JP2016062872A - Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents

Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2016062872A
JP2016062872A JP2014192541A JP2014192541A JP2016062872A JP 2016062872 A JP2016062872 A JP 2016062872A JP 2014192541 A JP2014192541 A JP 2014192541A JP 2014192541 A JP2014192541 A JP 2014192541A JP 2016062872 A JP2016062872 A JP 2016062872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
battery
lithium ion
ion secondary
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014192541A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
幹裕 ▲高▼野
幹裕 ▲高▼野
Mikihiro Takano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP2014192541A priority Critical patent/JP2016062872A/en
Publication of JP2016062872A publication Critical patent/JP2016062872A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for preventing a lithium ion secondary battery from being subjected to thermal runaway and inflammation caused by overcharging of a lithium ion secondary battery and to provide a lithium ion secondary battery using the same.SOLUTION: The positive electrode of a lithium ion secondary battery is so configured that micro-capsules containing an alkaline solution is mixed in a positive electrode. When being overcharged, a shell material of the micro-capsules is decomposed, and the contained alkaline solution is eluded, which causes erosion of an aluminum collector, and electrical contact between the battery and an external circuit is cutoff.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、過充電に対する安全性を改善したリチウムイオン二次電池用正極、及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery with improved safety against overcharging, and a lithium ion secondary battery using the same.

ノート型コンピュータ、スマートフォン、タブレット型端末等電子機器の普及に伴い、これら電子機器を駆動するための二次電池の需要が拡大している。近年、これら電子機器は高機能化の進展に伴い消費電力が増大していることや、小型化が期待されていることから、二次電池に対しては高エネルギー密度・高出力密度化が求められている。高エネルギー密度・高出力密度を達成できる二次電池としては、リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池が有力視されている。   With the widespread use of electronic devices such as notebook computers, smartphones, and tablet terminals, demand for secondary batteries for driving these electronic devices is increasing. In recent years, the power consumption of these electronic devices has increased with the progress of higher functionality, and miniaturization is expected, so high energy density and high output density are required for secondary batteries. It has been. As secondary batteries that can achieve high energy density and high output density, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries are considered promising.

しかし、リチウムイオン二次電池(以下、リチウムイオン電池又は単に電池という)では、化学的活性の高いリチウム、可燃性の高い電解液、過充電状態での安定性が低いリチウム遷移金属複合酸化物を電池材料として用いていることから、満充電からさらに充電して過充電状態になると、電池材料間の化学反応が急激に進行し、電池が熱暴走、発火などを引き起こすという安全上の問題があることが知られている。このため、熱暴走に至る前に速やかに充電を停止する必要があり、電圧の監視、充電の停止などを外部回路にて行う機構が採用されている。このように、安全に対して様々な対策が施されているにも関わらず、車載電池や航空機搭載電池の発火が後を絶たない。このため、電池外部だけでなく、電池内部における安全機構の確立、導入が求められている。   However, a lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as a lithium ion battery or simply a battery) is composed of lithium having a high chemical activity, a highly flammable electrolyte, and a lithium transition metal composite oxide having a low stability in an overcharged state. Because it is used as a battery material, if it is overcharged after full charge, the chemical reaction between the battery materials will proceed rapidly, causing the battery to cause thermal runaway, ignition, etc. It is known. For this reason, it is necessary to quickly stop charging before reaching a thermal runaway, and a mechanism is employed in which an external circuit performs voltage monitoring, charging stop, and the like. As described above, although various measures are taken for safety, ignition of the on-board battery and the on-board battery continues. For this reason, establishment and introduction of a safety mechanism not only outside the battery but also inside the battery are required.

その一例として、特許文献1では、過充電に伴う電圧上昇により、電解液中に添加した材料が酸化重合し、電池内部抵抗を上昇させることで過充電を緩和する電解液添加剤が開示されている。具体的には、シクロヘキシルベンゼンやジフェニルエーテル等ベンゼン環を有する化合物が酸化重合し、電池内部抵抗を上昇させる手法である。   As an example, Patent Document 1 discloses an electrolyte additive that relieves overcharge by increasing the internal resistance of a battery by oxidizing and polymerizing a material added to the electrolyte due to a voltage increase associated with overcharge. Yes. Specifically, this is a technique in which a compound having a benzene ring such as cyclohexylbenzene or diphenyl ether is oxidatively polymerized to increase the internal resistance of the battery.

特許文献2では、過充電に伴う温度上昇により電極抵抗を上昇させ、過充電時の熱暴走を抑止する手法として、正極材料又は負極材料からなる電極合剤層を集電体上に積層する電極において、電極合剤層中又は電極合剤層と集電体との界面に沿って熱膨張性マイクロカプセルを含有させる電極が開示されている。   In Patent Document 2, as a technique for increasing electrode resistance due to temperature increase associated with overcharge and suppressing thermal runaway during overcharge, an electrode in which an electrode mixture layer made of a positive electrode material or a negative electrode material is laminated on a current collector Discloses an electrode containing thermally expandable microcapsules in the electrode mixture layer or along the interface between the electrode mixture layer and the current collector.

