JP2019091525A - Method for manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池)は、軽量で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、携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。
近年では、リチウムイオン二次電池は、ポータブル機器等の民生用途にとどまらず、車載搭載用途、太陽光発電、風力発電等といった自然エネルギー向け大規模蓄電システム用途などとしても展開されている。
A lithium ion battery (lithium ion secondary battery) is a lightweight, high energy density secondary battery, and is used as a power source for portable devices such as notebook computers and mobile phones by utilizing its characteristics.
In recent years, lithium ion secondary batteries have been developed not only for portable applications such as portable devices, but also for large-scale storage systems for natural energy such as in-vehicle mounted applications and solar power generation and wind power generation.
リチウムイオン二次電池の電解質としては、有機溶媒にリチウム塩を溶解した電解液が一般的に用いられている。また、有機溶媒は揮発しやすいため、有機溶媒の代わりに不揮発性のイオン液体を用い、イオン液体にリチウム塩を溶解した電解質をリチウムイオン二次電池に用いる場合がある。
ここでイオン液体とは、カチオンとアニオンから構成され、比較的低温、例えば25℃程度にて液体状態となる塩をいう。
As an electrolyte of a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is generally used. In addition, since an organic solvent is easily volatilized, a non-volatile ionic liquid may be used instead of the organic solvent, and an electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid may be used for a lithium ion secondary battery.
Here, the ionic liquid means a salt which is composed of a cation and an anion and which is in a liquid state at a relatively low temperature, for example, about 25.degree.
しかしながら、イオン液体を電解質に用いたリチウムイオン二次電池では、十分な充放電サイクル特性が得られないという問題がある。そこで、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、常温溶融塩を含有する非水電解質とを備える非水電解質二次電池において、前記非水電解質を注入した後、初回充電前に、電位走査により、前記負極の電位を前記常温溶融塩のカチオンが還元分解する電位以下まで掃引した非水電解質二次電池が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。常温溶融塩(イオン液体)のカチオンを還元分解させることにより、負極表面に安定な被膜を形成することができ、これにより、その後の充電による常温溶融塩のカチオンの分解が抑制され、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池(リチウムイオン二次電池)となる。 However, a lithium ion secondary battery using an ionic liquid as an electrolyte has a problem that sufficient charge and discharge cycle characteristics can not be obtained. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte containing a normal temperature molten salt, after injecting the non-aqueous electrolyte, before the first charge A non-aqueous electrolyte secondary battery has been proposed in which the potential of the negative electrode is swept to below the potential at which the cation of the normal temperature molten salt is reduced and reduced by potential scanning (see, for example, Patent Document 1). A stable film can be formed on the negative electrode surface by reducing and decomposing the cation of the room temperature molten salt (ionic liquid), whereby the decomposition of the cation of the room temperature molten salt by subsequent charging is suppressed, and charge and discharge cycles are performed. It becomes a non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) excellent in characteristics.
ここで、特許文献1に記載されている方法以外にもリチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性を高めることができるリチウムイオン二次電池の製造方法が求められている。 Here, in addition to the method described in Patent Document 1, a method of manufacturing a lithium ion secondary battery capable of enhancing charge / discharge cycle characteristics of the lithium ion secondary battery is required.
本開示の一形態は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することを目的とする。 An embodiment of the present disclosure is made in view of the above-described conventional circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a lithium ion secondary battery having excellent charge and discharge cycle characteristics.
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 正極活物質を含む正極及び負極活物質を含む負極の少なくとも一方の電極を1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質に浸漬させる工程と、浸漬させた後の前記電極を熱処理する工程と、前記電極の熱処理後に、前記正極、前記負極、並びに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程と、を有するリチウムイオン二次電池の製造方法。
<2> 正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極並びに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程と、前記正極、前記負極及び前記電解質が収容された前記電池容器を熱処理する工程と、を有するリチウムイオン二次電池の製造方法。
<3> 前記浸漬させる工程にて用いる前記電解質のリチウム塩濃度が0.5mol/kg〜2.5mol/kgである<1>に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
<4> 前記電池容器に収容される前記電解質のリチウム塩濃度が0.5mol/kg〜2.5mol/kgである<1>〜<3>のいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
<5> 前記負極活物質が黒鉛を含む<1>〜<4>のいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
<6> 前記正極活物質がNMC(層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物)を含む<1>〜<5>のいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The specific means for achieving the said subject are as follows.
<1> A step of immersing at least one electrode of a positive electrode containing a positive electrode active material and a negative electrode containing a negative electrode active material in an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt; Heat treating the electrode after the heat treatment, and heat treating the electrode, the positive electrode, the negative electrode, and an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt in a battery container And a step of containing the lithium ion secondary battery.
<2> A positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a step of housing an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt in a battery container; Heat-treating the battery container containing the negative electrode and the electrolyte, and a method of manufacturing a lithium ion secondary battery.
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery as described in <1> whose lithium salt density | concentration of the said electrolyte used in <3> said immersing process is 0.5 mol / kg-2.5 mol / kg.
<4> The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <3>, wherein the lithium salt concentration of the electrolyte contained in the battery container is 0.5 mol / kg to 2.5 mol / kg. Manufacturing method.
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery as described in any one of <1>-<4> in which the <5> said negative electrode active material contains graphite.
<6> The method for producing a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <5>, wherein the positive electrode active material contains NMC (layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide).
本開示の一形態によれば、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a method of manufacturing a lithium ion secondary battery having excellent charge and discharge cycle characteristics.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。また、本開示中の技術的思想の範囲内において、当業者による様々な変更及び修正が可能である。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率は、特に断らない限り、当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において、正極合剤又は負極合剤の「固形分」とは、正極合剤のスラリー又は負極合剤のスラリーから有機溶剤等の揮発性成分を除いた残りの成分を意味する。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and ranges thereof, and does not limit the present invention. In addition, various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea in the present disclosure.
In the present disclosure, the term “step” includes, in addition to steps independent of other steps, such steps as long as the purpose of the step is achieved even if it can not be clearly distinguished from other steps. .
In the numerical value range indicated by using “to” in the present disclosure, the numerical values described before and after “to” are included as the minimum value and the maximum value, respectively.
The upper limit value or the lower limit value described in one numerical value range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of the other stepwise description numerical value range in the numerical value range described stepwise in the present disclosure. . In addition, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the example.
In the present disclosure, each component may contain a plurality of corresponding substances. When there are a plurality of substances corresponding to each component, the content of each component means the total content of the plurality of substances unless otherwise specified.
In the present disclosure, particles corresponding to each component may contain a plurality of types. When there are a plurality of particles corresponding to each component, the particle diameter of each component means the value for a mixture of the plurality of particles unless otherwise specified.
In the present disclosure, the words “layer” or “film” mean that when the region in which the layer or film is present is observed, in addition to the case where the region is entirely formed, only a part of the region The case where it is formed is also included.
In the present disclosure, “solid content” of the positive electrode mixture or the negative electrode mixture means the remaining component of the slurry of the positive electrode mixture or the slurry of the negative electrode mixture excluding volatile components such as an organic solvent.
<リチウムイオン二次電池の製造方法>
[第一実施形態]
本開示の第一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、正極活物質を含む正極及び負極活物質を含む負極の少なくとも一方の電極を1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質に浸漬させる工程と、浸漬させた後の前記電極を熱処理する工程と、前記電極の熱処理後に、前記正極、前記負極、並びに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程と、を有する。
本開示の製造方法では、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下、「EMI−FSI」とも称する。)及びリチウム塩を含む電解質に電極を浸漬させて熱処理することにより、電極表面に被膜を形成することができる。これにより、その後の充放電による電解質中の成分の分解、活物質の劣化等が抑制され、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
また、本開示の製造方法では、電池反応を行わずに、簡易な方法にて充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
なお、EMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質(以下、単に「電解質」とも称する。)は、リチウム塩をEMI−FSIに溶解させることにより調製すればよい。
<Method of manufacturing lithium ion secondary battery>
First Embodiment
In a method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present disclosure, at least one electrode of a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material is 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluoro A step of immersing in an electrolyte containing a sulfonyl) imide and a lithium salt, a step of heat treating the electrode after immersing, and a heat treatment of the electrode, the positive electrode, the negative electrode, and 1-ethyl-3-methylimidazolium Housing an electrolyte containing bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt in a battery container.
