JP2017027727A - Method of manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a lithium ion secondary battery, capable of preventing lithium deposition and electrode wrinkles during initial charge/discharge.SOLUTION: A lithium ion secondary battery 1 includes: an electrode assembly formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator; and a case 2 housing the electrode assembly. A method of manufacturing the lithium ion secondary battery 1 includes: an initial charge/discharge step of performing initial charging/discharging of the lithium ion secondary battery 1; and a load application step of applying a load along a lamination direction D of the electrode assembly to the case 2 during the initial charge/discharge step. In the negative electrode, an active material layer containing an active material of a silicon-based material is formed on a metal foil. In the load application step, a load is applied such that the maximum value of surface pressure applied on the case 2 is 2 MPa or more.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池には、正極と負極とをセパレータを介して積層した積層型のものがある(例えば、特許文献1参照)。リチウムイオン二次電池は、小型でも容量が大きいので、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ等の広い分野で利用されている。特に、車両等で用いられる比較的大型のリチウムイオン二次電池の場合、一般に、積層型の電極組立体が金属製の角型のケースに収容されている。   A lithium ion secondary battery includes a stacked type in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator (see, for example, Patent Document 1). Lithium ion secondary batteries are small and have a large capacity, and are therefore used in a wide range of fields such as mobile phones and notebook personal computers. In particular, in the case of a relatively large lithium ion secondary battery used in a vehicle or the like, a stacked electrode assembly is generally housed in a metal square case.

リチウムイオン二次電池は、電極の活物質の活性化等のために、製造過程で初期充放電が行われる。この初期充放電中に、電極組立体の正極と負極とを互いに近接させるために、ケースに対して積層方向に荷重が付加される。また、リチウムイオン二次電池は、電池性能(例えば、サイクル特性、容量)を向上させるために、負極の活物質としてシリコン系材料を用いることが検討されている。このシリコン系材料の負極の場合、他の材料の電極に比べて充放電時に膨張/収縮し、膨張量が大きい。この膨張を考慮して、積層方向において電極組立体とケースの内側面との間に、所定の間隔を設けることが好ましい。   Lithium ion secondary batteries are initially charged and discharged during the manufacturing process in order to activate the active material of the electrode. During this initial charge / discharge, a load is applied to the case in the stacking direction in order to bring the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly close to each other. Further, in order to improve battery performance (for example, cycle characteristics and capacity), lithium ion secondary batteries have been studied to use a silicon-based material as an active material for a negative electrode. In the case of this negative electrode made of a silicon-based material, it expands / contracts at the time of charging / discharging, and the expansion amount is large as compared with electrodes of other materials. In consideration of this expansion, it is preferable to provide a predetermined interval between the electrode assembly and the inner surface of the case in the stacking direction.

特許第5182477号公報Japanese Patent No. 5182477

しかし、付加する荷重が小さいと、初期充放電中に荷重が電極組立体の電極に均等に掛からない場合がある。この場合、電極組立体の正極と負極との間が広がるため、リチウム析出が発生したり、電極しわが発生したりする虞がある。   However, if the applied load is small, the load may not be evenly applied to the electrodes of the electrode assembly during the initial charge / discharge. In this case, since the space between the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly spreads, there is a possibility that lithium deposition may occur or electrode wrinkles may occur.

そこで、本発明においては、初期充放電時におけるリチウム析出及び電極しわの発生を抑制できるリチウムイオン二次電池の製造方法を提案することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to propose a method of manufacturing a lithium ion secondary battery that can suppress the occurrence of lithium deposition and electrode wrinkles during initial charge / discharge.

本発明の一側面に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、正極と負極とをセパレータを介して積層してなる電極組立体と、電極組立体を収容するケースとを備えるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、リチウムイオン二次電池の初期充放電を行う初期充放電工程と、初期充放電工程中に電極組立体の積層方向に沿った荷重をケースに対して付加する荷重付加工程と、を含み、負極には、金属箔上にシリコン系材料の活物質を含む活物質層が形成され、荷重付加工程では、ケースで受ける面圧の最大値が2MPa以上になるように荷重を付加する。   A method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention includes an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator, and a case that houses the electrode assembly. An initial charging / discharging process for initial charging / discharging of a lithium ion secondary battery, and a load applying process for applying a load along the stacking direction of the electrode assembly to the case during the initial charging / discharging process. In the negative electrode, an active material layer containing an active material of a silicon-based material is formed on the metal foil, and in the load adding step, a load is applied so that the maximum surface pressure received by the case is 2 MPa or more. Append.

この製造方法では、荷重付加工程で付加した荷重によってケースで受ける面圧の最大値を2MPa以上とすることにより、初期充放電工程中に荷重がケース内の電極組立体に適切に掛かり、電極組立体の正極と負極とが互いに近接する。そのため、この製造方法では、初期充放電時におけるリチウム析出及び電極しわの発生を抑制できる。   In this manufacturing method, by setting the maximum surface pressure received in the case by the load applied in the load adding process to 2 MPa or more, the load is appropriately applied to the electrode assembly in the case during the initial charge / discharge process, and the electrode assembly A solid positive electrode and a negative electrode are close to each other. Therefore, in this manufacturing method, it is possible to suppress lithium precipitation and electrode wrinkles during initial charge / discharge.

一実施形態の製造方法の荷重付加工程では、ケースで受ける面圧の最大値が4.5MPa以下になるように荷重を付加するとよい。この製造方法では、ケースで受ける面圧の最大値を4.5MPa以下とすることにより、初期充放電工程中に電極組立体に対して過剰な荷重が掛かるのを抑制できる。   In the load adding step of the manufacturing method according to one embodiment, the load may be applied so that the maximum surface pressure received by the case is 4.5 MPa or less. In this manufacturing method, by setting the maximum value of the surface pressure received by the case to 4.5 MPa or less, it is possible to suppress an excessive load from being applied to the electrode assembly during the initial charge / discharge process.

一実施形態の製造方法の初期充放電工程では、充電中にリチウムイオン二次電池の電圧を複数段階に分けて上昇させてもよい。また、この初期充放電工程では、充電中に上昇させた最大電圧の状態を所定時間維持するようにしてもよい。これにより、リチウムイオン二次電池の電池性能を向上させることができる。   In the initial charging / discharging process of the manufacturing method of one embodiment, the voltage of the lithium ion secondary battery may be increased in a plurality of stages during charging. In this initial charge / discharge process, the state of the maximum voltage raised during charging may be maintained for a predetermined time. Thereby, the battery performance of a lithium ion secondary battery can be improved.

一実施形態の製造方法の初期充放電工程では、充電中にリチウムイオン二次電池の周囲温度を複数の温度に変化させてもよい。これにより、リチウムイオン二次電池の実際の使用環境等を考慮して初期充放電を行うことができる。   In the initial charging / discharging process of the manufacturing method of one embodiment, the ambient temperature of the lithium ion secondary battery may be changed to a plurality of temperatures during charging. Thereby, initial charge / discharge can be performed in consideration of the actual use environment of the lithium ion secondary battery.

一実施形態の製造方法では、負極の活物質層のシリコンの含有率は、30質量%以上である。これにより、リチウムイオン二次電池の電池性能が向上する。   In the manufacturing method of one embodiment, the silicon content of the active material layer of the negative electrode is 30% by mass or more. Thereby, the battery performance of a lithium ion secondary battery improves.

一実施形態の製造方法では、負極の活物質層のシリコンの含有率は、80質量%以下である。これにより、リチウムイオン二次電池の電池性能が向上する。   In the manufacturing method of one embodiment, the silicon content of the active material layer of the negative electrode is 80% by mass or less. Thereby, the battery performance of a lithium ion secondary battery improves.

本発明によれば、初期充放電時におけるリチウム析出及び電極しわの発生を抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of lithium precipitation and an electrode wrinkle at the time of initial stage charge / discharge can be suppressed.

一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment. 図1におけるII-II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line in FIG. 初期充放電工程での充電条件の一例であり、(a)が充電条件を示す表であり、(b)が充電条件を示すグラフである。It is an example of the charging conditions in an initial stage charging / discharging process, (a) is a table | surface which shows charging conditions, (b) is a graph which shows charging conditions. 荷重付加工程での荷重付加方法を模式的に示す図であり、(a)が平面図であり、(b)が側面図である。It is a figure which shows typically the load addition method in a load addition process, (a) is a top view, (b) is a side view. 面圧の最大値を変えた実施例と比較例を示す表である。It is a table | surface which shows the Example and the comparative example which changed the maximum value of the surface pressure.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, with reference to drawings, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element which is the same or it corresponds in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[リチウムイオン二次電池]
一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、角型の非水電解質二次電池であり、複数の正極と負極とをセパレータを介して積層した積層型の電極組立体が角型のケースに収容されている。一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、サイズ(容量)が比較的大型のリチウムイオン二次電池であり、例えば、産業車両、電気自動車、プラグインハイブリッドカー等の車両に搭載されるバッテリとして用いられる。一実施形態では、電極組立体がケースに収容された後に、リチウムイオン二次電池の初期充放電を行う初期充放電工程と、初期充放電中にリチウムイオン二次電池(ケース)に対して荷重を付加する荷重付加工程とを含むリチウムイオン二次電池の製造方法に適用する。これらの工程以外のリチウムイオン二次電池の製造工程については、従来の製造工程が適用される。
[Lithium ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery according to an embodiment is a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery, and a stacked electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked via a separator is accommodated in a rectangular case. Has been. A lithium ion secondary battery according to an embodiment is a lithium ion secondary battery having a relatively large size (capacity), for example, as a battery mounted on a vehicle such as an industrial vehicle, an electric vehicle, or a plug-in hybrid car. Used. In one embodiment, after the electrode assembly is accommodated in the case, an initial charge / discharge step of performing initial charge / discharge of the lithium ion secondary battery, and a load applied to the lithium ion secondary battery (case) during the initial charge / discharge It applies to the manufacturing method of a lithium ion secondary battery including the load addition process which adds. Conventional manufacturing processes are applied to the manufacturing process of the lithium ion secondary battery other than these processes.