特許第3938194号公報Japanese Patent No. 3938194 特許第4727021号公報Japanese Patent No. 4727021

しかしながら、特許文献1に示すように過充電を抑制するような添加剤を電解液中に混合した場合、ある一定時間、すなわち添加剤が酸化重合している間は過充電の抑制になるが、添加剤の酸化分解が終わると再び過充電が進行してしまうという問題を抱えていた。   However, as shown in Patent Document 1, when an additive that suppresses overcharge is mixed in the electrolyte, overcharge is suppressed for a certain period of time, that is, while the additive is oxidatively polymerized. When the oxidative decomposition of the additive was finished, there was a problem that overcharge proceeded again.

また、特許文献2に開示の技術においては電池温度が上がりマイクロカプセルが熱膨張したとしても、電極の一部分が集電体と接している場合は、結局、過充電反応が進行し、熱暴走してしまうため、本質的な解決には至っていなかった。   In the technique disclosed in Patent Document 2, even if the battery temperature rises and the microcapsule thermally expands, if a part of the electrode is in contact with the current collector, the overcharge reaction eventually proceeds and thermal runaway occurs. Therefore, the essential solution has not been reached.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、リチウムイオン電池の過充電による熱暴走及び発火を防ぐ電極及びこれを用いたリチウムイオン電池を提供することである。   This invention is made | formed in view of such a subject, The objective is to provide the electrode which prevents the thermal runaway and ignition by the overcharge of a lithium ion battery, and a lithium ion battery using the same.

上記課題を解決するための本発明の一局面は、リチウムイオン電池の正極であって、正極内にアルカリ溶液を含有したマイクロカプセルが混合されており、過充電状態になった場合に、マイクロカプセルのシェル材料が分解し、内包されたアルカリ溶液が溶出し、アルミニウム集電体を腐食することで、電池と外部回路との電気的接触が遮断される、正極である。   One aspect of the present invention for solving the above problem is a positive electrode of a lithium ion battery, in which microcapsules containing an alkaline solution are mixed in the positive electrode, and the microcapsules are in an overcharged state. The shell material is decomposed, the contained alkaline solution is eluted, and the aluminum current collector is corroded, whereby the electrical contact between the battery and the external circuit is interrupted.

本発明によれば、リチウムイオン電池が過充電状態となった場合でも、マイクロカプセル内から溶出したアルカリ溶液がアルミニウム集電体を腐食することで、電池と外部回路との電気的接触が遮断され、過充電を防止し、電池の熱暴走及び発火を防ぐことができる。   According to the present invention, even when the lithium ion battery is overcharged, the alkaline solution eluted from the inside of the microcapsule corrodes the aluminum current collector, so that the electrical contact between the battery and the external circuit is interrupted. Can prevent overcharge and prevent battery runaway and ignition.

実施例1〜4、比較例2に係るラミネート電池用正極の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of positive electrode for laminated battery according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 ラミネート電池用負極の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of negative electrode for laminated battery ラミネート電池用正極打ち抜き後の模式図Schematic diagram after punching positive electrode for laminate battery ラミネート電池の負極打ち抜き後の模式図Schematic diagram after punching negative electrode of laminated battery セパレータに内包されたラミネート電池用正極の模式図Schematic diagram of positive electrode for laminated battery encapsulated in separator セパレータに内包されたラミネート電池用負極の模式図Schematic diagram of negative electrode for laminated battery encapsulated in separator 電極体の模式図Schematic diagram of electrode body 電極体の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of the electrode body ラミネート電池の模式図Schematic diagram of laminated battery 比較例1に係るラミネート電池用正極の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of a positive electrode for a laminated battery according to Comparative Example 1 コイン電池の模式図Schematic diagram of coin battery

以下、本発明に係るリチウムイオン電池用正極、及びこれを用いたリチウムイオン電池について説明する。   Hereinafter, a positive electrode for a lithium ion battery according to the present invention and a lithium ion battery using the positive electrode will be described.

発明者は、過充電時の電池の熱暴走、発火を防ぐという課題を解決すべく鋭意検討した結果、リチウムイオン電池の正極内にアルカリ溶液を含有したマイクロカプセルを混合することで、過充電状態になった場合に、マイクロカプセルのシェル材料が分解し、内包されたアルカリ溶液が溶出し、アルミニウム集電体を腐食することで、電池と外部回路との電気的接触が遮断され、過充電を防止し、電池の熱暴走、発火を防ぐことを見出した。本発明によれば、正極の製造工程を煩雑化することなく、添加材料導入によるコスト上昇を回避しながら、電池性能を損なうことなく安全性を向上させることが可能となる。   As a result of intensive studies to solve the problem of preventing thermal runaway and ignition of the battery at the time of overcharge, the inventor mixed the microcapsule containing an alkaline solution in the positive electrode of the lithium ion battery, In this case, the shell material of the microcapsule is decomposed, the encapsulated alkaline solution is eluted, and the aluminum current collector is corroded. It has been found that it prevents battery runaway and ignition. According to the present invention, it is possible to improve safety without compromising battery performance while avoiding an increase in cost due to introduction of additive materials without complicating the manufacturing process of the positive electrode.

