is used as a unit of the current value, and 1 It is assumed that the current value for discharging the rated capacity of the battery in one hour.

(1) 電池抵抗の測定
実施例および比較例の各々10個の二次電池を充電率60%(25℃)に調整した。調整後の電池について、10Itの電流値で、周期10秒の放電パルスによりIV抵抗を測定した。測定された抵抗値の平均値を表1の「電池抵抗」欄に示す。
(1) Measurement of battery resistance Ten secondary batteries in each of Examples and Comparative Examples were adjusted to a charging rate of 60% (25 ° C.). With respect to the battery after adjustment, the IV resistance was measured by a discharge pulse with a period of 10 seconds at a current value of 10 It. The average value of the measured resistance values is shown in the “battery resistance” column of Table 1.

(2) サイクル耐久性試験
実施例1〜5および比較例1〜7の各々5個の二次電池について、50℃に設定した恒温槽内で、以下の条件の充電および放電を1サイクルとする充放電サイクルを1000サイクル実行し、1000サイクル後の電池容量の初期容量に対する百分率(容量維持率)を算出した。容量維持率の平均値を表1の「サイクル容量維持率」欄に示す。なお、充電時の電流値2Itは高率充電を想定したものである。
(2) Cycle durability test For each of the five secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7, charging and discharging under the following conditions are defined as one cycle in a thermostat set to 50 ° C. The charge / discharge cycle was executed 1000 times, and the percentage (capacity maintenance rate) of the battery capacity after 1000 cycles to the initial capacity was calculated. The average value of the capacity maintenance ratio is shown in the “cycle capacity maintenance ratio” column of Table 1. The current value 2It during charging assumes high rate charging.

(充放電サイクル条件)
充電条件: CC充電(電流値:2It)、カットオフ電圧:4.1V。
放電条件: CC放電(電流値:2It)、カットオフ電圧:3.0V。
(Charge / discharge cycle conditions)
Charging conditions: CC charging (current value: 2 It), cut-off voltage: 4.1V.
Discharge conditions: CC discharge (current value: 2 It), cut-off voltage: 3.0V.

(容量測定条件)
初期容量および1000サイクル後の容量は以下の条件で測定した。なお、容量測定時の周囲環境温度は25℃(室温)とした。
(i)充電条件
CC−CV充電により電池を充電した。すなわち、1Itの一定電流で電池電圧が4.1Vに到達するまで充電し(CC充電)、4.1Vに到達後は電流を減衰させながら4.1Vの電圧を維持して充電を行なった(CV充電)。そして、電流が0.1IT(カットオフ電流)まで減衰した時点で充電を終了した。
(ii)放電条件
充電終了後に5分間、電池を静置した後、CC−CV放電を行なった。すなわち、1Itの電流値で電池電圧が3.0Vに減衰するまで放電を行い(CC放電)、3.0Vに減衰後は電流を減衰させながら3.0Vの電圧を維持して放電を行なった(CV放電)。そして、電流が0.1IT(カットオフ電流)まで減衰した時点で放電を終了した。そして、CC放電の放電容量とCV放電の放電容量の総和を電池容量とした。
(Capacity measurement conditions)
The initial capacity and the capacity after 1000 cycles were measured under the following conditions. The ambient environment temperature at the time of measuring the capacity was 25 ° C. (room temperature).
(I) Charging conditions The battery was charged by CC-CV charging. That is, the battery was charged at a constant current of 1 It until the battery voltage reached 4.1 V (CC charging), and after reaching 4.1 V, charging was performed while maintaining the voltage of 4.1 V while the current was attenuated ( CV charging). The charging was terminated when the current decayed to 0.1 IT (cut-off current).
(Ii) Discharge condition After leaving the battery for 5 minutes after the end of charge, CC-CV discharge was performed. That is, discharging was performed until the battery voltage was attenuated to 3.0 V at a current value of 1 It (CC discharge), and after being attenuated to 3.0 V, discharging was performed while maintaining the voltage of 3.0 V while attenuating the current. (CV discharge). The discharge was terminated when the current was attenuated to 0.1 IT (cut-off current). The sum of the discharge capacity of CC discharge and the discharge capacity of CV discharge was defined as the battery capacity.

(3) 保存耐久試験
実施例1〜5および比較例1〜7の各々50個の二次電池を充電率100%(25℃)に調整した。調整後の電池を60℃の条件下で100日間保存した後、上記サイクル耐久性試験と同様にして、電池容量を測定し、容量維持率を算出した。容量維持率の平均値を表1の「保存後容量維持率」欄に示す。
(3) Storage endurance test Each of the 50 secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 was adjusted to a charging rate of 100% (25 ° C). The battery after adjustment was stored at 60 ° C. for 100 days, and then the battery capacity was measured and the capacity retention rate was calculated in the same manner as in the cycle durability test. The average value of the capacity maintenance ratio is shown in the “Capacity maintenance ratio after storage” column of Table 1.