リチウムイオン二次電池1の製造方法について説明する前に、図1及び図2を参照して、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池1について説明する。図1は、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。図2は、図1におけるII-II線に沿った断面図である。   Before describing a method for manufacturing a lithium ion secondary battery 1, a lithium ion secondary battery 1 according to an embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a lithium ion secondary battery according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

リチウムイオン二次電池1は、ケース2及びそのケース2内に収容される電極組立体3を備えている。リチウムイオン二次電池1は、ケース2内に電解液が注入されて電解液が電極組立体3の内部に含浸されている。電解液は、例えば、有機溶媒系又は非水系の電解液である。   The lithium ion secondary battery 1 includes a case 2 and an electrode assembly 3 accommodated in the case 2. In the lithium ion secondary battery 1, an electrolytic solution is injected into the case 2, and the electrolytic solution is impregnated in the electrode assembly 3. The electrolytic solution is, for example, an organic solvent-based or non-aqueous electrolytic solution.

[ケース]
ケース2は、角型であり、例えば、略直方体形状である。ケース2は、金属製の缶であり、例えば、アルミニウム製、アルミニウム合金製の缶である。ケース2は、有底の角筒状の本体2aと、本体2aの開口部を覆う蓋2bとからなる。本体2aは、略矩形平板状の底板と、底板の各端部から鉛直方向にそれぞれ延びる略矩形平板状の4つの側板とから構成される。蓋2bは、略矩形平板状である。蓋2bは、本体2aの開口部と略同じ形状である。蓋2bは、本体2aの開口部に配置され、本体2aに溶接等で接合される。ケース2は、この本体2aと蓋2bによって内部に略直方体形状の密閉空間が形成される。
[Case]
The case 2 has a rectangular shape, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape. The case 2 is a metal can, for example, an aluminum or aluminum alloy can. The case 2 includes a bottomed rectangular tube-shaped main body 2a and a lid 2b that covers an opening of the main body 2a. The main body 2a is composed of a substantially rectangular flat plate-like bottom plate and four substantially rectangular flat plate-like side plates respectively extending in the vertical direction from each end of the bottom plate. The lid 2b has a substantially rectangular flat plate shape. The lid 2b has substantially the same shape as the opening of the main body 2a. The lid 2b is disposed in the opening of the main body 2a and joined to the main body 2a by welding or the like. The case 2 has a substantially rectangular parallelepiped sealed space formed by the body 2a and the lid 2b.

ケース2の蓋2bには、正極端子5と負極端子6とが互いに離間して配置されている。正極端子5は、絶縁リング7を介して蓋2bに固定されている。負極端子6は、絶縁リング8を介して蓋2bに固定されている。   On the lid 2 b of the case 2, the positive terminal 5 and the negative terminal 6 are disposed so as to be separated from each other. The positive electrode terminal 5 is fixed to the lid 2 b through an insulating ring 7. The negative electrode terminal 6 is fixed to the lid 2b through an insulating ring 8.

[電極組立体]
電極組立体3は、複数の正極11と、複数の負極12と、正極11と負極12との間に配置された複数のセパレータ13とを備えている。電極組立体3は、正極11と負極12とがセパレータ13を介して交互に積層されている。
[Electrode assembly]
The electrode assembly 3 includes a plurality of positive electrodes 11, a plurality of negative electrodes 12, and a plurality of separators 13 disposed between the positive electrodes 11 and the negative electrodes 12. In the electrode assembly 3, positive electrodes 11 and negative electrodes 12 are alternately stacked via separators 13.

[正極]
正極11は、金属箔11aと、金属箔11aの少なくとも一面(図2に示す例では両面)に形成された正極活物質層11bとからなる。正極11は、金属箔11aの端部に正極活物質層11bが形成されていないタブ11cを有する。タブ11cは、正極11の端部に設けられており、導電部材14を介して正極端子5に電気的に接続されている。
[Positive electrode]
The positive electrode 11 includes a metal foil 11a and a positive electrode active material layer 11b formed on at least one surface (both surfaces in the example shown in FIG. 2) of the metal foil 11a. The positive electrode 11 has a tab 11c where the positive electrode active material layer 11b is not formed at the end of the metal foil 11a. The tab 11 c is provided at the end of the positive electrode 11 and is electrically connected to the positive electrode terminal 5 through the conductive member 14.

金属箔11aは、例えば、アルミニウム箔である。正極活物質層11bは、金属箔11aに正極用の電極ペーストが塗工されて形成される。この電極ペーストは、正極活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。正極活物質は、例えば、複合酸化物、硫黄系材料からなる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも1つとリチウムとを含む。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリノレ基含有樹脂である。溶剤は、例えば、NMP(N−メチルピロリドン)、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤、水である。また、電極ペーストは、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)等の導電助剤を含んでいてもよい。また、電極ペーストは、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を含んでいてもよい。   The metal foil 11a is, for example, an aluminum foil. The positive electrode active material layer 11b is formed by applying a positive electrode paste to the metal foil 11a. This electrode paste contains a positive electrode active material, a binder, a solvent, and the like. The positive electrode active material is made of, for example, a composite oxide or a sulfur-based material. The composite oxide includes at least one of manganese, nickel, cobalt, and aluminum and lithium. The binder is, for example, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or fluorine rubber, a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene, an imide resin such as polyimide or polyamideimide, or an alkoxysilanol group-containing resin. Examples of the solvent include organic solvents such as NMP (N-methylpyrrolidone), methanol, and methyl isobutyl ketone, and water. The electrode paste may contain a conductive auxiliary such as carbon black, graphite, acetylene black, and ketjen black (registered trademark). The electrode paste may contain a thickening agent such as carboxymethylcellulose (CMC).

[負極]
負極12は、金属箔12aと、金属箔12aの少なくとも一面(図2に示す例では両面)に形成された負極活物質層12bとからなる。負極12は、金属箔12aの端部に負極活物質層12bが形成されていないタブ12cを有する。タブ12cは、負極12の端部に設けられており、導電部材15を介して負極端子6に電気的に接続されている。
[Negative electrode]
The negative electrode 12 includes a metal foil 12a and a negative electrode active material layer 12b formed on at least one surface (both surfaces in the example shown in FIG. 2) of the metal foil 12a. The negative electrode 12 has a tab 12c in which the negative electrode active material layer 12b is not formed at the end of the metal foil 12a. The tab 12 c is provided at the end of the negative electrode 12 and is electrically connected to the negative electrode terminal 6 via the conductive member 15.

金属箔12aは、例えば、銅箔である。負極活物質層12bは、金属箔12aに負極用の電極ペーストが塗工されて形成される。この電極ペーストは、負極活物質、バインダ、溶剤等を含んでいる。負極活物質は、Si、SiO(0.5≦x≦1.5)等を含むシリコン系材料(ケイ素系材料)からなる。シリコン系材料は、例えば、ナノシリコン材料である。ナノシリコン材料は、フッ素とナノサイズのシリコン結晶子とを含んでいる。ナノシリコン材料は、シリコン結晶子に加えて、非晶質シリコン、酸化ケイ素(SiO)、又はケイ素化合物の少なくとも一種を更に含む複合体粒子でもよい。ナノシリコン材料は、例えば、層状シリコン化合物(例えば、シリコンナノシート)を熱処理することで得られる。バインダ、溶剤は、例えば、上述した正極11と同様のものが用いられる。負極12の負極活物質層12bにも、上述した正極11と同様に導電助剤、増粘剤が含まれていてもよい。 The metal foil 12a is, for example, a copper foil. The negative electrode active material layer 12b is formed by applying a negative electrode paste to the metal foil 12a. This electrode paste contains a negative electrode active material, a binder, a solvent, and the like. The negative electrode active material is made of a silicon-based material (silicon-based material) containing Si, SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5), or the like. The silicon-based material is, for example, a nano silicon material. The nanosilicon material includes fluorine and nano-sized silicon crystallites. The nanosilicon material may be a composite particle further containing at least one of amorphous silicon, silicon oxide (SiO x ), or a silicon compound in addition to silicon crystallites. The nanosilicon material can be obtained, for example, by heat-treating a layered silicon compound (for example, silicon nanosheet). For example, the same binder and solvent as those of the positive electrode 11 described above are used. The negative electrode active material layer 12b of the negative electrode 12 may also contain a conductive additive and a thickener as in the positive electrode 11 described above.

負極活物質層12bのシリコン(ケイ素)の含有率は、30質量%以上であり、50質量%以上が好ましい。また、負極活物質層12bのシリコンの含有率は、80質量%以下が好ましい。シリコンの含有率が80質量%よりも大きいと、負極活物質層12bの導電性及び結着力が不足するおそれがある。負極12にシリコン系材料の活物質を用いることにより、他の材料の活物質を用いるよりも、リチウムイオン二次電池1を高容量とすることができる。特に、ナノシリコン材料のシリコン結晶子が微細なほど、リチウムイオン二次電池1のサイクル特性が向上する。但し、シリコン系材料の活物質を用いた負極12は、他の材料の活物質を用いた電極と比べて充放電時に活物質が膨張/収縮し、負極活物質層12bの膨張量が大きい。この膨張量は、リチウムイオン二次電池1の満充電状態のときに最も大きくなる。   The content of silicon (silicon) in the negative electrode active material layer 12b is 30% by mass or more, and preferably 50% by mass or more. The silicon content of the negative electrode active material layer 12b is preferably 80% by mass or less. If the silicon content is higher than 80% by mass, the conductivity and binding force of the negative electrode active material layer 12b may be insufficient. By using an active material of a silicon-based material for the negative electrode 12, the lithium ion secondary battery 1 can have a higher capacity than using an active material of another material. In particular, the finer the silicon crystallite of the nanosilicon material, the better the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 1. However, in the negative electrode 12 using an active material of a silicon-based material, the active material expands / contracts at the time of charge / discharge, and the amount of expansion of the negative electrode active material layer 12b is larger than that of an electrode using an active material of another material. This expansion amount becomes the largest when the lithium ion secondary battery 1 is fully charged.