(正極)
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の正極内には、アルカリ溶液を含有したマイクロカプセルが混合されており、過充電状態になった場合に、マイクロカプセルのシェル材料が分解し、内包されたアルカリ溶液が溶出し、アルミニウム集電体を腐食することで、電池と外部回路との電気的接触が遮断される。
(Positive electrode)
In the positive electrode of the lithium ion battery according to one embodiment of the present invention, microcapsules containing an alkaline solution are mixed, and the shell material of the microcapsules is decomposed and encapsulated when overcharged. The alkaline solution is eluted and corrodes the aluminum current collector, so that the electrical contact between the battery and the external circuit is interrupted.

正極に含まれる導電助剤は、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ等の公知の材料を使用することができる。   For example, known materials such as acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite, and carbon nanotube can be used as the conductive assistant contained in the positive electrode.

正極に含まれるマイクロカプセルのシェル材料は、耐アルカリ性、耐NMP(N−メチルピロリドン)性、耐電解液性があり、かつ、過充電時に電位で分解する材料が好ましい。例えば、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、メタクリル酸メチルあるいは、これらの材料の2種あるいは3種の共重合体が挙げられる。また、マイクロカプセルのシェル材料の分解開始電圧は、例えば、4.5V以上4.8V以下が好適である。   The shell material of the microcapsule included in the positive electrode is preferably a material that has alkali resistance, NMP (N-methylpyrrolidone) resistance, and electrolytic solution resistance, and that decomposes at potential during overcharge. For example, acrylonitrile, vinylidene chloride, methyl methacrylate, or two or three kinds of copolymers of these materials may be mentioned. Further, the decomposition start voltage of the shell material of the microcapsule is preferably, for example, 4.5 V or more and 4.8 V or less.

マイクロカプセルに内包されたアルカリ溶液は、アルミニウム集電体を腐食しうるものであれば特に制限は無く、例えば、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液が挙げられる。   The alkali solution encapsulated in the microcapsules is not particularly limited as long as it can corrode the aluminum current collector, and examples thereof include sodium hydroxide solution and potassium hydroxide solution.

正極集電体にはアルミニウムから成る集電体を使用することができる。   As the positive electrode current collector, a current collector made of aluminum can be used.

正極に含まれる正極活物質は、特に限定されるものではなく、従来公知の活物質を使用することが出来る。正極活物質としては、例えばリチウムイオンを放出出来るリチウム遷移金属複合酸化物を挙げることができて、その一例として、LiNiO、LiMnO、LiCoO、LiFePO等を挙げることができる。また、正極活物質としては、リチウム遷移金属酸化物を複数混合して使用することもできる。 The positive electrode active material contained in the positive electrode is not particularly limited, and a conventionally known active material can be used. Examples of the positive electrode active material include a lithium transition metal composite oxide capable of releasing lithium ions, and examples thereof include LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiCoO 2 , and LiFePO 4 . Further, as the positive electrode active material, a plurality of lithium transition metal oxides can be mixed and used.

正極は、正極活物質、結着剤、導電助剤等をN−メチルピロリドンなどの溶媒中で混合した後、アルミニウム集電体上に積層塗布、乾燥することで形成することができる。   The positive electrode can be formed by mixing a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like in a solvent such as N-methylpyrrolidone, then laminating and drying on an aluminum current collector.

(負極)
負極に含まれる負極活物質は、特に限定されるものではなく、リチウム等の金属材料、ケイ素、スズ等を含有する合金系材料、グラファイト、コークス等の炭素材料のような、リチウムイオンを吸蔵・放出できる化合物を単独または組み合わせて用いることができる。また、負極活物質としてリチウム金属箔を用いる場合、銅等の金属集電体上にリチウム箔を圧着して形成することができる。また負極活物質として合金材料、炭素材料を用いる場合は、負極活物質と結着材、導電助剤等を水、NMP等の溶媒中で混合した後、銅等の金属集電体上に塗布、乾燥することで形成することができる。
(Negative electrode)
The negative electrode active material contained in the negative electrode is not particularly limited, and occludes lithium ions such as metal materials such as lithium, alloy materials containing silicon and tin, and carbon materials such as graphite and coke. The releasable compounds can be used alone or in combination. When a lithium metal foil is used as the negative electrode active material, the lithium foil can be formed by pressure bonding on a metal current collector such as copper. When using an alloy material or carbon material as the negative electrode active material, the negative electrode active material, a binder, a conductive additive, etc. are mixed in a solvent such as water or NMP, and then applied onto a metal current collector such as copper. It can be formed by drying.

結着材は、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM、SBR、NBR、フッ素ゴム等の化学的、物理的に安定な材料が好ましい。また、導電助剤は、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等を挙げることができる。   The binder is preferably a chemically and physically stable material such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, EPDM, SBR, NBR, or fluororubber. Examples of the conductive assistant include ketjen black, acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanotube, and amorphous carbon.

負極集電体は、特に限定されるものではなく、銅、ステンレス製の箔などから成る集電体を使用することができる。   The negative electrode current collector is not particularly limited, and a current collector made of copper, stainless steel foil, or the like can be used.

