JP2017195028A - Nonaqueous electrolyte battery, and method for manufacturing the same - Google Patents

Nonaqueous electrolyte battery, and method for manufacturing the same Download PDF

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詠子 石井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a nonaqueous electrolyte battery which can be charged repeatedly and which has good storage suitability under a high-temperature environment; and a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte battery.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte battery according to the present invention comprises: a flat plate like electrode body arranged by putting together positive and negative electrodes with a separator interposed therebetween; and a nonaqueous electrolyte solution. The negative electrode is composed of a laminate including a metal base layer of a metal unalloyable with Li, and an Al active layer joined to the base layer of the metal, in which a Li-Al alloy is produced at least on the side of a face of the Al active layer opposed to the positive electrode. The Al active layer in the laminate is formed by the Li-Al alloy production at least on the side of the face of the Al metal layer of a piece of laminate metal foil opposed to the positive electrode, provided that the piece of laminate metal foil is arranged by joining the Al metal layer to the metal base layer of the metal unalloyable with Li and is 35 (Hv) or more in Vickers hardness measured on the side of the Al metal layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、貯蔵特性が良好な非水電解液電池と、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery having good storage characteristics and a method for producing the same.

非水電解液電池は、高容量、高電圧などの特性を生かして、種々の用途に利用されている。特に近年では電気自動車の実用化などに伴い、車載用の非水電解液電池の需要が伸びている。   Non-aqueous electrolyte batteries are used for various applications by taking advantage of characteristics such as high capacity and high voltage. Particularly in recent years, with the commercialization of electric vehicles, demand for non-aqueous electrolyte batteries for in-vehicle use has increased.

非水電解液電池の車載用途としては、電気自動車のモーターの駆動電源への適用が主である一方で、それ以外への適用も進められている。例えば、現在、車両が事故などに遭遇した際に、それを関係各所へ通報するための緊急通報システムの開発が進行中であるが、その電源として、非水電解液電池の適用が検討されている。   As the in-vehicle use of the nonaqueous electrolyte battery, the application is mainly to the drive power source of the motor of the electric vehicle, but the application to other than that is also being promoted. For example, the development of an emergency call system is currently underway to notify the relevant places when a vehicle encounters an accident. However, the application of non-aqueous electrolyte batteries is being considered as the power source. Yes.

そのようなシステムは、実際に作動する機会が限られているものの、緊急時に確実に作動することが必要とされる。そのため、電源となる電池には、長期にわたって貯蔵しても、その特性を良好に維持できる信頼性が要求される。そこで、こうした用途には、電子機器の電源として汎用されている非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が利用されている。   Such a system is required to operate reliably in an emergency, although the opportunity to actually operate is limited. For this reason, a battery serving as a power source is required to have a reliability capable of maintaining its characteristics well even when stored for a long period of time. Therefore, for such applications, non-aqueous electrolysis has better storage characteristics than non-aqueous electrolyte secondary batteries, which are widely used as power sources for electronic devices, and has almost no decrease in capacity even when stored for a long period of several years or longer. Liquid primary batteries are used.

前記非水電解液一次電池の負極活物質には、金属リチウムや、Li−Al(リチウム−アルミニウム)合金などのリチウム合金が用いられているが、例えば特許文献1に記載されているように、非水電解液二次電池においても、負極活物質としてリチウム合金を用いることができる。   As the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte primary battery, metallic lithium or a lithium alloy such as a Li—Al (lithium-aluminum) alloy is used. For example, as described in Patent Document 1, Also in the nonaqueous electrolyte secondary battery, a lithium alloy can be used as the negative electrode active material.

なお、特許文献1では、Li−Al合金負極におけるLi−Al合金化に使用するアルミニウムに、特定のビッカース硬度のものを使用する技術を提案しており、これにより、リチウム二次電池(非水電解液二次電池)の充放電に伴う負極の反りの防止を可能としている。   Patent Document 1 proposes a technique of using a specific Vickers hardness as the aluminum used for Li-Al alloying in a Li-Al alloy negative electrode, whereby a lithium secondary battery (non-aqueous) is proposed. It is possible to prevent warping of the negative electrode accompanying charge / discharge of the electrolyte secondary battery.

また、特許文献2には、リチウムを吸蔵、放出可能な金属とリチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属とのクラッド材を用いて負極を構成することにより、Li−Al合金を負極に有する有機電解液二次電池の特性の安定化を実現することも提案されている。   Patent Document 2 discloses an organic material having a Li-Al alloy in a negative electrode by forming a negative electrode using a clad material of a metal capable of occluding and releasing lithium and a heterogeneous metal not capable of occluding and releasing lithium. It has also been proposed to stabilize the characteristics of the electrolyte secondary battery.

一方、前記の緊急通報システム用の電源のような用途においても、種々の事情から、繰り返しの充電が可能な電池が求められる場合もあるが、例えば前記のようなクラッド材を用いたとしても、必ずしも非水電解液二次電池の特性の安定化が実現できるわけではない。   On the other hand, even in applications such as the power supply for the emergency call system, there are cases where a battery that can be repeatedly charged is required due to various circumstances, for example, even if the cladding material as described above is used, It is not always possible to stabilize the characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery.

他方、特許文献3には、リチウムを吸蔵、放出可能な金属と、リチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属とのクラッド材であって、前記異種金属として特定種の金属を使用したり、異種金属の層の両面にリチウムを吸蔵、放出可能な金属の層を有するクラッド材と使用したりすることで、特性の安定化を達成し得た非水電解液電池(非水電解液二次電池)が提案されている。   On the other hand, Patent Document 3 is a clad material of a metal capable of occluding and releasing lithium and a dissimilar metal not capable of occluding and releasing lithium, and using a different kind of metal as the dissimilar metal, Non-aqueous electrolyte battery (non-aqueous electrolyte secondary battery) that has achieved stabilization of characteristics by using a clad material having a metal layer capable of inserting and extracting lithium on both sides of the metal layer ) Has been proposed.

特開平7−320723号公報JP-A-7-320723 特開平8−293302号公報JP-A-8-293302 国際公開第2016/039323号International Publication No. 2016/039323

特許文献3に記載の技術は、繰り返しの充電が可能な非水電解液電池の特性向上には有効なものであるが、車載用途のように高温下に置かれる可能性が高い用途が今後も更に増えることが想定される下では、非水電解液電池の高温貯蔵特性を高める技術の開発は、未だ重要であるといえる。   The technique described in Patent Document 3 is effective for improving the characteristics of a non-aqueous electrolyte battery that can be repeatedly charged. However, applications that are likely to be placed at high temperatures such as in-vehicle applications will continue to be used in the future. Under the assumption of further increase, it can be said that the development of technology for enhancing the high-temperature storage characteristics of non-aqueous electrolyte batteries is still important.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、繰り返しの充電が可能であり、かつ高温環境下での貯蔵特性が良好な非水電解液電池と、その製造方法とを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a nonaqueous electrolyte battery that can be repeatedly charged and has good storage characteristics in a high-temperature environment, and a method for producing the same. It is to provide.

前記目的を達成し得た本発明の非水電解液電池は、正極と負極とがセパレータを介して重ねられた平板状の電極体と、非水電解液とを有しており、前記負極は、Liと合金化しない金属基材層と、前記金属基材層に接合されたAl活性層とを含有する積層体であり、前記Al活性層の少なくとも前記正極と対向する面側にはLi−Al合金が生成しており、前記積層体における前記Al活性層は、Liと合金化しない金属基材層にAl金属層が接合されており、かつ前記Al金属層側で測定されるビッカース硬さが35(Hv)以上の積層金属箔の、前記Al金属層の少なくとも前記正極と対向する面側にLi−Al合金が生成することで形成されていることを特徴とするものである。   The non-aqueous electrolyte battery of the present invention that has achieved the above object has a plate-like electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte. , A laminate comprising a metal base layer not alloyed with Li and an Al active layer bonded to the metal base layer, and at least the surface of the Al active layer facing the positive electrode is Li- An Al alloy is formed, and the Al active layer in the laminate has a Vickers hardness measured on the Al metal layer side, in which an Al metal layer is bonded to a metal base layer that is not alloyed with Li Is formed by forming a Li—Al alloy on at least the surface of the Al metal layer facing the positive electrode of the laminated metal foil of 35 (Hv) or more.

また、本発明の非水電解液電池の製造方法は、正極と負極とがセパレータを介して重ねられた平板状の電極体と、非水電解液とを有する非水電解液電池を製造する方法であって、Liと合金化しない金属基材層にAl金属層が接合されてなる積層金属箔の前記Al金属層側と、正極とを、セパレータを介して対向させて平板状の電極体前駆体を形成する工程と、前記電極体前駆体と前記非水電解液とを外装体内に収容する工程と、前記積層金属箔の前記Al金属層の少なくとも前記正極と対向する面側にLi−Al合金を生成させて前記負極を形成することで、前記電極体前駆体を前記電極体とする工程とを有しており、前記積層金属箔として、Al金属層用シートとLiと合金化しない金属基材層用シートとを圧接した圧接材を焼鈍した後に冷間加工することで、前記Al金属層側で測定されるビッカース硬さを35(Hv)以上に調整した箔を使用することを特徴とする。   The method for producing a non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a method for producing a non-aqueous electrolyte battery having a flat electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte solution. In this case, the Al metal layer side of the laminated metal foil obtained by bonding an Al metal layer to a metal base layer that is not alloyed with Li and the positive electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween, so that a flat electrode precursor is obtained. Forming a body, housing the electrode body precursor and the non-aqueous electrolyte in an outer package, and forming Li-Al on at least the surface of the Al metal layer of the laminated metal foil facing the positive electrode Forming an anode by forming an alloy, and using the electrode body precursor as the electrode body, and as the laminated metal foil, an Al metal layer sheet and a metal that does not alloy with Li After annealing the pressure contact material that is pressure contacted with the base material layer sheet By cold working, characterized in that it uses a foil having an adjusted Vickers Hardness measured in the Al metal layer side 35 (Hv) or more.

本発明によれば、繰り返しの充電が可能であり、かつ高温環境下での貯蔵特性が良好な非水電解液電池と、その製造方法とを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte battery that can be repeatedly charged and has good storage characteristics in a high-temperature environment, and a manufacturing method thereof.

本発明の非水電解液電池に使用される負極(負極前駆体)の一例を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically an example of the negative electrode (negative electrode precursor) used for the nonaqueous electrolyte battery of this invention. 本発明の非水電解液電池の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view which represents typically an example of the nonaqueous electrolyte battery of this invention. 図2のI−I線断面図である。It is the II sectional view taken on the line of FIG.