In the manufacturing method of the present disclosure, the electrode is immersed in an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (hereinafter also referred to as “EMI-FSI”) and a lithium salt, and heat-treated. And a film can be formed on the surface of the electrode. As a result, decomposition of components in the electrolyte due to subsequent charge and discharge, deterioration of the active material, and the like are suppressed, and a lithium ion secondary battery having excellent charge and discharge cycle characteristics can be obtained.
In addition, according to the manufacturing method of the present disclosure, a lithium ion secondary battery excellent in charge and discharge cycle characteristics can be obtained by a simple method without performing a battery reaction.
Note that an electrolyte containing EMI-FSI and a lithium salt (hereinafter, also simply referred to as "electrolyte") may be prepared by dissolving a lithium salt in EMI-FSI.
(浸漬工程)
本開示の製造方法は、正極活物質を含む正極及び負極活物質を含む負極の少なくとも一方の電極を、EMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質に浸漬させる工程(浸漬工程)を有する。本工程では、例えば、容器内にリチウム塩であるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを1.2mol/kgの濃度でEMI−FSIに溶解して調製した電解質を充填し、正極及び負極の少なくとも一方の電極を容器内の電解質に浸漬させてもよい。
なお、浸漬工程にて用いる電解質のリチウム塩の濃度は、0.5mol/kg〜2.5mol/kgであることが好ましく、0.8mol/kg〜2.0mol/kgであることがより好ましく、1.0mol/kg〜1.8mol/kgであることがさらに好ましい。
また、リチウム塩の具体例としては、後述する電池容器に収容される電解質に含まれるリチウム塩の具体例と同様である。
(Immersion process)
The manufacturing method of the present disclosure includes a step (immersion step) of immersing at least one of a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material in an electrolyte including EMI-FSI and a lithium salt. In this step, for example, an electrolyte prepared by dissolving lithium salt lithium bis (fluorosulfonyl) imide, which is a lithium salt, at a concentration of 1.2 mol / kg is filled in a container, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is filled. The electrode may be immersed in the electrolyte in the container.
The concentration of the lithium salt of the electrolyte used in the immersion step is preferably 0.5 mol / kg to 2.5 mol / kg, and more preferably 0.8 mol / kg to 2.0 mol / kg, More preferably, it is 1.0 mol / kg to 1.8 mol / kg.
Moreover, as a specific example of a lithium salt, it is the same as that of the specific example of the lithium salt contained in the electrolyte accommodated in the battery container mentioned later.
ここで、電極及び電解質が大気、水分等と接触しない条件下で電極を電解質に浸漬させることが好ましく、例えば、不活性ガス雰囲気下で電極を電解質に浸漬させることが好ましい。
また、電極を電解質に浸漬させる際、後述の電極熱処理工程にて電極表面に被膜を好適に形成する観点から、液体状態の電解質に電極を浸漬させることが好ましく、例えば、25℃にて電解質に電極を浸漬させてもよい。
Here, it is preferable to immerse the electrode in the electrolyte under the condition that the electrode and the electrolyte are not in contact with air, moisture, etc. For example, it is preferable to immerse the electrode in the inert gas atmosphere.
When immersing the electrode in the electrolyte, it is preferable to immerse the electrode in the liquid electrolyte, for example, at 25 ° C., from the viewpoint of suitably forming a film on the electrode surface in the electrode heat treatment step described later. The electrode may be immersed.
なお、本開示の製造方法では、正極及び負極の少なくとも一方の電極を、電解質に浸漬させればよく、電解質に浸漬させた電極について、後述の電極熱処理工程にて熱処理を行えばよい。すなわち、本開示の製造方法では、正極及び負極の両方の電極を電解質に浸漬し、電解質に浸漬させた両方の電極に熱処理を行う構成であってもよく、正極及び負極の一方の電極を電解質に浸漬し、電解質に浸漬させた一方の電極に熱処理を行う構成であってもよい。 In the manufacturing method of the present disclosure, at least one of the positive electrode and the negative electrode may be immersed in the electrolyte, and heat treatment may be performed on the electrode immersed in the electrolyte in an electrode heat treatment step described later. That is, in the manufacturing method of the present disclosure, both electrodes of the positive electrode and the negative electrode may be immersed in the electrolyte, and heat treatment may be performed on both the electrodes immersed in the electrolyte. And the other electrode immersed in the electrolyte may be heat-treated.
(電極熱処理工程)
本開示の製造方法は、浸漬させた後の電極を熱処理する工程(電極熱処理工程)を有する。電極を熱処理する条件としては、電解質中の成分が熱分解して電極表面に被膜が形成される条件であればよい。
(Electrode heat treatment process)
The manufacturing method of the present disclosure includes a step of heat-treating the electrode after the immersion (electrode heat treatment step). The conditions for heat treatment of the electrode may be such that the components in the electrolyte are thermally decomposed to form a film on the electrode surface.
例えば、熱処理の温度としては、35℃〜100℃であってもよく、40℃〜80℃であってもよく、45℃〜60℃であってもよい。熱処理の温度が35℃以上であることにより、電解質中の成分の熱分解による被膜が形成しやすい傾向にあり、熱処理の温度が100℃以下であることにより、過剰な熱分解反応を抑制できる傾向にある。
なお、熱処理の温度とは、電極を熱処理するときの雰囲気温度を指す。
For example, the temperature of the heat treatment may be 35 ° C. to 100 ° C., 40 ° C. to 80 ° C., or 45 ° C. to 60 ° C. When the temperature of the heat treatment is 35 ° C. or more, the film tends to be easily formed by thermal decomposition of the components in the electrolyte, and when the temperature of the heat treatment is 100 ° C. or less, the excessive thermal decomposition reaction can be suppressed. It is in.
The heat treatment temperature refers to the ambient temperature when the electrode is heat treated.
また、熱処理の時間としては、2時間〜24時間であってもよく、3時間〜18時間であってもよく、5時間〜12時間であってもよく、6時間〜8時間であってもよい。熱処理の時間が2時間以上であることにより、電解質中の成分の熱分解による被膜が形成しやすい傾向にあり、熱処理の時間が24時間以下であることにより、リチウムイオン二次電池の製造効率及び放電負荷特性に優れる傾向にある。 The heat treatment time may be 2 hours to 24 hours, 3 hours to 18 hours, 5 hours to 12 hours, or 6 hours to 8 hours. Good. When the heat treatment time is 2 hours or more, the coating tends to be easily formed by thermal decomposition of the components in the electrolyte, and the heat treatment time is 24 hours or less, the production efficiency of the lithium ion secondary battery and It tends to be excellent in discharge load characteristics.
また、熱処理の雰囲気としては、熱処理の際に大気、水分等が侵入しないことが好ましく、例えば、減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。 In addition, as the atmosphere of the heat treatment, it is preferable that air, moisture, and the like do not enter during the heat treatment, and for example, a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere is preferable.
(熱処理後収容工程)
本開示の製造方法は、電極の熱処理後に、正極、負極、並びにEMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程(熱処理後収容工程)を有する。この工程では、リチウムイオン二次電池の各構成部材が電池容器に収容される。また、正極と負極との間に正極及び負極間を絶縁するセパレータが配置されるように、セパレータを電池容器に収容してもよい。
(Retention process after heat treatment)
The manufacturing method of the present disclosure includes the step of housing the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte containing the EMI-FSI and the lithium salt in the battery case (heat treatment after heat treatment) after heat treatment of the electrode. In this step, each component of the lithium ion secondary battery is accommodated in the battery container. In addition, the separator may be housed in the battery case such that a separator that insulates between the positive electrode and the negative electrode is disposed between the positive electrode and the negative electrode.
例えば、電極の熱処理後に、正極及び負極、並びに必要に応じて正極と負極との間にセパレータを電池容器内に配置した状態にて、電池容器内にEMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質を供給してもよい。 For example, after heat treatment of the electrode, the electrolyte containing the EMI-FSI and the lithium salt is supplied into the battery case with the positive electrode, the negative electrode, and, if necessary, the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. You may
本開示の製造方法にて用いる正極、負極及び電解質の好ましい構成について以下に説明する。 Preferred configurations of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte used in the production method of the present disclosure will be described below.
(正極)
本開示の製造方法にて用いる正極活物質を含む正極としては、リチウムイオン二次電池に適用可能な正極であれば特に限定されない。例えば、正極は、正極集電体及びその表面に配置され、かつ正極活物質を含む正極合剤層を有する構成であってもよい。
(Positive electrode)
It will not specifically limit, if it is a positive electrode applicable to a lithium ion secondary battery as a positive electrode containing the positive electrode active material used by the manufacturing method of this indication. For example, the positive electrode may be configured to have a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer disposed on the surface thereof and including a positive electrode active material.