(非水電解液)
非水電解液は、特に限定されるものではなく、有機溶媒などの溶媒に支持塩を溶解させたもの、電解質兼溶媒であるイオン液体、そのイオン液体に更に支持塩を溶解させたもの等を挙げることができる。
(Nonaqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and a non-aqueous electrolyte solution in which a supporting salt is dissolved in a solvent such as an organic solvent, an ionic liquid that is an electrolyte and solvent, a solution in which a supporting salt is further dissolved in the ionic liquid, and the like. Can be mentioned.

有機溶媒としては、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。また、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の混合溶媒を用いることもできる。   As the organic solvent, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolane compounds and the like can be used. A mixed solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate can also be used.

非水電解液に用いられる支持塩は、特に限定されるものではなく、例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiN(FSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO等を挙げることができる。 The supporting salt used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (FSO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), mention may be made of LiN (CF 3 SO 2) 2 and the like.

非水電解液に用いられるイオン液体も、常温で液体である塩であれば特に限定されるものではなく、例えばアルキルアンモニウム塩、ピロリジニウム塩、ピラゾリウム塩、ピペリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩などを挙げることがはできる。また、広い電位領域において電気化学的に安定であると更に好ましい。   The ionic liquid used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is a salt that is liquid at room temperature. For example, alkyl ammonium salt, pyrrolidinium salt, pyrazolium salt, piperidinium salt, imidazolium salt, pyridinium salt, sulfonium Examples thereof include salts and phosphonium salts. Further, it is more preferable that it is electrochemically stable in a wide potential region.

(電池)
正極と負極との接触を防止するためのセパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン製や芳香族ポリアミド樹脂製の微孔膜または不織布、無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コートなどを用いることができる。
(battery)
As a separator for preventing contact between the positive electrode and the negative electrode, it is possible to use a microporous film or nonwoven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene or an aromatic polyamide resin, a porous resin coat containing inorganic ceramic powder, or the like. it can.

正極、負極、非水電解液、セパレータを、電解液の漏洩防止、外気進入の防止等を目的としたアルミニウムやステンレス製の角型または円筒型の容器、あるいはアルミラミネートフィルムのような容器に収納して、リチウムイオン電池を作製することができる。   The positive electrode, negative electrode, non-aqueous electrolyte, and separator are stored in a rectangular or cylindrical container made of aluminum or stainless steel, or a container such as an aluminum laminate film for the purpose of preventing leakage of the electrolyte or preventing outside air from entering. Thus, a lithium ion battery can be manufactured.

電極と容器の端子とをつなぐタブは特に限定されるものではなく、正極にはアルミニウム、ステンレス、ニッケル等のタブを、負極には銅、ニッケル等のタブを使用することが出来る。タブにはシーラントと呼ばれる変性ポリプロピレンで出来た樹脂が付随しており、タブとアルミラミネートフィルムとの間の絶縁性を保っている。   The tab connecting the electrode and the terminal of the container is not particularly limited, and a tab made of aluminum, stainless steel, nickel or the like can be used for the positive electrode, and a tab made of copper, nickel or the like can be used for the negative electrode. The tab is accompanied by a resin made of modified polypropylene called sealant, which maintains the insulation between the tab and the aluminum laminate film.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using examples.

(実施例1)
(正極作製)
図1に、実施例1に係るラミネート電池用正極の断面模式図を示す。正極活物質11としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3(日本化学産業製)89質量部、導電助剤12としてアセチレンブラック(HS−100、電気化学工業製)3質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(♯7200、クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製)3質量部、シェルがアクリロニトリルで水酸化ナトリウム溶液が内包された平均粒径が9μm以上15μm以下のマイクロカプセル14の5質量部をNMPに添加し、分散処理を行い、均質なペーストを調製した。このペーストをアルミニウム箔集電体13上にダイコーター等の塗工機で塗布し、乾燥処理を行うことで、正極層10を得た。乾燥処理後の正極層10の膜厚は、片面で70μm、両面で140μmであった。正極層10の密度が約3.3g/cmになるように、乾燥処理後の正極をロールプレス機で加圧処理した。
Example 1
(Preparation of positive electrode)
In FIG. 1, the cross-sectional schematic diagram of the positive electrode for laminated batteries which concerns on Example 1 is shown. 89 parts by mass of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (manufactured by Nippon Chemical Industry) as the positive electrode active material 11, 3 parts by mass of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as the conductive auxiliary agent 12, 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (# 7200, manufactured by Kureha Battery Materials Japan) as a binder, a microcapsule 14 having an average particle diameter of 9 μm or more and 15 μm or less in which the shell is acrylonitrile and the sodium hydroxide solution is encapsulated 5 parts by mass was added to NMP and dispersed to prepare a homogeneous paste. This paste was applied onto the aluminum foil current collector 13 with a coating machine such as a die coater and dried to obtain the positive electrode layer 10. The film thickness of the positive electrode layer 10 after the drying treatment was 70 μm on one side and 140 μm on both sides. The positive electrode after the drying treatment was subjected to pressure treatment with a roll press so that the density of the positive electrode layer 10 was about 3.3 g / cm 3 .

