JP2019164974A - Electrode, secondary cell, battery pack and vehicle - Google Patents

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Abstract

To provide a high output electrode excellent in high temperature durability.SOLUTION: An electrode is provided. This electrode contains an active material represented by general formula LiMO(0≤x≤1.33, 0.5≤y≤1, M contains at least one element selected from Ni, Co and Mn), and a binder. The binder contains a polymer containing a monomer containing nitrogen atom. In a pore size distribution of the electrode obtained by a method of mercury penetration, when representing the pore median diameter by D (μm), and the pore specific surface area by S (m/g), following expression (1) is satisfied. S/D≥35 ... (1)SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明の実施形態は、電極、二次電池、電池パック及び車両に関する。   Embodiments described herein relate generally to an electrode, a secondary battery, a battery pack, and a vehicle.

リチウムイオンを用いた非水電解質電池は、マイクロハイブリッド自動車やアイドリングストップシステム等の車載用途や定置用途への応用が進むにつれて、更なる高容量化、長寿命化、高出力化が期待されている。リチウムチタン複合酸化物は、充放電に伴う体積変化が小さいためサイクル特性に優れている。また、リチウムチタン複合酸化物のリチウム吸蔵放出反応は原理的にリチウム金属が析出し難いため、大電流での充放電を繰り返しても性能劣化が小さい。   Non-aqueous electrolyte batteries using lithium ions are expected to have higher capacities, longer lifespans, and higher outputs as they are applied to in-vehicle and stationary applications such as micro hybrid vehicles and idling stop systems. . Lithium titanium composite oxide has excellent cycle characteristics because of a small volume change accompanying charge / discharge. Further, in the lithium occlusion / release reaction of the lithium-titanium composite oxide, in principle, it is difficult for the lithium metal to precipitate, so that the performance deterioration is small even when charging and discharging with a large current are repeated.

リチウムイオンを用いた非水電解質電池を自動車等の車両のエンジンルームに搭載する場合、非水電解質電池につながる配線を簡素化し、車両内の空間を広げることができる。しかしながら、エンジンルームは80℃程度の高温環境であるため、非水電解質電池の電極活物質と電解液との副反応や、結着剤の膨潤、劣化等が起こり得る。そのため、リチウムイオンを用いた非水電解質電池の出力が低下し、寿命が短くなることが課題であった。   When a non-aqueous electrolyte battery using lithium ions is mounted in an engine room of a vehicle such as an automobile, wiring connected to the non-aqueous electrolyte battery can be simplified and the space in the vehicle can be expanded. However, since the engine room is in a high temperature environment of about 80 ° C., side reactions between the electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery and the electrolyte, swelling and deterioration of the binder, and the like can occur. Therefore, it has been a problem that the output of the non-aqueous electrolyte battery using lithium ions is reduced and the life is shortened.

特開2005−123183号公報JP-A-2005-123183 特開平9−199179号公報JP-A-9-199179

本発明は、高出力であり且つ高温耐久性に優れる電極、この電極を具備する二次電池、この二次電池を具備する電池パック、この電池パックを具備する車両を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electrode having high output and excellent high-temperature durability, a secondary battery including the electrode, a battery pack including the secondary battery, and a vehicle including the battery pack. .

第1の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含む。水銀圧入法によって得られる電極の細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす。
S/D≧35 …(1)
第2の実施形態によると、二次電池が提供される。この二次電池は、第1の実施形態に係る電極を含む。
According to a first embodiment, an electrode is provided. This electrode has the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) are represented by Active material and a binder. The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom. In the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the following formula (1) is satisfied when the pore median diameter is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. .
S / D ≧ 35 (1)
According to the second embodiment, a secondary battery is provided. This secondary battery includes the electrode according to the first embodiment.

第3の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る二次電池を含む。   According to the third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the secondary battery according to the second embodiment.

第4の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第3の実施形態に係る電池パックを含む。   According to a fourth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle includes the battery pack according to the third embodiment.

第2の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically an example of the secondary battery which concerns on 2nd Embodiment. 図1に示す二次電池のA部を拡大した断面図。Sectional drawing which expanded the A section of the secondary battery shown in FIG. 第2の実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図。The partial notch perspective view which shows the other example of the secondary battery which concerns on 2nd Embodiment typically. 図3に示す二次電池のB部を拡大した断面図。Sectional drawing which expanded the B section of the secondary battery shown in FIG. 第2の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。The perspective view which shows roughly an example of the assembled battery which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図。The exploded perspective view showing roughly an example of the battery pack concerning a 3rd embodiment. 図6に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the electric circuit of the battery pack shown in FIG. 第4の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly an example of the vehicle which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る車両の他の例を概略的に示した図。The figure which showed roughly the other example of the vehicle which concerns on 4th Embodiment. 実施例及び比較例に係る細孔径分布を示す図。The figure which shows the pore diameter distribution which concerns on an Example and a comparative example.

以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the embodiment, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are the following explanations and known techniques. The design can be changed as appropriate.

(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含む。水銀圧入法によって得られる電極の細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす。
S/D≧35 …(1)
従来、リチウムイオン非水電解質電池の電解質として、例えばカーボネート系の有機溶媒が使用されている。電極は、このような有機溶媒を含んだ電解質に曝されるため、電極が含む結着剤は、電解質に対して膨潤し難いことが望ましい。結着剤が膨潤すると、出力特性が低下するだけでなく、サイクル寿命特性も低下する。例えば、結着剤として使用されているポリフッ化ビニリデン(PVdF)は、カーボネート系の電解質に曝されると膨潤しやすい。とりわけ、80℃以上の高温環境下では、結着剤はより膨潤し易くなる。
(First embodiment)
According to a first embodiment, an electrode is provided. This electrode has the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) are represented by Active material and a binder. The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom. In the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the following formula (1) is satisfied when the pore median diameter is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. .
S / D ≧ 35 (1)
Conventionally, for example, a carbonate-based organic solvent has been used as an electrolyte of a lithium ion nonaqueous electrolyte battery. Since the electrode is exposed to an electrolyte containing such an organic solvent, it is desirable that the binder contained in the electrode is difficult to swell with respect to the electrolyte. When the binder swells, not only the output characteristics deteriorate, but also the cycle life characteristics deteriorate. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF) used as a binder tends to swell when exposed to a carbonate-based electrolyte. In particular, the binder is more likely to swell in a high temperature environment of 80 ° C. or higher.

結着剤に望まれる特性は、電解質に対する耐膨潤性が高いことだけではない。結着剤は、活物質粒子の表面を適度に被覆することが可能なものであることが望ましい。結着剤が活物質粒子の表面を被覆することにより、活物質と電解質との副反応を抑制することができる。しかしながら、活物質粒子の表面が結着剤により過度に被覆されると、電極の内部抵抗が増大するため好ましくない。   The desired property of the binder is not only high resistance to swelling with respect to the electrolyte. It is desirable that the binder is capable of appropriately covering the surface of the active material particles. By covering the surface of the active material particles with the binder, a side reaction between the active material and the electrolyte can be suppressed. However, if the surface of the active material particles is excessively covered with the binder, the internal resistance of the electrode increases, which is not preferable.

本発明者らは、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む電極において、バインダが、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含み、この電極について水銀圧入法により得られる細孔径分布において、細孔メディアン径(d50)をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、S/D≧35を満たす電極は、高出力であり且つ高温耐久性に優れることを見出した。 The present inventors have found that in general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) In an electrode including an active material represented by the binder and a binder, the binder includes a polymer including a monomer including a nitrogen atom, and a pore median diameter (d50) in a pore diameter distribution obtained by a mercury intrusion method for the electrode. It was found that an electrode satisfying S / D ≧ 35 has high output and excellent high-temperature durability when D is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. .

窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含むバインダは、分子内の極性が大きいため、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質粒子の表面を被覆しやすい。つまり、このような組み合わせによると、活物質と電解質との副反応を抑制することができる。 Binder containing a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom, for the polarity of the molecule is large, the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M is Ni , Including at least one element selected from Co and Mn). That is, according to such a combination, a side reaction between the active material and the electrolyte can be suppressed.

また、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含むバインダは、高温環境下においても電解質に対して膨潤し難い。それ故、高温環境において繰り返し充放電を行った場合に容量が低下しにくい。つまり、実施形態に係る電極はサイクル寿命特性に優れる。   Moreover, the binder containing the polymer containing the monomer containing a nitrogen atom hardly swells to the electrolyte even in a high temperature environment. Therefore, the capacity is unlikely to decrease when repeated charging and discharging are performed in a high temperature environment. That is, the electrode according to the embodiment is excellent in cycle life characteristics.

更に、実施形態に係る電極は、水銀圧入法によって得られる電極の細孔径分布において、細孔メディアン径(d50)をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす。
S/D≧35 …(1)
電極が上記式(1)を満たしていると、細孔比表面積Sが十分に大きいことから活物質と電解質との反応面積が大きい。また、細孔メディアン径Dが十分に小さいことから、活物質間の電子導電パスが十分に形成されている。加えて、バインダが、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含んでいるため、高出力であり且つ高温耐久性に優れる電極を提供することができる。S/Dが35未満であると、細孔比表面積Sが小さいために、活物質と電解質との間の反応面積が減少して出力特性が劣る傾向にある。或いは、細孔メディアン径Dが大きいために、活物質間の電子導電パスが分断されている箇所が増えて出力特性が劣る傾向にある。なお、S/Dの次元は[m/g]である。S/Dは35以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。一つの態様によると、S/Dは100以下であってもよく、200以下であってもよい。
Furthermore, in the electrode according to the embodiment, in the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the pore median diameter (d50) is represented by D [μm], and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. When expressed, the following formula (1) is satisfied.
S / D ≧ 35 (1)
When the electrode satisfies the above formula (1), the pore specific surface area S is sufficiently large, so that the reaction area between the active material and the electrolyte is large. Moreover, since the pore median diameter D is sufficiently small, an electron conduction path between the active materials is sufficiently formed. In addition, since the binder contains a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom, an electrode having high output and excellent high-temperature durability can be provided. If the S / D is less than 35, the pore specific surface area S is small, so that the reaction area between the active material and the electrolyte tends to decrease and the output characteristics tend to be inferior. Alternatively, since the pore median diameter D is large, the number of locations where the electron conductive path between the active materials is divided tends to increase and the output characteristics tend to be inferior. The dimension of S / D is [m / g]. S / D is preferably 35 or more, and more preferably 50 or more. According to one aspect, S / D may be 100 or less, and may be 200 or less.