Li(金属Li)や、Li−Al合金(LiとAlとの合金)は、炭素材料に比べてLi(Liイオン)の受け入れ性が低く、これを負極活物質に用いた非水電解液二次電池では、充放電を繰り返した際に、早期に容量が低下しやすい。こうしたことから、充放電を繰り返し行って使用することが想定されている非水電解液二次電池では、黒鉛などの炭素材料が負極活物質として汎用されている。   Li (metal Li) and Li—Al alloys (alloys of Li and Al) have lower acceptability of Li (Li ions) than carbon materials, and non-aqueous electrolytes using this as a negative electrode active material In the secondary battery, when charging and discharging are repeated, the capacity tends to decrease at an early stage. For these reasons, carbon materials such as graphite are widely used as negative electrode active materials in non-aqueous electrolyte secondary batteries that are expected to be repeatedly charged and discharged.

その一方で、炭素材料を負極活物質に用いた非水電解液二次電池では、自己放電が起きやすく、充電状態で貯蔵すると容量低下が生じやすい。   On the other hand, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material as a negative electrode active material, self-discharge is likely to occur, and the capacity is likely to decrease when stored in a charged state.

こうしたことから、車両緊急通報システムのように、実際に作動する機会が限られているものの、必要な際には確実に作動することが求められる装置の電源用の電池には、非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が適用されている。   For this reason, although there are limited opportunities for actual operation, such as a vehicle emergency call system, a battery for a power source of a device that is required to operate reliably when necessary is used as a non-aqueous electrolyte. Non-aqueous electrolyte primary batteries have been applied that have better storage characteristics than secondary batteries and have little capacity reduction even when stored for a long period of several years or longer.

その一方で、こうした用途においても、メンテナンスの容易さなどの理由から、通常の二次電池のように充放電を多数繰り返すことは求めないまでも、数回〜数十回程度の回数で充電が可能な電池の適用要請がある。   On the other hand, even in such applications, for reasons such as ease of maintenance, charging does not require repeated charging and discharging as many times as in ordinary secondary batteries, but charging can be performed several times to several tens of times. There is a request for application of possible batteries.

そこで、本発明の非水電解液電池では、特に車載用など高温環境下で使用される場合にあっても、高い貯蔵特性と高容量化とを実現することができ、また、ある程度の回数の充電が可能となるように、Li−Al合金を負極活物質として使用することにした。   Therefore, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention can realize high storage characteristics and high capacity even when used in a high temperature environment such as in-vehicle use, and a certain number of times. Li-Al alloy was used as the negative electrode active material so that charging was possible.

また、本発明の非水電解液電池では、その貯蔵特性を高めるために、放電時に負極の形状を安定にし、次回の充電を可能にする目的で集電体を使用する。   In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, in order to enhance the storage characteristics, a current collector is used for the purpose of stabilizing the shape of the negative electrode during discharge and enabling the next charge.

負極活物質にLi−Al合金を使用する電池では、Li箔(特に断らない限り、Li合金箔を含む。以下同じ。)とAl箔(特に断らない限り、Al合金箔を含む。以下同じ。)とを貼り合わせて電池内に導入し、非水電解液の共存下でLiとAlとを反応させてLi−Al合金を形成させることが行われている。ところが、更に集電体となる金属箔〔Cu(銅)箔やCu合金箔など〕を、Li箔とAl箔との積層体に単に重ねただけで電池内に挿入すると、貯蔵後(特に高温環境下での貯蔵後)に電池の内部抵抗が増大して、貯蔵特性が十分に向上しない。   In a battery using a Li—Al alloy as the negative electrode active material, a Li foil (including a Li alloy foil unless otherwise specified; the same shall apply hereinafter) and an Al foil (including an Al alloy foil unless otherwise specified); Are bonded together and introduced into the battery, and Li and Al are reacted in the presence of a non-aqueous electrolyte to form a Li—Al alloy. However, when a metal foil (Cu (copper) foil, Cu alloy foil, etc.) to be a current collector is inserted into the battery simply by being stacked on a laminate of Li foil and Al foil, after storage (particularly high temperature) The internal resistance of the battery increases after storage in the environment, and the storage characteristics are not sufficiently improved.

これは、電池内において、Li箔とAl箔との積層体でLi−Al合金が形成される際に体積変化が生じたり、Li−Al合金が形成されて微粉化が生じることで負極が非水電解液を吸収しやすくなって体積変化が生じたりして、Li−Al合金の層(Al箔)と集電体との密着性が確保できなくなるためであることが明らかとなった。   This is because, in the battery, the volume change occurs when the Li—Al alloy is formed by the laminate of the Li foil and the Al foil, or the Li—Al alloy is formed and pulverization occurs, so that the negative electrode is not It has been clarified that this is because it becomes difficult to absorb the water electrolyte solution and a volume change occurs, so that the adhesion between the Li-Al alloy layer (Al foil) and the current collector cannot be secured.

そこで、本発明では、Li−Al合金を形成するためのAl金属層(Al箔など)と、集電体として作用するLiと合金化しない金属基材層(Cu箔など)とをあらかじめ接合して用い、更に、その金属層の表面にLi層(Li箔など)を積層させ、前記Li層のLiと前記Al金属層のAlとを反応させる方法、または前記Al金属層と前記金属基材層との接合体をそのまま電池の組み立てに用い、組み立て後の充電によって、前記Al金属層のAlを非水電解液中のLiイオンと電気化学的に反応させる方法などにより、前記Al金属層の少なくとも表面側をLi−Al合金とし、前記金属基材層の表面にAl活性層が接合された負極とすることで、貯蔵時の内部抵抗の増大を抑え得ることを可能とした。   Therefore, in the present invention, an Al metal layer (Al foil or the like) for forming a Li—Al alloy and a metal base layer (Cu foil or the like) that is not alloyed with Li acting as a current collector are bonded in advance. In addition, a method of laminating a Li layer (Li foil or the like) on the surface of the metal layer and reacting Li of the Li layer and Al of the Al metal layer, or the Al metal layer and the metal substrate The assembly of the Al metal layer is used as it is for assembling the battery, and the Al metal layer is subjected to electrochemical reaction with Li ions in the non-aqueous electrolyte by charging after assembly. At least the surface side is made of a Li—Al alloy, and the negative electrode in which an Al active layer is bonded to the surface of the metal base material layer makes it possible to suppress an increase in internal resistance during storage.

また、負極を形成するための積層金属箔、すなわち、金属基材層と、この金属基材層に接合されたAl金属層とを有する積層金属箔に、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが特定値以上に調整された箔を使用し、そのAl金属層の少なくとも前記正極と対向する面側にLi−Al合金を生成させることで、金属基材層の表面にAl活性層が接合された積層体を有する負極とした場合には、理由は定かではないが、電池を高温下で貯蔵した後の放電特性を、より良好に維持できることが判明した。   Further, a laminated metal foil for forming a negative electrode, that is, a laminated metal foil having a metal base layer and an Al metal layer bonded to the metal base layer, is subjected to Vickers hardness measured on the Al metal layer side. Using a foil whose thickness is adjusted to a specific value or more and forming an Li-Al alloy on at least the surface of the Al metal layer facing the positive electrode, an Al active layer is bonded to the surface of the metal substrate layer. In the case of the negative electrode having the laminated body, the reason is not clear, but it has been found that the discharge characteristics after storing the battery at a high temperature can be maintained better.

なお、特許文献1では、Li−Al合金を有する負極において使用するアルミニウムのビッカース硬さを特定範囲とすることで、Li−Al合金化の際の負極の反りをあまり大きくすることなく、電池の充電時に生じ得る負極の反りを防止できることで、良好な充放電特性を確保できることを指摘している。   In Patent Document 1, by setting the Vickers hardness of aluminum used in the negative electrode having a Li—Al alloy within a specific range, the warpage of the negative electrode at the time of forming the Li—Al alloy is not increased so much. It has been pointed out that good charge / discharge characteristics can be secured by preventing the warpage of the negative electrode that may occur during charging.

ところが、本発明においては、負極の金属基材層を特定種の金属で構成することや、金属基材層の両面にAl金属層が接合した積層金属箔を使用することで金属基材層の両面にAl活性層が接合した負極とすることといった、電池の充電時に生じ得る負極の反りを抑制する構成(詳細は後述する)を採用した場合においても、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが特定値以上に調整された積層金属箔を使用した場合と、前記ビッカース硬さが前記特定値を満たさない積層金属箔を使用した場合とで、電池の高温貯蔵特性に差が生じ、前者の方がより優れた高温貯蔵特性を示すことを確認している(これについては、後記の実施例で説明する)。よって、本発明において前記効果が奏されるメカニズムは、特許文献1において指摘されているメカニズムとは全く異なっていると推測される。   However, in the present invention, the metal base layer of the negative electrode is composed of a specific type of metal, or the metal base layer is formed by using a laminated metal foil in which an Al metal layer is bonded to both sides of the metal base layer. Vickers hardness measured on the Al metal layer side even when adopting a configuration that suppresses warpage of the negative electrode that may occur during battery charging (details will be described later), such as a negative electrode with an Al active layer bonded on both sides. When the laminated metal foil whose thickness is adjusted to a specific value or more is used and when the laminated metal foil whose Vickers hardness does not satisfy the specific value is used, a difference occurs in the high-temperature storage characteristics of the battery, the former Has been confirmed to exhibit better high-temperature storage characteristics (this will be described in the examples below). Therefore, it is presumed that the mechanism that achieves the above effect in the present invention is completely different from the mechanism pointed out in Patent Document 1.

負極の形成に使用する積層金属箔は、Al基材層の片面または両面にAl金属層が接合されたもの(例えば、クラッド材)である。   The laminated metal foil used for forming the negative electrode is one in which an Al metal layer is bonded to one side or both sides of an Al base layer (for example, a clad material).

また、前記積層金属箔には、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが35(Hv)以上の箔、より具体的には、Al金属層用シートとLiと合金化しない金属基材層用シートとを圧接した圧接材を拡散焼鈍(例えば150〜550℃程度)した後に冷間加工することで、前記Al金属層側で測定されるビッカース硬さを35(Hv)以上に調整した箔(クラッド材)を使用する。   The laminated metal foil is a foil having a Vickers hardness of 35 (Hv) or more measured on the Al metal layer side, more specifically, an Al metal layer sheet and a metal substrate layer that is not alloyed with Li. The foil which adjusted the Vickers hardness measured by the said Al metal layer side to 35 (Hv) or more by carrying out cold processing after carrying out the diffusion annealing (for example, about 150-550 degreeC) the pressure welding material which pressure-contacted the sheet | seat for water (Clad material) is used.