(負極作製)
図2に、実施例1に係るラミネート電池用負極の断面模式図を示す。銅箔集電体22上に形成する負極層21に使用する材料には、活物質として球状天然黒鉛(SMG、日立化成製)96質量部、導電助剤として気相法炭素繊維(VGCF−H、昭和電工製)2質量部、結着材としてスチレンブタジエンラバー(BM−400B、日本ゼオン製)2質量部を、カルボキシメチルセルロース水溶液(DN800−H、ダイセル製)に添加し、分散処理を行い、均一なペーストを調製した。なお、カルボキシメチルセルロースは前記組成の総重量部100に対して1重量部になるように調製した。このペーストを銅箔集電体22(12μm厚)上にダイコーター等の塗工機で塗布し、乾燥処理を行うことで、負極層21を得た。乾燥処理後の負極層21は、片面で60μm、両面で120μmであった。負極層21の密度が約1.7g/cmになるように、乾燥処理後の負極ロールプレス機で加圧処理した。
(Anode production)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the negative electrode for a laminated battery according to Example 1. Materials used for the negative electrode layer 21 formed on the copper foil current collector 22 include 96 parts by mass of spherical natural graphite (SMG, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) as an active material, and vapor grown carbon fiber (VGCF-H) as a conductive additive. 2 parts by weight of Showa Denko) and 2 parts by weight of styrene butadiene rubber (BM-400B, manufactured by Nippon Zeon) as a binder are added to an aqueous carboxymethyl cellulose solution (DN800-H, manufactured by Daicel), and subjected to dispersion treatment. A uniform paste was prepared. In addition, carboxymethylcellulose was prepared so that it might be 1 weight part with respect to 100 weight part of the said composition. This paste was applied onto a copper foil current collector 22 (12 μm thick) with a coating machine such as a die coater and dried to obtain a negative electrode layer 21. The negative electrode layer 21 after the drying treatment was 60 μm on one side and 120 μm on both sides. The negative electrode layer 21 was subjected to pressure treatment with a negative electrode roll press after the drying treatment so that the density of the negative electrode layer 21 was about 1.7 g / cm 3 .

(ラミネート電池作製)
図3には、ラミネート電池用正極の打ち抜き後の模式図を、図4には、ラミネート電池用負極の打ち抜き後の模式図を示す。得られた正極44は図3、負極45は図4に示すように打ち抜いた。正極寸法は60mm×80mmとし、端部10mm×80mmはアルミニウム集電体部とした。負極寸法は62mm×82mmとし、端部12mm×82mmは銅箔集電体部とした。図5には、セパレータ31に内包されたラミネート電池用正極の模式図を、図6には、セパレータ31に内包されたラミネート電池用負極の模式図を示す。また、図7には、電極体52の模式図を、図8には、断面模式図を示す。作製した各電極(正極44、負極45)は、ポリエチレン製セパレータ31(ハイポア、旭化成イーマテリアルズ製)で包み(図5、図6)、各電極を図8に示すように積層し、タブ付けして1体の電極体52とした(図7)。正極44にはアルミニウムタブ42(4mm×92mm、厚み150μm)を、負極45にはニッケルタブ43(4mm×92mm、厚み150μm)を使用した。各タブ42、43には、シーラント41を設けた。
(Laminated battery production)
FIG. 3 shows a schematic diagram after punching of the positive electrode for a laminated battery, and FIG. 4 shows a schematic diagram after punching of the negative electrode for a laminated battery. The obtained positive electrode 44 was punched as shown in FIG. 3, and the negative electrode 45 was punched as shown in FIG. The positive electrode dimension was 60 mm × 80 mm, and the end 10 mm × 80 mm was an aluminum current collector. The negative electrode dimension was 62 mm × 82 mm, and the end 12 mm × 82 mm was a copper foil current collector. FIG. 5 is a schematic view of a positive electrode for a laminated battery contained in the separator 31, and FIG. 6 is a schematic view of a negative electrode for a laminated battery contained in the separator 31. 7 shows a schematic diagram of the electrode body 52, and FIG. 8 shows a schematic sectional view thereof. Each of the prepared electrodes (positive electrode 44, negative electrode 45) is wrapped with a polyethylene separator 31 (Hypore, manufactured by Asahi Kasei E-Materials) (FIGS. 5 and 6), and each electrode is laminated as shown in FIG. Thus, one electrode body 52 was obtained (FIG. 7). An aluminum tab 42 (4 mm × 92 mm, thickness 150 μm) was used for the positive electrode 44, and a nickel tab 43 (4 mm × 92 mm, thickness 150 μm) was used for the negative electrode 45. Each tab 42, 43 was provided with a sealant 41.

図9には、ラミネート電池の断面模式図を示す。
得られた電極体52は、アルミラミネートフィルム51に内包した。そこに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で3:7に混合した混合有機溶媒中にLiPFが1モル/L濃度になるように添加し、更にビニレンカーボネートを重量比で2%添加して調製した非水電解液を注入し、アルミラミネートフィルム51を熱溶着しラミネート電池を作製した。
In FIG. 9, the cross-sectional schematic diagram of a laminated battery is shown.
The obtained electrode body 52 was enclosed in an aluminum laminate film 51. Then, LiPF 6 was added to a mixed organic solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 so as to have a concentration of 1 mol / L, and vinylene carbonate was further added by 2% by weight. The non-aqueous electrolyte prepared above was injected, and the aluminum laminate film 51 was thermally welded to produce a laminate battery.