正極活物質としては、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(以下、「NMC」とも称する。)を含むことが好ましい。NMCは、高容量であり、且つ安全性にも優れる傾向にある。
NMCの含有率は、電池の高容量化の観点から、正極合剤層全量に対して65質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。
The positive electrode active material preferably contains a layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (hereinafter also referred to as “NMC”). NMC tends to have high capacity and also be excellent in safety.
The content of NMC is preferably 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more based on the total amount of the positive electrode mixture layer, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. Is more preferred.
NMCとしては、以下の組成式(化1)で表されるものを用いることが好ましい。
Li(1+δ)MnxNiyCo(1−x−y−z)MzO2・・・(化1)
組成式(化1)において、(1+δ)はLi(リチウム)の組成比を、xはMn(マンガン)の組成比を、yはNi(ニッケル)の組成比を、(1−x−y−z)はCo(コバルト)の組成比を、各々示す。zは、元素Mの組成比を示す。O(酸素)の組成比は2である。
元素Mは、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)、Si(シリコン)、Ga(ガリウム)、Ge(ゲルマニウム)及びSn(錫)からなる群より選択される少なくとも1種の元素であることが好ましい。
また、−0.15<δ<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z<1.0、0≦z≦0.1である。
As NMC, it is preferable to use one represented by the following composition formula (Formula 1).
Li (1 + δ) Mn x Ni y Co (1-x-y-z) M z O 2 (Formula 1)
In the composition formula (Formula 1), (1 + δ) is the composition ratio of Li (lithium), x is the composition ratio of Mn (manganese), y is the composition ratio of Ni (nickel), (1-x-y- z) each shows the composition ratio of Co (cobalt). z represents the compositional ratio of the element M. The composition ratio of O (oxygen) is 2.
The element M is Ti (titanium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), W (tungsten), Al (aluminum), Si (silicon), Ga (gallium), Ge (germanium) and Sn It is preferably at least one element selected from the group consisting of (tin).
Also, −0.15 <δ <0.15, 0.1 <x ≦ 0.5, 0.6 <x + y + z <1.0, 0 ≦ z ≦ 0.1.
また、正極活物質としては、NMC以外のものを用いてもよい。
NMC以外の正極活物質としては、この分野で常用されるものを使用でき、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物(sp−Mn)、NMC及びsp−Mn以外のリチウム含有複合金属酸化物、オリビン型リチウム塩、カルコゲン化合物、二酸化マンガン等が挙げられる。
正極活物質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Further, as the positive electrode active material, materials other than NMC may be used.
As a positive electrode active material other than NMC, any one commonly used in this field can be used, and spinel type lithium manganese composite oxide (sp-Mn), lithium containing composite metal oxide other than NMC and sp-Mn, olivine type lithium And salts, chalcogen compounds, manganese dioxide and the like.
The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
次に、正極合剤層及び正極集電体について詳細に説明する。正極合剤層は、正極活物質、結着剤等を含有し、正極集電体上に配置される。正極合剤層の形成方法に制限はなく、例えば、次のように形成される。正極活物質、結着剤及び必要に応じて用いられる導電剤、増粘剤等の他の材料を乾式で混合してシート状にし、これを正極集電体に圧着する(乾式法)ことで正極合剤層を形成することができる。また、正極活物質、結着剤及び必要に応じて用いられる導電剤、増粘剤等の他の材料を分散溶媒に溶解又は分散させて正極合剤のスラリーとし、これを正極集電体に塗布し、乾燥する(湿式法)ことで正極合剤層を形成することができる。
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)が用いられることが好ましい。正極活物質は、粉状(粒状)で用いられ、混合される。
NMC等の正極活物質の粒子としては、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等の形状を有するものを用いることができる。
NMC等の正極活物質の粒子の平均粒子径(d50)(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子の平均粒子径(d50))は、タップ密度(充填性)、電極の形成の際における他の材料との混合性の観点から、1μm〜30μmであることが好ましく、3μm〜25μmであることがより好ましく、5μm〜15μmであることがさらに好ましい。正極活物質の粒子の平均粒子径(d50)は、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置(SALD−3000、株式会社島津製作所)を用いて体積基準の粒度分布を測定し、d50(メジアン径)として求められる体積平均粒子径である。
Next, the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector will be described in detail. The positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a binder and the like, and is disposed on the positive electrode current collector. There is no restriction | limiting in the formation method of a positive mix layer, For example, it forms as follows. By mixing the other materials such as the positive electrode active material, the binder and the conductive agent used as needed, a thickener, etc. in a dry state to form a sheet, and pressing it on the positive electrode current collector (dry method) A positive electrode mixture layer can be formed. In addition, other materials such as a positive electrode active material, a binder and a conductive agent used as needed, a thickener and the like are dissolved or dispersed in a dispersion solvent to form a slurry of a positive electrode mixture, which is used as a positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer can be formed by applying and drying (wet method).
As the positive electrode active material, as described above, layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) is preferably used. The positive electrode active material is used in powder form (granular form) and mixed.
As particles of a positive electrode active material such as NMC, particles having a shape such as bulk, polyhedron, sphere, oval sphere, plate, needle, column and the like can be used.
The average particle size (d50) of the particles of the positive electrode active material such as NMC (when the primary particles are aggregated to form secondary particles, the average particle size (d50) of the secondary particles) is tap density (filling 1) from the viewpoint of mixing with other materials in forming the electrode, it is preferably 1 μm to 30 μm, more preferably 3 μm to 25 μm, and still more preferably 5 μm to 15 μm. The average particle diameter (d50) of the particles of the positive electrode active material is determined, for example, by measuring the particle size distribution based on volume using a particle size distribution measuring apparatus (SALD-3000, Shimadzu Corporation) using a laser light scattering method, It is a volume average particle diameter calculated as d50 (median diameter).
NMC等の正極活物質の粒子の77Kでの窒素吸着測定より求められる比表面積(以下、単に「比表面積」とも称する。)の範囲は、0.2m2/g〜4.0m2/gであることが好ましく、0.3m2/g〜2.5m2/gであることがより好ましく、0.4m2/g〜1.5m2/gであることがさらに好ましい。
正極活物質の粒子の比表面積が0.2m2/g以上であれば、優れた電池性能が得られる傾向にある。また、正極活物質の粒子の比表面積が4.0m2/g以下であると、タップ密度が上がりやすく、結着剤、導電剤等の他の材料との混合性が良好になる傾向にある。比表面積は、JIS Z 8830:2013に準じて窒素吸着能から測定することができる。比表面積の測定を行う際には、試料表面及び構造中に吸着している水分がガス吸着能に影響を及ぼすと考えられることから、まず、加熱による水分除去の前処理を行うことが好ましい。
前処理では、0.05gの測定試料を投入した測定用セルを、真空ポンプで10Pa以下に減圧した後、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却する。この前処理を行った後、評価温度を77Kとし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満として測定する。窒素吸着を多点法で測定し、BET法により比表面積を算出する。
The positive electrode active specific surface area determined from nitrogen adsorption measurements at 77K particulate substances NMC like (hereinafter, simply referred to as "specific surface area".) Range is a 0.2m 2 /g~4.0m 2 / g preferably there, more preferably 0.3m 2 /g~2.5m 2 / g, still more preferably 0.4m 2 /g~1.5m 2 / g.
If the specific surface area of the particles of the positive electrode active material is 0.2 m 2 / g or more, excellent battery performance tends to be obtained. In addition, when the specific surface area of the particles of the positive electrode active material is 4.0 m 2 / g or less, the tap density tends to increase, and the mixing property with other materials such as a binder and a conductive agent tends to be favorable. . The specific surface area can be measured from the nitrogen adsorption capacity according to JIS Z 8830: 2013. When measuring the specific surface area, it is preferable to perform pretreatment for removing water by heating first, since it is considered that the water adsorbed in the sample surface and structure affects the gas adsorption capacity.