通常のクラッド材の製造では、2種以上の金属シートを重ねて圧接(圧延)し、得られた圧接材を拡散焼鈍してから冷間加工して薄く延ばす方法が採用されている。ここで、得られたクラッド材が充放電による電極の反りを抑制することが可能な場合は、正極と負極とがセパレータを介して重ねられた平板状の電極体を形成する際に、電極とセパレータとの密着性をより高めるために、柔軟性が高いことが好ましい。そのような要求に対しては、クラッド材の製造において、冷間加工後に更に熱処理が施すことが一般的に行われる。そのため、通常、このような製法により得られたクラッド材は柔らかく、金属シートの1つにAl金属シートを使用して得られたクラッド材の場合、このAl金属シート由来のAl金属層側で測定されるビッカース硬さは、35(Hv)より低くなる。   In the production of a normal clad material, a method is adopted in which two or more kinds of metal sheets are stacked and pressure-welded (rolled), and the obtained pressure-welded material is diffusion-annealed and then cold-worked and thinned. Here, when the obtained clad material can suppress warping of the electrode due to charge and discharge, when forming a flat electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are stacked via the separator, In order to further improve the adhesion to the separator, it is preferable that the flexibility is high. In order to meet such demands, in the production of the clad material, it is generally performed to further perform a heat treatment after the cold working. Therefore, the clad material obtained by such a manufacturing method is usually soft, and in the case of a clad material obtained by using an Al metal sheet as one of the metal sheets, measurement is made on the Al metal layer side derived from the Al metal sheet. The Vickers hardness is lower than 35 (Hv).

ところが、冷間加工後に熱処理を施さないようにすることで、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが35(Hv)以上となるように製造した積層金属箔を、負極の形成に用いた場合には、前記の通り、理由は定かではないが、電池の高温貯蔵特性が向上する。   However, the laminated metal foil manufactured so that the Vickers hardness measured on the Al metal layer side is 35 (Hv) or more by using no heat treatment after cold working was used for forming the negative electrode. In this case, as described above, the reason is not clear, but the high-temperature storage characteristics of the battery are improved.

負極の形成に使用する積層金属箔は、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが、35(Hv)以上であればよく、37(Hv)以上であることが好ましく、また、90(Hv)以下であることが好ましく、50(Hv)以下であることが更に好ましい。すなわち、前記製法によって得られる積層金属箔においては、Al金属層側で測定されるビッカース硬さが、35(Hv)以上〔好ましくは37(Hv)以上で、90(Hv)以下〕となるように製造条件を選択して製造されたものであればよい。   The laminated metal foil used for forming the negative electrode may have a Vickers hardness measured on the Al metal layer side of 35 (Hv) or higher, preferably 37 (Hv) or higher, and 90 (Hv). ) Or less, more preferably 50 (Hv) or less. That is, in the laminated metal foil obtained by the manufacturing method, the Vickers hardness measured on the Al metal layer side is 35 (Hv) or more [preferably 37 (Hv) or more and 90 (Hv) or less]. As long as it is manufactured by selecting the manufacturing conditions.

本明細書でいう積層金属箔のビッカース硬さは、積層金属箔のAl金属層側において、JIS Z 2244の規定に従って測定した値である。なお、金属基材層の両面にAl金属層が接合している積層金属箔の場合には、前記の製法により製造していれば、2つのAl金属層のうちのいずれか一方のビッカース硬さが前記特定値を満たすときには、他方のビッカース硬さも前記特定値を満たす。   The Vickers hardness of the laminated metal foil referred to in this specification is a value measured in accordance with JIS Z 2244 on the Al metal layer side of the laminated metal foil. In addition, in the case of the laminated metal foil in which the Al metal layer is bonded to both surfaces of the metal base layer, the Vickers hardness of either one of the two Al metal layers, if manufactured by the above-described manufacturing method When the value satisfies the specific value, the other Vickers hardness also satisfies the specific value.

本発明の非水電解液電池では、前記ビッカース硬さを満たす積層金属箔を使用し、そのAl金属層の少なくとも表面にLi−Al合金を生成させることでAl活性層を形成して負極とする。Al金属層にLi−Al合金を生成させるには、以下の第1、第2のいずれの方法を採用してもよい。   In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, a laminated metal foil satisfying the Vickers hardness is used, and an Al active layer is formed on at least the surface of the Al metal layer to form an Al active layer, thereby forming a negative electrode. . In order to generate the Li—Al alloy in the Al metal layer, any of the following first and second methods may be employed.

本発明の非水電解液電池に係る負極の形成の第1の方法には、Liと合金化しない金属基材層(以下、単に「基材層」という)とAl金属層(以下、単に「Al層」という)とを接合して形成した積層金属箔の、Al層の表面に、Li箔を貼り合わせるなどの方法によりLi層が形成された積層体を使用する。   The first method of forming the negative electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention includes a metal base layer that is not alloyed with Li (hereinafter simply referred to as “base layer”) and an Al metal layer (hereinafter simply referred to as “ A laminated body in which a Li layer is formed by a method such as bonding a Li foil to the surface of an Al layer of a laminated metal foil formed by bonding an Al layer) is used.

前記基材層は、Cu、Ni、Ti、Feなどの金属、またはそれら元素と他の元素との合金(ただし、ステンレス鋼などの、Liと反応しない合金)により構成することができるが、基材層を薄くしても充電時の負極の膨張(および、それに伴う反りなどの負極の変形)を充分に抑制してするためには、基材層を、ニッケル、チタンおよび鉄より選択される金属またはその合金のように、引っ張り強さが高い材料で構成すればよく、室温での引っ張り強さが400N/mm以上の材料で構成することが好ましい。 The base material layer can be composed of a metal such as Cu, Ni, Ti, or Fe, or an alloy of these elements and other elements (however, an alloy that does not react with Li, such as stainless steel). In order to sufficiently suppress the expansion of the negative electrode during charging (and the deformation of the negative electrode such as warping associated therewith) even if the material layer is thinned, the base material layer is selected from nickel, titanium and iron What is necessary is just to comprise with a material with high tensile strength like a metal or its alloy, and it is preferable to comprise with the material whose tensile strength in room temperature is 400 N / mm < 2 > or more.

すなわち、電極の面積が比較的小さいコイン形電池などでは、Cu(引っ張り強さ:220N/mm)のように引っ張り強さが低い材料により基材層を構成しても、負極の膨張による影響が小さいため、例えば、基材層を封口板に抵抗溶接することにより、所定の特性の電池を構成することができるが、電極の面積が大きくなった場合、または複数の負極が積層された場合などでは、負極の膨張によって生じる反りなどの負極の変形のために引き起こされる電池の特性低下が大きくなってしまう。一方、Ni(490N/mm)、Ti(410N/mm)、SUS304(600N/mm)など、Ni、TiおよびFeより選択される金属か、またはその合金で基材層を構成することにより、薄くても優れた膨張抑制の効果(負極の変形抑制効果)を得ることができ、特に、Al活性層の面積(複数ある場合は、総面積)が、10cm以上となる場合には、前記材料とすることによる効果がより顕著となる。 That is, in a coin-type battery or the like having a relatively small electrode area, even if the base material layer is made of a material having a low tensile strength such as Cu (tensile strength: 220 N / mm 2 ), the influence due to the expansion of the negative electrode. Therefore, for example, a battery having a predetermined characteristic can be formed by resistance welding the base material layer to the sealing plate. However, when the area of the electrode is increased, or when a plurality of negative electrodes are laminated For example, the battery characteristic deterioration caused by deformation of the negative electrode such as warpage caused by expansion of the negative electrode is increased. On the other hand, the base material layer is made of a metal selected from Ni, Ti and Fe, such as Ni (490 N / mm 2 ), Ti (410 N / mm 2 ), SUS304 (600 N / mm 2 ), or an alloy thereof. the thin also has the advantages of excellent expansion inhibition (deformation suppressing effect of the negative electrode) and, in particular, (if there are multiple, the total area) area of Al active layer when a becomes 10 cm 2 or more The effect of using the material becomes more remarkable.

一方、負極のインピーダンスを低くするためには、室温での体積固有抵抗が低い材料で基材層を構成するのがよく、体積固有抵抗が80×10−6Ω・cm以下の材料であることが好ましく、体積固有抵抗が30×10−6Ω・cm以下の材料であることがより好ましく、体積固有抵抗が15×10−6Ω・cm以下の材料であることが特に好ましい。 On the other hand, in order to reduce the impedance of the negative electrode, the base material layer should be composed of a material having a low volume resistivity at room temperature, and the volume resistivity should be 80 × 10 −6 Ω · cm or less. More preferred is a material having a volume resistivity of 30 × 10 −6 Ω · cm or less, and particularly preferred is a material having a volume resistivity of 15 × 10 −6 Ω · cm or less.

前記材料の体積固有抵抗は、それぞれNi:6.8×10−6Ω・cm、Ti:55×10−6Ω・cm、SUS304:72×10−6Ω・cmであり、体積固有抵抗の点からは、Niまたはその合金によって基材層を構成することが特に好ましい。 The volume resistivity of the material is Ni: 6.8 × 10 −6 Ω · cm, Ti: 55 × 10 −6 Ω · cm, and SUS304: 72 × 10 −6 Ω · cm, respectively. From the point of view, it is particularly preferable that the base material layer is made of Ni or its alloy.

前記Al層は、純Al、または、強度の向上などを目的とする添加元素を有するAl合金により構成することができる。   The Al layer can be composed of pure Al or an Al alloy having an additive element for the purpose of improving the strength.

前記Li層の形成には、前記Al層の表面にLi箔を貼り合わせる方法や、蒸着膜を形成する方法などを用いることができる。   For the formation of the Li layer, a method of attaching a Li foil to the surface of the Al layer, a method of forming a vapor deposition film, or the like can be used.

図1に、本発明の非水電解液電池に使用される負極を形成するための積層体(負極前駆体)の一例を模式的に表す断面図を示している。図1の負極前駆体100は、基材層101aの両面にAl層101b、101bを接合して構成した積層金属箔101の、Al層101b、101bの表面に、Li箔102、102が貼り合わされて形成された積層体である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a laminate (negative electrode precursor) for forming a negative electrode used in the nonaqueous electrolyte battery of the present invention. In the negative electrode precursor 100 of FIG. 1, Li foils 102 and 102 are bonded to the surfaces of Al layers 101b and 101b of a laminated metal foil 101 formed by bonding Al layers 101b and 101b to both surfaces of a base material layer 101a. It is the laminated body formed in this way.

