JP2017182982A - Method of manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents

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裕介 池田
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正嗣 青谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a lithium ion secondary battery in which metal ions are suppressed from being dissolved and precipitated.SOLUTION: In a method of manufacturing a lithium ion secondary battery, a liquid pouring port 13 is sealed, and a negative electrode external terminal 1' is connected to the outer wall of a battery container 5 using a conducting wire when three hours have elapsed after the completion of liquid pouring. On this occasion, a negative electrode external terminal 1' side is fastened with bolts, and an outer wall side of the battery container 5 is mounted with a tape. An initial charge/discharge cycle is performed while the negative electrode external terminal and the outer wall are connected in this way.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はリチウムイオン二次電池の製造方法である。   The present invention is a method for producing a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン電池は、高エネルギー密度の二次電池であり、その特性を活かして、ノートパソコンや携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。リチウムイオン電池の形状には種々のものがあるが、円筒形リチウムイオン電池は、正極、負極およびセパレータの捲回式構造を採用している。例えば、2枚の帯状の金属箔に正極材料および負極材料をそれぞれ塗着し、その間にセパレータを挟み込み、これらの積層体を渦巻状に捲回することで捲回群を形成する。この捲回群を、電池容器となる円筒形の電池缶内に収納し、電解液を注液後、封口することで、円筒形リチウムイオン電池が形成される。   Lithium ion batteries are secondary batteries with high energy density, and are used as power sources for portable devices such as notebook computers and mobile phones, taking advantage of their characteristics. There are various types of lithium ion batteries. Cylindrical lithium ion batteries adopt a wound structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. For example, a positive electrode material and a negative electrode material are respectively applied to two strip-shaped metal foils, a separator is sandwiched therebetween, and these laminated bodies are wound in a spiral shape to form a wound group. The wound group is accommodated in a cylindrical battery can serving as a battery container, and after injecting an electrolytic solution, the cylindrical lithium ion battery is formed.

ところが、リチウム二次電池に好適に用いられるポリオレフィン系材質のセパレータでは、樹脂材質の特性上強度的に限界がある。例えば、電池製造中に不慮の異物が正負極とセパレータとの間に混入した場合、電池の充放電に伴い正負極が膨張、収縮を繰り返すため、混入した異物が正負極とセパレータとの間の積層圧力又は捲回圧力により徐々にセパレータを突き破り、やがては対極に到達するほどの孔を開けることがある。特に、異物が金属であったり大粒径の正負極構成材であったりした場合には、異物が導電性を有するため、電池の内部短絡を招き、電池電圧が異常に低下する。   However, a polyolefin-based separator suitably used for a lithium secondary battery has a limit in strength due to the characteristics of the resin material. For example, if an unexpected foreign object enters between the positive and negative electrodes and the separator during battery manufacture, the positive and negative electrodes repeatedly expand and contract as the battery is charged and discharged. The separator is gradually broken by the stacking pressure or the winding pressure, and eventually a hole that reaches the counter electrode may be formed. In particular, when the foreign matter is a metal or a positive and negative electrode constituent material having a large particle size, the foreign matter has conductivity, causing an internal short circuit of the battery and abnormally lowering the battery voltage.

特許第3541723号公報Japanese Patent No. 3541723

しかしながら、特許文献1の電池構造の電池では、初期化充放電サイクルを実施する際に、金属イオンの溶解、析出を抑制するには十分とはいえない。初期化充放電サイクルを実施する際に、銅が酸化反応により電解液に析出してしまう。その後、銅と電池容器の構成成分である鉄との酸化還元反応により鉄が溶出してしまう。その後、負極での還元反応により鉄がセパレータ上に析出してしまう課題がある。上述した電池では、微量の金属イオンが析出することにより、電池の容量を低下させ、寿命までも低下させる原因となるため、多年に亘る信頼性を確保することが難しくなる。そのため、電池内部からの金属異物を抑制する必要がある。   However, the battery having the battery structure of Patent Document 1 is not sufficient to suppress the dissolution and precipitation of metal ions when the initialization charge / discharge cycle is performed. When the initialization charge / discharge cycle is performed, copper is precipitated in the electrolytic solution by an oxidation reaction. Thereafter, iron is eluted by an oxidation-reduction reaction between copper and iron which is a component of the battery container. Thereafter, there is a problem that iron is deposited on the separator due to a reduction reaction at the negative electrode. In the above-described battery, a minute amount of metal ions is deposited, thereby reducing the capacity of the battery and reducing the lifetime. Therefore, it is difficult to ensure reliability over many years. Therefore, it is necessary to suppress metal foreign matters from the inside of the battery.

本発明は上記事案に鑑み、初期化充放電サイクルを実施する際に、金属イオンの溶解、析出を抑制するリチウム二次電池の製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lithium secondary battery that suppresses dissolution and precipitation of metal ions when an initialization charge / discharge cycle is performed.

本発明により製造するリチウムイオン電池は、正極集電体に正極活物質が保持された正極と、負極集電体に負極活物質が保持された負極がセパレータを介して捲回されてなる捲回型の電極群が、鉄を含む材料により形成された電池缶内に収納されている。そして正極と電気的接続されて電池缶の外部に配置される正極外部端子及び負極と電気的接続されて電池缶の外部に配置される負極外部端子が電池缶と電気絶縁性のある材料を介して配置され、電池缶内に電解液が注液されている。   A lithium ion battery produced according to the present invention is a winding in which a positive electrode in which a positive electrode active material is held in a positive electrode current collector and a negative electrode in which the negative electrode current material is held in a negative electrode current collector are wound through a separator. A mold type electrode group is housed in a battery can made of a material containing iron. The positive electrode external terminal that is electrically connected to the positive electrode and disposed outside the battery can and the negative electrode external terminal that is electrically connected to the negative electrode and disposed outside the battery can are electrically connected to the battery can via an electrically insulating material. The electrolyte solution is injected into the battery can.

本発明では、電池缶と負極外部端子を導電性を有する導線で接続した状態で初期化充放電サイクルを実施する。発明者の研究によると、初期化充放電サイクルにおけるイオンの移動に伴って電池缶中の鉄が溶解してセパレータ上に析出し、この析出物がその後の充放電により成長すると内部短絡を発生することが判った。そこで発明者が、電池缶と負極外部端子を導電性を有する導線で接続した状態で(電池缶と負極とを同電位にした状態で)初期化充放電サイクルを実施したところ、理論的には解明できていないが、セパレータに析出される析出物の数が減る現象が得られることが確認された。本発明は、この確認に基づくものである。発明者としては、本発明のようにすると、負極集電体に含まれる金属の酸化反応が和らげられ、負極での還元反応により鉄がセパレータ上に析出する現象を抑制しているのではないかと考えている。   In the present invention, the initialization charge / discharge cycle is carried out in a state where the battery can and the negative electrode external terminal are connected by a conductive wire. According to the inventor's research, iron in the battery can dissolves and precipitates on the separator as ions move in the initialization charge / discharge cycle, and an internal short circuit occurs when the precipitate grows by subsequent charge / discharge. I found out. Therefore, the inventor conducted an initialization charge / discharge cycle in a state where the battery can and the negative electrode external terminal were connected by a conductive wire (with the battery can and the negative electrode at the same potential). Although it has not been elucidated, it has been confirmed that a phenomenon in which the number of precipitates deposited on the separator is reduced can be obtained. The present invention is based on this confirmation. As an inventor, according to the present invention, the oxidation reaction of the metal contained in the negative electrode current collector is moderated, and the phenomenon that iron is deposited on the separator by the reduction reaction at the negative electrode may be suppressed. thinking.