[セパレータ]
セパレータ13は、正極11と負極12とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させる。セパレータ13は、例えば、図2に示すように、袋状に形成され、内部に正極11を収容するセパレータ13aと、袋状に形成されて内部に正極11、負極12、及びセパレータ13aを収容するセパレータ13bと、を有している。セパレータ13は、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布で形成されている。なお、セパレータ13は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。
[Separator]
The separator 13 separates the positive electrode 11 and the negative electrode 12 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. For example, as shown in FIG. 2, the separator 13 is formed in a bag shape and accommodates the positive electrode 11 inside, and is formed in a bag shape and accommodates the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13 a inside. And a separator 13b. The separator 13 is formed of, for example, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), a woven fabric or a nonwoven fabric made of polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), methyl cellulose, or the like. The separator 13 is not limited to a bag shape, and a sheet shape may be used.

[シリコンシート]
ここで、上述したシリコンシートについて更に説明する。本発明の一態様の非水系二次電池用負極は、集電体(金属箔12a)と、集電体に結着された負極活物質層(12b)とを含んでいる。集電体は、放電或いは充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体のことである。集電体は箔、板等の形状を採用することができるが、目的に応じた形状であれば特に限定されない。集電体としては、リチウムイオン二次電池などに一般に用いられるものを使用すれば良い。例えば、アルミニウム箔、アルミニウムメッシュ、パンチングアルミニウムシート、アルミニウムエキスパンドシート、ステンレススチール箔、ステンレススチールメッシュ、パンチングステンレススチールシート、ステンレススチールエキスパンドシート、発泡ニッケル、ニッケル不織布、銅箔、銅メッシュ、パンチング銅シート、銅エキスパンドシート、チタン箔、チタンメッシュ、カーボン不織布、カーボン織布等が例示される。
[Silicon sheet]
Here, the above-described silicon sheet will be further described. The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of one embodiment of the present invention includes a current collector (metal foil 12a) and a negative electrode active material layer (12b) bonded to the current collector. A current collector is a chemically inert electronic high conductor that keeps current flowing through an electrode during discharging or charging. The current collector can adopt a shape such as a foil or a plate, but is not particularly limited as long as it has a shape according to the purpose. What is necessary is just to use what is generally used for a lithium ion secondary battery etc. as a collector. For example, aluminum foil, aluminum mesh, punched aluminum sheet, aluminum expanded sheet, stainless steel foil, stainless steel mesh, punched stainless steel sheet, stainless steel expanded sheet, nickel foam, nickel non-woven fabric, copper foil, copper mesh, punched copper sheet, Examples include a copper expanded sheet, a titanium foil, a titanium mesh, a carbon nonwoven fabric, and a carbon woven fabric.

負極活物質層は、ナノシリコン、すなわちナノサイズのシリコン粒子を含む第一活物質と、黒鉛を含む第二活物質と、を含む。ナノシリコンは、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造をなし組成式(SiH)nで示される層状ポリシランを非酸化性雰囲気で熱処理することで製造されたものであり、例えば非特許文献1(Physical Review B(1993),vol48,8172-8189)に記載された層状ポリシランを非酸化性雰囲気で熱処理して得られるものである。   The negative electrode active material layer includes nano silicon, that is, a first active material including nano-sized silicon particles, and a second active material including graphite. Nanosilicon is produced by heat-treating a layered polysilane represented by the composition formula (SiH) n in a non-oxidizing atmosphere having a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected. It is obtained by heat-treating a layered polysilane described in Patent Literature 1 (Physical Review B (1993), vol 48, 8172-8189) in a non-oxidizing atmosphere.

第一活物質は、前記ナノシリコンを含む凝集粒子(以下、「ナノシリコン凝集粒子」ということがある。)を含む。なお、本明細書において、「ナノシリコンを含む凝集粒子」とは、シリコン結晶子同士が互いに付着して構成される粒子、及び、複数のシリコン結晶子が非晶質シリコンや不純物を含む他の材料に付着して構成される粒子、並びに、これらの粒子が互いに付着した粒子であって、粒径がナノメートルオーダーのシリコン粒子が層状に配列してなる板状シリコン体が厚み方向に複数枚積層された構造を有している。この構造は、SEM観察により確認される。板状シリコン体は厚みが約10nm〜約100nmに観察される。強度やリチウムイオンなどの挿入・離脱の容易性などの観点から、板状シリコン体の厚みは20nm〜90nmの範囲が好ましく、20nm〜50nmの範囲がより好ましい。また、板状シリコン体の長軸方向の長さは、0.1μm〜50μmであった。なお、板状シリコン体は、アスペクト比(長軸方向の長さ/厚み)が2〜1000であるのが好ましいと考えられる。   The first active material includes aggregated particles containing nanosilicon (hereinafter, also referred to as “nanosilicon aggregated particles”). Note that in this specification, “aggregated particles containing nanosilicon” means particles composed of silicon crystallites attached to each other, and other silicon crystallites containing amorphous silicon or impurities. Particles formed by adhering to the material, and particles obtained by adhering these particles to each other, and a plurality of plate-like silicon bodies in which silicon particles having a particle size of nanometer order are arranged in layers are arranged in the thickness direction. It has a laminated structure. This structure is confirmed by SEM observation. The plate-like silicon body is observed to have a thickness of about 10 nm to about 100 nm. From the viewpoint of strength and ease of insertion / removal of lithium ions and the like, the thickness of the plate-like silicon body is preferably in the range of 20 nm to 90 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The length of the plate-like silicon body in the major axis direction was 0.1 μm to 50 μm. In addition, it is considered that the plate-like silicon body preferably has an aspect ratio (length / thickness in the major axis direction) of 2 to 1000.

TEM(Transmission Electron Microscopy)観察結果によれば、板状シリコン体には濃淡のある縞状構造が認められる。ナノサイズのシリコン粒子は長軸方向長さが5nm〜20nm、短軸方向長さが2nm〜5nm、であり、長軸と短軸の比が2.5〜10の扁平形状である。また空隙及び/又はシリコン酸化物の厚みは2nm〜10nmであり、ナノサイズのシリコン粒子の厚みに対する空隙及び/又はシリコン酸化物の厚みの比は0.5〜2となる。   According to the result of TEM (Transmission Electron Microscopy) observation, a striped structure with shading is recognized in the plate-like silicon body. The nano-sized silicon particles have a long shape in the major axis direction of 5 nm to 20 nm, a minor axis direction length of 2 nm to 5 nm, and a flat shape with a major axis / minor axis ratio of 2.5 to 10. The thickness of the voids and / or silicon oxide is 2 nm to 10 nm, and the ratio of the thickness of the voids and / or silicon oxide to the thickness of the nano-sized silicon particles is 0.5 to 2.

ナノシリコン凝集粒子は、上記非特許文献1に記載された層状ポリシランを非酸化性雰囲気下にて100℃を超える温度で熱処理することにより製造することができる。この層状ポリシランは、二ケイ化カルシウムと酸とを反応させることにより得ることができる。例えば、非特許文献1に記載されたように、塩化水素と、二ケイ化カルシウムと、を反応させることで製造することができる。二ケイ化カルシウムは、ダイヤモンド型のSiの(111)面の間にCa原子層が挿入された層状結晶をなし、酸との反応でカルシウムが引き抜かれることによって層状ポリシランが得られる。   The nanosilicon agglomerated particles can be produced by heat-treating the layered polysilane described in Non-Patent Document 1 at a temperature exceeding 100 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. This layered polysilane can be obtained by reacting calcium disilicide with an acid. For example, as described in Non-Patent Document 1, it can be produced by reacting hydrogen chloride with calcium disilicide. Calcium disilicide forms a layered crystal in which a Ca atom layer is inserted between (111) faces of diamond-type Si, and a layered polysilane is obtained by extracting calcium by reaction with an acid.

ナノシリコン凝集粒子におけるナノシリコンのSi結晶子サイズは、蓄電装置の電極活物質として用いるには、0.5nm〜300nmが好ましく、1nm〜100nm、1nm〜50nm、更には1nm〜10nmの範囲が特に好ましい。Si結晶子サイズは、X線回折測定結果のSi(111)面の回折ピークの半値幅からシェラーの式より算出される。   The Si crystallite size of nanosilicon in the nanosilicon aggregated particles is preferably 0.5 nm to 300 nm, particularly preferably 1 nm to 100 nm, 1 nm to 50 nm, and more preferably 1 nm to 10 nm for use as an electrode active material of a power storage device. . The Si crystallite size is calculated by the Scherrer equation from the half width of the diffraction peak of the Si (111) plane as a result of the X-ray diffraction measurement.