前記の負極前駆体を用いて負極を形成する非水電解液電池では、非水電解液の共存下でLi箔のLiとAl層のAlとが反応し、Al層のLi箔が貼り合わされた側(セパレータ側)の表面にLi−Al合金が生成して、Al活性層に変化する。すなわち、前記負極のAl活性層の少なくとも表面側(Li箔側)には、非水電解液電池内で形成されたLi−Al合金が存在する。   In the non-aqueous electrolyte battery in which the negative electrode is formed using the negative electrode precursor, Li in the Li foil and Al in the Al layer reacted in the presence of the non-aqueous electrolyte, and the Li foil in the Al layer was bonded. A Li—Al alloy is formed on the surface (separator side) and changes to an Al active layer. That is, at least the surface side (Li foil side) of the Al active layer of the negative electrode has a Li—Al alloy formed in the nonaqueous electrolyte battery.

負極前駆体では、基材層とAl層とを接合して形成した積層金属箔において、基材層の片面にAl層を接合していてもよく、また、図1に示すように基材層の両面にAl層を接合していてもよい。なお、基材層の両面にAl層が接合された積層金属箔を用いた場合には、電池の充電に伴って負極の膨張が生じても、負極の反りなどの変形の発生を抑えることができるため、充放電サイクル特性などの電池特性がより向上する。   In the negative electrode precursor, in the laminated metal foil formed by joining the base material layer and the Al layer, the Al layer may be joined to one side of the base material layer, and as shown in FIG. Al layers may be bonded to both sides of the substrate. In addition, when using a laminated metal foil with Al layers bonded to both sides of the base material layer, even if the negative electrode expands as the battery is charged, the occurrence of deformation such as warping of the negative electrode can be suppressed. Therefore, battery characteristics such as charge / discharge cycle characteristics are further improved.

そして、基材層とAl層とを接合して形成した積層金属箔と、Li箔とが貼り合わされて形成された積層体においては、基材層の両面のAl層の表面(基材層と接合していない面)にLi箔を貼り合わせる。   And in the laminated body formed by bonding the laminated metal foil formed by bonding the base material layer and the Al layer and the Li foil, the surface of the Al layer on both sides of the base material layer (the base material layer and Li foil is bonded to the non-bonded surface.

以下では、基材層がCu(Cu箔)である場合、および基材層がNi(Ni箔)である場合を例示して説明するが、基材層がCuやNi以外の材料である場合も同様である。   In the following, the case where the base material layer is Cu (Cu foil) and the case where the base material layer is Ni (Ni foil) will be described as an example, but the base material layer is a material other than Cu or Ni. Is the same.

Cu層とAl層とを接合して形成した積層金属箔に係るCu層としては、Cu(および不可避不純物)からなる層や、合金成分としてZr、Cr、Zn、Ni、Si、Pなどを含み、残部がCuおよび不可避不純物であるCu合金(前記合金成分の含有量は、例えば、合計で10質量%以下、好ましくは1質量%以下)からなる層などが挙げられる。   The Cu layer related to the laminated metal foil formed by joining the Cu layer and the Al layer includes a layer made of Cu (and inevitable impurities) and Zr, Cr, Zn, Ni, Si, P, etc. as alloy components. A layer composed of Cu alloy with the balance being Cu and inevitable impurities (the content of the alloy components is, for example, 10% by mass or less, preferably 1% by mass or less in total).

Ni層とAl層とを接合して形成した積層金属箔に係るNi層としては、Ni(および不可避不純物)からなる層や、合金成分としてZr、Cr、Zn、Cu、Fe、Si、Pなどを含み、残部がNiおよび不可避不純物であるNi合金(前記合金成分の含有量は、例えば、合計で20質量%以下)からなる層などが挙げられる。   As the Ni layer related to the laminated metal foil formed by joining the Ni layer and the Al layer, a layer made of Ni (and inevitable impurities), Zr, Cr, Zn, Cu, Fe, Si, P, etc. as alloy components And the balance is Ni and an inevitable impurity Ni alloy (the content of the alloy components is, for example, 20% by mass or less in total).

更に、Cu層とAl層とを接合して形成した積層金属箔やNi層とAl層とを接合して形成した積層金属箔に係るAl層としては、Al(および不可避不純物)からなる層や、合金成分としてFe、Ni、Co、Mn、Cr、V、Ti、Zr、Nb、Moなどを含み、残部がAlおよび不可避不純物であるAl合金(前記合金成分の含有量は、例えば、合計で50質量%以下)からなる層などが挙げられる。   Furthermore, as a laminated metal foil formed by joining a Cu layer and an Al layer, or an Al layer related to a laminated metal foil formed by joining a Ni layer and an Al layer, a layer made of Al (and inevitable impurities) Al alloy containing Fe, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, etc. as the alloy component, the balance being Al and inevitable impurities (content of the alloy component is, for example, in total 50% by mass or less).

Cu層とAl層とを接合して形成した積層金属箔やNi層とAl層とを接合して形成した積層金属箔においては、負極活物質となるLi−Al合金の割合を一定以上とするために、基材層であるCu層やNi層の厚みを100としたときに、Al層の厚み(ただし、基材層であるCu層やNi層の両面にAl層を接合させた場合には、片面あたりの厚み。以下同じ。)は、10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、50以上であることが更に好ましく、70以上であることが特に好ましい。また、集電効果を高め、Li−Al合金を十分に保持するためには、Cu層とAl層とを接合して形成した積層金属箔やNi層とAl層とを接合して形成した積層金属箔において、基材層であるCu層やNi層の厚みを100としたときに、Al層の厚みは、400以下であることが好ましく、300以下であることがより好ましく、200以下であることが特に好ましく、180以下であることが最も好ましい。   In the laminated metal foil formed by joining the Cu layer and the Al layer or the laminated metal foil formed by joining the Ni layer and the Al layer, the ratio of the Li—Al alloy serving as the negative electrode active material is set to a certain level or more. Therefore, when the thickness of the Cu layer or Ni layer as the base material layer is 100, the thickness of the Al layer (however, when the Al layer is bonded to both sides of the Cu layer or Ni layer as the base material layer) Is the thickness per side. The same shall apply hereinafter.) Is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, still more preferably 50 or more, and particularly preferably 70 or more. In addition, in order to enhance the current collecting effect and sufficiently hold the Li-Al alloy, a laminated metal foil formed by joining a Cu layer and an Al layer or a laminated metal layer formed by joining a Ni layer and an Al layer In the metal foil, the thickness of the Al layer is preferably 400 or less, more preferably 300 or less, and 200 or less when the thickness of the Cu layer or Ni layer as the base material layer is 100. Particularly preferred is 180 or less.

なお、基材層であるCu層やNi層の厚みは、10〜50μmであることが好ましく、40μm以下であることがより好ましい。また、Al層の厚み(ただし、基材層であるCu層やNi層の両面にAl層を接合させた場合には、片面あたりの厚み)は、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることが特に好ましく、また、150μm以下であることが好ましく、70μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが特に好ましい。   In addition, it is preferable that the thickness of Cu layer and Ni layer which is a base material layer is 10-50 micrometers, and it is more preferable that it is 40 micrometers or less. Further, the thickness of the Al layer (however, when the Al layer is bonded to both sides of the Cu layer or Ni layer as the base material layer), the thickness per side is preferably 10 μm or more, and is 20 μm or more. More preferably, it is 30 μm or more, particularly preferably 150 μm or less, more preferably 70 μm or less, and particularly preferably 50 μm or less.

Cu層とAl層とを接合して形成した積層金属箔やNi層とAl層とを接合して形成した積層金属箔の厚みは、負極の容量を一定以上とするために、50μm以上であることが好ましく、60μm以上であることがより好ましく、また、正極活物質との容量比を適切な範囲とするために、300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることが特に好ましい。   The thickness of the laminated metal foil formed by joining the Cu layer and the Al layer or the laminated metal foil formed by joining the Ni layer and the Al layer is 50 μm or more in order to make the capacity of the negative electrode constant or more. It is preferably 60 μm or more, and is preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less, and more preferably 150 μm or less so that the capacity ratio with the positive electrode active material is within an appropriate range. It is particularly preferred that

負極前駆体に使用するLi箔としては、Ll(および不可避不純物)からなる箔や、合金成分としてFe、Ni、Co、Mn、Cr、V、Ti、Zr、Nb、Moなどを合計で40質量%以下の量で含み、残部がLiおよび不可避不純物であるLi合金からなる箔などが挙げられる。   As a Li foil used for the negative electrode precursor, a foil made of Ll (and inevitable impurities) and Fe, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, etc. as a total of 40 masses as alloy components Examples include a foil made of a Li alloy that is contained in an amount of not more than% and the balance is Li and inevitable impurities.

また、積層金属箔の表面にLi箔が貼り合わされて形成された前記の積層体を負極前駆体として用いて負極のAl活性層を形成する方法以外に、第2の方法として、前記積層金属箔をそのまま負極前駆体として使用して電池を組み立て、組み立て後の電池を充電する方法によっても、負極を構成するAl活性層を形成することができる。   In addition to the method of forming the Al active layer of the negative electrode by using the laminate formed by bonding the Li foil to the surface of the laminated metal foil as the negative electrode precursor, the second method is the laminated metal foil. The Al active layer constituting the negative electrode can also be formed by a method of assembling a battery using as a negative electrode precursor as it is and charging the assembled battery.

すなわち、前記積層金属箔のAl金属層の少なくとも表面側のAlを、電池の充電によって非水電解液中のLiイオンと電気化学的に反応させることにより、少なくとも表面側にLi−Al合金が生成したAl活性層とすることも可能である。   That is, at least the surface side Al of the Al metal layer of the laminated metal foil is electrochemically reacted with Li ions in the non-aqueous electrolyte by charging the battery, thereby generating a Li-Al alloy at least on the surface side. It is also possible to use an Al active layer.