In the pretreatment, the measurement cell into which 0.05 g of the measurement sample was charged was depressurized to 10 Pa or less with a vacuum pump and then heated at 110 ° C. and held for 3 hours or more, and then kept at room temperature while maintaining the depressurized state ( Allow to cool naturally to 25 ° C. After this pretreatment, the evaluation temperature is set to 77 K, and the evaluation pressure range is measured as a relative pressure (equilibrium pressure to saturated vapor pressure) less than 1. Nitrogen adsorption is measured by the multipoint method, and the specific surface area is calculated by the BET method.
正極用の導電剤としては、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材料などが挙げられる。なお、正極用の導電剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
正極合剤層の質量に対する導電剤の含有率は、0.01質量%〜50質量%であることが好ましく、0.1質量%〜30質量%であることがより好ましく、1質量%〜15質量%であることがさらに好ましい。導電剤の含有率が0.01質量%以上であると充分な導電性を得やすい傾向にある。導電剤の含有率が50質量%以下であれば、電池容量の低下を抑制することができる傾向にある。
Examples of the conductive agent for the positive electrode include metal materials such as copper and nickel; graphite (graphite) such as natural graphite and artificial graphite; carbon blacks such as acetylene black; carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke . In addition, the electrically conductive agent for positive electrodes may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
The content of the conductive agent with respect to the mass of the positive electrode mixture layer is preferably 0.01 mass% to 50 mass%, more preferably 0.1 mass% to 30 mass%, and 1 mass% to 15 mass%. More preferably, it is mass%. If the content of the conductive agent is 0.01% by mass or more, sufficient conductivity tends to be easily obtained. If the content of the conductive agent is 50% by mass or less, a decrease in battery capacity tends to be suppressed.
正極用の結着剤としては、特に限定されず、湿式法により正極合剤層を形成する場合には、分散溶媒に対する溶解性又は分散性が良好な材料が選択される。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、ポリイミド、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)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)等のゴム状高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、フッ素化ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。なお、正極用の結着剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
正極の安定性の観点から、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子を用いることが好ましい。
正極合剤層の質量に対する結着剤の含有率は、0.1質量%〜60質量%であることが好ましく、1質量%〜40質量%であることがより好ましく、3質量%〜10質量%であることがさらに好ましい。
結着剤の含有率が0.1質量%以上であると、正極活物質を充分に結着でき、充分な正極合剤層の機械的強度が得られ、サイクル特性等の電池性能が向上する傾向にある。結着剤の含有率が60質量%以下であると、充分な電池容量及び導電性が得られる傾向にある。
The binder for the positive electrode is not particularly limited, and when forming the positive electrode mixture layer by a wet method, a material having good solubility or dispersibility in the dispersion solvent is selected. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyimide and cellulose; rubber-like polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber) and NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), polyvinylidene fluoride (PVdF) , Fluorine-based polymers such as polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, fluorinated polyvinylidene fluoride, etc .; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions), etc. It can be mentioned. In addition, the binder for positive electrodes may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
From the viewpoint of the stability of the positive electrode, it is preferable to use a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer as the binder.
The content of the binder relative to the mass of the positive electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass to 60% by mass, more preferably 1% by mass to 40% by mass, and 3% by mass to 10% by mass. More preferably, it is%.
When the binder content is 0.1% by mass or more, the positive electrode active material can be sufficiently bound, sufficient mechanical strength of the positive electrode mixture layer can be obtained, and battery performance such as cycle characteristics is improved. There is a tendency. When the content of the binder is 60% by mass or less, sufficient battery capacity and conductivity tend to be obtained.
湿式法又は乾式法を用いて正極集電体上に形成された正極合剤層は、正極活物質の充填密度を向上させるため、ハンドプレス又はローラープレス等により圧密化することが好ましい。
圧密化した正極合剤層の密度は、入出力特性及び安全性のさらなる向上の観点から、2.0g/cm3〜3.5g/cm3の範囲であることが好ましく、2.3g/cm3〜3.2g/cm3の範囲であることがより好ましく、2.5g/cm3〜3.0g/cm3の範囲であることがさらに好ましい。
また、正極合剤層を形成する際の正極合剤のスラリーの正極集電体への片面塗布量は、エネルギー密度及び入出力特性の観点から、正極合剤の固形分として、30g/m2〜170g/m2であることが好ましく、40g/m2〜160g/m2であることがより好ましく、40g/m2〜150g/m2であることがさらに好ましい。
In order to improve the packing density of the positive electrode active material, the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector using a wet method or a dry method is preferably consolidated by a hand press or a roller press.
The density of compacted positive electrode mixture layer is preferably from the viewpoint of further improvement of the input-output characteristics and safety, in the range of 2.0g / cm 3 ~3.5g / cm 3 , 2.3g / cm more preferably 3 in a range of ~3.2g / cm 3, more preferably in the range of 2.5g / cm 3 ~3.0g / cm 3 .
In addition, the amount of single-sided application of the positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector when forming the positive electrode mixture layer is 30 g / m 2 as the solid content of the positive electrode mixture from the viewpoint of energy density and input / output characteristics. is preferably ~170g / m 2, more preferably from 40g / m 2 ~160g / m 2 , further preferably 40g / m 2 ~150g / m 2 .
正極集電体の材質としては特に制限はなく、中でも金属材料が好ましく、アルミニウムがより好ましい。正極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。金属材料については、金属箔、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル等が挙げられ、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。
正極集電体の平均厚みは特に限定されるものではなく、正極集電体として必要な強度及び良好な可とう性が得られる観点から、1μm〜1mmであることが好ましく、3μm〜100μmであることがより好ましく、5μm〜100μmであることがさらに好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a material of a positive electrode collector, Especially, a metal material is preferable and aluminum is more preferable. The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and materials processed into various shapes can be used. The metal material may, for example, be a metal foil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, etc. Among them, it is preferable to use a metal thin film. The thin film may be formed in a mesh shape as appropriate.
The average thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, and is preferably 1 μm to 1 mm, and 3 μm to 100 μm from the viewpoint of obtaining the strength and the flexibility required for the positive electrode current collector. Is more preferable, and 5 μm to 100 μm is more preferable.
(負極)
本開示の製造方法にて用いる負極活物質を含む負極としては、リチウムイオン二次電池に適用可能な負極であれば特に限定されない。例えば、負極は、負極集電体及びその表面に配置され、かつ負極活物質を含む負極合剤層を有する構成であってもよい。
(Negative electrode)
The negative electrode containing the negative electrode active material used in the manufacturing method of the present disclosure is not particularly limited as long as it is a negative electrode applicable to a lithium ion secondary battery. For example, the negative electrode may be configured to have a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer disposed on the surface thereof and including a negative electrode active material.
負極活物質としては、黒鉛、低結晶性炭素、メゾフェーズカーボン等の炭素材料が挙げられ、充放電容量を大きくしやすいことから、黒鉛が好ましい。黒鉛としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メゾフェーズカーボン、黒鉛化炭素繊維等が挙げられ、黒鉛の形状としては、鱗片状、球状、塊状等が挙げられる。
負極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As the negative electrode active material, carbon materials such as graphite, low crystalline carbon, mesophase carbon and the like can be mentioned, and graphite is preferable because charge and discharge capacity can be easily increased. Examples of the graphite include artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon, graphitized carbon fiber and the like, and examples of the shape of the graphite include scaly, spherical, massive and the like.
One type of negative electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination.
炭素材料、好ましくは黒鉛の平均粒子径は、2μm〜30μmであることが好ましく、2.5μm〜25μmであることがより好ましく、3μm〜20μmであることがさらに好ましく、5μm〜20μmであることが特に好ましい。平均粒子径が30μm以下であると、放電容量及び放電特性が向上する傾向にある。平均粒子径が2μm以上であると、初回充放電効率が向上する傾向にある。
なお、平均粒子径(d50)は、前述の正極活物質の場合と同様にして測定することができる。
The average particle size of the carbon material, preferably graphite, is preferably 2 μm to 30 μm, more preferably 2.5 μm to 25 μm, still more preferably 3 μm to 20 μm, and preferably 5 μm to 20 μm. Particularly preferred. When the average particle size is 30 μm or less, the discharge capacity and the discharge characteristics tend to be improved. When the average particle size is 2 μm or more, the initial charge and discharge efficiency tends to be improved.
The average particle size (d50) can be measured in the same manner as in the case of the positive electrode active material described above.