実施形態に係るバインダは、上述したように高温環境下においても電解質を含みにくく、膨潤しにくい。それ故、充放電サイクルを繰り返した後でもS/Dの値が変化しにくい。これに対し、例えばPVdFなどの電解質に対して膨潤しやすいバインダを使用した場合、充放電サイクルを繰り返すことによりS/Dの値が変化する傾向にある。   As described above, the binder according to the embodiment hardly contains an electrolyte even in a high-temperature environment, and hardly swells. Therefore, the value of S / D hardly changes even after repeating the charge / discharge cycle. On the other hand, for example, when a binder that easily swells with respect to an electrolyte such as PVdF is used, the S / D value tends to change by repeating the charge / discharge cycle.

細孔比表面積S[m2/g]は、電極に対して水銀圧入法を実施し、各細孔を円筒形であると仮定した場合に算出される値である。水銀圧入法の測定方法については後述するが、細孔比表面積を算出する際は電極が含む集電体の重量を考慮に入れない。細孔比表面積Sは、3.5m2/g〜15m2/gの範囲内にあることが好ましく、3.5m2/g〜8.0m2/gの範囲内にあることがより好ましい。細孔比表面積Sが過度に小さいと、活物質と電解質との間の反応面積が減少して出力特性が劣る可能性がある。細孔比表面積Sが過度に大きいと、活物質表面における電解質との副反応が増大し、電池の寿命特性が低下する可能性がある。 The pore specific surface area S [m 2 / g] is a value calculated when the mercury intrusion method is performed on the electrode and each pore is assumed to be cylindrical. Although the measurement method of the mercury intrusion method will be described later, the weight of the current collector included in the electrode is not taken into account when calculating the pore specific surface area. Pore specific surface area S is preferably in the range of 3.5m 2 / g~15m 2 / g, and more preferably in the range of 3.5m 2 /g~8.0m 2 / g. If the pore specific surface area S is excessively small, the reaction area between the active material and the electrolyte may decrease, resulting in poor output characteristics. If the pore specific surface area S is excessively large, side reactions with the electrolyte on the active material surface may increase, and the battery life characteristics may deteriorate.

細孔メディアン径D(d50)は、電極に対して水銀圧入法を実施して得られる細孔径分布から求めることができる。細孔メディアン径Dは、0.05μm〜0.2μmの範囲内にあることが好ましく、0.06μm〜0.15μmの範囲内にあることがより好ましい。細孔メディアン径Dが過度に小さいと、活物質含有層中のイオン伝導性が低下する可能性がある。細孔メディアン径Dが過度に大きいと、活物質間の電子導電パスが分断されている箇所が増えて出力特性が低下する可能性がある。   The pore median diameter D (d50) can be determined from the pore diameter distribution obtained by performing the mercury intrusion method on the electrode. The pore median diameter D is preferably in the range of 0.05 μm to 0.2 μm, and more preferably in the range of 0.06 μm to 0.15 μm. If the pore median diameter D is excessively small, the ionic conductivity in the active material-containing layer may be lowered. When the pore median diameter D is excessively large, the number of locations where the electron conductive path between the active materials is divided may increase and the output characteristics may deteriorate.

細孔メディアン径D及び細孔比表面積Sは、後述する水銀圧入法により得られる電極の細孔径分布において、0.003μm〜0.5μmの範囲内に存在する細孔径について測定される値であることが好ましい。つまり、水銀圧入法により得られる電極の細孔径分布において、0.003μm〜0.5μmの範囲内に存在する細孔径から測定された細孔メディアン径D及び細孔比表面積Sが、S/D≧35を満たすことが好ましく、S/D≧50を満たすことがより好ましい。0.003μm〜0.5μmの範囲内の大きさを有する細孔のみを考慮することにより、想定していない要因により形成された非常に大きな細孔の影響を排除することができる。なお、0.003μmという下限値は、水銀圧入法の測定限界よりも小さな細孔を排除するために設定している。   The pore median diameter D and the pore specific surface area S are values measured for pore diameters existing in the range of 0.003 μm to 0.5 μm in the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method described later. It is preferable. That is, in the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the pore median diameter D and the pore specific surface area S measured from the pore diameter existing in the range of 0.003 μm to 0.5 μm are S / D. It is preferable to satisfy ≧ 35, and it is more preferable to satisfy S / D ≧ 50. By considering only pores having a size in the range of 0.003 μm to 0.5 μm, it is possible to eliminate the influence of very large pores formed due to unexpected factors. The lower limit of 0.003 μm is set to exclude pores smaller than the measurement limit of the mercury intrusion method.

以下、実施形態に係る電極について詳細に説明する。実施形態に係る電極は、例えば、二次電池用電極として使用することができる。実施形態に係る電極は、例えば二次電池用の正極及び/又は負極として使用することができる。   Hereinafter, the electrode according to the embodiment will be described in detail. The electrode which concerns on embodiment can be used as an electrode for secondary batteries, for example. The electrode which concerns on embodiment can be used as a positive electrode and / or a negative electrode for secondary batteries, for example.

実施形態に係る電極は、集電体と活物質含有層とを含むことができる。活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得る。活物質含有層は、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含むバインダとを含む。活物質含有層は、複数の細孔を含んでいる。複数の細孔は、例えば、活物質粒子及びバインダの間に形成され得る。複数の細孔は、活物質粒子内に存在する細孔を含み得る。活物質含有層は、導電剤を含んでいてもよい。なお、以下では、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質を、「一般式Lixy2で表される活物質」と表記することがある。 The electrode according to the embodiment can include a current collector and an active material-containing layer. The active material-containing layer can be formed on one side or both sides of the current collector. In the active material-containing layer is represented by the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) And a binder containing a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom. The active material-containing layer includes a plurality of pores. The plurality of pores can be formed between the active material particles and the binder, for example. The plurality of pores can include pores present in the active material particles. The active material-containing layer may contain a conductive agent. Note that Table, the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) less active material that is a, may be referred to as "the general formula Li x M y O 2 in the active material is represented."

活物質含有層は、一般式Lixy2で表される酸化物から選択される少なくとも1種を活物質として含む。一般式Lixy2で表される酸化物の例は、二酸化マンガン(MnO2)、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)を含む。 Active material-containing layer comprises at least one selected from the general formula Li x M y O 2 oxide, expressed as active material. Examples of the oxide represented by the general formula Li x M y O 2, the manganese dioxide (MnO 2), nickel oxide, lithium-manganese composite oxide (e.g., Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2; 0 <x ≦ 1), lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, Li x Ni 1-y Co y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1), lithium-manganese-cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <Y <1), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2 -y Ni y O 4 ; 0 <x ≦ 1, 0 <y <2), lithium nickel cobalt manganese composite oxide ( Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 0 <x ≦ 1, 0 <y <1, 0 <z <1, y + z <1).

活物質含有層は、これら酸化物以外の活物質を更に含んでいてもよい。他の活物質としては、例えば、酸化鉄、酸化銅、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4;0<x≦1、LixFe1-yMnyPO4;0<x≦1、0<y<1、LixCoPO4;0<x≦1)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)及びバナジウム酸化物(例えばV25)などを挙げることができる。 The active material-containing layer may further contain an active material other than these oxides. Other active materials, for example iron oxide, copper oxide, lithium phosphates having an olivine structure (e.g., Li x FePO 4; 0 <x ≦ 1, Li x Fe 1-y Mn y PO 4; 0 <x ≦ 1, 0 <y <1, Li x CoPO 4 ; 0 <x ≦ 1), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ), and the like.

活物質含有層は、一般式Lixy2で表される酸化物の中でも、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。このような酸化物を含むことにより高出力且つ寿命特性に優れた二次電池を作製することができる。 Active material-containing layer is represented by the general formula Li x M y Among oxide represented by O 2, a lithium manganese composite oxide (e.g., Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2; 0 <x ≦ 1), lithium Nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, Li x Ni 1− y Co y O 2; 0 < x ≦ 1,0 <y <1), lithium-manganese-cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1) , lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1,0 <z <1, y + z <1) lithium having a spinel structure manganese Nickel composite oxide (eg Li x Mn 2 -y Ni y O 4 ; It is preferable to include at least one selected from the group consisting of 0 <x ≦ 1, 0 <y <2). By including such an oxide, a secondary battery having high output and excellent life characteristics can be manufactured.

活物質含有層が含む全活物質の重量に占める、一般式Lixy2で表される活物質の重量の割合は、例えば50重量%〜100重量%の範囲内にあり、好ましくは80重量%〜100重量%の範囲内にある。 Occupied in the weight of Zenkatsu substance active material-containing layer contains the percentage of the weight of the general formula Li x M y O 2 with active material represented, for example in the range of 50% to 100% by weight, preferably It is in the range of 80% to 100% by weight.

一般式Lixy2で表される活物質は、例えば粒子形状を有しており、一次粒子及び/又は二次粒子を含んでいる。実施形態に係る電極がS/D≧35を満たしている限り、一般式Lixy2で表される活物質は一次粒子として存在していてもよく、二次粒子として存在していてもよい。 Active material represented by the general formula Li x M y O 2 has, for example, a particle shape and includes primary particles and / or secondary particles. As long as the electrode according to the embodiment meets the S / D ≧ 35, the active material represented by the general formula Li x M y O 2 may be present as primary particles, present as secondary particles Also good.

一般式Lixy2で表される活物質粒子の平均粒子径は、例えば0.1μm〜50μmの範囲内にあり、好ましくは3μm〜15μmの範囲内にある。一般式Lixy2で表される活物質粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると、高出力且つ寿命特性に優れた二次電池を作製することができる。 The average particle diameter of the general formula Li x M y O 2 represented by the active material particles, for example in the range of 0.1Myuemu~50myuemu, preferably in the range of 3Myuemu~15myuemu. When the average particle diameter of the general formula Li x M y O 2 represented by the active material particles is within the above range, it is possible to produce an excellent secondary battery with high output and life characteristics.