(実施例2)
正極44に添加するマイクロカプセル14のシェル材料に塩化ビニリデンを使用した以外は、実施例1と同様にしてラミネート電池を作製した。
(Example 2)
A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that vinylidene chloride was used as the shell material of the microcapsule 14 added to the positive electrode 44.

(実施例3)
正極44に添加するマイクロカプセル14のシェル材料にメタクリル酸メチルを使用した以外は、実施例1と同様にしてラミネート電池を作製した。
(Example 3)
A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that methyl methacrylate was used as the shell material of the microcapsule 14 added to the positive electrode 44.

(実施例4)
正極44に添加するマイクロカプセル14のシェル材料にアクリロニトリル、塩化ビニリデン、メタクリル酸メチルの共重合体を使用した以外は、実施例1と同様にしてラミネート電池を作製した。
Example 4
A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a copolymer of acrylonitrile, vinylidene chloride, and methyl methacrylate was used as the shell material of the microcapsule 14 added to the positive electrode 44.

(比較例1)
図10には、比較例1に係るラミネート電池用正極の断面模式図を示す。
実施例1でマイクロカプセル14を添加せず、マイクロカプセル14の質量部を正極活物質11に置き換えたこと以外は、実施例1と同様にしてラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In FIG. 10, the cross-sectional schematic diagram of the positive electrode for laminated batteries which concerns on the comparative example 1 is shown.
A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the microcapsule 14 was not added in Example 1 and the mass part of the microcapsule 14 was replaced with the positive electrode active material 11.

(比較例2)
実施例4でマイクロカプセル14内のアルカリ溶液をエタノールにしたこと以外は、実施例1と同様にしてラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used as the alkaline solution in the microcapsule 14 in Example 4.

(マイクロカプセル電位分解調査)
内包材料の無い各マイクロカプセル94質量部、アセチレンブラック(HS−100、電気化学工業製)3質量部、ポリフッ化ビニリデン(♯7200、クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製)3質量部をNMPに添加し、分散処理を行い、均質なペーストを調製した。このペーストをアルミニウム箔集電体上にダイコーター等の塗工機で塗布し、乾燥処理を行うことで、70μmのマイクロカプセル評価用の電極を得た。その電極の電気化学的挙動の調査を行った。具体的には、上記電極を作用極、リチウム金属を対極とした2極セルを作製し、ポテンショ/ガルバノスタット装置(1287型、Solartron社製)と周波数応答アナライザ(1260型、Solartron社製)とを用いて、掃引速度5mV/s、電位範囲3.0V以上5.0V以下で掃引することで、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定を実施した。
(Microcapsule potential decomposition investigation)
94 parts by mass of each microcapsule without inclusion material, 3 parts by mass of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo), 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (# 7200, manufactured by Kureha Battery Materials Japan) are used as NMP. The mixture was added and dispersed to prepare a homogeneous paste. The paste was applied on an aluminum foil current collector with a coating machine such as a die coater and dried to obtain an electrode for 70 μm microcapsule evaluation. The electrochemical behavior of the electrode was investigated. Specifically, a bipolar cell having the above electrode as a working electrode and a lithium metal as a counter electrode was prepared, and a potentio / galvanostat device (1287 type, manufactured by Solartron) and a frequency response analyzer (1260 type, manufactured by Solartron) Was used to perform cyclic voltammetry (CV) measurement by sweeping at a sweep rate of 5 mV / s and a potential range of 3.0 V to 5.0 V.

CV測定において、酸化電流が0.05mA/cm観測された時点の電圧を、マイクロカプセルのシェル材料の酸化開始電位とした。 In CV measurement, the voltage at which the oxidation current was observed at 0.05 mA / cm 2 was defined as the oxidation start potential of the microcapsule shell material.

表1に結果を示す。表1の実施例1〜4、比較例1及び比較例2を比べると、マイクロカプセルがないと5.5V付近まで酸化分解を示さないのに対して、マイクロカプセルがあると4.5V以上の電位で酸化分解が開始することが示唆される。ここから、マイクロカプセルは過充電開始直後に分解すると考えられ、誤って過充電が始まったとしても、過充電開始直後からシェルの分解が始まり、内包材料の溶出が始まると考えられ、実施例に用いたシェル材料が、過充電対策に非常に良好な材料であると言える。   Table 1 shows the results. When comparing Examples 1 to 4, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in Table 1, oxidative decomposition does not show up to about 5.5 V without the microcapsules, whereas with the microcapsules, it is 4.5 V or more. It is suggested that oxidative degradation starts at the potential. From this, it is considered that the microcapsule is decomposed immediately after the start of overcharge, and even if the overcharge starts accidentally, it is considered that the decomposition of the shell starts immediately after the start of overcharge and the elution of the encapsulated material begins. It can be said that the shell material used is a very good material for overcharge countermeasures.