(4) 保存耐久試験後の過充電試験
保存耐久試験後の実施例1〜5および比較例1〜7の二次電池のうち、各々10個の電池に対して過充電試験を行った。過充電試験の条件は、充電電流24A(1IT相当)、充電上限電圧20V、環境温度25℃とした。過充電試験後の二次電池について、CIDが作動したかどうかを、電池電圧を測定することにより確認した。10個の二次電池のうちCIDが作動した電池の個数を表1の「保存後過充電試験(CID作動数)」欄に示す。
(4) Overcharge test after storage endurance test Among the secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 after the storage endurance test, an overcharge test was performed on 10 batteries each. The overcharge test conditions were a charging current 24A (corresponding to 1IT), a charging upper limit voltage 20V, and an environmental temperature 25 ° C. About the secondary battery after an overcharge test, it was confirmed by measuring battery voltage whether CID act | operated. The number of batteries in which the CID is activated among the 10 secondary batteries is shown in the “post-storage overcharge test (number of CID activation)” column of Table 1.

Figure 2015146249
Figure 2015146249

<結果の考察>
表1に示されるように、第1活物質層と第2活物質層との界面に中間層が存在しない比較例1では、実施例に比べて、サイクル容量維持率および保存後容量維持率が低く、保存後過充電試験でのCID作動数も少なく、電池の特性が劣っていることが分かる。これは、第1活物質層と第2活物質層との間の膨張収縮差を吸収できず、サイクル時や保存時に両層の界面での剥離が発生したことが原因であると推測される。この界面で剥離が生じると、表層側の反応面積が大きい第2活物質層が使用されなくなるため、電池容量は低下する。また、界面剥離により第2活物質層にLiが析出することで過充電時のガス発生が阻害され、CIDの未作動が発生したと推測される。
<Consideration of results>
As shown in Table 1, in Comparative Example 1 in which no intermediate layer exists at the interface between the first active material layer and the second active material layer, the cycle capacity retention rate and the capacity retention rate after storage are higher than those in the Examples. It is low, the number of CID operations in the overcharge test after storage is small, and it can be seen that the battery characteristics are inferior. This is presumed to be caused by the fact that the expansion / contraction difference between the first active material layer and the second active material layer cannot be absorbed, and peeling occurs at the interface between the two layers during cycling and storage. . When peeling occurs at this interface, the second active material layer having a large reaction area on the surface layer side is not used, and the battery capacity decreases. Moreover, it is estimated that Li was deposited on the second active material layer due to interfacial peeling, thereby inhibiting gas generation during overcharging and causing CID non-operation.

比較例2では、フィブリル化CMCの繊維径が細いために、第1活物質層と第2活物質層との間の結合力が不足し、界面剥離が発生して、実施例よりも特性が低下したものと推測される。一方、比較例3では、フィブリル化CMCの繊維径が太いために、フィブリル化CMCの繊維が十分に第1活物質層と第2活物質層の間隙内に入り込めず、界面剥離が発生して、実施例よりも特性が低下したものと推測される。   In Comparative Example 2, since the fiber diameter of the fibrillated CMC is thin, the bonding force between the first active material layer and the second active material layer is insufficient, and interfacial peeling occurs, and the characteristics are higher than those of the example. Presumed to have fallen. On the other hand, in Comparative Example 3, since the fiber diameter of the fibrillated CMC is large, the fibers of the fibrillated CMC cannot sufficiently enter the gap between the first active material layer and the second active material layer, and interface peeling occurs. Thus, it is presumed that the characteristics are lower than those of the examples.

比較例4では、中間層が薄いために、第1活物質層と第2活物質層との間の膨張収縮差を吸収できず、界面剥離が発生して、特性の低下を招いたものと推測される。一方、比較例5では、中間層が厚いために、負極の抵抗が高くなり、実施例よりも特性が低下したものと推測される。   In Comparative Example 4, since the intermediate layer was thin, the expansion / contraction difference between the first active material layer and the second active material layer could not be absorbed, interface peeling occurred, and the characteristics were deteriorated. Guessed. On the other hand, in Comparative Example 5, since the intermediate layer is thick, the resistance of the negative electrode is increased, and it is presumed that the characteristics are deteriorated as compared with the example.

比較例6では、第1活物質層を構成する第1炭素粒子群の粒径が実施例よりも小さいため、負極自体の反応面積が大きく、負極と電解液等との副反応が生じやすくなったことで、保存耐久試験やサイクル耐久試験の際に電池特性の劣化が大きくなり、実施例よりも特性が低下したものと推測される。一方、比較例7では、第2活物質層を構成する第2炭素粒子群の粒径が実施例よりも大きいため、電極の反応面積が小さく、電極自体が反応性に乏しくなり、負極の抵抗が高くなったことで、実施例よりも特性が低下したものと推測される。   In Comparative Example 6, since the particle size of the first carbon particle group constituting the first active material layer is smaller than that of the example, the reaction area of the negative electrode itself is large, and a side reaction between the negative electrode and the electrolytic solution easily occurs. Thus, it is presumed that the battery characteristics are greatly deteriorated during the storage durability test and the cycle durability test, and the characteristics are deteriorated as compared with the examples. On the other hand, in Comparative Example 7, since the particle size of the second carbon particle group constituting the second active material layer is larger than that of the Example, the reaction area of the electrode is small, the electrode itself is poor in reactivity, and the resistance of the negative electrode It is presumed that the characteristics were lower than those of the examples due to the increase.