活物質含有層が含むバインダ(結着剤)は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と集電体を結着させるために配合される。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含む。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体のみからなっていてもよい。本明細書において、「重合体」は1種類のモノマーからなる重合体の概念と、複数種類のモノマーを含む共重合体の概念とを包含している。バインダが共重合体を含む場合は、例えば、この共重合体を構成するモノマー成分のうちの少なくとも1つが窒素原子を含んでいる。共重合体を構成するモノマー成分のうちの全てが窒素原子を含んでいることが好ましい。窒素原子を含むモノマーを含む重合体は、分子内の極性が大きいため、活物質粒子との相互作用が大きい。その結果、このような重合体は活物質粒子の表面を被覆し易いため、活物質粒子と電解質との副反応が低減する傾向にある。   The binder (binder) included in the active material-containing layer is blended to fill a gap between the dispersed active materials and bind the active material and the current collector. The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom. The binder may consist only of a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom. In the present specification, “polymer” includes the concept of a polymer composed of one type of monomer and the concept of a copolymer containing a plurality of types of monomers. When the binder includes a copolymer, for example, at least one of monomer components constituting the copolymer includes a nitrogen atom. It is preferable that all of the monomer components constituting the copolymer contain a nitrogen atom. Since a polymer including a monomer containing a nitrogen atom has a large intramolecular polarity, the interaction with the active material particles is large. As a result, such a polymer tends to cover the surface of the active material particles, and thus the side reaction between the active material particles and the electrolyte tends to be reduced.

バインダが含む重合体は、窒素原子を含むモノマーのみからなっていてもよい。しかしながら、バインダが含む重合体は共重合体であることが好ましい。当該重合体が共重合体である場合、この共重合体は、窒素原子を含むモノマーの他に、例えば(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、シアン化ビニル単量体、カルボキシル単量体等を含み得る。この場合、活物質含有層の柔軟性が向上する。バインダが含む共重合体は、窒素原子を含むモノマーを50mol%〜95mol%の割合で含むことが好ましい。共重合成分に占める、窒素原子を含むモノマーの割合が過度に低いと、二次電池を高温環境下で動作、或いは保存した際に、結着剤の結着性が低下する可能性があるため好ましくない。   The polymer contained in the binder may consist only of a monomer containing a nitrogen atom. However, the polymer contained in the binder is preferably a copolymer. When the polymer is a copolymer, the copolymer includes, for example, (meth) acrylate, (meth) acrylamide, vinyl cyanide monomer, carboxyl monomer and the like in addition to the monomer containing a nitrogen atom. May be included. In this case, the flexibility of the active material containing layer is improved. The copolymer contained in the binder preferably contains a monomer containing a nitrogen atom in a proportion of 50 mol% to 95 mol%. If the proportion of the monomer containing nitrogen atoms in the copolymerization component is excessively low, the binding property of the binder may be reduced when the secondary battery is operated or stored in a high temperature environment. It is not preferable.

窒素原子を含むモノマーの例は、アクリロニトリル及びイミド化合物を含む。重合体は、二次電池を高温環境下で動作、或いは保存した際の結着性低下を抑制する観点から、モノマー成分としてアクリロニトリルを含むことが好ましい。   Examples of monomers containing nitrogen atoms include acrylonitrile and imide compounds. The polymer preferably contains acrylonitrile as a monomer component from the viewpoint of suppressing a decrease in binding property when the secondary battery is operated or stored in a high temperature environment.

バインダが含む重合体は、ポリアクリロニトリル系共重合体であることが好ましい。ポリアクリロニトリル系共重合体は、後述する電解質に対して膨潤しにくいため、高温環境で充放電を繰り返しても電極構造が変化しにくいという利点がある。ポリアクリロニトリル共重合体は、モノマーとしてのアクリロニトリルに加えて、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、シアン化ビニル単量体、カルボキシル単量体等を含み得る。   The polymer contained in the binder is preferably a polyacrylonitrile-based copolymer. Since the polyacrylonitrile-based copolymer does not easily swell with respect to the electrolyte described later, there is an advantage that the electrode structure is not easily changed even when charging and discharging are repeated in a high temperature environment. The polyacrylonitrile copolymer may contain (meth) acrylate, (meth) acrylamide, vinyl cyanide monomer, carboxyl monomer and the like in addition to acrylonitrile as a monomer.

バインダの重量に占める、窒素原子を含むモノマーを含む重合体の重量の割合は、60重量%以上であることが好ましい。この割合が60重量%未満であると、高温耐久性に劣る傾向がある。これは、バインダの重量に対して、窒素原子を含むモノマーを含む重合体とは異なる種類のバインダの含有量が多く、そのようなバインダは高温環境で膨潤しやすいためと考えられる。バインダの重量に占める、窒素原子を含むモノマーを含む重合体の重量の割合は、70重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることが更に好ましい。この割合は100重量%であることが最も好ましい。   The ratio of the weight of the polymer containing the monomer containing a nitrogen atom to the weight of the binder is preferably 60% by weight or more. If this proportion is less than 60% by weight, the high temperature durability tends to be inferior. This is presumably because the content of the binder of a different type from the polymer containing the monomer containing a nitrogen atom is large with respect to the weight of the binder, and such a binder easily swells in a high temperature environment. The ratio of the weight of the polymer containing the monomer containing a nitrogen atom to the weight of the binder is preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and 90% by weight or more. Further preferred. This proportion is most preferably 100% by weight.

バインダの重量に占めるポリアクリロニトリル系共重合体の重量の割合は、例えば50重量%以上であり、この割合が高いほど好ましい。この割合が50重量%未満であると、高温環境でバインダが膨潤しやすくなる可能性がある。バインダが膨潤すると、結着性が低下することにより出力特性及び寿命特性が低下する可能性がある。   The ratio of the weight of the polyacrylonitrile copolymer to the weight of the binder is, for example, 50% by weight or more, and the higher the ratio, the more preferable. If this ratio is less than 50% by weight, the binder may easily swell in a high temperature environment. When the binder swells, there is a possibility that the output characteristics and the life characteristics may be deteriorated due to a decrease in binding properties.

バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体の他に、リン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、カルボキシルメチルセルロース(carboxyl methyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩からなる少なくとも1つを含んでいてもよい。   The binder includes a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom, a copolymer containing a methacrylate having a phosphate group, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine. It may contain at least one of a base rubber, a polyacrylic acid compound, carboxyl methyl cellulose (CMC), and a salt of CMC.

これらの中でも、バインダは、リン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体を更に含むことが好ましい。バインダがリン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体を含んでいると、活物質含有層内の活物質粒子及び導電剤の結着性、並びに、活物質含有層と集電体との結着性をより高めることができる。リン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体の例として、リン酸基を有するメタクリレートとアクリロニトリルとの共重合体が挙げられる。   Among these, it is preferable that a binder further contains the copolymer containing the methacrylate which has a phosphoric acid group. When the binder contains a copolymer containing a methacrylate having a phosphate group, the binding property of the active material particles and the conductive agent in the active material-containing layer, and the binding between the active material-containing layer and the current collector The sex can be increased. Examples of the copolymer containing a methacrylate having a phosphoric acid group include a copolymer of a methacrylate having a phosphoric acid group and acrylonitrile.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合され得る。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。   The conductive agent can be blended in order to enhance current collection performance and suppress contact resistance between the active material and the current collector. Examples of the conductive agent include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, carbonaceous materials such as graphite, carbon nanofiber, and carbon nanotube. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. Alternatively, instead of using a conductive agent, a carbon coat or an electronically conductive inorganic material coat may be applied to the surface of the active material particles.

活物質含有層において、活物質及びバインダは、それぞれ、80質量%以上95質量%以下、及び2質量%以上17質量%以下の割合で配合することが好ましい。   In the active material-containing layer, the active material and the binder are preferably blended in proportions of 80% by mass to 95% by mass and 2% by mass to 17% by mass, respectively.

バインダの量を2質量%以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。バインダは、絶縁体としても機能し得る。そのため、バインダの量を17質量%以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。   By setting the amount of the binder to 2% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained. The binder can also function as an insulator. Therefore, when the amount of the binder is 17% by mass or less, the amount of the insulator included in the electrode is reduced, so that the internal resistance can be reduced.

導電剤を加える場合には、活物質含有層において、導電剤を3質量%以上18質量%以下の割合で配合するのが好ましい。導電剤の量を3質量%以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤の量を18質量%以下にすることにより、電解質と接触する導電剤の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。   When adding a conductive agent, it is preferable to mix the conductive agent in a proportion of 3% by mass or more and 18% by mass or less in the active material-containing layer. The effect mentioned above can be exhibited by making the quantity of a electrically conductive agent 3 mass% or more. Moreover, the ratio of the electrically conductive agent which contacts an electrolyte can be made low by making the quantity of an electrically conductive agent 18 mass% or less. When this ratio is low, decomposition of the electrolyte can be reduced under high temperature storage.

集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。二次電池の充放電に伴う活物質の膨張と収縮を考慮すると、表面を荒く加工した電解箔の集電体を用いることがより望ましい。   The current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si. In consideration of expansion and contraction of the active material accompanying charging / discharging of the secondary battery, it is more desirable to use a current collector of electrolytic foil whose surface is roughened.

アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99質量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。   The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by mass or less.

また、集電体は、その表面に活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、集電タブとして働くことができる。   In addition, the current collector can include a portion where the active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This part can act as a current collecting tab.

実施形態に係る電極の密度(集電体を含まず)は、例えば2.5g/cc〜3.8g/ccの範囲内にあり、好ましくは2.8g/cc〜3.6g/ccの範囲内にある。電極の密度がこの範囲内にあると、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れているため好ましい。   The density (excluding the current collector) of the electrode according to the embodiment is, for example, in the range of 2.5 g / cc to 3.8 g / cc, and preferably in the range of 2.8 g / cc to 3.6 g / cc. Is in. It is preferable that the density of the electrode be in this range because it is excellent in energy density and electrolyte retention.

<水銀圧入法>
電極に対して実施する水銀圧入法について説明する。これにより、電極が含む活物質含有層の細孔径分布図が得られ、細孔比表面積及び細孔メディアン径を求めることができる。集電体は、水銀圧入法で検出可能な細孔を含んでいない。それ故、電極についての細孔径分布の測定結果を、活物質含有層についての細孔径分布の測定結果と見なすことができる。
<Mercury intrusion method>
The mercury intrusion method performed on the electrode will be described. Thereby, a pore size distribution diagram of the active material-containing layer included in the electrode can be obtained, and the pore specific surface area and the pore median diameter can be obtained. The current collector does not contain pores that can be detected by mercury porosimetry. Therefore, the measurement result of the pore size distribution for the electrode can be regarded as the measurement result of the pore size distribution for the active material-containing layer.