(過充電試験)
各ラミネート電池を10個作製し、初めに定電流充電にて電池電圧を4.2Vまで充電し、満充電とした。その後、1C充電にて、所定の時間(例えば1.5時間)過充電試験を行い電池の発煙・発火個数を調査した。なお、所定時間内に電池電圧が充放電装置の上限電圧あるいは0Vに達した場合は、その時点で試験終了とした。
(Overcharge test)
Ten laminated batteries were manufactured, and the battery voltage was charged to 4.2 V by constant current charging first, and was fully charged. Thereafter, an overcharge test was performed for a predetermined time (for example, 1.5 hours) with 1C charging, and the number of smoke and ignition of the battery was investigated. When the battery voltage reached the upper limit voltage of the charging / discharging device or 0 V within a predetermined time, the test was terminated at that time.

表2に過充電試験の結果を示す。表2の平均試験終了電圧は、10個の電池の試験終了電圧を示しており、電池が発火した電圧あるいは、電池電圧が0Vに達した場合はその直前の電池電圧を示している。   Table 2 shows the results of the overcharge test. The average test end voltage in Table 2 indicates the test end voltage of 10 batteries. When the battery voltage reaches 0 V, the average test end voltage indicates the battery voltage just before that.

結果から、実施例の電池はすべて5V付近で電気的接触が遮断されており、一方、比較例の電池はすべて過充電が進行し発火してしまったことが分かる。ここから、実施例の電池は過充電時にマイクロカプセルのシェル材料が分解し、内包材料がアルミニウム集電体を腐食することで電池と外部回路との電気的接触を遮断していることが示唆される。   From the results, it can be seen that all the batteries of the examples were cut off from electrical contact in the vicinity of 5 V, while all of the batteries of the comparative examples were overcharged and ignited. From this, it is suggested that the battery of the example breaks down the shell material of the microcapsule during overcharge, and the inclusion material corrodes the aluminum current collector, thereby blocking the electrical contact between the battery and the external circuit. The

実施例に示すマイクロカプセルを使用したリチウムイオン二次電池は、過充電時に電池と外部回路との電気的接触が遮断されることで、熱暴走を抑制する、即ち、熱暴走抑止能力に非常に優れた電池であることが確認できた。   The lithium ion secondary battery using the microcapsule shown in the example suppresses the thermal runaway by blocking the electrical contact between the battery and the external circuit at the time of overcharging, that is, the thermal runaway suppressing ability is extremely high. It was confirmed that the battery was excellent.

以上説明したように、本発明によれば、マイクロカプセルを正極に添加するだけで熱暴走抑止能力を有する優れた電池の作製が可能であり、製造工程の煩雑化を抑制することが可能である。よって、通常のリチウムイオン二次電池の製造工程をそのまま使用することが出来、電極製造コストの上昇も抑制可能である。   As described above, according to the present invention, it is possible to produce an excellent battery having a thermal runaway suppression capability only by adding microcapsules to the positive electrode, and it is possible to suppress complication of the manufacturing process. . Therefore, the manufacturing process of a normal lithium ion secondary battery can be used as it is, and the increase in electrode manufacturing cost can also be suppressed.

本発明は、ラミネート型だけでなく、図11に示すような導電助剤12と、アルミニウム箔集電体13と、セパレータ31と、金属リチウム62と、ガスケット63と、正極缶64と、負極缶65とを含むコイン型、角型、円筒型等さまざまなリチウムイオン二次電池の電極に用いることができる。   The present invention is not limited to a laminate type, but includes a conductive additive 12, an aluminum foil current collector 13, a separator 31, a metal lithium 62, a gasket 63, a positive electrode can 64, and a negative electrode can as shown in FIG. It can be used for electrodes of various lithium ion secondary batteries such as coin type, square type, and cylindrical type.

本発明は、リチウムイオン二次電池等に有用である。   The present invention is useful for lithium ion secondary batteries and the like.

10 正極層
11 正極活物質
12 導電助剤
13 アルミニウム箔集電体
14 マイクロカプセル
21 負極層
22 銅箔集電体
31 セパレータ
41 シーラント
42 正極タブ
43 負極タブ
44 正極
45 負極
51 アルミラミネートフィルム
52 電極体
62 金属リチウム
63 ガスケット
64 正極缶
65 負極缶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positive electrode layer 11 Positive electrode active material 12 Conductive support agent 13 Aluminum foil collector 14 Microcapsule 21 Negative electrode layer 22 Copper foil collector 31 Separator 41 Sealant 42 Positive electrode tab 43 Negative electrode tab 44 Positive electrode 45 Negative electrode 51 Aluminum laminate film 52 Electrode body 62 Lithium metal 63 Gasket 64 Positive electrode can 65 Negative electrode can

Claims (4)