初期化充放電サイクルを実施した後にエージングを実施するが、初期化充放電サイクルを実施した後またはエージングを実施した後に、導線を外せばよい。エージングの前後のいずれで導線を外しても、析出部の量に差はみられなかった。   The aging is performed after the initialization charge / discharge cycle is performed, but the conductor may be removed after the initialization charge / discharge cycle is performed or after the aging is performed. No difference was observed in the amount of precipitates, regardless of whether the conductor was removed before or after aging.

特に、上記析出物は、負極集電体が銅を含む材料により形成されている場合に、多く現れることが確認されている。これは負極集電体に含まれる銅も初期化充放電サイクル中に溶解しやすいためである。導線の接続により、負極の電圧を0±0.3V にすることで、負極に含まれる銅の酸化反応が和らげられる。銅が酸化反応により電解液に溶解するのを和らげることにより、銅と電池容器の構成成分である鉄との酸化還元反応により鉄が溶出するのが和らげられ、負極での還元反応により鉄がセパレータ上に析出するのが和らげれているものと考えられる。見方を変えると、負極集電体に銅がふくまれている場合、本発明は、負極に含まれる銅が電解液に析出するのを抑制していることになる。   In particular, it has been confirmed that a large amount of the deposit appears when the negative electrode current collector is formed of a material containing copper. This is because copper contained in the negative electrode current collector is also easily dissolved during the initialization charge / discharge cycle. By connecting the conductive wire, the voltage of the negative electrode is set to 0 ± 0.3 V, so that the oxidation reaction of copper contained in the negative electrode is moderated. By relieving the dissolution of copper in the electrolyte solution by the oxidation reaction, it is possible to relieve the elution of iron by the oxidation-reduction reaction between copper and iron, which is a component of the battery container, and the iron is separated by the reduction reaction at the negative electrode. It is considered that the precipitation on the surface is moderated. In other words, when copper is included in the negative electrode current collector, the present invention suppresses the precipitation of copper contained in the negative electrode into the electrolyte.

電池缶の形成に用いられる鉄を含む材料は、ステンレス材であるのが好ましい。ステンレス材を用いると、電池缶の寿命を長くすることができる。   The material containing iron used for forming the battery can is preferably a stainless material. When stainless steel is used, the life of the battery can can be extended.

初期化充放電サイクルは、定電流定電圧充電、休止、定電流放電を1回のサイクルとして、サイクルを複数回実施することが好ましい。本発明によれば、複数回の充放電サイクルが実施されても、効果があることが確認されている。   The initialization charge / discharge cycle is preferably performed a plurality of times, with constant current / constant voltage charge, rest, and constant current discharge as one cycle. According to the present invention, it has been confirmed that there is an effect even when a plurality of charge / discharge cycles are performed.

本発明によれば、負極集電体に含まれる金属の溶解を抑制して、負極での還元反応により鉄がセパレータに析出することを抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, melt | dissolution of the metal contained in a negative electrode electrical power collector can be suppressed, and it can suppress that iron precipitates on a separator by the reduction reaction in a negative electrode.

本実施の形態のリチウムイオン電池の断面図である。It is sectional drawing of the lithium ion battery of this Embodiment.

以下の実施の形態においてA〜Bとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、A以上B以下を示すものとする。   In the following embodiments, when ranges are shown as A to B, A or more and B or less are shown unless otherwise specified.

(実施の形態)
まず、リチウムイオン電池の概要について簡単に説明する。リチウムイオン電池は、電池容器内に、正極、負極、セパレータおよび電解液を有している。正極と負極との間にはセパレータが配置されている。
(Embodiment)
First, an outline of the lithium ion battery will be briefly described. The lithium ion battery has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution in a battery container. A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode.

リチウムイオン電池を充電する際には、正極と負極との間に充電器を接続する。充電時においては、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液中に放出される。電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。   When charging the lithium ion battery, a charger is connected between the positive electrode and the negative electrode. At the time of charging, lithium ions inserted into the positive electrode active material are desorbed and released into the electrolytic solution. The lithium ions released into the electrolytic solution move in the electrolytic solution, pass through a separator made of a microporous film, and reach the negative electrode. The lithium ions that have reached the negative electrode are inserted into the negative electrode active material constituting the negative electrode.

放電する際には、正極と負極の間に外部負荷を接続する。放電時においては、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。   When discharging, an external load is connected between the positive electrode and the negative electrode. At the time of discharging, the lithium ions inserted into the negative electrode active material are desorbed and released into the electrolytic solution. At this time, electrons are emitted from the negative electrode. Then, the lithium ions released into the electrolytic solution move in the electrolytic solution, pass through a separator made of a microporous film, and reach the positive electrode. The lithium ions reaching the positive electrode are inserted into the positive electrode active material constituting the positive electrode. At this time, when lithium ions are inserted into the positive electrode active material, electrons flow into the positive electrode. In this way, discharge is performed by the movement of electrons from the negative electrode to the positive electrode.

このように、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。なお、実際のリチウムイオン電池の構成例については、後述する(例えば、図1参照)。   In this manner, charging / discharging can be performed by inserting and desorbing lithium ions between the positive electrode active material and the negative electrode active material. A configuration example of an actual lithium ion battery will be described later (see, for example, FIG. 1).

1.正極
本実施の形態においては、高容量で高入出力のリチウムイオン電池に適用可能な以下に示す正極を有する。本実施の形態の正極(正極板)は、集電体およびその上部に形成された正極合材(正極合剤)よりなる。正極合材は、集電体の上部に設けられた少なくとも正極活物質を含む層であり、本実施の形態においては、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(スピネル型リチウム・マンガン複合酸化物、sp−Mn)との混合活物質を含む。この正極合材は、例えば、集電体の両面に形成(塗布)される。
1. Positive electrode In this embodiment mode, the positive electrode shown below is applicable to a high-capacity, high-input / output lithium ion battery. The positive electrode (positive electrode plate) of the present embodiment is composed of a current collector and a positive electrode mixture (positive electrode mixture) formed thereon. The positive electrode mixture is a layer including at least a positive electrode active material provided on the current collector. In the present embodiment, the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and the spinel type lithium are used. -It contains a mixed active material with manganese oxide (spinel type lithium-manganese composite oxide, sp-Mn). The positive electrode mixture is formed (applied) on both surfaces of the current collector, for example.

以下に、正極合材および集電体について詳細に説明する。正極合材は、正極活物質や結着材等を含有し、集電体上に形成される。その形成方法に制限はないが例えば次のように形成される。正極活物質、結着材、および必要に応じて用いられる導電材や増粘材などの他の材料を乾式で混合してシート状にし、これを集電体に圧着する(乾式法)。また、正極活物質、結着材、および必要に応じて用いられる導電材や増粘材などの他の材料を分散溶媒に溶解または分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布し、乾燥する(湿式法)。   Hereinafter, the positive electrode mixture and the current collector will be described in detail. The positive electrode mixture contains a positive electrode active material, a binder, and the like, and is formed on the current collector. Although there is no restriction | limiting in the formation method, it forms as follows, for example. A positive electrode active material, a binder, and other materials such as a conductive material and a thickener used as needed are mixed in a dry form to form a sheet, which is pressure-bonded to a current collector (dry method). In addition, a positive electrode active material, a binder, and other materials such as a conductive material and a thickener used as necessary are dissolved or dispersed in a dispersion solvent to form a slurry, which is applied to a current collector and dried. (Wet method).