Li箔が貼り合わされていない前記積層金属箔を負極前駆体として用いる第2の方法によれば、電池の製造工程を簡略化することができる。ただし、負極前駆体を用いてAl活性層を形成することにより、Li−Al合金の不可逆容量を、負極前駆体のLi層のLiが相殺することになることから、高容量化のためには、第1の方法で負極を形成(負極のAl活性層を形成)することが好ましく、また、第1の方法に係る負極前駆体を用いて電池を組み立て、更に充電を行って負極を形成(負極のAl活性層を形成)してもよい。   According to the second method in which the laminated metal foil to which no Li foil is bonded is used as the negative electrode precursor, the battery manufacturing process can be simplified. However, by forming the Al active layer using the negative electrode precursor, the irreversible capacity of the Li—Al alloy is offset by the Li of the Li layer of the negative electrode precursor. It is preferable to form a negative electrode by the first method (form an Al active layer of the negative electrode). Also, a battery is assembled using the negative electrode precursor according to the first method, and further charged to form a negative electrode ( (Al active layer of negative electrode may be formed).

本発明の非水電解液電池のように、Liと合金化しない金属基材層と、前記金属基材層に接合されたAl活性層とを含有する積層体を負極として有する電池においては、負極活物質として作用する物質の結晶構造を良好に保って負極の電位を安定化させて、より優れた貯蔵特性を確保する観点から、第1の方法および第2の方法のいずれの方法によって負極のAl活性層を形成する場合であっても、負極のAl活性層におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量が、48原子%以下である範囲において電池を使用することが好ましい。すなわち、電池の充電時に、Al活性層のLiの含有量が48原子%を超えない範囲で充電を終止することが好ましく、Liの含有量が、40原子%以下である範囲において充電を終止することがより好ましく、35原子%以下である範囲において充電を終止することが特に好ましい。   In a battery having, as a non-aqueous electrolyte battery of the present invention, a negative electrode including a laminate including a metal base layer not alloyed with Li and an Al active layer bonded to the metal base layer, the negative electrode From the viewpoint of maintaining a good crystal structure of the substance acting as the active material and stabilizing the potential of the negative electrode to ensure better storage characteristics, the negative electrode is formed by any one of the first method and the second method. Even when the Al active layer is formed, the battery is used in a range where the Li content is 48 atomic% or less when the total of Li and Al in the Al active layer of the negative electrode is 100 atomic%. It is preferable. That is, when charging the battery, it is preferable to terminate the charging in a range where the Li content of the Al active layer does not exceed 48 atomic%, and the charging is terminated in a range where the Li content is 40 atomic% or less. More preferably, it is particularly preferable to terminate the charging in a range of 35 atomic% or less.

前記積層金属箔のAl層は、全体がLiと合金化して活物質として作用してもよいが、Al層のうちの基材層側をLiと合金化させず、Al活性層を、表面側のLi−Al合金層と基材側に残存するAl層との積層構造とすることがより好ましい。   The Al layer of the laminated metal foil may be entirely alloyed with Li and act as an active material, but the Al layer is not alloyed with Li on the base layer side of the Al layer, and the Al active layer is placed on the surface side. It is more preferable to have a laminated structure of the Li—Al alloy layer and the Al layer remaining on the substrate side.

すなわち、前記の状態で充電を終止することにより、前記Al層のセパレータ側(正極側)を、Liと反応させてLi−Al合金(α相とβ相との混合相またはβ相)とし、一方、前記基材層との接合部付近のAl層は、実質的にLiと反応させずに元のAl層のまま残存するか、またはセパレータ側よりもLiの含有量が低くなると推測され、元のAl層と基材層との優れた密着性を維持することができ、セパレータ側に形成されたLi−Al合金を基材層上に保持しやすくなると考えられる。特に、前記Al層のセパレータ側に形成されるLi−Al合金に、α相が混在した状態で充電を終止することがより好ましい。   That is, by terminating charging in the above state, the separator side (positive electrode side) of the Al layer is reacted with Li to form a Li-Al alloy (a mixed phase or β phase of α and β phases), On the other hand, the Al layer in the vicinity of the joint with the base material layer is presumed to remain as the original Al layer without reacting with Li substantially, or the Li content is lower than the separator side, It is considered that excellent adhesion between the original Al layer and the base material layer can be maintained, and the Li—Al alloy formed on the separator side can be easily held on the base material layer. In particular, it is more preferable to stop the charging in a state where the α phase is mixed in the Li—Al alloy formed on the separator side of the Al layer.

なお、本明細書では、「実質的にLiと合金化していないAl」は、Al層がLiを含有していない状態のほか、Liを数at%以下の範囲で固溶したα相の状態のものも対象とし、「実質的にLiと反応させない」とは、Liを数at%以下の範囲で固溶した状態も含め、Alがα相の状態のままで維持されることを指すものとする。   In the present specification, “Al substantially not alloyed with Li” means that the Al layer does not contain Li, or the state of α phase in which Li is dissolved in a range of several at% or less. "Substantially do not react with Li" means that Al is maintained in the α-phase state, including the state where Li is dissolved in a range of several at% or less. And

また、本発明の非水電解液電池においては、容量および重負荷放電特性をより高める観点から、LiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量が、15原子%以上となる範囲まで電池を充電することが好ましく、20原子%以上となる範囲まで電池を充電することがより好ましい。   In the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, from the viewpoint of further increasing the capacity and heavy load discharge characteristics, the Li content when the total of Li and Al is 100 atomic% is 15 atomic% or more. It is preferable to charge the battery to such a range, and it is more preferable to charge the battery to a range of 20 atomic% or more.

更に、本発明の非水電解液電池に係る負極は、Al金属相(α相)とLi−Al合金相(β相)とが共存する状態で放電を終了することが望ましく、これにより、充放電時の負極の体積変化を抑制し、充放電サイクルでの容量劣化を抑制することができる。負極にLi−Al合金のβ相を残存させるためには、放電終了時の、負極におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量を、およそ3原子%以上とすればよく、5原子%以上とすることが好ましい。一方、放電容量を大きくするためには、放電終了時のLi含有量は、12原子%以下であることが好ましく、10原子%以下であることがより好ましい。   Furthermore, it is desirable that the negative electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention terminates the discharge in the state where the Al metal phase (α phase) and the Li—Al alloy phase (β phase) coexist. It is possible to suppress the volume change of the negative electrode during discharge and suppress capacity deterioration in the charge / discharge cycle. In order to leave the β phase of the Li—Al alloy in the negative electrode, the Li content should be about 3 atomic% or more when the total of Li and Al in the negative electrode is 100 atomic% at the end of discharge. What is necessary is just 5 atomic% or more. On the other hand, in order to increase the discharge capacity, the Li content at the end of the discharge is preferably 12 atomic% or less, and more preferably 10 atomic% or less.

負極におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量は、例えば誘導結合プラズマ(ICP)元素分析によって求めることができる。前記Liの含有量を求める負極を有する電池をArボックス中で分解して負極を取り出し、その正極と対向していた部分を略10mm四方に切り取って酸に溶解させ、これをICPによって元素分析することでAlとLiとの比を求め、その値から前記Liの含有量を算出する。本明細書で後記する実施例において示す値は、この方法により求めた値である。   The Li content when the total of Li and Al in the negative electrode is 100 atomic% can be determined by, for example, inductively coupled plasma (ICP) elemental analysis. A battery having a negative electrode for determining the Li content is disassembled in an Ar box, and the negative electrode is taken out. The portion facing the positive electrode is cut into approximately 10 mm square and dissolved in acid, and this is subjected to elemental analysis by ICP. Thus, the ratio of Al to Li is obtained, and the content of Li is calculated from the value. Values shown in examples described later in this specification are values obtained by this method.

前記のような電池の使用状況を実現しやすくするために、本発明の非水電解液電池において、第1の方法により負極を形成する場合に使用する負極前駆体においては、電池組み立て時における、Al層の厚みを100としたときの前記Al層に貼り合せるLi層の厚みを、10以上とすることが好ましく、20以上とすることがより好ましく、30以上とすることが更に好ましく、また、80以下とすることが好ましく、70以下とすることがより好ましい。   In order to facilitate the realization of the use situation of the battery as described above, in the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, in the negative electrode precursor used when forming the negative electrode by the first method, When the thickness of the Al layer is 100, the thickness of the Li layer to be bonded to the Al layer is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, still more preferably 30 or more, 80 or less is preferable, and 70 or less is more preferable.

具体的なLi箔の厚み(前記積層体が両面にLi箔を有している場合は、片面あたりの厚み。)は、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることが更に好ましく、また、80μm以下であることが好ましく、70μm以下であることがより好ましい。   The specific thickness of the Li foil (when the laminate has Li foil on both sides, the thickness per side) is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and 30 μm. More preferably, it is 80 μm or less, and more preferably 70 μm or less.

Li箔と、積層金属箔に係るAl層との貼り合わせは、圧着などの常法により行うことができる。   The bonding of the Li foil and the Al layer related to the laminated metal foil can be performed by a conventional method such as pressure bonding.

第1の方法で負極を形成する場合に用いる負極前駆体として使用する前記積層体は、Cu層とAl層とを接合した箔やNi層とAl層とを接合した箔のAl層の表面に、Li箔を貼り合わせる方法で製造することができる。   The laminate used as the negative electrode precursor used when forming the negative electrode by the first method is formed on the surface of the Al layer of the foil obtained by joining the Cu layer and the Al layer or the foil obtained by joining the Ni layer and the Al layer. It can be manufactured by a method of bonding Li foil.

負極を形成する第1の方法および第2の方法で用いる負極前駆体として使用する前記積層体におけるCu層やNi層には、常法に従って負極リード体を設けることができる。   A negative electrode lead body can be provided on the Cu layer and the Ni layer in the laminate used as the negative electrode precursor used in the first method and the second method for forming the negative electrode according to a conventional method.

本発明の非水電解液電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。正極活物質には、リチウム含有複合酸化物(Liイオンを吸蔵および放出可能なリチウム含有複合酸化物)や、リチウム含有複合酸化物以外の正極活物質を使用することができる。ただし、第2の方法で負極を形成する場合には、正極活物質にはリチウム含有複合酸化物などのリチウムを放出可能な化合物を使用する。   For the positive electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, for example, one having a structure in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder and the like is provided on one side or both sides of a current collector can be used. . As the positive electrode active material, lithium-containing composite oxides (lithium-containing composite oxides capable of inserting and extracting Li ions) and positive electrode active materials other than lithium-containing composite oxides can be used. However, when the negative electrode is formed by the second method, a compound capable of releasing lithium such as a lithium-containing composite oxide is used as the positive electrode active material.