測定対象である電極を得るために、電池をアルゴンガスが充填されたグローブボックスに入れ、この中で電池を解体する。解体した電池から、測定対象としての電極を取り出す。取り出した電極をエチルメチルカーボネート溶媒で洗浄し、乾燥させる。   In order to obtain an electrode to be measured, the battery is placed in a glove box filled with argon gas, and the battery is disassembled therein. From the disassembled battery, take out the electrode as the measurement target. The extracted electrode is washed with an ethyl methyl carbonate solvent and dried.

次に、乾燥後の電極から、約50mm×50mmサイズの試料(集電体を含む)を複数枚切り出す。切り出した複数枚の試料の合計重量は、集電体を含んで1g程度となるようにする。これらを測定セルに入れ、初期圧5kPa(約0.7psia、細孔径約250μm相当)及び終止圧約6万psia(細孔径約0.003μm相当)の条件で測定を行う。この測定により活物質含有層の細孔径分布図が得られ、細孔比表面積及び細孔メディアン径を求めることができる。細孔比表面積を算出する際は、測定セルに入れた試料としての電極の重量から、集電体の重量を差し引く。例えば、集電体としてアルミニウム箔を使用している場合、アルミニウムの比重2.7g/ccを考慮して集電体の重量を算出し、試料の重量から集電体の重量を差し引く。   Next, a plurality of samples (including a current collector) having a size of about 50 mm × 50 mm are cut out from the dried electrode. The total weight of the cut out plurality of samples is about 1 g including the current collector. These are put in a measurement cell and measured under conditions of an initial pressure of 5 kPa (about 0.7 psia, pore diameter of about 250 μm) and a final pressure of about 60,000 psia (pore diameter of about 0.003 μm). By this measurement, a pore diameter distribution diagram of the active material-containing layer is obtained, and the pore specific surface area and the pore median diameter can be obtained. When calculating the pore specific surface area, the weight of the current collector is subtracted from the weight of the electrode as a sample placed in the measurement cell. For example, when an aluminum foil is used as the current collector, the weight of the current collector is calculated in consideration of the specific gravity of 2.7 g / cc of aluminum, and the weight of the current collector is subtracted from the weight of the sample.

水銀圧入法の測定装置としては、例えば、島津オートポア9520形を用いることができる。水銀圧入法により得られた細孔径分布から、細孔体積と、細孔メディアン径(d50)及びモード径とを求めることができる。   For example, a Shimadzu Autopore 9520 type can be used as a mercury intrusion measuring apparatus. From the pore diameter distribution obtained by the mercury intrusion method, the pore volume, the pore median diameter (d50), and the mode diameter can be obtained.

水銀圧入法の解析原理はWashburnの式(A)に基づく。   The analysis principle of the mercury intrusion method is based on Washburn's formula (A).

D=−4γcosθ/P (A)式
ここで、Pは加える圧力、Dは細孔直径、γは水銀の表面張力(480dyne・cm-1)、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ、θは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Pと細孔径Dとの関係が求められ、そのときの水銀侵入容積を測定することにより、細孔径とその容積分布を導くことができる。
D = −4γcos θ / P (A) where P is the applied pressure, D is the pore diameter, γ is the surface tension of mercury (480 dyne · cm −1 ), and θ is the contact angle between mercury and the pore wall surface. °. Since γ and θ are constants, the relationship between the applied pressure P and the pore diameter D can be obtained from the Washburn equation. By measuring the mercury intrusion volume at that time, the pore diameter and its volume distribution can be derived. it can.

<窒素原子の有無の同定>
グロー放電発光分光分析(Glow discharge optical emission spectrometry: GD-OES)により、バインダが、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含むことを確認できる。
<Identification of the presence or absence of nitrogen atoms>
It can be confirmed by glow discharge optical emission spectrometry (GD-OES) that the binder contains a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom.

まず、測定対象の電池を、アルゴンガスが充填されたグローブボックスに入れ、この中で電池を解体する。解体した電池から、測定対象となる電極を取り出す。取り出した電極をエチルメチルカーボネート溶媒で洗浄し、乾燥させる。乾燥後の電極表面に対してグロー放電発光分光分析を行うことにより、N元素の有無を同定することができる。   First, the battery to be measured is placed in a glove box filled with argon gas, and the battery is disassembled therein. The electrode to be measured is taken out from the disassembled battery. The extracted electrode is washed with an ethyl methyl carbonate solvent and dried. The presence or absence of the N element can be identified by performing glow discharge optical emission spectrometry on the electrode surface after drying.

更に、以下の手順で赤外吸収分光法(Infrared absorption spectroscopy: IR)を行うことにより、バインダが含む重合体の種類を同定することができる。   Further, the type of polymer contained in the binder can be identified by performing infrared absorption spectroscopy (IR) by the following procedure.

まず、測定対象の電池を、アルゴンガスが充填されたグローブボックスに入れ、この中で電池を解体する。解体した電池から、測定対象となる電極を取り出す。取り出した電極をエチルメチルカーボネート溶媒で洗浄し、乾燥させる。   First, the battery to be measured is placed in a glove box filled with argon gas, and the battery is disassembled therein. The electrode to be measured is taken out from the disassembled battery. The extracted electrode is washed with an ethyl methyl carbonate solvent and dried.

次に、活物質含有層から結着剤を抽出するために、ジメチルホルムアミドで活物質含有層中に含まれている結着剤を溶解させる。抽出後の溶液に、活物質含有層中に含まれている活物質及び/又は導電剤が混入した場合は、例えば、ろ過によりこれらを除去する。結着剤を溶解した溶液からジメチルホルムアミドを蒸発させることにより、結着剤を得ることができる。抽出した結着剤に対して、IR分光法による測定を行う。このIR分光法測定により、活物質含有層に含まれている結着剤のポリマーの同定を行うことができる。   Next, in order to extract the binder from the active material-containing layer, the binder contained in the active material-containing layer is dissolved with dimethylformamide. When the active material and / or the conductive agent contained in the active material-containing layer are mixed in the solution after extraction, these are removed, for example, by filtration. The binder can be obtained by evaporating dimethylformamide from the solution in which the binder is dissolved. Measurement by IR spectroscopy is performed on the extracted binder. By this IR spectroscopy measurement, the binder polymer contained in the active material-containing layer can be identified.

例えば、赤外吸収スペクトルにおいて、2200cm-1付近にニトリル結合由来のピークが確認できる場合、結着剤がポリアクリロニトリル又はポリアクリロニトリル系共重合体を含有していると判断することができる。赤外吸収スペクトルにおいて、1200cm-1付近に炭素−フッ素結合由来のピークが確認できる場合、結着剤がポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含有していると判断することができる。 For example, in the infrared absorption spectrum, when a peak derived from a nitrile bond can be confirmed in the vicinity of 2200 cm −1 , it can be determined that the binder contains polyacrylonitrile or a polyacrylonitrile-based copolymer. In the infrared absorption spectrum, when a peak derived from a carbon-fluorine bond can be confirmed near 1200 cm −1 , it can be determined that the binder contains polyvinylidene fluoride (PVdF).

また、上記IR分光法により得られる赤外吸収スペクトルにおいて、検出されたピーク強度比から結着剤が含む各成分の定量を行うことができる。   Further, in the infrared absorption spectrum obtained by the IR spectroscopy, each component contained in the binder can be quantified from the detected peak intensity ratio.

<活物質粒子の平均粒子径測定>
活物質粒子の平均粒子径は、以下の手順でレーザー回折法を行うことにより測定することができる。
測定装置としては、例えば、レーザー回折式分布測定装置(島津SALD−300)を用いる。活物質が電池に組み込まれている場合、以下のようにして取り出すことができる。まず、電池を放電状態にする。例えば、電池を25℃環境において0.1C電流で定格終止電圧まで放電させることで、電池を放電状態にすることができる。次に、放電状態の電池を解体し、電極(例えば正極)を取り出す。取り出した電極を例えばメチルエチルカーボネートで洗浄する。
<Measurement of average particle diameter of active material particles>
The average particle diameter of the active material particles can be measured by performing a laser diffraction method according to the following procedure.
As a measuring device, for example, a laser diffraction type distribution measuring device (Shimadzu SALD-300) is used. When the active material is incorporated in the battery, it can be taken out as follows. First, the battery is discharged. For example, the battery can be put into a discharged state by discharging the battery to a rated end voltage with a current of 0.1 C in a 25 ° C. environment. Next, the discharged battery is disassembled and an electrode (for example, a positive electrode) is taken out. The extracted electrode is washed with, for example, methyl ethyl carbonate.

次に、電極から活物質を抽出して、測定試料とする。抽出処理は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などで洗浄して結着剤成分を除去した後、適切な目開きのメッシュで導電剤を除去する。これらの成分が僅かに残存する場合は、大気中での加熱処理(例えば、250℃で30分など)によって除去すれば良い。   Next, an active material is extracted from the electrode to obtain a measurement sample. In the extraction treatment, for example, the binder component is removed by washing with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or the like, and then the conductive agent is removed with a mesh having an appropriate opening. If these components remain slightly, they may be removed by heat treatment in the atmosphere (for example, at 250 ° C. for 30 minutes).

その後、ビーカーに試料を約0.1gと界面活性剤と1〜2mLの蒸留水とを添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入して、ここで試料溶液を調製する。この試料溶液を用いて、2秒間隔で64回光度分布を測定し、粒度分布データを解析する。   Thereafter, about 0.1 g of the sample, a surfactant, and 1 to 2 mL of distilled water are added to a beaker, and the mixture is sufficiently stirred and poured into a stirred water tank to prepare a sample solution. Using this sample solution, the luminous intensity distribution is measured 64 times at intervals of 2 seconds, and the particle size distribution data is analyzed.