正極活物質としては、前述したように、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)およびスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)が用いられる。これらは粉状(粒状)で用いられ、混合される。   As described above, layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and spinel lithium / manganese oxide (sp-Mn) are used as the positive electrode active material. These are used in powder form (granular) and mixed.

この正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質を付着させてもよい。表面付着物質としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウ、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。   A substance having a composition different from that of the substance constituting the main cathode active material may be adhered to the surface of the cathode active material. Surface adhesion substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, sulfuric acid Examples thereof include sulfates such as calcium and aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate and magnesium carbonate, and carbon.

表面付着物質の付着方法としては、次の方法がある。例えば、表面付着物質を溶媒に溶解または懸濁させた液体に正極活物質を添加することにより、正極活物質に表面付着物質を含浸添加する。この後、表面付着物質を含浸した正極活物質を乾燥する。また、表面付着物質の前駆体を溶媒に溶解または懸濁させた液体に正極活物質を添加することにより、正極活物質に表面付着物質の前駆体を含浸添加する。この後、表面付着物質の前駆体を含浸した正極活物質を加熱する。また、表面付着物質の前駆体および正極活物質の前駆体を溶媒に溶解または懸濁させた液体を焼成する。これらの方法により正極活物質の表面に表面付着物質を付着させることができる。   There are the following methods for attaching the surface adhering substance. For example, the surface active substance is impregnated and added to the positive electrode active material by adding the positive electrode active material to a liquid in which the surface adhesive substance is dissolved or suspended in a solvent. Thereafter, the positive electrode active material impregnated with the surface adhering substance is dried. In addition, the positive electrode active material is added to a liquid obtained by dissolving or suspending the precursor of the surface adhesion material in a solvent, so that the precursor of the surface adhesion material is impregnated and added to the positive electrode active material. Thereafter, the positive electrode active material impregnated with the precursor of the surface adhering material is heated. Further, a liquid obtained by dissolving or suspending the precursor of the surface adhesion substance and the precursor of the positive electrode active material in a solvent is baked. By these methods, the surface adhering substance can be attached to the surface of the positive electrode active material.

正極用の導電材としては、例えば、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素質材料等が挙げられる。なお、これらのうち、1種を単独で用いてもよく、2種以上のものを組み合わせて用いてもよい。   Examples of the conductive material for the positive electrode include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbonaceous materials such as amorphous carbon such as needle coke. Is mentioned. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

導電材の含有量(添加量、割合、量)について、正極合材の重量に対する導電材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは1重量%以上であり、上限は、50重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは15重量%以下である。上記下限未満では、導電性が不充分となる恐れがある。また、上記上限を超えると、電池容量が低下する恐れがある。   Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the conductive material, the range of the content of the conductive material relative to the weight of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, more preferably 15%. % By weight or less. If it is less than the above lower limit, the conductivity may be insufficient. Moreover, when the said upper limit is exceeded, there exists a possibility that battery capacity may fall.

正極活物質の結着材としては、特に限定されず、塗布法により正極合材を形成する場合には、分散溶媒に対する溶解性や分散性が良好な材料が選択される。   The binder for the positive electrode active material is not particularly limited, and when the positive electrode mixture is formed by a coating method, a material having good solubility and dispersibility in the dispersion solvent is selected.

結着材の含有量(添加量、割合、量)について、正極合材の重量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、さらに好ましくは3重量%以上であり、上限は、80重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは40重量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。結着材の含有量が低すぎると、正極活物質を充分に結着できず、正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を劣化させてしまう恐れがある。逆に、高すぎると、電池容量や導電性が低下する恐れがある。   Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the binder, the range of the content of the binder relative to the weight of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 3% by weight or more, and the upper limit is 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 40% by weight. Hereinafter, it is particularly preferably 10% by weight or less. If the content of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently bound, the positive electrode has insufficient mechanical strength, and battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, if it is too high, battery capacity and conductivity may be reduced.

上記湿式法や乾式法を用いて集電体上に形成された層は、正極活物質の充填密度を向上させるため、ハンドプレスやローラープレス等により圧密化することが好ましい。   In order to improve the packing density of the positive electrode active material, the layer formed on the current collector using the wet method or the dry method is preferably consolidated by a hand press, a roller press, or the like.

正極用の集電体の材質としては特に制限はなく、具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。   The material of the current collector for the positive electrode is not particularly limited, and specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.

集電体の形状としては特に制限はなく、種々の形状に加工された材料を用いることができる。具体例としては、金属材料については、金属箔、金属板、金属薄膜、等が挙げられ、炭素質材料については、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜を用いることが好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、その範囲は次のとおりである。範囲の下限は、1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、上限は、1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。上記下限未満では、集電体として必要な強度が不足する場合がある。また、上記上限を超えると可撓性が低下し、加工性が劣化する恐れがある。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of an electrical power collector, The material processed into various shapes can be used. Specific examples of the metal material include a metal foil, a metal plate, and a metal thin film. Examples of the carbonaceous material include a carbon plate, a carbon thin film, and a carbon cylinder. Among these, it is preferable to use a metal thin film. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. The thickness of the thin film is arbitrary, but the range is as follows. The lower limit of the range is 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If it is less than the said minimum, intensity | strength required as a collector may be insufficient. Moreover, when the said upper limit is exceeded, flexibility will fall and workability may deteriorate.

2.負極
本実施の形態においては、高容量で高入出力のリチウムイオン電池に適用可能な以下に示す負極を有する。本実施の形態の負極(負極板)は、集電体およびその両面に形成された負極合材(負極合剤)よりなる。負極合材は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する。
2. Negative electrode In this embodiment, the negative electrode shown below is applicable to a high-capacity, high-input / output lithium-ion battery. The negative electrode (negative electrode plate) of the present embodiment is composed of a current collector and a negative electrode mixture (negative electrode mixture) formed on both surfaces thereof. The negative electrode mixture contains a negative electrode active material that can electrochemically occlude and release lithium ions.

負極活物質としては、炭素質材料、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、SnやSi等のリチウムと合金形成可能な金属等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上のものを組み合わせて用いてもよい。中でも、炭素質材料またはリチウム複合酸化物が安全性の観点から好ましい。   Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, metal composite oxides, lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys, metals that can form alloys with lithium such as Sn and Si, and the like Is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, a carbonaceous material or a lithium composite oxide is preferable from the viewpoint of safety.

金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵、放出可能なものであれば特に制限はないが、Ti(チタン)、Li(リチウム)またはTiおよびLiの双方を含有するものが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。   The metal composite oxide is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium, but Ti (titanium), Li (lithium) or a material containing both Ti and Li has a high current density charge / discharge. It is preferable from the viewpoint of characteristics.