正極活物質として使用されるリチウム含有複合酸化物としては、Li1+x(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有複合酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などが挙げられる。前記層状構造のリチウム含有複合酸化物としては、LiCoOなどのコバルト酸リチウムやLiNi1−aCoa−bAl(0.1≦a≦0.3、0.01≦b≦0.2)などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiNi3/5Mn1/5Co1/5など)などを例示することができる。 The lithium-containing composite oxide used as the positive electrode active material is represented by Li 1 + x M 1 O 2 (−0.1 <x <0.1, M 1 : Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.). Layered lithium-containing composite oxide, LiMn 2 O 4 and spinel-structured lithium manganese oxide in which some of its elements are substituted with other elements, LiM 2 PO 4 (M 2 : Co, Ni, Mn, Fe, etc. The olivine type compound etc. which are represented by this. Examples of the lithium-containing composite oxide having a layered structure include lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 and LiNi 1-a Co ab Al b O 2 (0.1 ≦ a ≦ 0.3, 0.01 ≦ b ≦ 0. .2) and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3 / 5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 etc.).

また、リチウム含有複合酸化物以外の正極活物質としては、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸化物などの金属酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの金属硫化物を例示することができる。   Further, examples of the positive electrode active material other than the lithium-containing composite oxide include metal oxides such as manganese dioxide, vanadium pentoxide, and chromium oxide, and metal sulfides such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. .

正極活物質には、前記例示の化合物のうちの1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよいが、高容量で貯蔵安定性に優れていることから、リチウム含有複合酸化物を使用することが好ましく、コバルト酸リチウムを使用することがより好ましい。   As the positive electrode active material, only one of the above-exemplified compounds may be used, or two or more of them may be used in combination. However, the lithium-containing composite has a high capacity and excellent storage stability. It is preferable to use an oxide, and it is more preferable to use lithium cobaltate.

正極合剤層に係る導電助剤には、例えば、アセチレンブラック;ケッチェンブラック;チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料の他、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;銅、ニッケルなどの金属粉末類;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることができる。   Examples of the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer include acetylene black; ketjen black; carbon blacks such as channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; carbon materials such as carbon fibers; and metal fibers. Conductive fibers such as carbon fluoride, metal powders such as copper and nickel, organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, and the like can be used.

正極合剤層に係るバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルピロリドン(PVP)などが挙げられる。   Examples of the binder related to the positive electrode mixture layer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and polyvinylpyrrolidone (PVP).

正極は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを含有する正極合剤を、溶剤(NMPなどの有機溶剤や水)に分散させて正極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を調製し、この正極合剤含有組成物を集電体の片面または両面などに塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。   For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent (an organic solvent such as NMP or water) to form a positive electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.). The positive electrode mixture-containing composition can be prepared, applied to one side or both sides of the current collector, dried, and subjected to a press treatment as necessary.

また、前記正極合剤を用いて成形体を形成し、この成形体の片面の一部または全部を正極集電体と貼り合わせて正極としてもよい。正極合剤成形体と正極集電体との貼り合わせは、プレス処理などにより行うことができる。   Alternatively, a molded body may be formed using the positive electrode mixture, and a part or all of one side of the molded body may be bonded to the positive electrode current collector to form a positive electrode. Bonding of the positive electrode mixture molded body and the positive electrode current collector can be performed by press treatment or the like.

正極の集電体としては、AlやAl合金などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、Al箔が好適に用いられる。正極集電体の厚みは、10〜30μmであることが好ましい。   As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as Al or Al alloy, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but usually an Al foil is preferably used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 to 30 μm.

正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質を80.0〜99.8質量%とし、導電助剤を0.1〜10質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、30〜300μmであることが好ましい。   The composition of the positive electrode mixture layer is, for example, 80.0 to 99.8% by mass of the positive electrode active material, 0.1 to 10% by mass of the conductive additive, and 0.1 to 10% by mass of the binder. It is preferable. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive mix layer is 30-300 micrometers per single side | surface of a collector.

正極の集電体には、常法に従って正極リード体を設けることができる。   The positive electrode current collector can be provided with a positive electrode lead body according to a conventional method.

前記負極と組み合わせる正極の容量比は、充電終了時の負極におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量が15〜48原子%となるように設定すればよく、更に、放電終了時に、負極にLi−Al合金のβ相が残存するように正極の容量比を設定することが望ましい。   The capacity ratio of the positive electrode combined with the negative electrode may be set so that the Li content is 15 to 48 atomic% when the total of Li and Al in the negative electrode at the end of charging is 100 atomic%. It is desirable to set the capacity ratio of the positive electrode so that the β phase of the Li—Al alloy remains in the negative electrode at the end of discharge.

本発明の非水電解液電池において、正極と負極とは、セパレータを介して重ねて構成した平板状の電極体(巻回されることなく、電極およびセパレータの平面に対して略平行に重ねられた構造の積層電極体であり、正極および負極のうちの少なくとも一方が1枚のみの場合と、複数枚の正極と複数枚の負極とが交互に積層された場合とを含む)の形態で使用される。ただし、電池組み立て前においては、Li−Al合金が生成していない負極前駆体が使用される。よって、非水電解液電池の製造に際しては、一旦正極と負極前駆体(積層金属箔)とをセパレータを介して形成した電極体前駆体を用いて電池を組み立て、外装体内において前記第1の方法または第2の方法でLi−Al合金を生成させて負極を形成することで、前記電極体前駆体を電極体とする。   In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, the positive electrode and the negative electrode are stacked in a flat plate shape with the separator interposed therebetween (they are stacked substantially in parallel to the plane of the electrode and the separator without being wound). A laminated electrode body having a structure having at least one of a positive electrode and a negative electrode, and a case where a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately laminated) Is done. However, before the battery is assembled, a negative electrode precursor in which no Li—Al alloy is generated is used. Therefore, when manufacturing a non-aqueous electrolyte battery, a battery is assembled using an electrode body precursor in which a positive electrode and a negative electrode precursor (laminated metal foil) are once formed through a separator, and the first method is performed inside an exterior body. Alternatively, a Li—Al alloy is produced by the second method to form a negative electrode, whereby the electrode body precursor is used as an electrode body.

セパレータは、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常の非水電解液二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。   The separator preferably has a property of blocking its pores (that is, a shutdown function) at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower). A separator used in a water electrolyte secondary battery, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.

本発明の非水電解液電池は、例えば、平板状の電極体前駆体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体前駆体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止し、電極体前駆体に係る負極前駆体にLi−Al合金を生成させて負極とし、電極体前駆体を電極体とすることで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。   The non-aqueous electrolyte battery of the present invention, for example, is loaded with a plate-shaped electrode body precursor in the exterior body, injecting the non-aqueous electrolyte solution into the exterior body, and immersing the electrode body precursor in the non-aqueous electrolyte solution Then, the opening of the outer package is sealed, and a Li—Al alloy is generated in the negative electrode precursor related to the electrode body precursor to form a negative electrode, and the electrode body precursor is used as the electrode body. As the exterior body, an exterior body made of steel, aluminum, aluminum alloy, an exterior body composed of a laminated film on which a metal is deposited, or the like can be used.

非水電解液には、下記の非水系溶媒中に、リチウム塩を溶解させることで調製した溶液が使用できる。   As the non-aqueous electrolyte, a solution prepared by dissolving a lithium salt in the following non-aqueous solvent can be used.

溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。   Examples of the solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone (γ-BL ), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), dioxolane, acetonitrile, nitromethane, Methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative Aprotic organic solvents such as conductors, diethyl ether, and 1,3-propane sultone can be used alone or as a mixed solvent in which two or more are mixed.

非水電解液に係るリチウム塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO[ここでRfはフルオロアルキル基]などから選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。 The lithium salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, At least selected from LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] One type is mentioned. The concentration of these lithium salts in the electrolytic solution is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.

また、これらの非水電解液に電池の各種特性を更に向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, etc. are added to these nonaqueous electrolytes for the purpose of further improving various characteristics of the battery. An agent can also be added as appropriate.

更に、非水電解液は、公知のポリマーなどのゲル化剤を用いてゲル状(ゲル状電解質)としてもよい。   Furthermore, the non-aqueous electrolyte may be in the form of a gel (gel electrolyte) using a known gelling agent such as a polymer.

なお、本発明の非水電解液電池は、正極容量規制で構成されるため、充電電気量の制御や、充電電圧の制御などにより、充電終了時期を検出することができることから、あらかじめ充電回路側に充電終了条件を設定しておくことが可能である。   Since the non-aqueous electrolyte battery of the present invention is configured with positive electrode capacity regulation, the charging end time can be detected by controlling the amount of charge and controlling the charging voltage. It is possible to set a charge termination condition in

よって、前記態様のいずれかの非水電解液電池と、充電回路とを有する非水電解液電池システムにおいて、前記Al活性層におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量が、充電終了時に、15〜48原子%となるような充電終了条件を設定しておくことで、非水電解液電池の貯蔵特性を良好に発揮させることができる。   Therefore, in the nonaqueous electrolyte battery system having the nonaqueous electrolyte battery according to any one of the above aspects and a charging circuit, the content of Li when the total of Li and Al in the Al active layer is 100 atomic% By setting the charge termination condition such that the amount is 15 to 48 atomic% at the end of the charge, the storage characteristics of the nonaqueous electrolyte battery can be exhibited well.

本発明の非水電解液電池は、繰り返しの充電が可能であり、かつ高温環境下での貯蔵特性が良好であることから、こうした特性を生かして、車両緊急通報システムの電源用途のように、高温環境下で長期にわたって容量を良好に維持できることが求められる用途に好ましく適用することができる。   Since the non-aqueous electrolyte battery of the present invention can be repeatedly charged and has good storage characteristics in a high temperature environment, taking advantage of these characteristics, as in the power supply application of a vehicle emergency notification system, The present invention can be preferably applied to applications that require good capacity maintenance over a long period of time in a high temperature environment.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
基材層(Ni層)用のNiシートの両面にAl層用のAl金属シートを配置して圧延し、焼鈍した後に冷間加工して得られたクラッド材(積層金属箔)を、25mm×40mmのサイズに切断して負極前駆体として用いた。前記クラッド材製造時の冷間加工後には熱処理は行っておらず、Al層側で測定されるビッカース硬さは40(Hv)であった。また、前記クラッド材におけるNi層の厚み、および両Al層の厚みは、いずれも30μmであった。
Example 1
A clad material (laminated metal foil) obtained by arranging and rolling an Al metal sheet for an Al layer on both surfaces of a Ni sheet for a base material layer (Ni layer), rolling and annealing, and then cold-working 25 mm × It cut | disconnected to the size of 40 mm and used as a negative electrode precursor. No heat treatment was performed after the cold working at the time of manufacturing the clad material, and the Vickers hardness measured on the Al layer side was 40 (Hv). Further, the thickness of the Ni layer and the thickness of both Al layers in the clad material were both 30 μm.