リチウムイオン電池の正極であって、正極内にアルカリ溶液を含有したマイクロカプセルが混合されており、過充電状態になった場合に、マイクロカプセルのシェル材料が分解し、内包されたアルカリ溶液が溶出し、アルミニウム集電体を腐食することで、電池と外部回路との電気的接触が遮断される、正極。   A positive electrode of a lithium ion battery, in which microcapsules containing an alkaline solution are mixed in the positive electrode, and when the battery is overcharged, the shell material of the microcapsules is decomposed and the contained alkaline solution is eluted. And the positive electrode by which an electrical contact with a battery and an external circuit is interrupted | blocked by corroding an aluminum electrical power collector. 前記マイクロカプセルのシェル材料の分解開始電圧が、4.5V以上4.8V以下である、請求項1に記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein a decomposition starting voltage of the shell material of the microcapsule is 4.5 V or more and 4.8 V or less. 前記マイクロカプセルのシェル材料がアクリロニトリル、塩化ビニリデン、メタクリル酸メチルあるいは、これらの材料の2種あるいは3種の共重合体である、請求項1に記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the shell material of the microcapsule is acrylonitrile, vinylidene chloride, methyl methacrylate, or a copolymer of two or three of these materials. 請求項1〜3のいずれかに記載の正極を具備したリチウムイオン電池。   The lithium ion battery which comprised the positive electrode in any one of Claims 1-3.
JP2014192541A 2014-09-22 2014-09-22 Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same Pending JP2016062872A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014192541A JP2016062872A (en) 2014-09-22 2014-09-22 Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014192541A JP2016062872A (en) 2014-09-22 2014-09-22 Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016062872A true JP2016062872A (en) 2016-04-25

Family

ID=55798041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014192541A Pending JP2016062872A (en) 2014-09-22 2014-09-22 Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016062872A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018445A (en) * 2020-07-17 2020-12-01 清华大学 Self-destruction structure, electrolyte, electrode, diaphragm and battery
US20220037631A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 Prologium Technology Co., Ltd. Method for suppressing thermal runaway of lithium batteries
JP2022027535A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermorunaway-suppressing element and related application
JP2022027534A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermorunaway suppressant for lithium battery, and related application
CN116632162A (en) * 2023-07-24 2023-08-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 Pole piece, preparation method thereof, battery monomer, battery and electricity utilization device

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112018445A (en) * 2020-07-17 2020-12-01 清华大学 Self-destruction structure, electrolyte, electrode, diaphragm and battery
CN114094099A (en) * 2020-07-29 2022-02-25 辉能科技股份有限公司 Thermal runaway inhibitor and application thereof
US11682805B2 (en) 2020-07-29 2023-06-20 Prologium Technology Co., Ltd. Thermal runaway suppression element and the related applications
JP2022027533A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 輝能科技股▲分▼有限公司 Method for suppressing thermorunaway of lithium battery
JP2022027534A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermorunaway suppressant for lithium battery, and related application
CN114068942A (en) * 2020-07-29 2022-02-18 辉能科技股份有限公司 Thermal runaway suppression assembly and application thereof
US20220037631A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 Prologium Technology Co., Ltd. Method for suppressing thermal runaway of lithium batteries
JP7223812B2 (en) 2020-07-29 2023-02-16 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermal runaway inhibitor for lithium batteries and related applications
JP2022027535A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermorunaway-suppressing element and related application
JP7307126B2 (en) 2020-07-29 2023-07-11 輝能科技股▲分▼有限公司 Thermal runaway suppression device and related applications
CN114068942B (en) * 2020-07-29 2024-04-12 辉能科技股份有限公司 Thermal runaway suppression assembly and application thereof
TWI819336B (en) * 2020-07-29 2023-10-21 輝能科技股份有限公司 Thermal runaway suppressant of lithium batteries and the lithium battery capable of suppressing thermal runaway
JP7399138B2 (en) 2020-07-29 2023-12-15 輝能科技股▲分▼有限公司 Method for suppressing thermal runaway of lithium batteries
CN116632162B (en) * 2023-07-24 2023-11-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 Pole piece, preparation method thereof, battery monomer, battery and electricity utilization device
CN116632162A (en) * 2023-07-24 2023-08-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 Pole piece, preparation method thereof, battery monomer, battery and electricity utilization device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4915390B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP5737481B2 (en) Sealed non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5264099B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4625231B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP4240078B2 (en) Lithium secondary battery
JP2008300302A (en) Nonaqueous secondary battery, and manufacturing method of positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2015046492A1 (en) Electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery
JP2007103356A (en) Non-aqueous secondary battery
JP2015088370A (en) Positive electrode, and lithium ion secondary battery
JP2016062872A (en) Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JP2016076439A (en) Positive electrode of lithium ion battery, manufacturing method thereof, and lithium ion battery using the same
JP2016004657A (en) Positive electrode, method of manufacturing positive electrode, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6664148B2 (en) Lithium ion secondary battery
JPWO2013054376A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015069898A (en) Electrode and lithium ion secondary battery using the same
JP2009048815A (en) Nonaqueous electrolyte solution secondary battery
JP2015210846A (en) Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte battery
JP2007172947A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2010033869A (en) Electrode plate for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using the same
JP2007220455A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5644732B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPWO2002067355A1 (en) Lithium polymer battery
JP5327531B2 (en) Nonaqueous electrolyte battery electrode and nonaqueous electrolyte battery
JP2007109612A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004235068A (en) Manufacturing method for positive electrode and nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode obtained by the method