炭素質材料としては、非晶質炭素、天然黒鉛、天然黒鉛に乾式のCVD(Chemical Vapor Deposition)法や湿式のスプレイ法で形成される被膜を形成した複合炭素質材料、エポキシやフェノール等の樹脂原料もしくは石油や石炭から得られるピッチ系材料を原料として焼成して得られる人造黒鉛、非晶質炭素材料などの炭素質材料を用いることができる。   Carbonaceous materials include amorphous carbon, natural graphite, composite carbonaceous materials in which a film formed by dry CVD (Chemical Vapor Deposition) method or wet spray method is formed on natural graphite, resins such as epoxy and phenol Carbonaceous materials such as artificial graphite and amorphous carbon material obtained by firing using raw materials or pitch materials obtained from petroleum or coal as raw materials can be used.

また、リチウムと化合物を形成することでリチウムを吸蔵放出できるリチウム金属、リチウムと化合物を形成し、結晶間隙に挿入されることでリチウムを吸蔵放出できる珪素、ゲルマニウム、錫など第四族元素の酸化物もしくは窒化物を用いてもよい。   In addition, lithium metal that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium, and oxidation of Group 4 elements such as silicon, germanium, and tin that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium and inserting it into the crystal gap Or nitride may be used.

特に、炭素質材料は、導電性が高く、低温特性、サイクル安定性の面から優れた材料である。炭素質材料の中では、炭素網面層間(d002)の広い材料が、急速充放電や低温特性に優れ、好適である。しかしながら、炭素網面層(d002)が広い材料は、充電の初期において容量や充放電効率が低いことがあるので、炭素網面層間(d002)が0.39nm以下の材料を選択することが好ましい。このような炭素質材料を、擬似異方性炭素と称する場合がある。   In particular, the carbonaceous material is a material having high conductivity, and excellent in terms of low temperature characteristics and cycle stability. Among the carbonaceous materials, a material having a wide carbon network surface layer (d002) is excellent in rapid charge / discharge and low-temperature characteristics, and is preferable. However, a material having a wide carbon network surface layer (d002) may have a low capacity and charge / discharge efficiency in the initial stage of charging, and therefore it is preferable to select a material having a carbon network surface layer (d002) of 0.39 nm or less. . Such a carbonaceous material is sometimes referred to as pseudo-anisotropic carbon.

負極合材は、集電体上に形成される。その形成方法に制限はないが正極合材と同様に乾式法や湿式法を用いて形成される。上記負極活物質は粉状(粒状)で用いられる。   The negative electrode mixture is formed on the current collector. Although there is no restriction | limiting in the formation method, it forms using a dry method and a wet method similarly to a positive electrode compound material. The negative electrode active material is used in the form of powder (granular).

負極用の集電体の材質としては特に制限はなく、具体例としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられる。中でも、加工のし易さとコストの観点から銅が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a material of the electrical power collector for negative electrodes, As a specific example, metal materials, such as copper, nickel, stainless steel, nickel plating steel, are mentioned. Among these, copper is preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.

集電体の形状としては特に制限はなく、種々の形状に加工された材料を用いることができる。具体例としては、金属箔、金属薄膜等が挙げられる。中でも、金属薄膜が好ましく、銅箔がより好ましい。銅箔には、圧延法により形成された圧延銅箔と、電解法により形成された電解銅箔とがあり、どちらも集電体として用いて好適である。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of an electrical power collector, The material processed into various shapes can be used. Specific examples include metal foil and metal thin film. Among these, a metal thin film is preferable, and a copper foil is more preferable. The copper foil includes a rolled copper foil formed by a rolling method and an electrolytic copper foil formed by an electrolytic method, both of which are suitable for use as a current collector.

集電体の厚さに制限はないが、厚さが25μm未満の場合、純銅よりも強銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることでその強度を向上させることができる。   The thickness of the current collector is not limited, but when the thickness is less than 25 μm, its strength can be increased by using a strong copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, Corson alloy, Cu—Cr—Zr alloy, etc.) rather than pure copper. Can be improved.

負極活物質の結着材としては、非水系電解液や電極の形成時に用いる分散溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限はない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル− ブタジエンゴム)等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The binder for the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable to the non-aqueous electrolyte and the dispersion solvent used when forming the electrode. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluorine rubber, NBR ( Acrylonitrile-butadiene rubber). These may be used alone or in combination of two or more.

スラリーを形成するための分散溶媒としては、負極活物質、結着材、および必要に応じて用いられる導電材や増粘材などを溶解または分散することが可能な溶媒であれば、その種類に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系溶媒の例としては、水、アルコールと水との混合溶媒等が挙げられ、有機系溶媒の例としては、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、等が挙げられる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘材を用いることが好ましい。この増粘材に併せて分散材等を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、上記分散溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the dispersion solvent for forming the slurry, any type of solvent can be used as long as it can dissolve or disperse the negative electrode active material, the binder, and the conductive material and the thickener used as necessary. There is no restriction, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water, a mixed solvent of alcohol and water, and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, tetrahydrofuran (THF). ), Toluene, acetone, diethyl ether, and the like. In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to use a thickener. A dispersing agent or the like is added to the thickener, and a slurry such as SBR is made into a slurry. In addition, the said dispersion solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

結着材の含有量(添加量、割合、量)について、負極合材の重量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは0.6重量%以上である。上限は、20重量%以下、好ましくは15重量%以下、より好ましくは10重量%以下、さらに好ましくは8重量%以下である。   Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the binder, the range of the content of the binder with respect to the weight of the negative electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, and further preferably 0.6% by weight or more. The upper limit is 20% by weight or less, preferably 15% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, and still more preferably 8% by weight or less.

上記上限を超えると、電池容量に寄与しない結着材の割合が増加し、電池容量の低下を招く恐れがある。また、上記下限未満では、負極合材の強度の低下を招く恐れがある。   When the upper limit is exceeded, the proportion of the binder that does not contribute to the battery capacity increases, which may lead to a decrease in battery capacity. Moreover, if it is less than the said minimum, there exists a possibility of causing the fall of the intensity | strength of negative electrode compound material.

特に、結着材として、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分として用いる場合の負極合材の重量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは0.6重量%以上であり、上限は、5重量%以下、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下である。   In particular, the range of the binder content with respect to the weight of the negative electrode mixture when a rubbery polymer typified by SBR is used as the main component as the binder is as follows. The lower limit of the range is 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 0.6% by weight or more, and the upper limit is 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less, more preferably. Is 2% by weight or less.

また、結着材として、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分として用いる場合の負極合材の重量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、1重量%以上、好ましくは2重量%以上、より好ましくは3重量%以上であり、上限は、15重量%以下、好ましくは10重量%以下、より好ましくは8重量%以下である。   In addition, the range of the binder content relative to the weight of the negative electrode mixture when a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride is used as the main component as the binder is as follows. The lower limit of the range is 1% by weight or more, preferably 2% by weight or more, more preferably 3% by weight or more, and the upper limit is 15% by weight or less, preferably 10% by weight or less, more preferably 8% by weight or less. is there.

増粘材は、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘材としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼインおよびこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The thickener is used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used alone or in combination of two or more.

増粘材を用いる場合の負極合材の重量に対する増粘材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは0.6重量%以上であり、上限は、5重量%以下、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下である。   The range of the content of the thickener relative to the weight of the negative electrode mixture when the thickener is used is as follows. The lower limit of the range is 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 0.6% by weight or more, and the upper limit is 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less, more preferably. Is 2% by weight or less.