これに対して、上記実施例においては、第1活物質層と第2の活物質層との間にフィブリル化セルロースを含む中間層を含む負極を用い、フィブリル化セルロースの繊維径の分布、中間層の厚み、前記第1活物質層を構成する第1炭素粒子群の粒径分布、および、前記第2活物質層を構成する第2炭素粒子群の粒径分布を適切に制御することで、比表面積の異なる活物質層間での剥離が抑制され、優れたサイクル耐久性を有する非水電解質二次電池を得ることができる。   On the other hand, in the said Example, using the negative electrode containing the intermediate | middle layer containing a fibrillated cellulose between a 1st active material layer and a 2nd active material layer, distribution of the fiber diameter of fibrillated cellulose, intermediate | middle By appropriately controlling the thickness of the layer, the particle size distribution of the first carbon particle group constituting the first active material layer, and the particle size distribution of the second carbon particle group constituting the second active material layer Further, separation between active material layers having different specific surface areas is suppressed, and a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle durability can be obtained.

また、実施例の二次電池では、第2活物質層を構成する第2炭素粒子群の比表面積が第1活物質層を構成する第1炭素粒子群の比表面積よりも大きい(第2炭素粒子群の粒径が第1炭素粒子群の粒径より小さい)ことにより、負極の表層側の反応性の向上により、Li析出が抑制され、Li受入性が向上し、高率充電が可能である。 In the secondary battery of the example, the specific surface area of the second carbon particle group constituting the second active material layer is larger than the specific surface area of the first carbon particle group constituting the first active material layer (second carbon). (The particle size of the particle group is smaller than the particle size of the first carbon particle group) By improving the reactivity on the surface layer side of the negative electrode, Li precipitation is suppressed, Li + acceptability is improved, and high rate charging is possible It is.

なお、集電体と、比表面積が小さい第1炭素粒子群を含む第1活物質層と、比表面積が大きい第2炭素粒子群を含む第2活物質層とをこの順で含む負極を用いた従来の非水電解質二次電池においても、高率充電は可能であった。しかし、サイクル耐久試験後では、第1活物質層と第2活物質層との界面で剥離が生じることにより、表層側の反応面積が大きい第2活物質層が使用されず、電池の容量が低下するという問題があった。   Note that a negative electrode including a current collector, a first active material layer including a first carbon particle group having a small specific surface area, and a second active material layer including a second carbon particle group having a large specific surface area in this order is used. Even in the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, high rate charging was possible. However, after the cycle endurance test, peeling occurs at the interface between the first active material layer and the second active material layer, so that the second active material layer having a large reaction area on the surface layer side is not used, and the capacity of the battery is increased. There was a problem of lowering.

以上のように、本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described. However, it should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative and not restrictive in all respects. . The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 集電体(負極集電体)、10a 負極集電端子板、11 負極端子、2 負極合材層、21 第1活物質層、21a 第1ペースト、22 第2活物質層、22a 第2ペースト、23 中間層、23a 第3ぺースト、24 フィブリル化セルロース、24a 微細繊維(フィブリル)、25 界面領域、3 タブレス電極群、40 正極集電体、40a 正極集電端子板、41 正極端子、5 外装ケース、6 塗工装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Current collector (negative electrode current collector), 10a Negative electrode current collector terminal plate, 11 Negative electrode terminal, 2 Negative electrode mixture layer, 21 1st active material layer, 21a 1st paste, 22 2nd active material layer, 22a 2nd Paste, 23 intermediate layer, 23a third paste, 24 fibrillated cellulose, 24a fine fiber (fibril), 25 interface region, 3 tabless electrode group, 40 positive electrode current collector, 40a positive electrode current collector terminal plate, 41 positive electrode terminal, 5 exterior case, 6 coating device.

Claims (1)

正極と負極と非水電解質とを備える非水電解質二次電池であって、
前記負極は、集電体と、第1炭素粒子群を含む第1活物質層と、フィブリル化セルロースを含む中間層と、第2炭素粒子群を含む第2活物質層とをこの順で含み、
前記第1炭素粒子群のD50は12〜50μmであり、
前記第2炭素粒子群のD50は1〜18μmであり、
前記中間層の厚みは1.0〜5.0μmであり、
前記フィブリル化セルロースのd50は0.3〜1μmである、
非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode includes a current collector, a first active material layer including a first carbon particle group, an intermediate layer including fibrillated cellulose, and a second active material layer including a second carbon particle group in this order. ,
D50 of the first carbon particle group is 12 to 50 μm,
D50 of the second carbon particle group is 1 to 18 μm,
The intermediate layer has a thickness of 1.0 to 5.0 μm,
D50 of the fibrillated cellulose is 0.3-1 μm,
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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