炭素材料、好ましくは黒鉛の比表面積の範囲は、0.5m2/g〜10m2/gであることが好ましく、0.8m2/g〜8m2/gであることがより好ましく、1m2/g〜7m2/gであることがさらに好ましく、1.5m2/g〜6m2/gであることが特に好ましい。
比表面積が0.5m2/g以上であると、優れた電池性能が得られる傾向にある。また、比表面積が10m2/g以下であると、タップ密度が上がりやすく、結着剤、導電剤等のほかの材料との混合性が良好になる傾向にある。
比表面積は、前述の正極活物質の場合と同様にして測定することができる。
Carbon material, preferably in the range of the specific surface area of the graphite is preferably 0.5m 2 / g~10m 2 / g, more preferably 0.8m 2 / g~8m 2 / g, 1m 2 / G~7m further preferably from 2 / g, particularly preferably 1.5m 2 / g~6m 2 / g.
When the specific surface area is 0.5 m 2 / g or more, excellent battery performance tends to be obtained. When the specific surface area is 10 m 2 / g or less, the tap density tends to increase, and the mixing property with other materials such as a binder and a conductive agent tends to be favorable.
The specific surface area can be measured in the same manner as in the case of the positive electrode active material described above.
炭素材料、好ましくは黒鉛の含有率は、電池の高容量化の観点から、負極合剤層全量に対して80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。 The content of the carbon material, preferably graphite, is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, based on the total amount of the negative electrode mixture layer, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. It is further preferable that the content is at least% by mass.
次に、負極合剤層及び負極集電体について詳細に説明する。負極合剤層は、負極活物質、結着剤等を含有し、負極集電体上に配置される。負極合剤層の形成方法に制限はなく、例えば、次のように形成される。負極活物質、結着剤及び必要に応じて用いられる導電剤、増粘剤等の他の材料を分散溶媒に溶解又は分散させて負極合剤のスラリーとし、これを負極集電体に塗布し、乾燥する(湿式法)ことで負極合剤層を形成することができる。 Next, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector will be described in detail. The negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, a binder and the like, and is disposed on the negative electrode current collector. There is no restriction | limiting in the formation method of a negative mix layer, For example, it forms as follows. A negative electrode active material, a binder, and other materials such as a conductive agent used as needed, and a thickener are dissolved or dispersed in a dispersion solvent to form a slurry of a negative electrode mixture, which is applied to a negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer can be formed by drying (wet method).
負極用の導電剤としては、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などを用いることができる。負極用の導電剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。このように、負極合剤に導電剤を添加することにより、電極の抵抗を低減する等の効果が得られる傾向にある。 As the conductive agent for the negative electrode, carbon black such as acetylene black and amorphous carbon such as needle coke can be used. As the conductive agent for the negative electrode, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Thus, by adding the conductive agent to the negative electrode mixture, an effect of reducing the resistance of the electrode or the like tends to be obtained.
負極合剤層の質量に対する導電剤の含有率は、導電性の向上及び初期不可逆容量の低減の観点から、1質量%〜45質量%であることが好ましく、2質量%〜42質量%であることがより好ましく、3質量%〜40質量%であることがさらに好ましい。導電剤の含有率が1質量%以上であると充分な導電性を得やすい傾向にある。導電剤の含有率が45質量%以下であると電池容量の低下を抑制することができる傾向にある。 The content of the conductive agent with respect to the mass of the negative electrode mixture layer is preferably 1% by mass to 45% by mass, and is 2% by mass to 42% by mass from the viewpoint of improving the conductivity and reducing the initial irreversible capacity. It is more preferable that it is 3 mass%-40 mass%. If the content of the conductive agent is 1% by mass or more, sufficient conductivity tends to be easily obtained. If the content of the conductive agent is 45% by mass or less, a decrease in battery capacity tends to be suppressed.
負極用の結着剤としては、非水電解液又は電極の形成の際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、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)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)等のゴム状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。なお、負極用の結着剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、SBR、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子等を用いることが好ましい。 The binder for the negative electrode is not particularly limited as long as it is a material stable to the non-aqueous electrolytic solution or the dispersion solvent used in forming the electrode. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, cellulose and nitrocellulose; rubber-like polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber) and NBR (acrylonitrile-butadiene rubber); polyvinylidene fluoride (PVdF) And fluorine-containing polymers such as polytetrafluoroethylene and fluorinated polyvinylidene fluoride; and polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions). In addition, the binder for negative electrodes may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among these, it is preferable to use SBR, a fluorine-based polymer represented by polyvinylidene fluoride, and the like.
負極合剤層の質量に対する結着剤の含有率は、0.1質量%〜20質量%であることが好ましく、0.5質量%〜15質量%であることがより好ましく、0.6質量%〜10質量%であることがさらに好ましい。
結着剤の含有率が0.1質量%以上であると、負極活物質を充分に結着でき、充分な負極合剤層の機械的強度が得られる傾向にある。結着剤の含有率が20質量%以下であると、充分な電池容量及び導電性が得られる傾向にある。
The content of the binder relative to the mass of the negative electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass to 20% by mass, more preferably 0.5% by mass to 15% by mass, and 0.6% by mass. More preferably, it is% to 10% by mass.
When the content of the binder is 0.1% by mass or more, the negative electrode active material can be sufficiently bonded, and sufficient mechanical strength of the negative electrode mixture layer tends to be obtained. When the content of the binder is 20% by mass or less, sufficient battery capacity and conductivity tend to be obtained.
なお、結着剤として、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剤層の質量に対する結着剤の含有率は、1質量%〜15質量%であることが好ましく、2質量%〜10質量%であることがより好ましく、3質量%〜8質量%であることがさらに好ましい。 The content of the binder relative to the mass of the negative electrode mixture layer is 1% by mass to 15% by mass when a fluorine-based polymer represented by polyvinylidene fluoride is used as the main component as the binder. Is preferable, 2 to 10% by mass is more preferable, and 3 to 8% by mass is more preferable.
増粘剤は、スラリーの粘度を調整するために使用される。増粘剤としては、特に制限はなく、具体的には、例えば、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、カゼイン及びこれらの塩が挙げられる。増粘剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Thickeners are used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples thereof include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein and salts thereof. The thickener may be used singly or in combination of two or more.
負極合剤層の質量に対する増粘剤の含有率は、入出力特性及び電池容量の観点から、0.1質量%〜5質量%であることが好ましく、0.5質量%〜3質量%であることがより好ましく、0.6質量%〜2質量%であることがさらに好ましい。 The content of the thickener with respect to the mass of the negative electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass to 5% by mass from the viewpoint of input / output characteristics and battery capacity, and is 0.5% by mass to 3% by mass The content is more preferably 0.6% by mass to 2% by mass.
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、結着剤、及び必要に応じて用いられる導電剤、増粘剤等を溶解又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、水系溶媒又は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、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。有機系溶媒の例としては、N−メチル−2−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、酢酸メチル、アクリル酸メチル、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、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、ヘキサン等が挙げられる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤を用いることが好ましい。 As a dispersion solvent for forming a slurry, any solvent which can dissolve or disperse a negative electrode active material, a binder, a conductive agent used as needed, a thickener and the like can be used. There is no limitation, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water, alcohol, a mixed solvent of water and alcohol, and the like. Examples of organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, dimethyl sulfoxide , Benzene, xylene, hexane and the like. In particular, when using an aqueous solvent, it is preferable to use a thickener.
負極合剤層の密度は、0.7g/cm3〜2g/cm3であることが好ましく、0.8g/cm3〜1.9g/cm3であることがより好ましく、0.9g/cm3〜1.8g/cm3であることがさらに好ましい。
負極合剤層の密度が0.7g/cm3以上であると、負極活物質間の導電性が向上し電池抵抗の増加を抑制することができ、単位容積あたりの容量を向上できる傾向にある。負極合剤層の密度が2g/cm3以下であると、初期不可逆容量の増加及び負極集電体と負極活物質との界面付近への非水電解液の浸透性の低下による放電特性の劣化を招くおそれが少なくなる傾向にある。
また、負極合剤層を形成する際の負極合剤のスラリーの負極集電体への片面塗布量は、エネルギー密度及び入出力特性の観点から、負極合剤の固形分として、30g/m2〜150g/m2であることが好ましく、40g/m2〜140g/m2であることがより好ましく、45g/m2〜130g/m2であることがさらに好ましい。
Density of the negative electrode mixture layer is preferably 0.7g / cm 3 ~2g / cm 3 , more preferably from 0.8g / cm 3 ~1.9g / cm 3 , 0.9g / cm More preferably, it is 3 to 1.8 g / cm 3 .