上記下限未満では、スラリーの塗布性が低下する恐れがある。また、上記上限を超えると、負極合材に占める負極活物質の割合が低下し、電池容量の低下や負極活物質間の抵抗の上昇の恐れがある。   If it is less than the said minimum, there exists a possibility that the applicability | paintability of a slurry may fall. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the ratio of the negative electrode active material to the negative electrode mixture decreases, and there is a risk of a decrease in battery capacity and an increase in resistance between the negative electrode active materials.

3.電解液
本実施の形態の電解液は、リチウム塩(電解質)と、これを溶解する非水系溶媒から構成される。必要に応じて、添加材を加えてもよい。
3. Electrolytic Solution The electrolytic solution of the present embodiment is composed of a lithium salt (electrolyte) and a non-aqueous solvent that dissolves the lithium salt. You may add an additive as needed.

リチウム塩としては、リチウムイオン電池用の非水系電解液の電解質として使用可能なリチウム塩であれば特に制限はないが、例えば以下に示す無機リチウム塩、含フッ素有機リチウム塩やオキサラトボレート塩等が挙げられる。   The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt that can be used as an electrolyte of a non-aqueous electrolyte for a lithium ion battery. For example, the following inorganic lithium salts, fluorine-containing organic lithium salts, oxalate borate salts, etc. Is mentioned.

無機リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機フッ化物塩や、LiClO4、LiBrO4、LiIO4等の過ハロゲン酸塩や、LiAlCl4等の無機塩化物塩等が挙げられる。 Examples of the inorganic lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF inorganic fluoride salts and the like 6, LiClO 4, Libro 4, LiIO and perhalogenate such as 4, an inorganic chloride salts such as LiAlCl 4, etc. Is mentioned.

含フッ素有機リチウム塩としては、LiCF3SO3等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO9)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CF3SO23等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF5(CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF32]、Li[PF3(CF2CF2CF33]、Li[PF5(CF2CF2CF2CF3)]、等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等が挙げられる。 Examples of the fluorine-containing organic lithium salt include perfluoroalkane sulfonates such as LiCF 3 SO 3 ; LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C Perfluoroalkanesulfonylimide salts such as 4 F 9 SO 9 ); perfluoroalkanesulfonylmethide salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], etc. Examples include acid salts.

オキサラトボレート塩としては、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等が挙げられる。   Examples of the oxalatoborate salt include lithium bis (oxalato) borate and lithium difluorooxalatoborate.

これらのリチウム塩は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、溶媒に対する溶解性、二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)が好ましい。 These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among them, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferable when comprehensively judging the solubility in a solvent, charge / discharge characteristics in the case of a secondary battery, output characteristics, cycle characteristics, and the like.

2種以上のリチウム塩を用いる場合の好ましい一例は、LiPF6とLiBF4との併用である。この場合には、両者の合計に占めるLiBF4の割合が、0.01重量%以上、20重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以上、5重量%以下であることがより好ましい。また、他の好ましい一例は、無機フッ化物塩とパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩との併用であり、この場合には、両者の合計に占める無機フッ化物塩の割合は、70重量%以上、99重量%以下であることが好ましく、80重量%以上、98重量%以下であることがより好ましい。上記2つの好ましい例によれば、高温保存による特性劣化を抑制することができる。 A preferable example in the case of using two or more lithium salts is the combined use of LiPF 6 and LiBF 4 . In this case, the proportion of LiBF 4 in the total of both is preferably 0.01% by weight or more and 20% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or more and 5% by weight or less. . Another preferred example is the combined use of an inorganic fluoride salt and a perfluoroalkanesulfonylimide salt. In this case, the proportion of the inorganic fluoride salt in the total of both is 70% by weight or more and 99% by weight. % Or less, more preferably 80% by weight or more and 98% by weight or less. According to the above two preferred examples, characteristic deterioration due to high temperature storage can be suppressed.

非水系電解液中の電解質の濃度に特に制限はないが、電解質の濃度範囲は次のとおりである。濃度の下限は、0.5mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上である。また、濃度の上限は、2mol/L以下、好ましくは1.8mol/L以下、より好ましくは1.7mol/L以下である。濃度が低すぎると、電解液の電気伝導率が不充分となる恐れがある。また、濃度が高すぎると、粘度が上昇するため電気伝導度が低下する恐れがある。このような電気伝導度の低下により、リチウムイオン電池の性能が低下する恐れがある。   Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of the electrolyte in nonaqueous electrolyte solution, The density | concentration range of an electrolyte is as follows. The lower limit of the concentration is 0.5 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0.7 mol / L or more. Further, the upper limit of the concentration is 2 mol / L or less, preferably 1.8 mol / L or less, more preferably 1.7 mol / L or less. If the concentration is too low, the electric conductivity of the electrolytic solution may be insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity increases and the electrical conductivity may decrease. Such a decrease in electrical conductivity may reduce the performance of the lithium ion battery.

非水系溶媒としては、リチウムイオン電池用の電解質の溶媒として使用可能な非水系溶媒であれば特に制限はないが、例えば次の環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、環状エーテルおよび鎖状エーテル等が挙げられる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it is a non-aqueous solvent that can be used as an electrolyte solvent for a lithium ion battery. For example, the following cyclic carbonate, chain carbonate, chain ester, cyclic ether, and chain ether are used. Etc.

環状カーボネートとしては、環状カーボネートを構成するアルキレン基の炭素数が2〜6のものが好ましく、2〜4のものがより好ましい。具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ましい。   As the cyclic carbonate, those having 2 to 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the cyclic carbonate are preferable, and those having 2 to 4 are more preferable. Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.

鎖状カーボネートとしては、ジアルキルカーボネートが好ましく、2つのアルキル基の炭素数が、それぞれ1〜5のものが好ましく、1〜4のものがより好ましい。具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の対称鎖状カーボネート類;エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状カーボネート類等が挙げられる。中でも、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が好ましい。   As the chain carbonate, dialkyl carbonate is preferable, and the number of carbon atoms of the two alkyl groups is preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 4. Specifically, symmetrical chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and di-n-propyl carbonate; asymmetric chain carbonates such as ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, and ethyl-n-propyl carbonate Is mentioned. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable.

鎖状エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。中でも、低温特性改善の観点から酢酸メチルを用いることが好ましい。   Examples of chain esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and methyl propionate. Among them, it is preferable to use methyl acetate from the viewpoint of improving the low temperature characteristics.

環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。中でも、入出力特性改善の観点からテトラヒドロフランを用いることが好ましい。   Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran and the like. Of these, tetrahydrofuran is preferably used from the viewpoint of improving input / output characteristics.

鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等が挙げられる。   Examples of chain ethers include dimethoxyethane and dimethoxymethane.

フッ素含有環状カーボネートとしては、特に限定はないが、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等が挙げられる。中でも、フルオロエチレンカーボネート等が電池の長寿命化の観点から特に好ましい。   The fluorine-containing cyclic carbonate is not particularly limited, and examples thereof include fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate. Among these, fluoroethylene carbonate and the like are particularly preferable from the viewpoint of extending the life of the battery.

4.セパレータ
セパレータは、正極および負極間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性および負極側における還元性に対する耐性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材料(材質)としては、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。
4). Separator The separator is not particularly limited as long as it has ion permeability while electronically insulating the positive electrode and the negative electrode, and has resistance to oxidation on the positive electrode side and reducibility on the negative electrode side. As a material (material) of the separator satisfying such characteristics, a resin, an inorganic material, glass fiber, or the like is used.

樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。具体的には、非水系電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シートまたは不織布等を用いることが好ましい。   As the resin, an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, polyimide, nylon, or the like is used. Specifically, it is preferable to select from materials that are stable with respect to non-aqueous electrolytes and have excellent liquid retention properties. For example, porous sheets or nonwoven fabrics made from polyolefins such as polyethylene and polypropylene may be used. preferable.

無機物としては、アルミナや二酸化珪素等の酸化物類、窒化アルミニウムや窒化珪素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられる。例えば、繊維形状または粒子形状の上記無機物を、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状の基材に付着させたものをセパレータとして用いることができる。薄膜形状の基材としては、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。また、例えば、繊維形状または粒子形状の上記無機物を、樹脂等の結着材を用いて複合多孔層としたものをセパレータとして用いることができる。さらに、この複合多孔層を、正極または負極の表面に形成し、セパレータとしてもよい。例えば、90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子をフッ素樹脂を結着材として結着させた複合多孔層を、正極の表面に形成してもよい。   As the inorganic material, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. For example, what made the said inorganic substance of fiber shape or particle shape adhere to thin film-shaped base materials, such as a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film, can be used as a separator. As a thin film-shaped substrate, a substrate having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition, for example, a separator in which a composite porous layer is formed using the above-described inorganic material in a fiber shape or a particle shape by using a binder such as a resin can be used as a separator. Furthermore, this composite porous layer may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode to form a separator. For example, a composite porous layer in which alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm are bound using a fluororesin as a binder may be formed on the surface of the positive electrode.

以下、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited to the following examples.

[正極の作製]
正極の作製を以下のように行った。正極活物質である層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)を使用した。この正極活物質の混合物に、導電材として鱗片状の黒鉛(平均粒径:20μm)と、結着材としてポリフッ化ビニリデンとを順次添加し、混合することにより正極材料の混合物を得た。重量比は、活物質:導電材:結着材=90:4.5:5.5とした。さらに上記混合物に対し、分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを形成した。このスラリーを正極用の集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に実質的に均等かつ均質に所定量塗布した。アルミニウム箔は、短辺(幅)が213mmの矩形状であり、片側の長辺に沿って50mmの幅の未塗布部を残した。その後、乾燥処理を施し、所定密度までプレスにより圧密化した。次いで、裁断により、幅213mmの正極を得た。この際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片とした。リード片の幅は10mm、隣り合うリード片の間隔は20mmとした。
[Production of positive electrode]
The positive electrode was produced as follows. A layered type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) which is a positive electrode active material was used. To this mixture of positive electrode active materials, scaly graphite (average particle size: 20 μm) as a conductive material and polyvinylidene fluoride as a binder were sequentially added and mixed to obtain a mixture of positive electrode materials. The weight ratio was set to active material: conductive material: binder = 90: 4.5: 5.5. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent was added to the above mixture and kneaded to form a slurry. A predetermined amount of this slurry was applied substantially uniformly and uniformly on both surfaces of a 20 μm thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector. The aluminum foil had a rectangular shape with a short side (width) of 213 mm, and an uncoated portion with a width of 50 mm was left along the long side on one side. Then, the drying process was performed and it consolidated by the press to the predetermined density. Next, a positive electrode having a width of 213 mm was obtained by cutting. At this time, a notch was made in the uncoated part, and the remaining part of the notch was used as a lead piece. The width of the lead piece was 10 mm, and the interval between adjacent lead pieces was 20 mm.

[負極の作製]
負極の作製を以下のように行った。負極活物質として非晶質炭素(日立化成株式会社製)を用いた。この非晶質炭素に結着材としてポリフッ化ビニリデンを添加した。これらの重量比は、活物質:結着材=92.4:7.6とした。これに分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを形成した。このスラリーを負極用の集電体である厚さ10μmの圧延銅箔の両面に実質的に均等かつ均質に所定量塗布した。圧延銅箔は、短辺(幅)が218mmの矩形状であり、片側の長辺に沿って50mmの幅の未塗布部を残した。その後、乾燥処理を施し、所定密度までプレスにより圧密化した。負極合材密度は1.15g/cm3 とした。次いで、裁断により、幅218mmの負極を得た。この際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片とした。リード片の幅は10mm、隣り合うリード片の間隔は20mmとした。
[Production of negative electrode]
The negative electrode was produced as follows. Amorphous carbon (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was used as the negative electrode active material. Polyvinylidene fluoride was added as a binder to the amorphous carbon. The weight ratio of these was active material: binder = 92.4: 7.6. A dispersion solvent N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added thereto and kneaded to form a slurry. A predetermined amount of this slurry was applied to both surfaces of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm, which is a negative electrode current collector, substantially uniformly and uniformly. The rolled copper foil had a rectangular shape with a short side (width) of 218 mm, and left an uncoated part with a width of 50 mm along the long side on one side. Then, the drying process was performed and it consolidated by the press to the predetermined density. The density of the negative electrode mixture was 1.15 g / cm 3 . Next, a negative electrode having a width of 218 mm was obtained by cutting. At this time, a notch was made in the uncoated part, and the remaining part of the notch was used as a lead piece. The width of the lead piece was 10 mm, and the interval between adjacent lead pieces was 20 mm.

[電池の作製]
図1にリチウムイオン電池の断面図を示す。上記正極と上記負極とを、これらが直接接触しないように厚さ30μmのポリエチレン製のセパレータを挟んで捲回する。このとき、正極板のリード片と負極板のリード片とが、それぞれ捲回群の互いに反対側の両端面に位置するようにする。また、正極板、負極板、セパレータの長さを調整し、捲回群径は63.25±0.5mmとした。
[Production of battery]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium ion battery. The positive electrode and the negative electrode are wound around a separator made of polyethylene having a thickness of 30 μm so that they do not directly contact each other. At this time, the lead piece of the positive electrode plate and the lead piece of the negative electrode plate are respectively positioned on the opposite end surfaces of the winding group. Further, the lengths of the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator were adjusted, and the wound group diameter was 63.25 ± 0.5 mm.

次いで、図1に示すように、正極から導出されているリード片9を変形させ、その全てを正極側の鍔部7の底部付近に集合し、接触させる。正極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(正極外部端子1)の周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。その後、超音波溶接によりリード片9を鍔部7の底部に接続し固定する。負極から導出されているリード片9と負極側の鍔部7の底部も同様に接続し固定する。この負極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(負極外部端子1')周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。   Next, as shown in FIG. 1, the lead pieces 9 led out from the positive electrode are deformed, and all of them are gathered near the bottom of the flange 7 on the positive electrode side and brought into contact with each other. The positive electrode side flange portion 7 is integrally formed so as to protrude from the periphery of the pole column (positive electrode external terminal 1) substantially on the extension line of the axis of the wound group 6, and has a bottom portion and a side portion. Thereafter, the lead piece 9 is connected and fixed to the bottom of the flange 7 by ultrasonic welding. The lead piece 9 led out from the negative electrode and the bottom of the flange 7 on the negative electrode side are similarly connected and fixed. The negative electrode side flange portion 7 is integrally formed so as to protrude from the periphery of the pole column (negative electrode external terminal 1 ′) substantially on the extension line of the axis of the wound group 6, and has a bottom portion and a side portion.