<電極の製造方法>
集電体の片面又は両面上に活物質含有層を形成する際に、実施形態に係るバインダを含むスラリーを含む溶媒を急激に気化させると、バインダのマイグレーションが生じやすい。マイグレーションとは、スラリーを集電体に塗布した後の溶媒乾燥時に、バインダが集電体とは反対方向に移動する現象である。マイグレーションが生じると、同時にバインダが凝集して電極内の細孔に充填される。その結果、マイグレーションを生じていない場合と比較して、細孔メディアン径Dが若干低下し、細孔比表面積Sが大きく減少する。細孔メディアン径Dの低下率に対して細孔比表面積Sの低下率が大きいため、マイグレーションが生じた場合は比S/Dが低下する。
<Method for producing electrode>
When the active material-containing layer is formed on one side or both sides of the current collector, if the solvent containing the slurry containing the binder according to the embodiment is rapidly vaporized, binder migration tends to occur. Migration is a phenomenon in which the binder moves in the opposite direction to the current collector when the solvent is dried after applying the slurry to the current collector. When migration occurs, the binder is simultaneously aggregated and filled in the pores in the electrode. As a result, the pore median diameter D is slightly reduced and the pore specific surface area S is greatly reduced as compared with the case where no migration occurs. Since the decrease rate of the pore specific surface area S is larger than the decrease rate of the pore median diameter D, the ratio S / D decreases when migration occurs.

マイグレーションが生じにくい条件で電極を製造することにより、細孔メディアン径Dを小さくすることができ、また、細孔比表面積Sを高めることができるため、比S/Dを高めることができる。電極作製時にマイグレーションを生じにくくするためには、塗布したスラリーを段階的に乾燥する工程を含むことが有効である。段階的な乾燥工程は、例えば、比較的低い温度で実施する予備乾燥工程と、比較的高い温度で実施する本乾燥工程との2段階の工程を含む。予備乾燥工程は、本乾燥工程よりも低い温度で実施する乾燥工程である。   By manufacturing the electrode under conditions where migration is unlikely to occur, the pore median diameter D can be reduced, and the pore specific surface area S can be increased, so that the ratio S / D can be increased. In order to prevent migration during electrode production, it is effective to include a step of drying the applied slurry stepwise. The stepwise drying process includes, for example, a two-stage process including a preliminary drying process performed at a relatively low temperature and a main drying process performed at a relatively high temperature. The preliminary drying step is a drying step that is performed at a lower temperature than the main drying step.

なお、マイグレーションは、比重が低いバインダを使用した場合に生じやすい。例えば、ポリアクリロニトリル系共重合体を含むバインダを使用した場合には、マイグレーションが生じやすい。   Note that migration tends to occur when a binder having a low specific gravity is used. For example, when a binder containing a polyacrylonitrile-based copolymer is used, migration tends to occur.

そこで、実施形態に係る電極は、例えば以下のように製造する。
まず、活物質、導電剤及びバインダを溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを80℃〜100℃の温度で予備乾燥させる。予備乾燥は、例えば1秒〜60秒に亘って行う。その後、更に130℃以上の温度で本乾燥させる。本乾燥は、例えば5秒〜300秒に亘って行う。こうして、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、電極を作製する。
Therefore, the electrode according to the embodiment is manufactured as follows, for example.
First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is pre-dried at a temperature of 80 ° C to 100 ° C. The preliminary drying is performed, for example, for 1 second to 60 seconds. Then, this is further dried at a temperature of 130 ° C. or higher. The main drying is performed for 5 seconds to 300 seconds, for example. In this way, a laminate of the active material containing layer and the current collector is obtained. Thereafter, the laminate is pressed. In this way, an electrode is produced.

比S/Dは、使用する活物質の平均粒子径、予備乾燥の有無、電極のプレス圧、及び導電剤量などを適宜設定することにより、調節することができる。   The ratio S / D can be adjusted by appropriately setting the average particle diameter of the active material to be used, the presence or absence of preliminary drying, the press pressure of the electrode, the amount of conductive agent, and the like.

例えば、活物質の平均粒子径を大きくすると、細孔比表面積Sは大きくなり、細孔メディアン径Dは小さくなるため比S/Dは大きくなる傾向にある。また、例えば、予備乾燥を行うと、これを行わなかった場合と比較して比S/Dが大きくなる傾向にある。
また、例えば、導電剤量を多くすると、細孔比表面積Sが大きくなるため、比S/Dは大きくなる傾向にある。
For example, when the average particle diameter of the active material is increased, the pore specific surface area S is increased and the pore median diameter D is decreased, so that the ratio S / D tends to increase. Further, for example, when pre-drying is performed, the ratio S / D tends to increase as compared to the case where this is not performed.
For example, if the amount of the conductive agent is increased, the specific surface area S of the pores is increased, so that the ratio S / D tends to be increased.

第1の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含む。水銀圧入法によって得られる電極の細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす。
S/D≧35 …(1)
それ故、実施形態によると、高出力であり且つ高温耐久性に優れる電極を提供することができる。
According to a first embodiment, an electrode is provided. This electrode has the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) are represented by Active material and a binder. The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom. In the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the following formula (1) is satisfied when the pore median diameter is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. .
S / D ≧ 35 (1)
Therefore, according to the embodiment, an electrode having high output and excellent high-temperature durability can be provided.

(第2の実施形態)
実施形態に係る二次電池は、正極と、負極と、電解質とを具備する。この二次電池は、正極として、第1の実施形態に係る電極を含む。二次電池は、正極と負極との間に配されたセパレータを更に具備することもできる。正極、負極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。
(Second Embodiment)
The secondary battery according to the embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. This secondary battery includes the electrode according to the first embodiment as a positive electrode. The secondary battery may further include a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode, the negative electrode, and the separator can constitute an electrode group. The electrolyte can be held on the electrode group.

二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。   The secondary battery may further include an exterior member that accommodates the electrode group and the electrolyte.

二次電池は、負極に電気的に接続された負極端子及び正極に電気的に接続された正極端子を更に具備することができる。   The secondary battery may further include a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode and a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode.

二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。   The secondary battery can be, for example, a lithium ion secondary battery. The secondary battery includes a non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte.

以下、正極、負極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。   Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, the separator, the exterior member, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal will be described in detail.

(1)正極
正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極集電体及び正極活物質含有層は、それぞれ第1の実施形態に係る電極が含むことのできる集電体及び活物質含有層であり得る。
(1) Positive Electrode The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode current collector and the positive electrode active material-containing layer can be a current collector and an active material-containing layer that can be included in the electrode according to the first embodiment, respectively.

第1の実施形態に係る電極が、本実施形態に係る正極として機能し得る。   The electrode according to the first embodiment can function as the positive electrode according to the present embodiment.

(2)負極
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。
(2) Negative electrode The negative electrode can include a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer can be formed on one side or both sides of the negative electrode current collector. The negative electrode active material-containing layer can contain a negative electrode active material, and optionally a conductive agent and a binder.

負極活物質としては、例えば、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム(例えばLi2+yTi37、0≦y≦3)、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(例えば、Li4+xTi512、0≦x≦3)、単斜晶型二酸化チタン(TiO2)、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、斜方晶型チタン含有複合酸化物、及び単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include lithium titanate having a ramsdellite structure (for example, Li 2 + y Ti 3 O 7 , 0 ≦ y ≦ 3), and lithium titanate having a spinel structure (for example, Li 4 + x Ti 5 O 12 , 0 ≦ x ≦ 3), monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ), anatase titanium dioxide, rutile titanium dioxide, hollandite titanium composite oxide, orthorhombic titanium-containing composite oxide, and single An example is an oblique niobium titanium composite oxide.

上記斜方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Li2+aM(I)2-bTi6-cM(II)d14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、M(I)は、Sr,Ba,Ca,Mg,Na,Cs,Rb及びKからなる群より選択される少なくとも1つでる。M(II)はZr,Sn,V,Nb,Ta,Mo,W,Y,Fe,Co,Cr,Mn,Ni,及びAlからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦a≦6、0≦b<2、0≦c<6、0≦d<6、−0.5≦σ≦0.5である。斜方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Li2+aNa2Ti614(0≦a≦6)が挙げられる。 Examples of the orthorhombic titanium-containing composite oxide include compounds represented by Li 2 + a M (I) 2 -b Ti 6 -c M (II) d O 14 + σ . Here, M (I) is at least one selected from the group consisting of Sr, Ba, Ca, Mg, Na, Cs, Rb and K. M (II) is at least one selected from the group consisting of Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Y, Fe, Co, Cr, Mn, Ni, and Al. The subscripts in the composition formula are 0 ≦ a ≦ 6, 0 ≦ b <2, 0 ≦ c <6, 0 ≦ d <6, and −0.5 ≦ σ ≦ 0.5. A specific example of the orthorhombic titanium-containing composite oxide is Li 2 + a Na 2 Ti 6 O 14 (0 ≦ a ≦ 6).

上記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、LixTi1-yM1yNb2-zM2z7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つである。M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、−0.3≦δ≦0.3である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、LixNb2TiO7(0≦x≦5)が挙げられる。 Examples of the monoclinic niobium titanium composite oxide include compounds represented by Li x Ti 1-y M1 y Nb 2 -z M2 z O 7 + δ . Here, M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn. M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi. The subscripts in the composition formula are 0 ≦ x ≦ 5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <2, and −0.3 ≦ δ ≦ 0.3. A specific example of the monoclinic niobium titanium complex oxide is Li x Nb 2 TiO 7 (0 ≦ x ≦ 5).

単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、Ti1-yM3y+zNb2-z7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoより選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦y<1、0≦z≦2、−0.3≦δ≦0.3である。 As another example of the monoclinic niobium titanium composite oxide, a compound represented by Ti 1-y M3 y + z Nb 2-z O 7-δ can be given. Here, M3 is at least one selected from Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. The subscripts in the composition formula are 0 ≦ y <1, 0 ≦ z ≦ 2, and −0.3 ≦ δ ≦ 0.3.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。あるいは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。   The conductive agent is blended in order to improve current collection performance and suppress contact resistance between the active material and the current collector. Examples of the conductive agent include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous material such as graphite. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. Alternatively, instead of using a conductive agent, a carbon coat or an electronically conductive inorganic material coat may be applied to the surface of the active material particles.

結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と負極集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシルメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。   The binder is blended to fill a gap between the dispersed active materials and to bind the active material and the negative electrode current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, styrene butadiene rubber, polyacrylic acid compound, imide compound, carboxymethyl cellulose (carboxymethyl). cellulose; CMC), and salts of CMC. One of these may be used as a binder, or a combination of two or more may be used as a binder.