<Si/C複合体>
Si/C複合体は、炭素層がナノシリコン凝集粒子の少なくとも一部を覆ったものであり、その一態様として、炭素層が少なくとも板状シリコン体の表面を覆ったものともいえる。炭素層は、板状シリコン体のナノサイズのシリコン粒子の表面あるいは板状シリコン体の層の間に形成されていてもよいし、ナノサイズのシリコン粒子の間に形成されていてもよい。炭素層は、板状シリコン体の全表面を覆っていることが好ましい。
<Si / C composite>
In the Si / C composite, the carbon layer covers at least a part of the nanosilicon aggregated particles, and as one aspect, the carbon layer covers at least the surface of the plate-like silicon body. The carbon layer may be formed between the surface of the nano-sized silicon particles of the plate-like silicon body or between the layers of the plate-like silicon body, or may be formed between the nano-sized silicon particles. The carbon layer preferably covers the entire surface of the plate-like silicon body.

ナノシリコン凝集粒子を覆って複合化された炭素層の厚さは、1〜100nmの範囲であることが好ましく、10〜50nmの範囲であることがより好ましく、5〜50nmの範囲であることがさらに好ましい。炭素層の厚さが薄すぎると、Si/C複合体のBET比表面積が大きくなりすぎ、SEIの生成によって二次電池のサイクル特性が低下する場合があり、また、電池抵抗が上昇して初期効率が低下する場合がある。炭素層が厚すぎると、二次電池の初期容量が低下するとともに、Liの挿入・離脱が困難となって充放電が困難となる場合がある。また、Si/C複合体は、炭素層のマトリクスにナノシリコン凝集粒子が分散した構造であるものも好ましい。   The thickness of the carbon layer composited covering the nanosilicon agglomerated particles is preferably in the range of 1 to 100 nm, more preferably in the range of 10 to 50 nm, and in the range of 5 to 50 nm. Further preferred. If the thickness of the carbon layer is too thin, the BET specific surface area of the Si / C composite becomes too large, and the cycle characteristics of the secondary battery may deteriorate due to the generation of SEI. Efficiency may be reduced. If the carbon layer is too thick, the initial capacity of the secondary battery may be reduced, and Li insertion / removal may be difficult, which may make charge / discharge difficult. The Si / C composite is preferably one having a structure in which nanosilicon aggregated particles are dispersed in a matrix of a carbon layer.

なお、炭素層の厚さが1nm〜100nmの範囲であれば、Si/C複合体に含まれる炭素は1〜30質量%となり、該複合体のBET比表面積は1m/g〜10m/gの範囲となる。また該複合体は、導電率の逆数である抵抗率が100Ω・cm以下となる。 If the thickness of the carbon layer is in the range of 1 nm to 100 nm, the carbon contained in the Si / C composite is 1 to 30% by mass, and the BET specific surface area of the composite is 1 m 2 / g to 10 m 2 /. g. The composite has a resistivity that is the reciprocal of the conductivity of 100 Ω · cm or less.

炭素層は、平均厚さ(R)及び厚さの標準偏差(σ)が以下の関係式(1)を満たすものが好ましい。
関係式(1):R/3σ>1
The carbon layer preferably has an average thickness (R) and a standard deviation (σ) of thickness satisfying the following relational expression (1).
Relational expression (1): R / 3σ> 1

炭素層の厚さの標準偏差(σ)が大きくなりすぎると負極活物質の特性が不安定となり、蓄電装置のサイクル特性が悪くなる場合がある。また炭素層の平均厚さ(R)が小さいほど、炭素層厚さのばらつきによる負極活物質特性の不安定さが顕著になる。よって、炭素層は関係式(1)を満たすものが好ましい。   If the standard deviation (σ) of the thickness of the carbon layer becomes too large, the characteristics of the negative electrode active material may become unstable, and the cycle characteristics of the power storage device may deteriorate. In addition, as the average thickness (R) of the carbon layer is smaller, the instability of the negative electrode active material characteristics due to variations in the carbon layer thickness becomes more prominent. Therefore, the carbon layer preferably satisfies the relational expression (1).

炭素層の厚さが1nm〜100nmの範囲であって、かつ、炭素層の平均厚さ(R)及び厚さの標準偏差(σ)が、関係式(1):R/3σ>1を満たすように、炭素層が薄く均一に形成したSi/C複合体が特に好ましい。当該Si/C複合体を負極活物質として用いた非水系二次電池においては、抵抗上昇を抑制しつつ導電性を向上させることや、負極活物質の比表面積を小さくできることによるSEIの生成抑制などが可能となる。さらに上記炭素層によって、非水系二次電池として充放電時における膨張・収縮の繰り返しによるSi/C複合体の微粉化が抑制される。   The thickness of the carbon layer is in the range of 1 nm to 100 nm, and the average thickness (R) and standard deviation (σ) of the carbon layer satisfy the relational expression (1): R / 3σ> 1 Thus, a Si / C composite having a thin and uniform carbon layer is particularly preferred. In a non-aqueous secondary battery using the Si / C composite as a negative electrode active material, it is possible to improve conductivity while suppressing an increase in resistance, and to suppress the generation of SEI by reducing the specific surface area of the negative electrode active material. Is possible. Further, the carbon layer suppresses pulverization of the Si / C composite due to repeated expansion and contraction during charge and discharge as a non-aqueous secondary battery.

炭素層は、その炭素のラマンスペクトルにおいて、G-bandとD-bandの比であるG/D比が0.5以上であることが望ましい。炭素のラマンスペクトルにおいては、G-bandのピークが1590cm―1付近、D-bandのピークが1350cm―1付近に観察される。そして、G-bandはグラファイトに由来し、D-bandは欠陥に由来する。したがってG-bandとD-bandの比であるG/D比が高いほど炭素の結晶性が高いことを意味する。 The carbon layer desirably has a G / D ratio of 0.5 or more in the Raman spectrum of the carbon, which is the ratio of G-band to D-band. In the Raman spectrum of the carbon, the peak of G-band is around 1590 cm -1, a peak of D-band is observed around 1350 cm -1. G-band is derived from graphite, and D-band is derived from defects. Therefore, the higher the G / D ratio, which is the ratio of G-band to D-band, means higher carbon crystallinity.

本発明者らの実験によれば、G/D比が低い炭素層のSi/C複合体を具備する蓄電装置の初期効率が低下することが明らかとなった。すなわち、Si/C複合体における炭素層の炭素は、ラマンスペクトルにおいてG-bandとD-bandの比であるG/D比が0.2以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましい。このようなSi/C複合体を負極活物質に用いることで、蓄電装置における不可逆容量が低減され初期効率が向上する。   According to the experiments by the present inventors, it has been clarified that the initial efficiency of the power storage device including the Si / C composite of the carbon layer having a low G / D ratio is lowered. That is, the carbon of the carbon layer in the Si / C composite has a G / D ratio, which is a ratio of G-band to D-band in the Raman spectrum, preferably 0.2 or more, and more preferably 0.5 or more. By using such a Si / C composite as the negative electrode active material, the irreversible capacity in the power storage device is reduced and the initial efficiency is improved.

Si/C複合体におけるケイ素と炭素との組成は、炭素が1〜40質量%の範囲であることが好ましく、1〜30質量%の範囲であることがより好ましく、3〜7質量%の範囲が特に好ましい。炭素が40質量%より多くなると蓄電装置の負極に用いた場合に初期容量が低くなって実用的でない場合がある。また炭素が1質量%より少ないと、炭素層を複合化した効果が得られない場合がある。   The composition of silicon and carbon in the Si / C composite is preferably in the range of 1 to 40% by mass of carbon, more preferably in the range of 1 to 30% by mass, and in the range of 3 to 7% by mass. Is particularly preferred. If the amount of carbon exceeds 40% by mass, the initial capacity may be lowered when used for the negative electrode of the power storage device, which may not be practical. If the amount of carbon is less than 1% by mass, the effect of combining the carbon layers may not be obtained.

Si/C複合体についてTEM(TransmissionElectron Microscopy)観察を行った。その結果、長径の粒径が約10nmである濃い灰色の粒子が長辺に対して垂直に配向して層状に配列した部分と、薄い灰色の部分とが層状に積層された構造とが観察された。   TEM (Transmission Electron Microscopy) observation was performed on the Si / C composite. As a result, a structure was observed in which dark gray particles having a major axis particle size of about 10 nm were aligned perpendicularly to the long side and arranged in layers, and a thin gray portion was laminated in layers. It was.

炭素層は、遷移金属から選ばれる少なくとも一種の金属原子を含んでもよい。この金属原子によって炭素層内における導電性が向上するため、負極におけるリチウムイオンなどの伝導性が改善される。したがって、二次電池の充放電時におけるリチウムなどの吸蔵・放出特性が向上し、Liの移動抵抗を低減できるので、二次電池における初期効率及び初期容量が向上する。   The carbon layer may contain at least one metal atom selected from transition metals. Since conductivity in the carbon layer is improved by this metal atom, conductivity of lithium ions and the like in the negative electrode is improved. Therefore, the occlusion / release characteristics of lithium and the like during charging / discharging of the secondary battery are improved and the movement resistance of Li can be reduced, so that the initial efficiency and initial capacity of the secondary battery are improved.

遷移金属から選ばれる金属原子としては、Cu、Fe、Niなどが好ましく、Cuが特に好ましい。また、炭素層における金属原子の含有量は、0.1〜10質量%の範囲が好ましい。金属原子の含有量が0.1質量%未満では添加した効果の発現が困難となる場合があり、10質量%を超えると炭素層の強度が低下し二次電池のサイクル特性が低下してしまう場合がある。   As a metal atom selected from transition metals, Cu, Fe, Ni and the like are preferable, and Cu is particularly preferable. The metal atom content in the carbon layer is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass. If the content of the metal atom is less than 0.1% by mass, it may be difficult to develop the added effect, and if it exceeds 10% by mass, the strength of the carbon layer may decrease and the cycle characteristics of the secondary battery may decrease. is there.