その後、粘着テープを用い、正極外部端子1側の鍔部7の側部および負極外部端子1'側の鍔部7の側部を覆い、絶縁被覆8を形成した。同様に、捲回群6の外周にも絶縁被覆8を形成した。例えば、この粘着テープを、正極外部端子1側の鍔部7の側部から捲回群6の外周面に亘って、さらに、捲回群6の外周面から負極外部端子1'側の鍔部7の側部に亘って、何重にも巻くことにより絶縁被覆8を形成する。絶縁被覆(粘着テープ)8としては、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着材を塗布した粘着テープを用いた。捲回群6の最大径部がステンレス製の電池容器5内径よりも僅かに小さくなるように絶縁被覆8の厚さ(粘着テープの巻き数)を調整し、捲回群6を電池容器5内に挿入した。なお、電池容器5の外径は67mmもしくは42mm、内径は66mmもしくは41mmのものを用いた。   Then, the insulating coating 8 was formed using an adhesive tape to cover the side of the flange 7 on the positive electrode external terminal 1 side and the side of the flange 7 on the negative electrode external terminal 1 ′ side. Similarly, an insulating coating 8 was formed on the outer periphery of the wound group 6. For example, this adhesive tape is stretched from the side of the flange 7 on the positive electrode external terminal 1 side to the outer peripheral surface of the winding group 6 and further from the outer periphery of the winding group 6 to the negative electrode external terminal 1 ′ side. Insulating coating 8 is formed by winding several times over the side of 7. As the insulating coating (adhesive tape) 8, an adhesive tape in which the base material was polyimide and an adhesive material made of hexamethacrylate was applied on one surface thereof was used. The thickness of the insulating coating 8 (the number of windings of the adhesive tape) is adjusted so that the maximum diameter portion of the wound group 6 is slightly smaller than the inner diameter of the stainless steel battery container 5, and the wound group 6 is placed in the battery container 5. Inserted into. The battery container 5 had an outer diameter of 67 mm or 42 mm and an inner diameter of 66 mm or 41 mm.

次いで、図1に示すように、セラミックワッシャ3'を、先端が正極外部端子1を構成する極柱および先端が負極外部端子1'を構成する極柱にそれぞれ嵌め込む。セラミックワッシャ3'は、アルミナ製であり、電池蓋4の裏面と当接する部分の厚さが2mm、内径16mm、外径25mmである。次いで、セラミックワッシャ3を電池蓋4に載置した状態で、正極外部端子1をセラミックワッシャ3に通し、また、他のセラミックワッシャ3を他の電池蓋4に載置した状態で、負極外部端子1'を他のセラミックワッシャ3に通す。セラミックワッシャ3は、アルミナ製であり、厚さ2mm、内径16mm、外径28mmの平板状である。   Next, as shown in FIG. 1, the ceramic washer 3 ′ is fitted into a pole column whose tip constitutes the positive electrode external terminal 1 and a pole column whose tip constitutes the negative electrode external terminal 1 ′. The ceramic washer 3 ′ is made of alumina, and the thickness of the portion in contact with the back surface of the battery lid 4 is 2 mm, the inner diameter is 16 mm, and the outer diameter is 25 mm. Next, with the ceramic washer 3 placed on the battery lid 4, the positive external terminal 1 is passed through the ceramic washer 3, and with the other ceramic washer 3 placed on the other battery lid 4, the negative external terminal Pass 1 'through another ceramic washer 3. The ceramic washer 3 is made of alumina and has a flat plate shape with a thickness of 2 mm, an inner diameter of 16 mm, and an outer diameter of 28 mm.

その後、電池蓋4の周端面を電池容器5の開口部に嵌合し、双方の接触部の全域をレーザー溶接する。このとき、正極外部端子1および負極外部端子1'は、それぞれ電池蓋4の中心にある穴(孔)を貫通して電池蓋4の外部に突出している。電池蓋4には、電池の内圧上昇に応じて開裂する開裂弁10が設けられている。なお、開裂弁10の開裂圧は、13〜18kgf/cm2とした。 Thereafter, the peripheral end surface of the battery lid 4 is fitted into the opening of the battery container 5 and the entire area of both contact portions is laser welded. At this time, the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 ′ pass through a hole (hole) in the center of the battery cover 4 and project outside the battery cover 4. The battery lid 4 is provided with a cleavage valve 10 that cleaves in response to an increase in the internal pressure of the battery. The cleavage pressure of the cleavage valve 10 was set to 13 to 18 kgf / cm 2 .

次いで、図1に示すように、金属ワッシャ11を、正極外部端子1および負極外部端子1'にそれぞれ嵌め込む。これによりセラミックワッシャ3上に金属ワッシャ11が配置される。金属ワッシャ11は、ナット2の底面より平滑な材料よりなる。   Next, as shown in FIG. 1, the metal washer 11 is fitted into the positive external terminal 1 and the negative external terminal 1 ′, respectively. Thereby, the metal washer 11 is disposed on the ceramic washer 3. The metal washer 11 is made of a material smoother than the bottom surface of the nut 2.

次いで、金属製のナット2を正極外部端子1および負極外部端子1'にそれぞれ螺着し、セラミックワッシャ3、金属ワッシャ11、セラミックワッシャ3'を介して電池蓋4を鍔部7とナット2と間で締め付けることにより固定する。このときの締め付けトルク値は70kgf・cmとした。なお、締め付け作業が終了するまで金属ワッシャ11は回転しなかった。この状態では、電池蓋4の裏面と鍔部7との間に介在させたゴム(EPDM)製のOリング12の圧縮により電池容器5の内部の発電要素は外気から遮断されている。   Next, the metal nut 2 is screwed to the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 ′, and the battery lid 4 is connected to the flange portion 7 and the nut 2 through the ceramic washer 3, the metal washer 11, and the ceramic washer 3 ′. Secure by tightening between. The tightening torque value at this time was 70 kgf · cm. The metal washer 11 did not rotate until the tightening operation was completed. In this state, the power generation element inside the battery container 5 is shielded from the outside air by the compression of the rubber (EPDM) O-ring 12 interposed between the back surface of the battery lid 4 and the flange 7.

その後、電池蓋4に設けられた注液口13から電解液を所定量電池容器5内に注入し、その後、注液口13を封止することにより円筒形リチウムイオン電池20を完成させた。   Thereafter, a predetermined amount of electrolytic solution was injected into the battery container 5 from the injection port 13 provided in the battery lid 4, and then the injection port 13 was sealed to complete the cylindrical lithium ion battery 20.

電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを、それぞれの体積比2:3:2で混合した混合溶液中へ、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/L溶解したものを用いた。なお、本実施例で作製した円筒形リチウムイオン電池20には、電池容器5の内圧の上昇に応じて電流を遮断するように作動する電流遮断機構は設けられていない。 As an electrolytic solution, 1.2 mol / L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in a mixed solution in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 3: 2. What was done was used. Note that the cylindrical lithium ion battery 20 manufactured in this example is not provided with a current interrupting mechanism that operates to interrupt the current in accordance with the increase in the internal pressure of the battery container 5.