負極活物質含有層中の負極活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、負極の用途に応じて適宜変更することができる。例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を、それぞれ、70質量%以上96質量%以下、2質量%以上28質量%以下及び2質量%以上28質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、負極活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、負極活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ28質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。   The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder in the negative electrode active material-containing layer can be appropriately changed according to the use of the negative electrode. For example, the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder are preferably blended at a ratio of 70% by mass to 96% by mass, 2% by mass to 28% by mass, and 2% by mass to 28% by mass, respectively. . By setting the amount of the conductive agent to 2% by mass or more, the current collecting performance of the negative electrode active material-containing layer can be improved. Further, by setting the amount of the binder to 2% by mass or more, the binding property between the negative electrode active material-containing layer and the current collector becomes sufficient, and excellent cycle performance can be expected. On the other hand, the conductive agent and the binder are each preferably 28% by mass or less in order to increase the capacity.

負極集電体は、活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位、例えば、1.0V(vs.Li/Li)よりも貴である電位において、電気化学的に安定である材料が用いられる。例えば、集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 The negative electrode current collector is a material that is electrochemically stable at a potential at which lithium (Li) is inserted into and desorbed from the active material, for example, a potential nobler than 1.0 V (vs. Li / Li + ). Is used. For example, the current collector is preferably made of copper, nickel, stainless steel or aluminum or an aluminum alloy containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. The current collector having such a thickness can balance the strength and weight reduction of the electrode.

また、負極集電体は、その表面に負極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、負極集電タブとして働くことができる。   Further, the negative electrode current collector can include a portion where the negative electrode active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This part can serve as a negative electrode current collecting tab.

負極活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、1.8g/cm3以上2.8g/cm3以下であることが好ましい。負極活物質含有層の密度がこの範囲内にある負極は、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れている。負極活物質含有層の密度は、2.1g/cm3以上2.6g/cm3以下であることがより好ましい。 The density of the negative electrode active material-containing layer (not including the current collector) is preferably 1.8 g / cm 3 or more and 2.8 g / cm 3 or less. A negative electrode in which the density of the negative electrode active material-containing layer is within this range is excellent in energy density and electrolyte retention. The density of the negative electrode active material-containing layer is more preferably 2.1 g / cm 3 or more and 2.6 g / cm 3 or less.

負極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、負極活物質含有層と負極集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、負極を作製する。   The negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the negative electrode current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of the negative electrode active material-containing layer and the negative electrode current collector. Thereafter, the laminate is pressed. In this way, a negative electrode is produced.

或いは、負極は、次の方法により作製してもよい。まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを負極集電体上に配置することにより、負極を得ることができる。   Or you may produce a negative electrode with the following method. First, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to obtain a mixture. The mixture is then formed into pellets. Subsequently, a negative electrode can be obtained by disposing these pellets on a negative electrode current collector.

(3)電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、0.5 mol/L以上2.5 mol/L以下であることが好ましい。
(3) Electrolyte As the electrolyte, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gelled nonaqueous electrolyte can be used. The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / L or more and 2.5 mol / L or less.

電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolyte salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), trifluoromethane Lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and mixtures thereof are included. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at a high potential, and LiPF 6 is most preferred.

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC); diethyl carbonate (DEC) and dimethyl carbonate. (Dimethyl carbonate; DMC), chain carbonates such as methyl ethyl carbonate (MEC); tetrahydrofuran (tetrahydrofuran; THF), 2-methyl tetrahydrofuran (2-Mexy tetrahydrofuran; 2MeTHF), dioxolane (DOX) Cyclic ethers such as: dimethoxyethane (DME), chain ethers such as diethoxyethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (acetonitrile) AN), and sulfolane (Sulfolane; include SL). These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

好ましい有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、及びメチルエチルカーボネート(MEC)のうち2種以上を混合した混合溶媒、及び、γ‐ブチロラクトン(GBL)を含む混合溶媒である。このような混合溶媒を用いることによって、低温特性の優れた二次電池を得ることができる。   As a preferable organic solvent, for example, a mixed solvent in which two or more of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC) are mixed, And a mixed solvent containing γ-butyrolactone (GBL). By using such a mixed solvent, a secondary battery having excellent low-temperature characteristics can be obtained.

ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile;PAN)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxide;PEO)、又はこれらの混合物が含まれる。   The gel nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid nonaqueous electrolyte and a polymer material. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), or a mixture thereof.

或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。   Alternatively, as the non-aqueous electrolyte, in addition to the liquid non-aqueous electrolyte and the gel-like non-aqueous electrolyte, a room temperature molten salt (ionic melt) containing lithium ions, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used. Also good.

常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温(15℃以上25℃以下)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。   A room temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15 ° C. or more and 25 ° C. or less) among organic salts formed by a combination of an organic cation and an anion. Room temperature molten salt includes room temperature molten salt that exists as a liquid alone, room temperature molten salt that becomes liquid when mixed with electrolyte salt, room temperature molten salt that becomes liquid when dissolved in organic solvent, or a mixture thereof It is. Generally, the melting point of the room temperature molten salt used for the secondary battery is 25 ° C. or less. The organic cation generally has a quaternary ammonium skeleton.

高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。   The polymer solid electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt in a polymer material and solidifying it.

無機固体電解質は、Liイオン伝導性を有する固体物質である。   The inorganic solid electrolyte is a solid material having Li ion conductivity.

(4)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
(4) Separator The separator is formed of, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. . From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film formed from polyethylene or polypropylene. This is because these porous films can be melted at a constant temperature to interrupt the current.

(5)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
(5) Exterior Member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.

ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。   The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, and preferably 0.2 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。   As the laminate film, a multilayer film including a plurality of resin layers and a metal layer interposed between these resin layers is used. The resin layer contains, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). It is preferable that a metal layer consists of aluminum foil or aluminum alloy foil for weight reduction. The laminate film can be formed into the shape of the exterior member by sealing by heat sealing.

金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。   The thickness of the wall of the metal container is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and still more preferably 0.2 mm or less.

金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は100質量ppm以下であることが好ましい。   The metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc, and silicon. When an aluminum alloy contains transition metals, such as iron, copper, nickel, and chromium, it is preferable that the content is 100 mass ppm or less.

外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。   The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, or a button type. The exterior member can be appropriately selected according to the battery size and the application of the battery.

(6)負極端子
負極端子は、例えば、リチウムに対する電位が1V〜3V(vs Li/Li+)の範囲内にある電気的安定性と導電性とを備える材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
(6) Negative electrode terminal A negative electrode terminal can be formed from the material provided with the electrical stability and electroconductivity in which the electric potential with respect to lithium exists in the range of 1V-3V (vs Li / Li <+> ), for example. Specifically, the negative electrode terminal material includes copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. An aluminum alloy is mentioned. As a material for the negative electrode terminal, aluminum or an aluminum alloy is preferably used. In order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode current collector.

(7)正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し3V以上4.5V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(7) Positive electrode terminal The positive electrode terminal is formed from a material that is electrically stable and has conductivity in a potential range (vs. Li / Li + ) of 3 V to 4.5 V with respect to the oxidation-reduction potential of lithium. be able to. Examples of the material of the positive electrode terminal include aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.

次に、実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。   Next, the secondary battery according to the embodiment will be described more specifically with reference to the drawings.

図1は、実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図2は、図1に示す二次電池のA部を拡大した断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the secondary battery according to the embodiment. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion A of the secondary battery shown in FIG.

図1及び図2に示す二次電池100は、図1に示す袋状外装部材2と、図1及び図2に示す電極群1と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、袋状外装部材2内に収納されている。電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。   A secondary battery 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes the bag-shaped exterior member 2 shown in FIG. 1, the electrode group 1 shown in FIGS. 1 and 2, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in a bag-shaped exterior member 2. An electrolyte (not shown) is held by the electrode group 1.

袋状外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。   The bag-shaped exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

図1に示すように、電極群1は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群1は、図2に示すように、負極3と、セパレータ4と、正極5とを含む。セパレータ4は、負極3と正極5との間に介在している。   As shown in FIG. 1, the electrode group 1 is a flat wound electrode group. As shown in FIG. 2, the flat and wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5. The separator 4 is interposed between the negative electrode 3 and the positive electrode 5.

負極3は、負極集電体3aと負極活物質含有層3bとを含む。負極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図2に示すように負極集電体3aの内面側のみに負極活物質含有層3bが形成されている。負極3におけるその他の部分では、負極集電体3aの両面に負極活物質含有層3bが形成されている。   The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b. In the negative electrode 3, the portion located in the outermost shell of the wound electrode group 1 has the negative electrode active material containing layer 3 b formed only on the inner surface side of the negative electrode current collector 3 a as shown in FIG. 2. In other portions of the negative electrode 3, negative electrode active material-containing layers 3b are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 3a.

正極5は、正極集電体5aと、その両面に形成された正極活物質含有層5bとを含んでいる。   The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and positive electrode active material-containing layers 5b formed on both surfaces thereof.

図1に示すように、負極端子6及び正極端子7は、捲回型の電極群1の外周端近傍に位置している。この負極端子6は、負極集電体3aの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子7は、正極集電体5aの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子6及び正極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材2の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。   As shown in FIG. 1, the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are located in the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 1. The negative electrode terminal 6 is connected to a portion located in the outermost shell of the negative electrode current collector 3a. Moreover, the positive electrode terminal 7 is connected to the part located in the outermost shell of the positive electrode collector 5a. The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are extended to the outside from the opening of the bag-shaped exterior member 2. A thermoplastic resin layer is provided on the inner surface of the bag-shaped exterior member 2, and the opening is closed by heat-sealing it.

第3の実施形態に係る二次電池は、図1及び図2に示す構成の二次電池に限らず、例えば図3及び図4に示す構成の電池であってもよい。   The secondary battery according to the third embodiment is not limited to the secondary battery having the configuration illustrated in FIGS. 1 and 2, and may be, for example, a battery having the configuration illustrated in FIGS. 3 and 4.

図3は、第3の実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図4は、図3に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。   FIG. 3 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the secondary battery according to the third embodiment. 4 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in FIG.

図3及び図4に示す二次電池100は、図3及び図4に示す電極群1と、図3に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。   The secondary battery 100 shown in FIGS. 3 and 4 includes the electrode group 1 shown in FIGS. 3 and 4, the exterior member 2 shown in FIG. 3, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the exterior member 2. The electrolyte is held in the electrode group 1.

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。   The exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

電極群1は、図4に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、負極3と正極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。   The electrode group 1 is a stacked electrode group as shown in FIG. The stacked electrode group 1 has a structure in which negative electrodes 3 and positive electrodes 5 are alternately stacked with a separator 4 interposed therebetween.