When the density of the negative electrode mixture layer is 0.7 g / cm 3 or more, the conductivity between the negative electrode active materials can be improved, the increase in battery resistance can be suppressed, and the capacity per unit volume can be improved. . When the density of the negative electrode mixture layer is 2 g / cm 3 or less, the discharge characteristics deteriorate due to an increase in initial irreversible capacity and a decrease in the permeability of the non-aqueous electrolyte to the vicinity of the interface between the negative electrode current collector and the negative electrode active material Tend to reduce the risk of
In addition, the amount of single-sided application of the negative electrode mixture slurry to the negative electrode current collector when forming the negative electrode mixture layer is 30 g / m 2 as the solid content of the negative electrode mixture from the viewpoint of energy density and input / output characteristics. it is preferably to 150 g / m 2, more preferably from 40g / m 2 ~140g / m 2 , further preferably 45g / m 2 ~130g / m 2 .
負極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 a negative electrode collector, As a specific example, metal materials, such as copper, nickel, stainless steel, nickel plating steel, are mentioned. Among them, copper is preferable in terms of ease of processing and cost.
負極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、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル等が挙げられる。中でも、金属箔が好ましく、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、どちらも負極集電体として好適である。
負極集電体の平均厚みは特に限定されるものではない。例えば、5μm〜50μmであることが好ましく、8μm〜40μmであることがより好ましく、9μm〜30μmであることがさらに好ましい。
なお、負極集電体の平均厚みが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。
There is no restriction | limiting in particular as a shape of a negative electrode collector, The material processed into various shapes can be used. As a specific example, a metal foil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal etc. are mentioned. Among them, metal foil is preferable, and 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 as a negative electrode current collector.
The average thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited. For example, the thickness is preferably 5 μm to 50 μm, more preferably 8 μm to 40 μm, and still more preferably 9 μm to 30 μm.
When the average thickness of the negative electrode current collector is less than 25 μm, the strength can be improved by using a stronger copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, corson alloy, Cu-Cr-Zr alloy, etc.) than pure copper. it can.
(電解質)
本開示の製造方法にて用いる電解質は、EMI−FSI及びリチウム塩を含む。
(Electrolytes)
The electrolyte used in the manufacturing method of the present disclosure includes EMI-FSI and a lithium salt.
リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiFSI(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2等が挙げられる。リチウム塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As lithium salts, LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI (lithium bis (fluorosulfonyl) imide), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 And LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 and the like. A lithium salt may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
電池容器に収容される電解質のリチウム塩濃度は、例えば、電気伝導度の観点から、0.5mol/kg〜2.5mol/kgであることが好ましく、0.8mol/kg〜2.0mol/kgであることがより好ましく、1.0mol/kg〜1.8mol/kgであることがさらに好ましい。 The lithium salt concentration of the electrolyte contained in the battery container is, for example, preferably 0.5 mol / kg to 2.5 mol / kg, from 0.8 mol / kg to 2.0 mol / kg, from the viewpoint of electrical conductivity. Is more preferably 1.0 mol / kg to 1.8 mol / kg.
(セパレータ)
本開示の製造方法では、正極と負極との間に正極及び負極間を絶縁するセパレータを用いてもよい。セパレータとしては、正極及び負極間を絶縁しつつ、イオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性及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、無機物等が用いられる。
樹脂としては、オレフィン系高分子、フッ素系高分子、セルロース系高分子、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。中でも、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又は不織布などを用いることが好ましい。
無機物としては、アルミナ、二酸化ケイ素等の酸化物類、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物類、ガラスなどが用いられる。例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、不織布としたもの、織布としたもの又は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0.01μm〜1μmであり、平均厚みが5μm〜50μmのものが好適に用いられる。また、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、樹脂等の結着剤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もできる。また、この複合多孔層を他のセパレータの表面に形成し、多層セパレータとしてもよい。さらに、この複合多孔層を、正極又は負極の表面に形成し、セパレータとしてもよい。
(Separator)
In the manufacturing method of the present disclosure, a separator that insulates between the positive electrode and the negative electrode may be used between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it has ion permeability and insulates between the positive electrode and the negative electrode, and has resistance to oxidation on the positive electrode side and reducibility on the negative electrode side. Resin, an inorganic substance, etc. are used as a material (material) of the separator which satisfy | fills such a characteristic.
As the resin, an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, polyimide, nylon or the like is used. Among them, it is preferable to use a porous sheet or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene as a raw material.
As the inorganic substance, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, glass and the like are used. For example, the inorganic material in the form of fibers or particles may be used as a non-woven fabric, a woven fabric, or a thin film-shaped substrate such as a microporous film, which may be used as a separator. As the thin film-shaped substrate, one having a pore diameter of 0.01 μm to 1 μm and an average thickness of 5 μm to 50 μm is suitably used. In addition, it is also possible to use, as a separator, a composite porous layer in which the above-mentioned inorganic substance in the form of fibers or particles is made of a binder such as a resin. In addition, this composite porous layer may be formed on the surface of another separator to be a multilayer separator. Furthermore, this composite porous layer may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode, and may be used as a separator.
[第二実施形態]
本開示の第二実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極並びに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程と、前記正極、前記負極及び前記電解質が収容された前記電池容器を熱処理する工程と、を有する。第二実施形態の製造方法では、正極、負極及び電解質を電池容器に収容した後に、電池容器を熱処理する点で、前述の第一実施形態の製造方法と異なる。
本開示の製造方法では、正極、負極並びにEMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容した後に電池容器を熱処理することにより、正極及び負極の表面に被膜を形成することができ、これにより、その後の充放電による電解質中の成分の分解、活物質の劣化等が抑制され、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
また、本開示の製造方法では、電池反応を行わずに、簡易な方法にて充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
なお、正極、負極及び電解質の好ましい構成、並びに製造されるリチウムイオン二次電池の好ましい構成については、前述の第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
Second Embodiment
A method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to a second embodiment of the present disclosure includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and lithium The method includes the steps of: storing an electrolyte containing a salt in a battery case; and heat treating the battery case containing the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte. The manufacturing method of the second embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment described above in that the battery case is heat-treated after the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte are accommodated in the battery case.
In the manufacturing method of the present disclosure, a film can be formed on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode by heat treating the battery case after housing the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte containing EMI-FSI and lithium salt in the battery case. As a result, decomposition of components in the electrolyte due to subsequent charge and discharge, deterioration of the active material, and the like are suppressed, and a lithium ion secondary battery having excellent charge and discharge cycle characteristics can be obtained.
In addition, according to the manufacturing method of the present disclosure, a lithium ion secondary battery excellent in charge and discharge cycle characteristics can be obtained by a simple method without performing a battery reaction.
In addition, about the preferable structure of a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte, and the preferable structure of the manufactured lithium ion secondary battery, since it is the same as that of above-mentioned 1st embodiment, the description is abbreviate | omitted.
(熱処理前収容工程)
本開示の製造方法は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極並びにEMI−FSI及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程(熱処理前収容工程)を有する。この工程では、リチウムイオン二次電池の各構成部材が電池容器に収容される。また、正極と負極との間に正極及び負極間を絶縁するセパレータが配置されるように、セパレータを電池容器に収容してもよい。
(Containment process before heat treatment)
The manufacturing method of the present disclosure includes a step of housing a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including the negative electrode active material, and an electrolyte including EMI-FSI and a lithium salt in a battery container (pre-heat treatment storage step). In this step, each component of the lithium ion secondary battery is accommodated in the battery container. In addition, the separator may be housed in the battery case such that a separator that insulates between the positive electrode and the negative electrode is disposed between the positive electrode and the negative electrode.
(電池熱処理工程)
本開示の製造方法は、正極、負極及び電解質が収容された前記電池容器を熱処理する工程を有する。電池容器を熱処理する条件としては、電解質中の成分が熱分解して正極及び負極の表面に被膜が形成される条件であればよい。
(Battery heat treatment process)
The manufacturing method of this indication has the process of heat-treating the said battery container in which the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte were accommodated. The conditions for heat-treating the battery case may be such that the components in the electrolyte are thermally decomposed to form a film on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
例えば、熱処理の温度としては、35℃〜100℃であってもよく、40℃〜80℃であってもよく、45℃〜60℃であってもよい。熱処理の温度が35℃以上であることにより、電解質中の成分の熱分解による被膜が形成しやすい傾向にあり、熱処理の温度が100℃以下であることにより、過剰な熱分解反応を抑制できる傾向にある。
なお、熱処理の温度とは、電池容器を熱処理するときの雰囲気温度を指す。
For example, the temperature of the heat treatment may be 35 ° C. to 100 ° C., 40 ° C. to 80 ° C., or 45 ° C. to 60 ° C. When the temperature of the heat treatment is 35 ° C. or more, the film tends to be easily formed by thermal decomposition of the components in the electrolyte, and when the temperature of the heat treatment is 100 ° C. or less, the excessive thermal decomposition reaction can be suppressed. It is in.