[リチウムイオン二次電池の膨脹特性]
リチウムイオン二次電池1は、充放電時に、ケース2内の電極組立体3の各電極11,12が膨張/収縮する。特に、上述したように、負極12が、正極11に比べて大きく膨張する。図2に示すように、電極組立体3では、複数の負極12が積層されているので、積層方向Dの膨張量が大きくなる。この膨張量は、リチウムイオン二次電池1が満充電状態(最大電圧)のときに最も大きくなる。また、リチウムイオン二次電池1の周囲温度が高くなると、活物質等の材料の熱膨張も加わるので、電極組立体3の膨張量が大きくなる。
[Expansion characteristics of lithium ion secondary batteries]
In the lithium ion secondary battery 1, the electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3 in the case 2 expand / contract during charging / discharging. In particular, as described above, the negative electrode 12 expands more than the positive electrode 11. As shown in FIG. 2, in the electrode assembly 3, since the plurality of negative electrodes 12 are stacked, the amount of expansion in the stacking direction D increases. The amount of expansion is greatest when the lithium ion secondary battery 1 is fully charged (maximum voltage). In addition, when the ambient temperature of the lithium ion secondary battery 1 is increased, thermal expansion of a material such as an active material is also applied, so that the amount of expansion of the electrode assembly 3 is increased.

ケース2の積層方向Dにおいて対向する内側面2c,2c間の間隔cと電極組立体3の積層方向Dの厚みaとを略同じとした場合、電極組立体3の膨張量が大きくなるほどケース2と電極組立体3との間に大きな応力を生じる。この応力により、リチウムイオン二次電池1の電池寿命等の電池性能が低下する虞がある。   When the interval c between the inner side surfaces 2c and 2c facing each other in the stacking direction D of the case 2 and the thickness a of the electrode assembly 3 in the stacking direction D are substantially the same, the case 2 increases as the expansion amount of the electrode assembly 3 increases. A large stress is generated between the electrode assembly 3 and the electrode assembly 3. Due to this stress, battery performance such as battery life of the lithium ion secondary battery 1 may be deteriorated.

そこで、リチウムイオン二次電池1は、積層方向Dにおいてケース2の内側面2cと電極組立体3との間に所定の大きさの間隔bが設けられている。なお、図2に示す例では間隔が電極組立体3の一方の側面3a側に設けられているが、間隔が電極組立体3の両側にそれぞれ設けられている場合もある。   Therefore, the lithium ion secondary battery 1 is provided with a predetermined interval b between the inner surface 2 c of the case 2 and the electrode assembly 3 in the stacking direction D. In the example shown in FIG. 2, the interval is provided on one side surface 3 a side of the electrode assembly 3, but the interval may be provided on both sides of the electrode assembly 3.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
リチウムイオン二次電池1の製造方法(特に、初期充放電工程と荷重付加工程)について説明する。リチウムイオン二次電池1を製造する場合、正極11、負極12及びセパレータ13が作製されると、袋状のセパレータ13に正極11を収容する工程、この袋状のセパレータ13に収容された正極11と負極12とを交互に積層する工程、及びそれらの積層体を袋状のセパレータ13bに収容する工程等により、電極組立体3が形成される。さらに、ケース2の本体2aに電極組立体3を挿入する工程、ケース2内に電解液を注入して電解液を電極組立体3の内部に含浸する工程、ケース2を密封する工程により、リチウムイオン二次電池1が形成される。そして、このリチウムイオン二次電池1に対して初期充放電工程及び荷重付加工程が実施される。この他にもエージング工程等が実施される。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
A method for manufacturing the lithium ion secondary battery 1 (particularly, an initial charge / discharge step and a load addition step) will be described. When manufacturing the lithium ion secondary battery 1, when the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13 are manufactured, the step of accommodating the positive electrode 11 in the bag-shaped separator 13, the positive electrode 11 accommodated in the bag-shaped separator 13. The electrode assembly 3 is formed by alternately stacking the negative electrode 12 and the negative electrode 12 and storing the stacked body in the bag-shaped separator 13b. Further, the step of inserting the electrode assembly 3 into the main body 2a of the case 2, the step of injecting the electrolyte into the case 2 and impregnating the inside of the electrode assembly 3 with the electrolyte, and the step of sealing the case 2 An ion secondary battery 1 is formed. Then, an initial charge / discharge step and a load addition step are performed on the lithium ion secondary battery 1. In addition, an aging process or the like is performed.

[初期充放電工程]
図3を参照して、初期充放電工程について説明する。図3は、初期充放電工程での充電条件の一例であり、(a)が充電条件を示す表であり、(b)が充電条件を示すグラフである。このグラフは、横軸が時間(h)であり、縦軸が電圧(V)である。
[Initial charge / discharge process]
The initial charge / discharge process will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an example of charging conditions in the initial charging / discharging process, (a) is a table showing charging conditions, and (b) is a graph showing charging conditions. In this graph, the horizontal axis represents time (h) and the vertical axis represents voltage (V).

初期充放電工程では、リチウムイオン二次電池1に電流を供給することで最大電圧(満充電状態)まで充電し、充電後にリチウムイオン二次電池1を放電させる。この初期充放電は、電極11,12の活物質の活性化、電極11,12に被膜を形成させることで活物質の劣化抑制等を目的として実施される。初期充放電工程での充電方法の一例を、図3を参照して説明する。   In the initial charge / discharge step, the lithium ion secondary battery 1 is charged to the maximum voltage (full charge state) by supplying current to the lithium ion secondary battery 1, and the lithium ion secondary battery 1 is discharged after charging. This initial charge / discharge is performed for the purpose of, for example, activating the active material of the electrodes 11 and 12 and suppressing deterioration of the active material by forming a film on the electrodes 11 and 12. An example of the charging method in the initial charging / discharging process will be described with reference to FIG.

この図3に示す例では、リチウムイオン二次電池1の電圧を4.3V(最大電圧)まで3段階で上昇させており、第1段階で3Vまで上昇させ、第2段階で3.9Vまで上昇させ、第3段階で4.3Vまで上昇させる。第1段階では、充電条件が0.1C_CCであり、3Vになるまで0.1の充電電流レート(Cレート)の定電流で充電する。第2段階では、充電条件が0.4C_CCCV_4hであり、3Vから3.9Vになるまで0.4の充電電流レートの定電流で充電し、3.9Vになると定電圧で4時間充電する。第3段階では、充電条件が0.4C_CCCV_2hであり、3.9Vから4.3Vになるまで0.4の充電電流レートの定電流で充電し、4.3Vになると定電圧で2時間充電する。定電圧充電中、供給される電流量は徐々に減少する。リチウムイオン二次電池1は、4.3Vになると満充電状態である。したがって、この例では、リチウムイオン二次電池1の満充電状態(最大電圧)が2時間維持される。この満充電状態での定電圧充電中に、電極組立体3(特に、負極12)の膨張量が最も大きくなる。   In the example shown in FIG. 3, the voltage of the lithium ion secondary battery 1 is increased in three steps to 4.3 V (maximum voltage), increased to 3 V in the first step, and up to 3.9 V in the second step. Increase to 4.3V in the third stage. In the first stage, the charging condition is 0.1 C_CC, and charging is performed at a constant current of a charging current rate (C rate) of 0.1 until 3V is reached. In the second stage, the charging condition is 0.4C_CCCV_4h, and charging is performed at a constant current of a charging current rate of 0.4 from 3V to 3.9V, and charging is performed at a constant voltage for 4 hours when it reaches 3.9V. In the third stage, the charging condition is 0.4C_CCCV_2h, and charging is performed at a constant current of a charging current rate of 0.4 from 3.9V to 4.3V, and charging is performed at a constant voltage for 2 hours at 4.3V. . During constant voltage charging, the amount of current supplied gradually decreases. The lithium ion secondary battery 1 is fully charged at 4.3V. Therefore, in this example, the fully charged state (maximum voltage) of the lithium ion secondary battery 1 is maintained for 2 hours. During the constant voltage charging in the fully charged state, the expansion amount of the electrode assembly 3 (particularly, the negative electrode 12) becomes the largest.

図3に示す例では、リチウムイオン二次電池1の周囲温度も変化させている。充電条件の第1段階中及び第2段階中は、大気の標準的な温度(常温)として周囲温度を25℃とする。充電条件の第3段階中は、リチウムイオン二次電池1が車両等で用いられた場合の使用環境温度(特に、使用環境として厳しい高温時の温度)として周囲温度を60℃とする。   In the example shown in FIG. 3, the ambient temperature of the lithium ion secondary battery 1 is also changed. During the first stage and the second stage of the charging condition, the ambient temperature is set to 25 ° C. as the standard temperature (normal temperature) of the atmosphere. During the third stage of the charging condition, the ambient temperature is set to 60 ° C. as a use environment temperature (particularly a temperature at a severe high temperature as the use environment) when the lithium ion secondary battery 1 is used in a vehicle or the like.