電極群1は、複数の負極3を含んでいる。複数の負極3は、それぞれが、負極集電体3aと、負極集電体3aの両面に担持された負極活物質含有層3bとを備えている。また、電極群1は、複数の正極5を含んでいる。複数の正極5は、それぞれが、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面に担持された正極活物質含有層5bとを備えている。   The electrode group 1 includes a plurality of negative electrodes 3. Each of the plurality of negative electrodes 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b supported on both surfaces of the negative electrode current collector 3a. The electrode group 1 includes a plurality of positive electrodes 5. Each of the plurality of positive electrodes 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode active material-containing layer 5b supported on both surfaces of the positive electrode current collector 5a.

各負極3の負極集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層3bが担持されていない部分3cを含む。この部分3cは、負極集電タブとして働く。図4に示すように、負極集電タブとして働く部分3cは、正極5と重なっていない。また、複数の負極集電タブ(部分3c)は、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。   The negative electrode current collector 3a of each negative electrode 3 includes, on one side thereof, a portion 3c where the negative electrode active material-containing layer 3b is not supported on any surface. This portion 3c serves as a negative electrode current collecting tab. As shown in FIG. 4, the portion 3 c serving as the negative electrode current collecting tab does not overlap the positive electrode 5. The plurality of negative electrode current collecting tabs (part 3 c) are electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 6. The tip of the strip-like negative electrode terminal 6 is drawn out of the exterior member 2.

また、図示しないが、各正極5の正極集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)と同様に、負極3と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)に対し電極群1の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。   Moreover, although not shown in figure, the positive electrode collector 5a of each positive electrode 5 contains the part by which the positive electrode active material content layer 5b is not carry | supported on either surface in the one side. This portion serves as a positive electrode current collecting tab. The positive electrode current collecting tab does not overlap the negative electrode 3, similarly to the negative electrode current collecting tab (part 3 c). Further, the positive electrode current collecting tab is located on the opposite side of the electrode group 1 with respect to the negative electrode current collecting tab (part 3c). The positive electrode current collecting tab is electrically connected to the belt-like positive electrode terminal 7. The front end of the strip-like positive electrode terminal 7 is located on the opposite side of the negative electrode terminal 6 and is drawn out of the exterior member 2.

実施形態に係る二次電池は、組電池を構成していてもよい。組電池は、実施形態に係る二次電池を複数個具備している。   The secondary battery according to the embodiment may constitute an assembled battery. The assembled battery includes a plurality of secondary batteries according to the embodiment.

実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。   In the assembled battery according to the embodiment, each unit cell may be arranged by being electrically connected in series or in parallel, or may be arranged by combining series connection and parallel connection.

実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。   An example of the assembled battery according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図5は、実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図5に示す組電池200は、5つの単電池100a〜100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a〜100eのそれぞれは、実施形態に係る二次電池である。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of the assembled battery according to the embodiment. The assembled battery 200 shown in FIG. 5 includes five unit cells 100 a to 100 e, four bus bars 21, a positive electrode side lead 22, and a negative electrode side lead 23. Each of the five single cells 100a to 100e is a secondary battery according to the embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、この単電池100aの隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図5の組電池200は、5直列の組電池である。   The bus bar 21 connects, for example, the negative electrode terminal 6 of one single cell 100a and the positive electrode terminal 7 of the single cell 100b located next to the single cell 100a. In this way, the five unit cells 100 are connected in series by the four bus bars 21. That is, the assembled battery 200 of FIG. 5 is a 5-series assembled battery.

図5に示すように、5つの単電池100a〜100eのうち、左端に位置する単電池100aの正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に接続されている。また、5つの単電池100a〜100eうち、右端に位置する単電池100eの負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に接続されている。   As shown in FIG. 5, the positive electrode terminal 7 of the single cell 100 a located at the left end among the five single cells 100 a to 100 e is connected to the positive electrode side lead 22 for external connection. Moreover, the negative electrode terminal 6 of the unit cell 100e located at the right end among the five unit cells 100a to 100e is connected to the negative electrode side lead 23 for external connection.

第2の実施形態に係る二次電池は、第1の実施形態に係る電極を備えている。それ故、実施形態に係る二次電池は、高出力であり且つ高温耐久性に優れる。   The secondary battery according to the second embodiment includes the electrode according to the first embodiment. Therefore, the secondary battery according to the embodiment has high output and excellent high-temperature durability.

(第3の実施形態)
第3の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る二次電池を具備している。この電池パックは、第2の実施形態に係る二次電池を1つ具備していてもよく、複数個の二次電池で構成された組電池を具備していてもよい。
(Third embodiment)
According to the third embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the secondary battery according to the second embodiment. This battery pack may include one secondary battery according to the second embodiment, or may include an assembled battery including a plurality of secondary batteries.

実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。   The battery pack according to the embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging / discharging of the secondary battery. Or you may use the circuit contained in the apparatus (for example, electronic device, a motor vehicle, etc.) which uses a battery pack as a power supply as a protection circuit of a battery pack.

また、実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。   The battery pack according to the embodiment can further include an external terminal for energization. The external terminal for energization is for outputting a current from the secondary battery to the outside and / or for inputting a current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for energization. Further, when charging the battery pack, a charging current (including regenerative energy of motive power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through an external terminal for energization.

次に、実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。   Next, an example of the battery pack according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図6は、実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図7は、図6に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。   FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing an example of the battery pack according to the embodiment. FIG. 7 is a block diagram showing an example of an electric circuit of the battery pack shown in FIG.

図6及び図7に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。   The battery pack 300 shown in FIG.6 and FIG.7 is equipped with the storage container 31, the lid | cover 32, the protection sheet 33, the assembled battery 200, the printed wiring board 34, the wiring 35, and the insulating board which is not shown in figure. .

図6に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。   The storage container 31 shown in FIG. 6 is a bottomed rectangular container having a rectangular bottom surface. The container 31 is configured to accommodate the protective sheet 33, the assembled battery 200, the printed wiring board 34, and the wiring 35. The lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 houses the assembled battery 200 and the like by covering the housing container 31. Although not shown, the storage container 31 and the lid 32 are provided with an opening or a connection terminal for connection to an external device or the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。   The assembled battery 200 includes a plurality of single cells 100, a positive electrode side lead 22, a negative electrode side lead 23, and an adhesive tape 24.

単電池100は、図1及び図2に示す構造を有している。複数の単電池100の少なくとも1つは、第2の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100は、外部に延出した負極端子6及び正極端子7が同じ向きになるように揃えて積層されている。複数の単電池100の各々は、図7に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。   The unit cell 100 has the structure shown in FIGS. At least one of the plurality of unit cells 100 is a secondary battery according to the second embodiment. The plurality of single cells 100 are laminated so that the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extending to the outside are aligned in the same direction. Each of the plurality of unit cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. The plurality of single cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in combination of series connection and parallel connection. When the plurality of single cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased as compared to the case where they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。   The adhesive tape 24 fastens a plurality of unit cells 100. Instead of the adhesive tape 24, a plurality of single cells 100 may be fixed using a heat shrink tape. In this case, the protective sheets 33 are arranged on both side surfaces of the assembled battery 200, the heat shrink tape is circulated, and then the heat shrink tape is heat shrunk to bind the plurality of unit cells 100 together.

正極側リード22の一端は、単電池100の積層体において、最下層に位置する単電池100の正極端子7に接続されている。負極側リード23の一端は、単電池100の積層体において、最上層に位置する単電池100の負極端子6に接続されている。   One end of the positive electrode side lead 22 is connected to the positive electrode terminal 7 of the unit cell 100 located in the lowermost layer in the stacked body of the unit cells 100. One end of the negative electrode side lead 23 is connected to the negative electrode terminal 6 of the unit cell 100 located in the uppermost layer in the stacked body of the unit cells 100.

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ341と、負極側コネクタ342と、サーミスタ343と、保護回路344と、配線345及び346と、通電用の外部端子347と、プラス側配線348aと、マイナス側配線348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の主面は、組電池200において負極端子6及び正極端子7が延出する面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。   The printed wiring board 34 is installed along one short side surface of the inner surface of the container 31. The printed wiring board 34 includes a positive connector 341, a negative connector 342, a thermistor 343, a protection circuit 344, wirings 345 and 346, an external terminal 347 for energization, a positive wiring 348a, and a negative wiring. 348b. One main surface of the printed wiring board 34 faces the surface of the assembled battery 200 from which the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extend. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the assembled battery 200.

正極側コネクタ341には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、正極側リード22の他端が挿入されることにより、正極側コネクタ341と正極側リード22とは電気的に接続される。負極側コネクタ342には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、負極側リード23の他端が挿入されることにより、負極側コネクタ342と負極側リード23とは電気的に接続される。   The positive connector 341 is provided with a through hole. By inserting the other end of the positive electrode side lead 22 into this through hole, the positive electrode side connector 341 and the positive electrode side lead 22 are electrically connected. The negative electrode side connector 342 is provided with a through hole. By inserting the other end of the negative electrode side lead 23 into this through hole, the negative electrode side connector 342 and the negative electrode side lead 23 are electrically connected.

サーミスタ343は、プリント配線基板34の一方の主面に固定されている。サーミスタ343は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路344に送信する。   The thermistor 343 is fixed to one main surface of the printed wiring board 34. The thermistor 343 detects the temperature of each unit cell 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 344.

通電用の外部端子347は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子347は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。   The external terminal 347 for energization is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The external terminal 347 for energization is electrically connected to a device existing outside the battery pack 300.

保護回路344は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。保護回路344は、プラス側配線348aを介して通電用の外部端子347と接続されている。保護回路344は、マイナス側配線348bを介して通電用の外部端子347と接続されている。また、保護回路344は、配線345を介して正極側コネクタ341に電気的に接続されている。保護回路344は、配線346を介して負極側コネクタ342に電気的に接続されている。更に、保護回路344は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。   The protection circuit 344 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for energization through the plus side wiring 348a. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for energization via the minus side wiring 348b. Further, the protection circuit 344 is electrically connected to the positive connector 341 via the wiring 345. The protection circuit 344 is electrically connected to the negative connector 342 through the wiring 346. Further, the protection circuit 344 is electrically connected to each of the plurality of single cells 100 via the wiring 35.

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。   The protective sheet 33 is disposed on both inner side surfaces of the storage container 31 in the long side direction and on the inner side surface in the short side direction facing the printed wiring board 34 via the assembled battery 200. The protective sheet 33 is made of, for example, resin or rubber.