In addition, the temperature of heat processing refers to the atmospheric temperature at the time of heat-processing a battery container.
また、熱処理の時間としては、2時間〜24時間であってもよく、3時間〜18時間であってもよく、5時間〜12時間であってもよく、6時間〜8時間であってもよい。熱処理の時間が2時間以上であることにより、電解質中の成分の熱分解による被膜が形成しやすい傾向にあり、熱処理の時間が24時間以下であることにより、放電負荷特性に優れる傾向にある。 The heat treatment time may be 2 hours to 24 hours, 3 hours to 18 hours, 5 hours to 12 hours, or 6 hours to 8 hours. Good. When the heat treatment time is 2 hours or more, the coating tends to be easily formed by thermal decomposition of the components in the electrolyte, and when the heat treatment time is 24 hours or less, the discharge load characteristics tend to be excellent.
また、熱処理の雰囲気としては、熱処理の際に大気、水分等が侵入しないことが好ましく、例えば、減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。また電池容器を封止した後に熱処理を行うことが好ましい。 In addition, as the atmosphere of the heat treatment, it is preferable that air, moisture, and the like do not enter during the heat treatment, and for example, a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere is preferable. Further, it is preferable to perform heat treatment after sealing the battery container.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
<正極の作製>
層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(正極活物質)90質量部、アセチレンブラック(導電剤)5質量部、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)5質量部、を加えて混合し正極合剤を調製した。正極合剤を分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散し、スラリー状としたものを厚さ20μmのアルミニウム箔上に、分散媒の乾燥後の塗工量が100g/m2になるように塗工して100℃で1時間乾燥し、正極合剤層を形成した。乾燥後、プレスすることにより、正極合剤層の密度を2.6g/cm3に調整した。なお、正極合剤層の密度は、式:正極合剤層の密度=(正極の質量−正極集電体[アルミニウム箔]の質量)/(正極合剤層の厚み×正極合剤層の面積)から算出した。これを直径12mmに打ち抜き、正極とした。
<Fabrication of positive electrode>
90 parts by mass of layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (positive electrode active material), 5 parts by mass of acetylene black (conductive agent), 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (binding agent) The agent was prepared. The positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium, and the slurry is applied on an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the coating amount after drying of the dispersion medium is 100 g / m 2 . The mixture was applied as such and dried at 100 ° C. for 1 hour to form a positive electrode mixture layer. After drying, the density of the positive electrode mixture layer was adjusted to 2.6 g / cm 3 by pressing. The density of the positive electrode mixture layer is expressed by the formula: density of positive electrode mixture layer = (mass of positive electrode−mass of positive electrode current collector [aluminum foil]) / (thickness of positive electrode mixture layer × area of positive electrode mixture layer) Calculated from). This was punched out to a diameter of 12 mm and used as a positive electrode.
<負極の作製>
黒鉛(負極活物質、日立化成株式会社)95質量部、アセチレンブラック(導電剤)3質量部、スチレンブタジエンゴム(結着剤)1質量部、及びカルボキシメチルセルロース(増粘剤)1質量部を加えて混合し負極合剤を調製した。負極合剤を分散媒としての水に分散し、スラリー状としたものを厚さ20μmの銅箔上に、分散媒の乾燥後の塗工量が54g/m2になるように塗工して80℃で1時間乾燥し、負極合剤層を形成した。乾燥後、プレスすることにより、負極合剤層の密度を1.6g/cm3に調整した。なお、負極合剤層の密度は、式:負極合剤層の密度=(負極の質量−集電体[銅箔]の質量)/(負極合剤層の厚み×負極合剤層の面積)から算出した。これを直径12mmに打ち抜き、負極とした。
<Fabrication of negative electrode>
Add 95 parts by mass of graphite (negative electrode active material, Hitachi Chemical Co., Ltd.), 3 parts by mass of acetylene black (conductive agent), 1 part by mass of styrene butadiene rubber (binder), and 1 part by mass of carboxymethylcellulose (thickener) The mixture was mixed to prepare a negative electrode mixture. The negative electrode mixture is dispersed in water as a dispersion medium, and the slurry is applied on a 20 μm thick copper foil so that the coating amount after drying of the dispersion medium is 54 g / m 2. It dried at 80 degreeC for 1 hour, and formed the negative mix layer. After drying, the density of the negative electrode mixture layer was adjusted to 1.6 g / cm 3 by pressing. In addition, the density of the negative electrode mixture layer is represented by the formula: density of negative electrode mixture layer = (mass of negative electrode−mass of current collector [copper foil]) / (thickness of negative electrode mixture layer × area of negative electrode mixture layer) Calculated from This was punched to a diameter of 12 mm and used as a negative electrode.
[実施例1]
<評価用セルの作製>
正極、直径14mmに打ち抜いたポリエチレン系微多孔膜セパレータ、負極及び3極式HSセル(宝泉株式会社)を用いて評価用セルを作製した。負極及びセパレータを重ねた後、1.2mol/kgとなるようにリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を1−エチル−3メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(EMI−FSI)に溶解させて調製した電解質を3極式HSセルに注液し、その後負極と対向するように正極を重ねてセル内に配置した。
評価用セルは、露点−80℃以下で、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で作製した。
Example 1
<Fabrication of evaluation cell>
A cell for evaluation was manufactured using a positive electrode, a polyethylene-based microporous membrane separator punched to a diameter of 14 mm, a negative electrode, and a 3-pole HS cell (Housen Co., Ltd.). After stacking the negative electrode and the separator, lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) is dissolved in 1-ethyl-3 methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (EMI-FSI) to a concentration of 1.2 mol / kg. The electrolyte prepared as above was poured into a 3-pole HS cell, and then the positive electrode was stacked to face the negative electrode and placed in the cell.
The evaluation cell was produced in a glove box under an argon atmosphere at a dew point of −80 ° C. or less.
<評価用セルの熱処理>
熱処理として、評価用セルを50℃に設定した恒温槽内に6時間静置した。その後、評価用セルを取り出し、室温で12時間静置した。
<Heat treatment of evaluation cell>
As a heat treatment, the evaluation cell was allowed to stand in a thermostat set at 50 ° C. for 6 hours. Thereafter, the evaluation cell was taken out and allowed to stand at room temperature for 12 hours.
<サイクル試験>
熱処理後の評価用セルについて、充放電装置を用いて、以下の充放電条件の下で測定した。
(1)初回サイクルは電流値0.1Cで、終止電圧4.2Vまで充電し、その後、定電圧で電流値が設定電流値の1/10になるまで充電する定電流定電圧(CCCV)充電を行った。その後、電流値0.1Cで、終止電圧3.0Vまで定電流(CC)放電を行った。なお、Cとは「電流値(A)/電池容量(Ah)」を意味する。
(2)次いで、電流値1Cで、終止電圧4.2Vまで充電し、その後、定電圧で電流値が設定電流値の1/10になるまでCCCV充電を行った。その後、電流値1Cで、終止電圧3.0VまでCC放電を行った。このサイクルを200サイクル行った。
サイクル試験の結果から、下記式を用いてクーロン効率(%)及び容量維持率(%)を算出した。クーロン効率及び容量維持率は、その値が大きいほど電池として優れているといえる。
クーロン効率(%)=[(2)で得られた10サイクル目の放電容量/(2)の10サイクル目の充電容量]×100
容量維持率(%)=[(2)で得られた200サイクル目の放電容量/(2)の1サイクル目の放電容量]×100
<Cycle test>
The evaluation cell after heat treatment was measured using the charge / discharge device under the following charge / discharge conditions.
(1) The first cycle is a constant current constant voltage (CCCV) charge that charges to a final voltage of 4.2 V with a current value of 0.1 C and then charges until the current value becomes 1/10 of the set current value at a constant voltage Did. Thereafter, constant current (CC) discharge was performed at a current value of 0.1 C to a termination voltage of 3.0 V. C means "current value (A) / battery capacity (Ah)".