前記クラッド材の端部に、集電用のCu箔を超音波溶接し、更にそのCu箔の端部に、電池外部との導電接続のためのNiタブを超音波溶接したものを電池の組み立てに用いた。   Assembling the battery, the Cu foil for current collection is ultrasonically welded to the end of the clad material, and the Ni tab for conductive connection with the outside of the battery is ultrasonically welded to the end of the Cu foil. Used for.

一方、正極は、以下のようにして作製した。コバルト酸リチウム:97質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部と、バインダであるPVDF:1.5質量部とを、NMPに分散させたスラリーを調製し、これを厚さ12μmのAl箔の片面に塗布し、乾燥し、プレス処理を行うことにより、Al箔集電体の片面におよそ23mg/cmの質量の正極合剤層を形成した。なお、スラリーの塗布面の一部には正極合剤層を形成せず、Al箔が露出する箇所を設けた。次いで、前記Al箔集電体を20mm×45mmの大きさに切断し、前記Al箔が露出する箇所に、電池外部との導電接続のためのAlタブを超音波溶接することにより、集電体の片面に20mm×30mmの大きさの正極合剤層を有する正極を作製した。 On the other hand, the positive electrode was produced as follows. A slurry was prepared by dispersing 97 parts by mass of lithium cobaltate, 1.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 1.5 parts by mass of PVDF as a binder in NMP, and this was thickened. A positive electrode material mixture layer having a mass of approximately 23 mg / cm 2 was formed on one surface of the Al foil current collector by applying it to one surface of a 12 μm thick Al foil, drying it, and pressing it. In addition, the positive electrode mixture layer was not formed on a part of the application surface of the slurry, and a portion where the Al foil was exposed was provided. Next, the Al foil current collector is cut into a size of 20 mm × 45 mm, and an Al tab for conductive connection with the outside of the battery is ultrasonically welded to a place where the Al foil is exposed, thereby collecting the current collector. A positive electrode having a positive electrode mixture layer with a size of 20 mm × 30 mm on one side was prepared.

前記Niタブを溶接した負極前駆体の両側に、厚さ16μmのPE製の微多孔フィルムよりなるセパレータを介して前記正極をそれぞれ積層し、一組の電極体前駆体を作製した。また、プロピレンカーボネート(PC)とメチルエチルカーボネート(MEC)との体積比1:2の混合溶媒に、LiBFを1mol/lの濃度で溶解することにより、非水電解液を調製した。前記電極体前駆体を真空中60℃で15時間乾燥させた後、前記非水電解液とともにラミネートフィルム外装体の中に封入した。その24h後に定電流(6mA)−定電圧(4.0V)充電を行い、充電電流が0.3mAまで低下した時点で充電を終止し、電池を満充電状態とすることによって負極前駆体における正極と対向する側のAl金属層を、その少なくとも正極と対向する側の面にLi−Al合金を形成してAl活性層として負極を形成し、これにより電極体前駆体を電極体として、定格容量が30mAhで、図2に示す外観を有し、図3に示す断面構造の非水電解液電池を作製した。 The positive electrodes were laminated on both sides of the negative electrode precursor to which the Ni tab was welded via a separator made of a microporous film made of PE having a thickness of 16 μm, thereby preparing a pair of electrode body precursors. Further, a non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiBF 4 at a concentration of 1 mol / l in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and methyl ethyl carbonate (MEC) in a volume ratio of 1: 2. The electrode body precursor was dried in vacuum at 60 ° C. for 15 hours, and then encapsulated in a laminate film outer package together with the non-aqueous electrolyte. 24 hours later, constant-current (6 mA) -constant-voltage (4.0 V) charging is performed. When the charging current is reduced to 0.3 mA, charging is terminated, and the battery is fully charged, whereby the positive electrode in the negative electrode precursor The negative electrode is formed as an Al active layer by forming a Li-Al alloy on at least the surface facing the positive electrode, thereby forming a negative electrode as an electrode body precursor. Was 30 mAh, had the appearance shown in FIG. 2, and produced a non-aqueous electrolyte battery having a cross-sectional structure shown in FIG.

ここで、図2および図3について説明すると、図2は非水電解液電池を模式的に表す平面図であり、図3は、図2のI−I線断面図である。非水電解液電池1は、2枚のラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体700内に、正極200と負極100とをセパレータ300を介して積層して構成した積層電極体と、非水電解液(図示しない)とを収容しており、ラミネートフィルム外装体700は、その外周部において、上下のラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図3では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体700を構成している各層、並びに正極200および負極100の各層を区別して示していない。   Here, FIG. 2 and FIG. 3 will be described. FIG. 2 is a plan view schematically showing a nonaqueous electrolyte battery, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. The nonaqueous electrolyte battery 1 includes a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 200 and a negative electrode 100 via a separator 300 in a laminated film outer package 700 constituted by two laminated films, and a nonaqueous electrolytic solution. (Not shown) is housed, and the laminate film outer package 700 is sealed by thermally fusing the upper and lower laminate films at the outer peripheral portion thereof. Note that, in FIG. 3, in order to avoid the drawing from being complicated, each layer constituting the laminate film exterior body 700 and each layer of the positive electrode 200 and the negative electrode 100 are not distinguished.

正極200は、電池1内でリード体を介して正極外部端子204と接続しており、また、図示していないが、負極100も、電池1内でリード体を介して負極外部端子104と接続している。そして、正極外部端子204および負極外部端子104は、外部の機器などと接続可能なように、片端側がラミネートフィルム外装体700の外側に引き出されている。   The positive electrode 200 is connected to the positive electrode external terminal 204 through the lead body in the battery 1. Although not shown, the negative electrode 100 is also connected to the negative electrode external terminal 104 through the lead body in the battery 1. doing. One end of each of the positive external terminal 204 and the negative external terminal 104 is drawn to the outside of the laminate film exterior body 700 so that it can be connected to an external device or the like.

比較例1
負極前駆体として使用するクラッド材(Ni層の両面にAl層が接合された積層金属箔)を、冷間加工後に熱処理を施す製法で得られたものに変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。前記クラッド材は、Al層側で測定されるビッカース硬さは29(Hv)であった。
Comparative Example 1
Example 1 except that the clad material used as the negative electrode precursor (laminated metal foil with Al layers bonded to both sides of the Ni layer) was changed to one obtained by a manufacturing method in which heat treatment was performed after cold working Thus, a non-aqueous electrolyte battery was produced. The clad material had a Vickers hardness of 29 (Hv) measured on the Al layer side.

実施例1および比較例1の非水電解液電池について、組み立てから24時間放置した後に、下記の高温貯蔵特性評価を行った。   The nonaqueous electrolyte batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were allowed to stand for 24 hours after assembly, and then subjected to the following high-temperature storage characteristics evaluation.

<高温貯蔵特性評価>
実施例1および比較例1の各電池について、定電流(6mA)−定電圧(4.0V)充電を行い、充電電流が0.3mAまで低下した時点で充電を終止した。次いで、6mAの定電流で放電(放電終止電圧:2V)させて放電容量(初期放電容量)を測定し、更に、前記充電条件で充電を行って電池を満充電状態とした。いずれの電池も初期放電容量は30mAhであった。
<High temperature storage characteristics evaluation>
About each battery of Example 1 and Comparative Example 1, constant current (6 mA) -constant voltage (4.0 V) charging was performed, and charging was terminated when the charging current decreased to 0.3 mA. Next, the battery was discharged at a constant current of 6 mA (discharge end voltage: 2 V) to measure the discharge capacity (initial discharge capacity), and further charged under the above charging conditions to make the battery fully charged. All batteries had an initial discharge capacity of 30 mAh.

満充電状態とした各電池を、85℃で11日間貯蔵した後、室温まで冷却してから、6mAの定電流で放電(放電終止電圧:2V)させて、残存容量を測定した。更に、前記充電条件での充電と、90mAでの放電(放電終止電圧:2V)を行い、高温貯蔵後の放電容量(回復容量)を測定した。初期放電容量に対する残存容量および回復容量の割合(容量維持率)により、各電池の高温貯蔵特性を評価した。   Each battery in a fully charged state was stored at 85 ° C. for 11 days, cooled to room temperature, discharged at a constant current of 6 mA (discharge end voltage: 2 V), and the remaining capacity was measured. Further, charging under the above charging conditions and discharging at 90 mA (discharge end voltage: 2 V) were performed, and the discharge capacity (recovery capacity) after high temperature storage was measured. The high-temperature storage characteristics of each battery were evaluated by the ratio of the remaining capacity and the recovery capacity (capacity maintenance ratio) to the initial discharge capacity.

前記の評価結果を表1に示す。   The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2017195028
Figure 2017195028

表1に示す通り、より好適な性状の積層金属箔によって形成された負極を有する実施例1の非水電解液電池は、比較例1の電池に比べて、高温貯蔵特性評価時の残存容量および回復容量の維持率が高く、優れた高温貯蔵特性を有していた。   As shown in Table 1, the non-aqueous electrolyte battery of Example 1 having a negative electrode formed of a laminated metal foil having more preferable properties was compared with the battery of Comparative Example 1, and the remaining capacity at the time of high-temperature storage property evaluation and The retention rate of the recovery capacity was high and it had excellent high-temperature storage characteristics.

なお、実施例1および比較例1の非水電解液電池(高温貯蔵特性評価を行ったものとは別の電池)について、組み立てから24時間放置した後に、定電流(6mA)−定電圧(4.0V)充電を行い、充電電流が0.3mAまで低下した時点で充電を終止し、電池を満充電状態としてからアルゴンガス雰囲気中で分解して負極を取り出し、その変形の程度を目視で確認した。その結果、いずれの負極についても、クラッド材を構成するAl箔の正極合剤層と対向する部分にLi−Al合金が形成されており、周縁部の正極合剤層と対向していない部分は、Liと反応せずAlのままの状態で存在していた。   The nonaqueous electrolyte batteries of Example 1 and Comparative Example 1 (batteries different from those subjected to high temperature storage characteristics evaluation) were allowed to stand for 24 hours after assembly, and then constant current (6 mA) -constant voltage (4 .0V) charge, and when the charge current drops to 0.3 mA, the charge is stopped, the battery is fully charged, then decomposed in an argon gas atmosphere, the negative electrode is taken out, and the degree of deformation is visually confirmed. did. As a result, for any negative electrode, the Li-Al alloy is formed in the portion facing the positive electrode mixture layer of the Al foil constituting the cladding material, and the portion not facing the positive electrode mixture layer in the peripheral portion is , Li did not react and existed as Al.