なお、上記初期充放電工程における電圧、時間、又は温度等は一例であり、様々に変更してもよい。例えば、リチウムイオン二次電池1の電圧を第1段階で2.8V(使用下限電圧)まで上昇させ、第2段階で3.95Vまで上昇させ、第3段階で4.3V(使用上限電圧)まで上昇させてもよい。また、第1段階では、充電条件0.2C_CCとしてもよく、第2段階では、充電条件を0.8C_CCCV_3hとしてもよく、第3段階では、充電条件を0.8C_CCCV_3hとしてもよい。また、リチウムイオン二次電池1の電圧を2段階又は4段階以上に分けて上昇させてもよく、複数段階に分けることなく定電圧で充電してもよい。また、充電条件の第1段階中の周囲温度を25℃とし、充電条件の第3段階中の周囲温度を25℃としてもよい。また、充電中に周囲温度を変化させることなく、周囲温度を一定としてもよい。   In addition, the voltage, time, temperature, etc. in the said initial charging / discharging process are examples, and may be changed variously. For example, the voltage of the lithium ion secondary battery 1 is increased to 2.8 V (use lower limit voltage) in the first stage, raised to 3.95 V in the second stage, and 4.3 V (use upper limit voltage) in the third stage. May be raised. In the first stage, the charging condition may be 0.2C_CC, in the second stage, the charging condition may be 0.8C_CCCV_3h, and in the third stage, the charging condition may be 0.8C_CCCV_3h. Further, the voltage of the lithium ion secondary battery 1 may be increased in two stages or four or more stages, or may be charged with a constant voltage without being divided into a plurality of stages. Alternatively, the ambient temperature during the first stage of the charging condition may be 25 ° C., and the ambient temperature during the third stage of the charging condition may be 25 ° C. Further, the ambient temperature may be constant without changing the ambient temperature during charging.

[荷重付加工程]
図4を参照して、荷重付加工程について説明する。図4は、荷重付加工程での荷重付加方法を模式的に示す図であり、(a)が平面図であり、(b)が側面図である。この荷重付加工程は、初期充放電工程と並行して実施される。
[Load application process]
With reference to FIG. 4, a load addition process is demonstrated. FIG. 4 is a diagram schematically showing a load application method in the load application process, in which (a) is a plan view and (b) is a side view. This load adding step is performed in parallel with the initial charge / discharge step.

荷重付加工程では、初期充放電中にリチウムイオン二次電池1のケース2に対して積層方向Dに沿った荷重を付加する。この荷重付加により、ケース2内の電極組立体3に荷重を掛けることで、電極組立体3内で隣り合う正極11と負極12とが近接し、正極11と負極12との反応が促進される。この荷重付加工程での荷重付加方法の一例を、図4を参照して説明する。   In the load applying step, a load along the stacking direction D is applied to the case 2 of the lithium ion secondary battery 1 during the initial charge / discharge. By applying a load to the electrode assembly 3 in the case 2 by applying this load, the adjacent positive electrode 11 and negative electrode 12 in the electrode assembly 3 come close to each other, and the reaction between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 is promoted. . An example of a load applying method in this load applying step will be described with reference to FIG.

この図4に示す例では、荷重を付加するために、一対のプレート20と、複数のボルト21及びナット22とが用いられる。一対のプレート20は、積層方向Dにおいてリチウムイオン二次電池1(ケース2)を挟み込む部材であり、ケース2の外側面2d(積層方向Dに略直交する外側面)に接した状態で配置される。プレート20は、所定の厚みを有し、略矩形の平板状である。プレート20における外側面2dに接しない部分には、貫通孔が形成されている。この貫通孔には、ボルト21が挿通される。貫通孔の個数は、ボルト21の本数と同数である。ボルト21は、一対のプレート20間よりも長い長尺のボルトである。ボルト21は、図4(b)に示すように、例えば、プレート20の四隅にそれぞれ配置され、本数が4本である。複数のボルト21は、積層方向Dに延在し、一対のプレート20同士を連結する。複数のボルト21は、一対のプレート20の貫通孔にそれぞれ挿通され、プレート20の外側でナット22にそれぞれ螺合されている。この複数のボルト21とナット22との締付力により、一対のプレート20からケース2の外側面2d,2dに荷重が付加される。   In the example shown in FIG. 4, a pair of plates 20, a plurality of bolts 21 and nuts 22 are used to apply a load. The pair of plates 20 are members that sandwich the lithium ion secondary battery 1 (case 2) in the stacking direction D, and are disposed in contact with the outer surface 2d of the case 2 (the outer surface substantially orthogonal to the stacking direction D). The The plate 20 has a predetermined thickness and has a substantially rectangular flat plate shape. A through hole is formed in a portion of the plate 20 that does not contact the outer surface 2d. Bolts 21 are inserted through the through holes. The number of through holes is the same as the number of bolts 21. The bolt 21 is a long bolt longer than between the pair of plates 20. As shown in FIG. 4B, for example, the bolts 21 are arranged at the four corners of the plate 20 and the number of bolts is four. The plurality of bolts 21 extend in the stacking direction D and connect the pair of plates 20 to each other. The plurality of bolts 21 are respectively inserted through the through holes of the pair of plates 20, and are screwed to the nuts 22 on the outside of the plates 20. Due to the tightening force of the plurality of bolts 21 and nuts 22, a load is applied from the pair of plates 20 to the outer surfaces 2 d and 2 d of the case 2.

この荷重付加工程で付加する荷重(ケース2の外側面2dで受ける荷重)が小さ過ぎると、初期充放電中に電極組立体3が膨張しても(特に、満充電状態で最も膨張しているときでも)、ケース2の外側面2dで受けた荷重がケース2内の電極組立体3の電極11,12に均等に掛からない場合がある。この場合、荷重が適切に掛かっている箇所では膨張が抑えられ、荷重が掛かっていない箇所あるいは荷重が小さくなっている箇所では膨張し易くなり、電極組立体3内において膨張差が生じる。また、電極組立体3内において正極11と負極12との反応にバラツキが生じ、充電時に電極組立体3内の一部に電流が集中する。また、電極組立体3の正極11と負極12との間の間隔が広がるので、正極11と負極12間の電気抵抗が大きくなり、充電電流が流れると正極11と負極12との間の電圧が大きくなる。これらが要因となり、電極組立体3の電極11,12にリチウム析出や電極しわが発生する虞がある。   If the load applied in this load application step (the load received on the outer surface 2d of the case 2) is too small, the electrode assembly 3 expands during the initial charge / discharge (especially, it expands most in the fully charged state). Sometimes, the load received on the outer surface 2d of the case 2 may not be applied evenly to the electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3 in the case 2. In this case, the expansion is suppressed at a place where the load is properly applied, and the expansion is easily caused at a place where the load is not applied or a place where the load is small, so that a difference in expansion occurs in the electrode assembly 3. In addition, the reaction between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 varies in the electrode assembly 3, and current concentrates in a part of the electrode assembly 3 during charging. Moreover, since the space | interval between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the electrode assembly 3 spreads, the electrical resistance between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 becomes large, and when the charging current flows, the voltage between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 is increased. growing. Due to these factors, there is a possibility that lithium deposition and electrode wrinkles may occur on the electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3.

一方、荷重付加工程で付加する荷重が大き過ぎると、ケース2内の電極組立体3に過剰な荷重が掛かる虞がある。特に、電極組立体3が満充電状態で最も膨張しているときに、過剰な荷重が掛かる虞がある。過剰な荷重が掛かると、電極組立体3の正極11と負極12間の電気抵抗が大きくなる。また、電極組立体3のセパレータ13の孔が押し潰されることで、リチウムイオンがセパレータ13を通過できない虞がある。   On the other hand, if the load applied in the load applying process is too large, an excessive load may be applied to the electrode assembly 3 in the case 2. In particular, when the electrode assembly 3 is most expanded in a fully charged state, an excessive load may be applied. When an excessive load is applied, the electrical resistance between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the electrode assembly 3 increases. Further, the holes of the separator 13 of the electrode assembly 3 may be crushed so that lithium ions cannot pass through the separator 13.

そこで、荷重付加工程では、ケース2で受ける面圧の最大値が2MPa以上かつ4.5MPa以下になるように荷重を付加する。ケース2で受ける面圧が最大値となるのは、ケース2内の電極組立体3が最も膨張しているときである。初期充放電中に電極組立体3が最も膨張するのは、満充電状態のときである。したがって、初期充電中、リチウムイオン二次電池1の充電量が増加(電圧が上昇)するにつれてケース2で受ける面圧が大きくなり、満充電状態(最大電圧)のときにケース2で受ける面圧が最大値となる。なお、面圧(MPa(=N/mm))は、単位面積当たりの荷重(N)である。したがって、面圧が同じ値でも、ケース2の外側面2dの面積が大きくなるほど荷重が大きい。 Therefore, in the load adding step, the load is applied so that the maximum value of the surface pressure received by the case 2 is 2 MPa or more and 4.5 MPa or less. The surface pressure received by the case 2 reaches the maximum value when the electrode assembly 3 in the case 2 is most expanded. The electrode assembly 3 expands most during the initial charge / discharge when the battery is fully charged. Therefore, the surface pressure received in case 2 increases as the amount of charge of the lithium ion secondary battery 1 increases (voltage increases) during initial charging, and the surface pressure received in case 2 when fully charged (maximum voltage). Is the maximum value. The surface pressure (MPa (= N / mm 2 )) is a load (N) per unit area. Therefore, even when the surface pressure is the same value, the load increases as the area of the outer surface 2d of the case 2 increases.

このケース2で受ける面圧の最大値の調整方法の一例を説明する。ケース2で受ける面圧は、ケース2の内側面2cと電極組立体3との間に設けられる間隔bの大きさに応じて変わり、間隔bが小さいほど大きくなる。そこで、リチウムイオン二次電池1の間隔bを所定の大きさに設定することで、ケース2で受ける面圧の最大値を調整する。間隔bは、例えば、0.数mmである。   An example of a method for adjusting the maximum value of the surface pressure received in Case 2 will be described. The surface pressure received by the case 2 changes according to the size of the interval b provided between the inner surface 2c of the case 2 and the electrode assembly 3, and increases as the interval b decreases. Therefore, the maximum value of the surface pressure received by the case 2 is adjusted by setting the interval b of the lithium ion secondary battery 1 to a predetermined size. The interval b is, for example, 0. It is several mm.