(2) Next, charging was performed to a final voltage of 4.2 V at a current value of 1 C, and then CCCV charging was performed at a constant voltage until the current value became 1/10 of the set current value. Thereafter, CC discharge was performed at a current value of 1 C to a termination voltage of 3.0 V. This cycle was performed for 200 cycles.
From the results of the cycle test, Coulomb efficiency (%) and capacity retention rate (%) were calculated using the following formulas. The coulombic efficiency and the capacity retention rate can be said to be superior as the battery as the values are larger.
Coulomb efficiency (%) = [discharge capacity at 10th cycle obtained by (2) / charge capacity at 10th cycle of (2)] × 100
Capacity retention rate (%) = [Discharge capacity of 200th cycle obtained by (2) / Discharge capacity of 1st cycle of (2)] × 100
<放電負荷試験>
サイクル試験の後、電流値1Cで、終止電圧4.2Vまで充電し、その後、定電圧で電流値が設定電流値の1/10になるまで充電する定電流定電圧(CCCV)充電を行った。その後、電流値1Cで、終止電圧3.0Vまで定電流(CC)放電を行った。この充放電サイクルを5回行った後、放電時の電流値を2C、3Cの順番で変え、前述の放電時の電流値にて充放電サイクルを5回ずつ行った。
放電負荷試験の結果から、下記式を用いて放電負荷特性(%)を算出した。放電負荷特性は、その値が大きいほど電池として優れているといえる。
放電負荷特性=[3C放電容量(5サイクル目)/1C放電容量(5サイクル目)]×100
<Discharge load test>
After the cycle test, constant current constant voltage (CCCV) charging was performed by charging to a final voltage of 4.2 V at a current value of 1 C and then charging the current value to 1/10 of the set current value at a constant voltage . Thereafter, constant current (CC) discharge was performed at a current value of 1 C to a termination voltage of 3.0 V. After the charge and discharge cycle was performed five times, the current value at the time of discharge was changed in the order of 2C and 3C, and the charge and discharge cycle was performed five times at each current value at the time of the above discharge.
From the results of the discharge load test, the discharge load characteristics (%) were calculated using the following equation. The larger the value of the discharge load characteristic, the better the battery.
Discharge load characteristic = [3 C discharge capacity (5th cycle) / 1 C discharge capacity (5th cycle)] × 100
[実施例2〜6]
リチウム塩濃度、熱処理温度及び熱処理時間を表1に示す条件に変更したこと以外は実施例1と同様にして評価用セルの作製及び評価用セルの熱処理を行い、熱処理後の評価用セルを用いてサイクル試験及び放電負荷試験を行った。
[Examples 2 to 6]
In the same manner as in Example 1 except that the lithium salt concentration, the heat treatment temperature and the heat treatment time were changed to the conditions shown in Table 1, the heat treatment of the evaluation cell was performed, and the evaluation cell after heat treatment was used. Cycle test and discharge load test were conducted.
[実施例7]
<正極の熱処理>
露点−80℃以下で、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、ガラス製のサンプル管に正極を設置し、1.2mol/kgとなるようにLiFSIをEMI−FSIに溶解させて調製した電解質を注液し、正極をEMI−FSIに浸漬させた。その後、サンプル管に蓋をし、大気が侵入しないように封止した。サンプル管を50℃に設定した恒温槽内に6時間静置し、その後、グローブボックス内で室温になるまで静置した。
[Example 7]
<Heat treatment of positive electrode>
In the glove box under an argon atmosphere with a dew point of −80 ° C. or less, a positive electrode was placed on a glass sample tube, and an electrolyte prepared by dissolving LiFSI in EMI-FSI to a concentration of 1.2 mol / kg was injected. The positive electrode was immersed in EMI-FSI. The sample tube was then capped and sealed from the atmosphere. The sample tube was allowed to stand in a thermostat set at 50 ° C. for 6 hours, and then allowed to stand at room temperature in a glove box.
その後、この正極を用いて実施例1と同様にして評価用セルの作製を行った。そして、作製した評価用セルの熱処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして、作製した評価用セルを用いてサイクル試験及び放電負荷試験を行った。 Thereafter, using this positive electrode, an evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1. Then, in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment of the produced evaluation cell was not performed, the cycle test and the discharge load test were performed using the produced evaluation cell.
[実施例8]
<負極の熱処理>
露点−80℃以下で、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、ガラス製のサンプル管に負極を設置し、1.2mol/kgとなるようにLiFSIをEMI−FSIに溶解させて調製した電解質を注液した。その後、サンプル管に蓋をし、大気が侵入しないように封止した。サンプル管を50℃に設定した恒温槽内に6時間静置し、その後、グローブボックス内で室温になるまで静置した。
[Example 8]
<Heat treatment of negative electrode>
In a glove box under an argon atmosphere with a dew point of -80 ° C or less, a negative electrode is placed on a glass sample tube, and an electrolyte prepared by dissolving LiFSI in EMI-FSI to a concentration of 1.2 mol / kg is injected. Liquid. The sample tube was then capped and sealed from the atmosphere. The sample tube was allowed to stand in a thermostat set at 50 ° C. for 6 hours, and then allowed to stand at room temperature in a glove box.
その後、この負極を用いて実施例1と同様にして評価用セルの作製を行った。そして、作製した評価用セルの熱処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして、作製した評価用セルを用いてサイクル試験及び放電負荷試験を行った。 Thereafter, using this negative electrode, an evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1. Then, in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment of the produced evaluation cell was not performed, the cycle test and the discharge load test were performed using the produced evaluation cell.
各実施例及び各比較例におけるクーロン効率(%)、容量維持率(%)及び放電負荷特性(%)の結果を表1に示す。
なお、表1中の「−」は未測定を表す。
The results of Coulomb efficiency (%), capacity retention rate (%) and discharge load characteristics (%) in each Example and each Comparative Example are shown in Table 1.
In addition, "-" in Table 1 represents unmeasured.
実施例1〜実施例8では、比較例1及び2と比較してクーロン効率(%)及び容量維持率に優れており、充放電サイクル特性に優れることが確認された。 In Examples 1 to 8, the Coulomb efficiency (%) and the capacity retention ratio were superior to Comparative Examples 1 and 2, and it was confirmed that the charge / discharge cycle characteristics were excellent.
また、リチウム塩濃度1.6mol/kgかつ熱処理時間6hである実施例3と、リチウム塩濃度1.6mol/kgで熱処理を行わない比較例2とを比較すると、実施例3にて放電負荷特性が向上する結果となった。
また、リチウム塩濃度が実施例3と同様であり、熱処理温度が40℃、かつ熱処理時間が6時間である実施例5、及び熱処理温度が40℃、かつ熱処理時間が12時間である実施例6と、リチウム塩濃度が実施例3と同様であり、熱処理を行わない比較例2とを比較すると、実施例5及び6にて放電負荷特性が向上する結果となった。
Further, comparing Example 3 in which the lithium salt concentration is 1.6 mol / kg and the heat treatment time 6 h with Comparative Example 2 in which the heat treatment is not performed at the lithium salt concentration 1.6 mol / kg, the discharge load characteristics in Example 3 are obtained. The result is an improvement.
The lithium salt concentration is the same as in Example 3, the heat treatment temperature is 40 ° C., and the heat treatment time is 6 hours. The heat treatment temperature is 40 ° C., and the heat treatment time is 12 hours. When the lithium salt concentration is the same as in Example 3 and Comparative Example 2 in which the heat treatment is not performed, the discharge load characteristics are improved in Examples 5 and 6.
Claims (6)
浸漬させた後の前記電極を熱処理する工程と、
前記電極の熱処理後に、前記正極、前記負極、並びに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウム塩を含む電解質を電池容器に収容する工程と、
を有するリチウムイオン二次電池の製造方法。 Immersing at least one electrode of a positive electrode containing a positive electrode active material and a negative electrode containing a negative electrode active material in an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt;
Heat treating the electrode after immersion;
Storing the positive electrode, the negative electrode, and an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt in a battery case after heat treatment of the electrode;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery which has.
前記正極、前記負極及び前記電解質が収容された前記電池容器を熱処理する工程と、
を有するリチウムイオン二次電池の製造方法。 A step of housing a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium salt in a battery container;
Heat treating the battery container containing the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery which has.
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