[負極缶接続]
注液口13を封止し、注液完了後の3時間後に導線を用いて負極外部端子1'を電池容器5の外壁に接続した(負極缶接続)。この際、負極外部端子1'側はボルトで締結し、電池容器5の外壁側はテープで装着した。その後、正極外部端子1と負極外部端子1'の電圧を測定し、0Vであることを確認した。
[Negative electrode can connection]
The liquid injection port 13 was sealed, and the negative electrode external terminal 1 ′ was connected to the outer wall of the battery container 5 using a lead wire 3 hours after the completion of the liquid injection (negative electrode can connection). At this time, the negative electrode external terminal 1 ′ side was fastened with a bolt, and the outer wall side of the battery container 5 was attached with a tape. Then, the voltage of the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 ′ was measured and confirmed to be 0V.

その後、電解液を注液してから含浸するために7日間放置した。   Then, after injecting electrolyte solution, it was left to stand for 7 days for impregnation.

[初期化充放電サイクル]
初期化充放電サイクルは、25℃の温度環境下で実施した。充電、放電ともに電流値は0.5CAとした。充電は4.2Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)充電で、終止条件を3時間とした。放電は定電流放電(CC放電)で、2.7Vを終止条件とした。また、充放電間には30分の休止を入れた。これを3サイクル実施し、3サイクル目の放電容量を初期容量とした。
[Initialization charge / discharge cycle]
The initialization charge / discharge cycle was performed in a temperature environment of 25 ° C. The current value for both charging and discharging was 0.5 CA. Charging was constant current constant voltage (CCCV) charging with 4.2 V as the upper limit voltage, and the termination condition was 3 hours. The discharge was a constant current discharge (CC discharge), and 2.7 V was set as a termination condition. Further, a pause of 30 minutes was put between charge and discharge. This was carried out for three cycles, and the discharge capacity at the third cycle was set as the initial capacity.

なお、初期化充放電サイクルの回数は3サイクルに限られるものではない。   The number of initialization charge / discharge cycles is not limited to 3 cycles.

[エージング処理条件]
初期化充放電サイクルの実施後、3.7〜4.2Vまで充電し、25℃の温度環境下で7〜21日間エージングした。
[Aging processing conditions]
After carrying out the initialization charge / discharge cycle, the battery was charged to 3.7 to 4.2 V and aged in a temperature environment of 25 ° C. for 7 to 21 days.

[不良(内部短絡)検査]
エージング後、電池を解体してセパレータ2.2m2に見られる内部短絡痕と思われる黒点の有無を確認した。
[Defective (internal short circuit) inspection]
After aging, the battery was disassembled and the presence or absence of black spots that were thought to be internal short-circuit traces seen on the separator 2.2 m 2 was confirmed.

[実施例]
以下、本発明を適用した実施例を説明する。
[Example]
Examples to which the present invention is applied will be described below.

(実施例1)
注液口13を封止し、注液完了後の3時間後に導線を用いて負極外部端子1'を電池容器5の外壁に接続した(負極缶接続)。この際、負極外部端子1'側はボルトで締結し、電池容器5の外壁側はテープで装着した。
Example 1
The liquid injection port 13 was sealed, and the negative electrode external terminal 1 ′ was connected to the outer wall of the battery container 5 using a lead wire 3 hours after the completion of the liquid injection (negative electrode can connection). At this time, the negative electrode external terminal 1 ′ side was fastened with a bolt, and the outer wall side of the battery container 5 was attached with a tape.

(比較例1)
注液口13を封止し、注液完了後負極外部端子1' を電池容器5の外壁に接続しなかった。
(Comparative Example 1)
The liquid injection port 13 was sealed, and the negative electrode external terminal 1 ′ was not connected to the outer wall of the battery container 5 after completion of the liquid injection.

[検査結果]
表1は、上記の不良(内部短絡)検査の検査結果である。
[Inspection results]
Table 1 shows the inspection results of the above-described defect (internal short circuit) inspection.

Figure 2017182982
検査結果によれば、黒点数が減少することが判明した。理由は明確ではないが、負極を構成する銅の酸化反応を和らげ、負極での還元反応により鉄がセパレータ上に析出するのを防いだのではないかと考えられる。
Figure 2017182982
According to the inspection results, it was found that the number of sunspots decreased. The reason is not clear, but it is thought that the oxidation reaction of copper constituting the negative electrode was moderated and iron was prevented from being deposited on the separator by the reduction reaction at the negative electrode.

1 正極外部端子
1' 負極外部端子
2 ナット
3 セラミックワッシャ
3' セラミックワッシャ
4 電池蓋
5 電池容器
6 捲回群
7 鍔部
8 絶縁被覆
9 リード片
10 開裂弁
11 金属ワッシャ
12 Oリング
13 注液口
20 円筒形リチウムイオン電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode external terminal 1 'Negative electrode external terminal 2 Nut 3 Ceramic washer 3' Ceramic washer 4 Battery cover 5 Battery container 6 Winding group 7 鍔 part 8 Insulation coating 9 Lead piece 10 Cleavage valve 11 Metal washer 12 O ring 13 Injection port 20 Cylindrical lithium ion battery

Claims (5)

正極集電体に正極活物質が保持された正極と、負極集電体に負極活物質が保持された負極がセパレータを介して捲回されてなる捲回型の電極群が、鉄を含む材料により形成された電池缶内に収納され、前記正極と電気的接続されて前記電池缶の外部に配置される正極外部端子及び前記負極と電気的接続されて前記電池缶の外部に配置される負極外部端子が前記電池缶と電気絶縁性のある材料を介して配置され、前記電池缶内に電解液が注液されたリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記電池缶と前記負極外部端子を導電性を有する導線で接続した状態で初期化充放電サイクルを実施することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
A wound electrode group in which a positive electrode in which a positive electrode active material is held in a positive electrode current collector and a negative electrode in which a negative electrode active material is held in a negative electrode current collector is wound through a separator is a material containing iron The positive electrode external terminal which is housed in the battery can formed by the above-described method and is electrically connected to the positive electrode and disposed outside the battery can and the negative electrode which is electrically connected to the negative electrode and disposed outside the battery can A method of manufacturing a lithium ion battery in which an external terminal is disposed via a material that is electrically insulative with the battery can, and an electrolyte is injected into the battery can,
A method of manufacturing a lithium ion battery, wherein an initialization charge / discharge cycle is performed in a state where the battery can and the negative electrode external terminal are connected by a conductive wire.
前記初期化充放電サイクルを実施した後にエージングを実施し、
前記初期化充放電サイクルを実施した後または前記エージングを実施した後に、前記導線を外すことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池の製造方法。
Aging is performed after performing the initialization charge / discharge cycle,
2. The method of manufacturing a lithium ion battery according to claim 1, wherein the conducting wire is removed after performing the initialization charge / discharge cycle or after performing the aging.
前記負極集電体が銅を含む材料により形成されている請求項1または2に記載のリチウムイオン電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion battery according to claim 1, wherein the negative electrode current collector is formed of a material containing copper. 前記電池缶の形成に用いられる前記鉄を含む材料はステンレス材である請求項1に記載のリチウムイオン電池の製造方法。   The method for producing a lithium ion battery according to claim 1, wherein the iron-containing material used for forming the battery can is a stainless material. 前記初期化充放電サイクルは、定電流定電圧充電、休止、定電流放電を1回のサイクルとして、前記サイクルを複数回実施する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の製造方法。   5. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the initialization charge / discharge cycle is performed a plurality of times, with constant current / constant voltage charge, rest, and constant current discharge as one cycle. 6. Production method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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