間隔bの設定方法の一例を説明する。リチウムイオン二次電池1の設計段階で、間隔bの大きさを変えたリチウムイオン二次電池を複数作製する。そして、この各間隔bのリチウムイオン二次電池毎に、初期充放電を実施し、初期充放電中に図4に示す方法で荷重を付加する。この際、各間隔bのリチウムイオン二次電池毎に満充電状態(最大電圧)のときに面圧をそれぞれ計測し、その計測された各面圧のうち2MPa以上かつ4.5MPa以下になる場合の間隔bを取得する。   An example of a method for setting the interval b will be described. At the design stage of the lithium ion secondary battery 1, a plurality of lithium ion secondary batteries having different intervals b are produced. Then, initial charging / discharging is performed for each lithium ion secondary battery at each interval b, and a load is applied by the method shown in FIG. 4 during the initial charging / discharging. At this time, when the surface pressure is measured for each lithium ion secondary battery at each interval b in a fully charged state (maximum voltage), and the measured surface pressure is 2 MPa or more and 4.5 MPa or less Interval b is obtained.

図4に示す方法で荷重を付加しているときの面圧の計測方法の一例を説明する。上述したうように、4本のボルト21とナット22との締付力により、一対のプレート20からケース2の外側面2dに荷重が付加される。このボルト21毎に軸力計でボルト21の軸力を計測し、4本のボルト21の軸力を積算し、この積算値からケース2の外側面2d全体で受けている荷重を算出する。そして、この荷重をケース2の外側面2dの面積で除算することで、ケース2の外側面2dで受けている面圧を取得する。ちなみに、初期充放電中、リチウムイオン二次電池1の充電量が増加(電圧が上昇)するにつれて各ボルト21の軸力が大きくなり、満充電状態(最大電圧)のときに各ボルト21の軸力が最大値となる。   An example of a method for measuring the surface pressure when a load is applied by the method shown in FIG. 4 will be described. As described above, a load is applied from the pair of plates 20 to the outer surface 2 d of the case 2 by the tightening force of the four bolts 21 and the nut 22. For each bolt 21, the axial force of the bolt 21 is measured by an axial force meter, the axial forces of the four bolts 21 are integrated, and the load received on the entire outer surface 2 d of the case 2 is calculated from the integrated value. Then, by dividing this load by the area of the outer surface 2d of the case 2, the surface pressure received by the outer surface 2d of the case 2 is acquired. Incidentally, during the initial charge / discharge, the axial force of each bolt 21 increases as the charge amount of the lithium ion secondary battery 1 increases (voltage rises), and the axis of each bolt 21 when fully charged (maximum voltage). The force reaches its maximum value.

荷重付加工程においてケース2で受ける面圧の最大値が2MPa以上になるように荷重を付加することで、付加された荷重がケース2内の電極組立体3の電極11,12に略均等に掛かる。これにより、電極組立体3内において電極11,12(特に、負極12)が一様に膨張できる。また、電極組立体3内において正極11と負極12との反応のバラツキが抑えられ、充電時に電極組立体3全体に電流が流れ易くなる。また、正極11と負極12との間の間隔が狭くなり、正極11と負極12との間の電気抵抗が小さくなる。これらにより、電極組立体3の電極11,12のリチウム析出や電極しわの発生が抑制される。   By applying a load so that the maximum value of the surface pressure received by the case 2 in the load applying process is 2 MPa or more, the applied load is applied substantially evenly to the electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3 in the case 2. . Thereby, the electrodes 11 and 12 (particularly, the negative electrode 12) can be uniformly expanded in the electrode assembly 3. Further, variation in the reaction between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 in the electrode assembly 3 is suppressed, and current easily flows through the entire electrode assembly 3 during charging. Moreover, the space | interval between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 becomes narrow, and the electrical resistance between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 becomes small. Thus, lithium deposition and electrode wrinkles on the electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3 are suppressed.

荷重付加工程においてケース2で受ける面圧の最大値が4.5MPa以下になるように荷重を付加することで、初期充放電時に電極組立体3が最も膨張しているときでも、過剰な荷重がケース2内の電極組立体3に掛からない。これにより、電極組立体3の正極11と負極12間の電気抵抗が小さくなる。また、電極組立体3のセパレータ13の孔が押し潰され難くなる。   By applying the load so that the maximum value of the surface pressure received by the case 2 in the load application process is 4.5 MPa or less, even when the electrode assembly 3 is most expanded during the initial charge / discharge, an excessive load is applied. It does not hang on the electrode assembly 3 in the case 2. Thereby, the electrical resistance between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the electrode assembly 3 becomes small. Further, the holes of the separator 13 of the electrode assembly 3 are not easily crushed.

[実施例]
図5を参照して、ケース2で受ける面圧の最大値を変えた実施例1〜4と比較例1〜3について説明する。この実施例と比較例では、ケース2の内側面2c,2c間の間隔cを一定値(24.6mm)とし、間隔bと電極組立体3の厚みaを変えた。実施例1〜実施例4では、面圧の最大値が2MPa以上になるように間隔bをそれぞれ設定した。比較例1〜3では、面圧の最大値が2MPa未満になるように間隔bをそれぞれ設定した。この実施例と比較例では、各間隔bのリチウムイオン二次電池1に対して初期充放電工程及び荷重付加工程を実施し、初期充放電工程の終了後に電極組立体3をケース2から取り出して、初期充放電中のリチウム析出と電極しわの発生の有無を確認した。そして、リチウム析出と電極しわの何れも発生していない場合には判定結果を異常なし「OK」とし、リチウム析出と電極しわの何れかが発生している場合には判定結果を異常あり「NG」とした。なお、初期充放電工程では図3に示す充電条件で充電を行い、荷重付加工程では図4に示す方法で荷重を付加した。なお、ケース2の外側面2dの面積は、14000mmである。また、正極11の組成比は、NCM111:LFP:AB:PVDF=69:25:3:3とした。正極11の目付けは27mg/cmとし、正極11の厚みは200μmとした。負極12の組成比は、ナノシリコン:グラファイト:AB:PAI=58:25:6:11とした。負極12の目付けは4.7mg/cmとし、負極12の厚みは90μmとした。セパレータ13はポリオレフィン系セパレータとし、セパレータ13の厚みは25μmとした。セパレータ13の絶縁フィルムとしてはポリオレフィン系樹脂を用い、絶縁フィルムの厚みは150μmとした。
[Example]
With reference to FIG. 5, Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3 which changed the maximum value of the surface pressure received in case 2 are demonstrated. In this example and the comparative example, the interval c between the inner side surfaces 2c of the case 2 was set to a constant value (24.6 mm), and the interval b and the thickness a of the electrode assembly 3 were changed. In Examples 1 to 4, the interval b was set so that the maximum value of the surface pressure was 2 MPa or more. In Comparative Examples 1 to 3, the interval b was set so that the maximum value of the surface pressure was less than 2 MPa. In this example and the comparative example, the initial charge / discharge process and the load application process are performed on the lithium ion secondary battery 1 at each interval b, and the electrode assembly 3 is taken out from the case 2 after the initial charge / discharge process is completed. The presence or absence of generation of lithium precipitation and electrode wrinkles during initial charge / discharge was confirmed. If neither lithium deposition nor electrode wrinkle has occurred, the determination result is “OK” with no abnormality, and if either lithium precipitation or electrode wrinkle has occurred, the determination result is “NG”. " In the initial charge / discharge process, charging was performed under the charging conditions shown in FIG. 3, and in the load adding process, a load was applied by the method shown in FIG. The area of the outer surface 2d of the case 2 is 14000 mm. The composition ratio of the positive electrode 11 was NCM111: LFP: AB: PVDF = 69: 25: 3: 3. The basis weight of the positive electrode 11 was 27 mg / cm 2, and the thickness of the positive electrode 11 was 200 μm. The composition ratio of the negative electrode 12 was nanosilicon: graphite: AB: PAI = 58: 25: 6: 11. The basis weight of the negative electrode 12 was 4.7 mg / cm 2, and the thickness of the negative electrode 12 was 90 μm. The separator 13 was a polyolefin separator, and the thickness of the separator 13 was 25 μm. A polyolefin resin was used as the insulating film of the separator 13 and the thickness of the insulating film was 150 μm.

実施例1のリチウムイオン二次電池1では、間隔bを0.2mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約44kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約3.14MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出と電極しわの何れも発生していなかった。したがって、判定結果は、異常なしである。   In the lithium ion secondary battery 1 of Example 1, the interval b was set to 0.2 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 44 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 3.14 MPa. . In this case, neither lithium deposition nor electrode wrinkles occurred during the initial charge / discharge. Therefore, the determination result is no abnormality.

実施例2のリチウムイオン二次電池1では、間隔bを0.4mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約40kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約2.85MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出と電極しわの何れも発生していなかった。したがって、判定結果は、異常なしである。   In the lithium ion secondary battery 1 of Example 2, the interval b was set to 0.4 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 40 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 2.85 MPa. . In this case, neither lithium deposition nor electrode wrinkles occurred during the initial charge / discharge. Therefore, the determination result is no abnormality.

実施例3のリチウムイオン二次電池1では、間隔bを0.6mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約32kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約2.28MPaであった。この場合、初期充電中にリチウム析出と電極しわの何れも発生していなかった。したがって、判定結果は、異常なしである。   In the lithium ion secondary battery 1 of Example 3, the interval b was set to 0.6 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 32 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 2.28 MPa. . In this case, neither lithium deposition nor electrode wrinkles occurred during initial charging. Therefore, the determination result is no abnormality.