また、電池の充電完了時において、負極のAl活性層におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量は、いずれも31原子%であった。   In addition, when the battery was completely charged, the Li content was 31 atomic% when the total of Li and Al in the Al active layer of the negative electrode was 100 atomic%.

更に、いずれの電池から取り出した負極も、Al活性層の形成による負極の湾曲(反り)は殆ど認められず、平坦性がほぼ維持されていた。よって、実施例1の非水電解液電池と、比較例1の電池との間で認められた前記の高温貯蔵特性の違いは、電池の充電によって発生し得る負極の反りの防止とは別のメカニズムによって生じていることが判明した。   Further, in the negative electrode taken out from any of the batteries, almost no bending (warping) of the negative electrode due to the formation of the Al active layer was observed, and the flatness was almost maintained. Therefore, the difference in the high-temperature storage characteristics observed between the non-aqueous electrolyte battery of Example 1 and the battery of Comparative Example 1 is different from prevention of warping of the negative electrode that may occur due to battery charging. It was found to be caused by the mechanism.

実施例2
基材層(Cu層)用のCuシートの両面にAl層用のAl金属シートを配置して圧延し、焼鈍した後に冷間加工して得られたクラッド材(積層金属箔)を負極前駆体として用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。なお、前記クラッド材製造の際の冷間加工後には熱処理は行っておらず、Al層側で測定されるビッカース硬さは43(Hv)であった。また、前記クラッド材におけるCu層の厚み、および両Al層の厚みは、いずれも30μmであった。
Example 2
An Al metal sheet for an Al layer is placed on both sides of a Cu sheet for a base material layer (Cu layer), rolled, annealed and then cold-worked, and then a clad material (laminated metal foil) obtained as a negative electrode precursor A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was used. Note that heat treatment was not performed after the cold working in the production of the clad material, and the Vickers hardness measured on the Al layer side was 43 (Hv). Further, the thickness of the Cu layer and the thickness of both Al layers in the clad material were both 30 μm.

比較例2
負極前駆体として使用するクラッド材(Cu層の両面にAl層が接合された積層金属箔)を、冷間加工後に熱処理を施す製法で得られたものに変更した以外は、実施例2と同様にして非水電解液電池を作製した。前記クラッド材は、Al層側で測定されるビッカース硬さは32(Hv)であった。
Comparative Example 2
The same as in Example 2 except that the clad material (laminated metal foil with Al layers bonded to both sides of the Cu layer) used as the negative electrode precursor was changed to one obtained by a manufacturing method in which heat treatment was performed after cold working Thus, a non-aqueous electrolyte battery was produced. The clad material had a Vickers hardness of 32 (Hv) measured on the Al layer side.

実施例2および比較例2の非水電解液電池について、実施例1の電池などと同じ方法で、高温貯蔵特性評価を行った。その結果を表2に示す。   About the nonaqueous electrolyte battery of Example 2 and Comparative Example 2, high temperature storage characteristic evaluation was performed by the same method as the battery of Example 1 and the like. The results are shown in Table 2.

Figure 2017195028
Figure 2017195028

表2に示す通り、より好適な性状の積層金属箔によって形成された負極を有する実施例2の非水電解液電池は、比較例2の電池に比べて、高温貯蔵特性評価時の残存容量および回復容量の維持率が高く、優れた高温貯蔵特性を有していた。   As shown in Table 2, the non-aqueous electrolyte battery of Example 2 having a negative electrode formed of a laminated metal foil having more preferable properties was compared with the battery of Comparative Example 2, and the remaining capacity at the time of high-temperature storage property evaluation and The retention rate of the recovery capacity was high and it had excellent high-temperature storage characteristics.

なお、実施例2および比較例2の非水電解液電池(高温貯蔵特性評価を行ったものとは別の電池)について、組み立てから24時間放置した後に、定電流(6mA)−定電圧(4.0V)充電を行い、充電電流が0.3mAまで低下した時点で充電を終止し、電池を満充電状態としてからアルゴンガス雰囲気中で分解して負極を取り出し、その変形の程度を目視で確認した。その結果、いずれの負極についても、クラッド材を構成するAl箔の正極合剤層と対向する部分にLi−Al合金が形成されており、周縁部の正極合剤層と対向していない部分は、Liと反応せずAlのままの状態で存在していた。   Note that the non-aqueous electrolyte batteries of Example 2 and Comparative Example 2 (batteries different from those subjected to high temperature storage characteristics evaluation) were allowed to stand for 24 hours after assembly, and then were subjected to constant current (6 mA) -constant voltage (4 .0V) charge, and when the charge current drops to 0.3 mA, the charge is stopped, the battery is fully charged, then decomposed in an argon gas atmosphere, the negative electrode is taken out, and the degree of deformation is visually confirmed. did. As a result, for any negative electrode, the Li-Al alloy is formed in the portion facing the positive electrode mixture layer of the Al foil constituting the cladding material, and the portion not facing the positive electrode mixture layer in the peripheral portion is , Li did not react and existed as Al.

また、電池の充電完了時において、負極のAl活性層におけるLiとAlとの合計を100原子%としたときのLiの含有量は、いずれも31原子%であった。   In addition, when the battery was completely charged, the Li content was 31 atomic% when the total of Li and Al in the Al active layer of the negative electrode was 100 atomic%.

更に、いずれの電池から取り出した負極も、Al活性層の形成による負極の湾曲(反り)は殆ど認められず、平坦性がほぼ維持されていた。よって、実施例2の非水電解液電池と、比較例2の電池との間で認められた前記の高温貯蔵特性の違いも、実施例1の電池と比較例1の電池との間で認められた高温貯蔵特性の違いと同様に、電池の充電によって発生し得る負極の反りの防止とは別のメカニズムによって生じていることが判明した。   Further, in the negative electrode taken out from any of the batteries, almost no bending (warping) of the negative electrode due to the formation of the Al active layer was observed, and the flatness was almost maintained. Therefore, the difference in the high-temperature storage characteristics observed between the nonaqueous electrolyte battery of Example 2 and the battery of Comparative Example 2 is also recognized between the battery of Example 1 and the battery of Comparative Example 1. Similar to the difference in the high temperature storage characteristics obtained, it has been found that this is caused by a mechanism different from the prevention of the warpage of the negative electrode that may occur due to the charging of the battery.

1 非水電解液電池
100 負極、負極前駆体(負極用積層体)
101 積層金属箔
101a 金属基材層
101b Al金属層
102 Li箔
103 Al活性層
200 正極
300 セパレータ
700 ラミネートフィルム外装体
1 Nonaqueous electrolyte battery 100 Negative electrode, negative electrode precursor (negative electrode laminate)
101 Laminated Metal Foil 101a Metal Base Layer 101b Al Metal Layer 102 Li Foil 103 Al Active Layer 200 Positive Electrode 300 Separator 700 Laminate Film Outer Body

Claims (6)

正極と負極とがセパレータを介して重ねられた平板状の電極体と、非水電解液とを有する非水電解液電池であって、
前記負極は、Liと合金化しない金属基材層と、前記金属基材層に接合されたAl活性層とを含有する積層体であり、前記Al活性層の少なくとも前記正極と対向する面側にはLi−Al合金が生成しており、
前記積層体における前記Al活性層は、Liと合金化しない金属基材層にAl金属層が接合されており、かつ前記Al金属層側で測定されるビッカース硬さが35(Hv)以上の積層金属箔の、前記Al金属層の少なくとも前記正極と対向する面側にLi−Al合金が生成することで形成されていることを特徴とする非水電解液電池。
A non-aqueous electrolyte battery having a flat electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator, and a non-aqueous electrolyte solution,
The negative electrode is a laminate including a metal base layer that is not alloyed with Li and an Al active layer bonded to the metal base layer, and at least on the side of the Al active layer facing the positive electrode Li-Al alloy is produced,
The Al active layer in the laminate is a laminate in which an Al metal layer is bonded to a metal base layer that is not alloyed with Li, and a Vickers hardness measured on the Al metal layer side is 35 (Hv) or more. A non-aqueous electrolyte battery characterized in that a Li-Al alloy is formed at least on the surface of the metal foil facing the positive electrode of the Al metal layer.
前記積層金属箔がクラッド材である請求項1に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the laminated metal foil is a clad material. 前記Li−Al合金は、充電によって生成したものである請求項1または2に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the Li—Al alloy is generated by charging. 前記正極は、正極活物質としてリチウム含有複合酸化物を含有している請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the positive electrode contains a lithium-containing composite oxide as a positive electrode active material. 正極と負極とがセパレータを介して重ねられた平板状の電極体と、非水電解液とを有する非水電解液電池を製造する方法であって、
Liと合金化しない金属基材層にAl金属層が接合されてなる積層金属箔の前記Al金属層側と、正極とを、セパレータを介して対向させて平板状の電極体前駆体を形成する工程と、
前記電極体前駆体と前記非水電解液とを外装体内に収容する工程と、
前記積層金属箔の前記Al金属層の少なくとも前記正極と対向する面側にLi−Al合金を生成させて前記負極を形成することで、前記電極体前駆体を前記電極体とする工程とを有しており、
前記積層金属箔として、Al金属層用シートとLiと合金化しない金属基材層用シートとを圧接した圧接材を焼鈍した後に冷間加工することで、前記Al金属層側で測定されるビッカース硬さを35(Hv)以上に調整した箔を使用することを特徴とする非水電解液電池の製造方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte battery comprising a flat electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte solution,
A planar electrode body precursor is formed by facing the Al metal layer side of the laminated metal foil obtained by bonding an Al metal layer to a metal base layer not alloyed with Li and a positive electrode with a separator interposed therebetween. Process,
Storing the electrode body precursor and the non-aqueous electrolyte in an exterior body;
Forming a negative electrode by forming a Li-Al alloy on at least the surface of the Al metal layer of the laminated metal foil facing the positive electrode, thereby forming the electrode body precursor as the electrode body. And
As the laminated metal foil, Vickers measured on the Al metal layer side by cold working after annealing a pressure contact material in which a sheet for Al metal layer and a sheet for metal base layer not alloyed with Li are welded A method for producing a non-aqueous electrolyte battery, comprising using a foil having a hardness adjusted to 35 (Hv) or more.
前記Li−Al合金を、充電によって生成させる請求項5に記載の非水電解液電池の製造方法。
The method for producing a non-aqueous electrolyte battery according to claim 5, wherein the Li—Al alloy is generated by charging.
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