実施例4のリチウムイオン二次電池1では、間隔bを0.8mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約30kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約2.14MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出と電極しわの何れも発生していなかった。したがって、判定結果は、異常なしである。   In the lithium ion secondary battery 1 of Example 4, the interval b was set to 0.8 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 30 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 2.14 MPa. . In this case, neither lithium deposition nor electrode wrinkles occurred during the initial charge / discharge. Therefore, the determination result is no abnormality.

比較例1のリチウムイオン二次電池では、間隔bを1mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約25kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約1.78MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出のみ発生していた。したがって、判定結果は、異常ありである。   In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1, the interval b was 1 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 25 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 1.78 MPa. . In this case, only lithium deposition occurred during the initial charge / discharge. Therefore, the determination result is abnormal.

比較例2のリチウムイオン二次電池では、間隔bを2mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約20kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約1.43MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出と電極しわが発生していた。したがって、判定結果は、異常ありである。   In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, the interval b was set to 2 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 20 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 1.43 MPa. . In this case, lithium deposition and electrode wrinkles occurred during initial charge / discharge. Therefore, the determination result is abnormal.

比較例3のリチウムイオン二次電池では、間隔bを3mmとした。このリチウムイオン二次電池1の場合、ケース2の外側面2d全体で受ける荷重の最大値は約15kNであり、ケース2の外側面2dで受ける面圧の最大値は約1.07MPaであった。この場合、初期充放電中にリチウム析出と電極しわが発生していた。したがって、判定結果は、異常ありである。   In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 3, the interval b was 3 mm. In the case of this lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the load received on the entire outer surface 2d of the case 2 was about 15 kN, and the maximum value of the surface pressure received on the outer surface 2d of the case 2 was about 1.07 MPa. . In this case, lithium deposition and electrode wrinkles occurred during initial charge / discharge. Therefore, the determination result is abnormal.

この実施例1〜4及び比較例1〜3により、荷重付加工程でケース2で受ける面圧の最大値が2MPa以上になるように荷重を付加した場合、初期充放電中にリチウム析出及び電極しわの発生が抑制されることが確認された。なお、この実施例1〜4のうち面圧の最大値が最も大きいものでも約3.14MPaであり、4.5MPa以下である。   According to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, when a load was applied so that the maximum value of the surface pressure received in Case 2 in the load application process was 2 MPa or more, lithium deposition and electrode wrinkle during initial charge / discharge were performed. It was confirmed that the occurrence of was suppressed. In Examples 1 to 4, the maximum value of the surface pressure is about 3.14 MPa, which is 4.5 MPa or less.

このリチウムイオン二次電池1の製造方法によれば、荷重付加工程で付加した荷重によってケース2で受ける面圧の最大値が2MPa以上とすることにより、初期充放電工程中に荷重がケース2内の電極組立体3の電極11,12に略均等に掛かり、電極組立体3の正極11と負極12とが互いに近接する。そのため、このリチウムイオン二次電池1は、初期充放電時におけるリチウム析出及び電極しわの発生を抑制できる。   According to the method for manufacturing the lithium ion secondary battery 1, the maximum value of the surface pressure received by the case 2 due to the load applied in the load adding process is set to 2 MPa or more, so that the load is applied in the case 2 during the initial charge / discharge process. The electrodes 11 and 12 of the electrode assembly 3 are applied substantially evenly, and the positive electrode 11 and the negative electrode 12 of the electrode assembly 3 are close to each other. Therefore, this lithium ion secondary battery 1 can suppress generation | occurrence | production of lithium precipitation and an electrode wrinkle at the time of initial stage charge / discharge.

また、この製造方法によれば、荷重付加工程で付加した荷重によってケース2で受ける面圧の最大値を4.5MPa以下とすることにより、初期充放電工程中に電極組立体3に対して過剰な荷重が掛かるのを抑制できる。   Further, according to this manufacturing method, the maximum value of the surface pressure received by the case 2 due to the load applied in the load adding process is set to 4.5 MPa or less, so that it is excessive with respect to the electrode assembly 3 during the initial charge / discharge process. Can prevent a heavy load from being applied.

また、この製造方法によれば、初期充放電工程で3段階で定電流充電で電圧を上昇させる共に各段階で定電圧充電で各電圧(特に、最大電圧(満充電状態))を所定時間維持することにより、リチウムイオン二次電池1の電池性能を向上させることができる。また、この製造方法によれば、初期充放電工程でリチウムイオン二次電池1の周囲温度を複数の温度に変化させることにより、リチウムイオン二次電池1の実際の使用環境等を考慮して初期充放電を行うことができる。   In addition, according to this manufacturing method, the voltage is increased by constant current charging in three stages in the initial charge / discharge process, and each voltage (particularly, the maximum voltage (full charge state)) is maintained for a predetermined time by constant voltage charging in each stage. By doing, the battery performance of the lithium ion secondary battery 1 can be improved. Further, according to this manufacturing method, the initial temperature is changed in consideration of the actual use environment of the lithium ion secondary battery 1 by changing the ambient temperature of the lithium ion secondary battery 1 to a plurality of temperatures in the initial charge / discharge process. Charging / discharging can be performed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.

例えば、上記実施形態では負極の活物質の材料としてナノシリコン材料を一例として示したが、Si、SiOx等を含む他のシリコン系材料でもよい。また、セパレータ13bは設けられていなくてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the nano silicon material is shown as an example of the negative electrode active material, but other silicon-based materials including Si, SiO x, and the like may be used. Further, the separator 13b may not be provided.

また、上記実施形態では間隔の大きさによりケースで受ける面圧の最大値を調整する構成としたが、間隔を変えずに、他の方法によりケースで受ける面圧の最大値を調整するようにしてもよい。他の方法としては、例えば、ボルトとナットとの締付力を調整する方法、ボルトとナットを用いずに、一対のプレートを油圧等による押圧手段で押圧し、その押圧力を調整する方法がある。   In the above embodiment, the maximum value of the surface pressure received by the case is adjusted according to the size of the interval, but the maximum value of the surface pressure received by the case is adjusted by another method without changing the interval. May be. Other methods include, for example, a method of adjusting the tightening force between the bolt and the nut, and a method of adjusting the pressing force by pressing a pair of plates with hydraulic pressure or the like without using the bolt and the nut. is there.

1…リチウムイオン二次電池、2…ケース、2a…本体、2b…蓋、2c…内側面、2d…外側面、3…電極組立体、3a…側面、5…正極端子、6…負極端子、7,8…絶縁リング、11…正極、11a…金属箔、11b…正極活物質層、11c…タブ、12…負極、12a…金属箔、12b…負極活物質層、12c…タブ、13…セパレータ、14,15…導電部材、20…プレート、21…ボルト、22…ナット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion secondary battery, 2 ... Case, 2a ... Main body, 2b ... Cover, 2c ... Inner side surface, 2d ... Outer side surface, 3 ... Electrode assembly, 3a ... Side surface, 5 ... Positive electrode terminal, 6 ... Negative electrode terminal, 7, 8 ... Insulating ring, 11 ... Positive electrode, 11a ... Metal foil, 11b ... Positive electrode active material layer, 11c ... Tab, 12 ... Negative electrode, 12a ... Metal foil, 12b ... Negative electrode active material layer, 12c ... Tab, 13 ... Separator , 14, 15 ... conductive members, 20 ... plates, 21 ... bolts, 22 ... nuts.

Claims (7)

正極と負極とをセパレータを介して積層してなる電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースとを備えるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記リチウムイオン二次電池の初期充放電を行う初期充放電工程と、
前記初期充放電工程中に前記電極組立体の積層方向に沿った荷重を前記ケースに対して付加する荷重付加工程と、
を含み、
前記負極には、金属箔上にシリコン系材料の活物質を含む活物質層が形成され、
前記荷重付加工程では、前記ケースで受ける面圧の最大値が2MPa以上になるように前記荷重を付加する、リチウムイオン二次電池の製造方法。
A method of manufacturing a lithium ion secondary battery comprising: an electrode assembly formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator; and a case for housing the electrode assembly,
An initial charge / discharge step of performing initial charge / discharge of the lithium ion secondary battery;
A load applying step of applying a load along the stacking direction of the electrode assembly to the case during the initial charge / discharge step;
Including
In the negative electrode, an active material layer containing an active material of a silicon-based material is formed on a metal foil,
In the load application step, the load is applied so that the maximum value of the surface pressure received by the case is 2 MPa or more.
前記荷重付加工程では、前記ケースで受ける面圧の最大値が4.5MPa以下になるように前記荷重を付加する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   2. The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein in the load application step, the load is applied so that a maximum value of a surface pressure received by the case is 4.5 MPa or less. 前記初期充放電工程では、充電中に前記リチウムイオン二次電池の電圧を複数段階に分けて上昇させる、請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   3. The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein in the initial charge / discharge step, the voltage of the lithium ion secondary battery is increased in a plurality of stages during charging. 前記初期充放電工程では、充電中に上昇させた最大電圧の状態を所定時間維持する、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein in the initial charge / discharge step, the state of the maximum voltage raised during charging is maintained for a predetermined time. 前記初期充放電工程では、充電中に前記リチウムイオン二次電池の周囲温度を複数の温度に変化させる、請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   5. The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein in the initial charge / discharge step, the ambient temperature of the lithium ion secondary battery is changed to a plurality of temperatures during charging. . 前記負極の前記活物質層のシリコンの含有率は、30質量%以上である、請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a content of silicon in the active material layer of the negative electrode is 30% by mass or more. 前記負極の前記活物質層のシリコンの含有率は、80質量%以下である、請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The manufacturing method of the lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 1-6 whose content rate of the silicon of the said active material layer of the said negative electrode is 80 mass% or less.
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