保護回路344は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路344は、サーミスタ343から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路344と通電用の外部端子347との電気的な接続を遮断する。   The protection circuit 344 controls charging / discharging of the plurality of single cells 100. In addition, the protection circuit 344 performs electrical connection between the protection circuit 344 and the energization external terminal 347 based on the detection signal transmitted from the thermistor 343 or the detection signal transmitted from each individual battery 100 or the assembled battery 200. Block connections.

サーミスタ343から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。   As a detection signal transmitted from the thermistor 343, for example, a signal detected that the temperature of the unit cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature can be cited. As a detection signal transmitted from each unit cell 100 or the assembled battery 200, for example, a signal that detects overcharge, overdischarge, and overcurrent of the unit cell 100 can be cited. When detecting an overcharge or the like for each unit cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 100.

なお、保護回路344としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。   Note that as the protection circuit 344, a circuit included in a device (for example, an electronic device, an automobile, or the like) that uses the battery pack 300 as a power source may be used.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子347を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子347を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子347を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子347を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。   Further, the battery pack 300 includes the external terminals 347 for energization as described above. Therefore, this battery pack 300 can output the current from the assembled battery 200 to the external device via the external terminal 347 for energization, and can input the current from the external device to the assembled battery 200. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the assembled battery 200 is supplied to the external device through the external terminal 347 for energization. When charging the battery pack 300, charging current from an external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 347 for energization. When this battery pack 300 is used as a vehicle-mounted battery, regenerative energy of vehicle power can be used as a charging current from an external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、正極側リード22及び負極側リード23を通電用の外部端子として用いてもよい。   The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the plurality of assembled batteries 200 may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected by combining series connection and parallel connection. Further, the printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the positive electrode side lead 22 and the negative electrode side lead 23 may be used as external terminals for energization.

このような電池パックは、例えば、大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。   Such a battery pack is used, for example, in applications that require excellent cycle performance when a large current is taken out. Specifically, this battery pack is used, for example, as a power source for electronic devices, a stationary battery, and an in-vehicle battery for various vehicles. An example of the electronic device is a digital camera. This battery pack is particularly preferably used as an in-vehicle battery.

第3の実施形態に係る電池パックは、第2の実施形態に係る二次電池を備えている。それ故、この電池パックは、高出力であり且つ高温耐久性に優れる。   The battery pack according to the third embodiment includes the secondary battery according to the second embodiment. Therefore, this battery pack has high output and excellent high temperature durability.

(第4の実施形態)
第4の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第3の実施形態に係る電池パックを搭載している。
(Fourth embodiment)
According to a fourth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle is equipped with the battery pack according to the third embodiment.

実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含んでいてもよい。   In the vehicle according to the embodiment, the battery pack collects, for example, regenerative energy of the power of the vehicle. The vehicle may include a mechanism that converts the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及び、アシスト自転車及び鉄道用車両が挙げられる。   Examples of the vehicle include a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, an assist bicycle, and a railway vehicle.

車両における電池パックの搭載位置は、特に限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。   The mounting position of the battery pack in the vehicle is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted on an automobile, the battery pack can be mounted on the engine room of the vehicle, behind the vehicle body, or under the seat.

車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、電池パックは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。   The vehicle may be equipped with a plurality of battery packs. In this case, the battery packs may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or may be electrically connected by combining series connection and parallel connection.

実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。
図8は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。
An example of a vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a vehicle according to the embodiment.

図8に示す車両400は、車両本体40と、第3の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図8に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。   A vehicle 400 shown in FIG. 8 includes a vehicle main body 40 and the battery pack 300 according to the third embodiment. In the example shown in FIG. 8, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。   This vehicle 400 may be equipped with a plurality of battery packs 300. In this case, the battery pack 300 may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected by a combination of series connection and parallel connection.

図8では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。   FIG. 8 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine room located in front of the vehicle main body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted, for example, behind the vehicle body 40 or under the seat. The battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. In addition, the battery pack 300 can recover the regenerative energy of the power of the vehicle 400.

次に、図9を参照しながら、実施形態に係る車両の実施態様について説明する。   Next, an embodiment of the vehicle according to the embodiment will be described with reference to FIG.

図9は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示した図である。図9に示す車両400は、電気自動車である。   FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a vehicle according to the embodiment. A vehicle 400 shown in FIG. 9 is an electric vehicle.

図9に示す車両400は、車両本体40と、車両用電源41と、車両用電源41の上位制御手段である車両ECU(ECU:Electric Control Unit;電気制御装置)42と、外部端子(外部電源に接続するための端子)43と、インバータ44と、駆動モータ45とを備えている。   A vehicle 400 shown in FIG. 9 includes a vehicle main body 40, a vehicle power supply 41, a vehicle ECU (ECU: Electric Control Unit) 42, which is a higher-level control means of the vehicle power supply 41, and an external terminal (external power supply). Terminal 43), an inverter 44, and a drive motor 45.

車両400は、車両用電源41を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図9に示す車両400では、車両用電源41の搭載箇所については概略的に示している。   The vehicle 400 has a vehicle power supply 41 mounted, for example, in an engine room, behind a vehicle body or under a seat. In addition, in the vehicle 400 shown in FIG. 9, the mounting location of the vehicle power supply 41 is schematically shown.

車両用電源41は、複数(例えば3つ)の電池パック300a、300b及び300cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)411と、通信バス412とを備えている。   The vehicle power supply 41 includes a plurality of (for example, three) battery packs 300a, 300b, and 300c, a battery management unit (BMU) 411, and a communication bus 412.

3つの電池パック300a、300b及び300cは、電気的に直列に接続されている。電池パック300aは、組電池200aと組電池監視装置301a(例えば、VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えている。電池パック300bは、組電池200bと組電池監視装置301bとを備えている。電池パック300cは、組電池200cと組電池監視装置301cとを備えている。電池パック300a、300b、及び300cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック300と交換することができる。   The three battery packs 300a, 300b, and 300c are electrically connected in series. The battery pack 300a includes an assembled battery 200a and an assembled battery monitoring device 301a (for example, VTM: Voltage Temperature Monitoring). The battery pack 300b includes an assembled battery 200b and an assembled battery monitoring device 301b. The battery pack 300c includes an assembled battery 200c and an assembled battery monitoring device 301c. The battery packs 300 a, 300 b, and 300 c can be detached independently and can be replaced with another battery pack 300.

組電池200a〜200cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、第1の実施形態に係る二次電池である。組電池200a〜200cは、それぞれ、正極端子413及び負極端子414を通じて充放電を行う。   Each of the assembled batteries 200a to 200c includes a plurality of single cells connected in series. At least one of the plurality of unit cells is the secondary battery according to the first embodiment. The assembled batteries 200a to 200c are charged and discharged through the positive terminal 413 and the negative terminal 414, respectively.

電池管理装置411は、車両用電源41の保全に関する情報を集めるために、組電池監視装置301a〜301cとの間で通信を行い、車両用電源41に含まれる組電池200a〜200cに含まれる単電池100の電圧、及び温度などに関する情報を収集する。   The battery management device 411 communicates with the assembled battery monitoring devices 301a to 301c in order to collect information related to the maintenance of the vehicle power supply 41, and the battery management device 411 includes the single batteries included in the assembled batteries 200a to 200c included in the vehicle power supply 41. Information on the voltage and temperature of the battery 100 is collected.

電池管理装置411と組電池監視装置301a〜301cとの間には、通信バス412が接続されている。通信バス412は、1組の通信線を複数のノード(電池管理装置と1つ以上の組電池監視装置と)で共有するように構成されている。通信バス412は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。   A communication bus 412 is connected between the battery management device 411 and the assembled battery monitoring devices 301a to 301c. The communication bus 412 is configured to share a set of communication lines with a plurality of nodes (battery management device and one or more assembled battery monitoring devices). The communication bus 412 is a communication bus configured based on, for example, a CAN (Control Area Network) standard.

組電池監視装置301a〜301cは、電池管理装置411からの通信による指令に基づいて、組電池200a〜200cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。   The assembled battery monitoring devices 301a to 301c measure the voltage and temperature of individual cells constituting the assembled batteries 200a to 200c based on a command from the battery management device 411 through communication. However, the temperature can be measured at only a few locations per assembled battery, and the temperature of all the cells need not be measured.

車両用電源41は、正極端子413と負極端子414との接続を入り切りするための電磁接触器(例えば図9に示すスイッチ装置415)を有することもできる。スイッチ装置415は、組電池200a〜200cへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ(図示せず)、及び、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフされるリレー回路(図示せず)を備えている。   The vehicle power supply 41 can also include an electromagnetic contactor (for example, a switch device 415 shown in FIG. 9) for turning on and off the connection between the positive terminal 413 and the negative terminal 414. The switch device 415 includes a precharge switch (not shown) that is turned on when the assembled batteries 200a to 200c are charged, and a main switch (not shown) that is turned on when the battery output is supplied to the load. Is included. The precharge switch and the main switch include a relay circuit (not shown) that is turned on or off by a signal supplied to a coil disposed in the vicinity of the switch element.

インバータ44は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ44の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。インバータ44は、電池管理装置411、あるいは車両全体の動作を制御するための車両ECU42からの制御信号に基づいて、出力電圧を制御する。   The inverter 44 converts the input DC voltage into a three-phase alternating current (AC) high voltage for driving the motor. The three-phase output terminals of the inverter 44 are connected to the three-phase input terminals of the drive motor 45. The inverter 44 controls the output voltage based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 for controlling the operation of the entire vehicle.

駆動モータ45は、インバータ44から供給される電力により回転する。この回転は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達される。   The drive motor 45 is rotated by electric power supplied from the inverter 44. This rotation is transmitted to the axle and the drive wheels W via, for example, a differential gear unit.

また、図示はしていないが、車両400は、回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構は、車両400を制動した際に駆動モータ45を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ44に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、例えば、車両用電源41が備える電池パックに入力される。   Although not shown, the vehicle 400 includes a regenerative brake mechanism. The regenerative brake mechanism rotates the drive motor 45 when the vehicle 400 is braked, and converts the kinetic energy into regenerative energy as electric energy. The regenerative energy recovered by the regenerative brake mechanism is input to the inverter 44 and converted into a direct current. The direct current is input to, for example, a battery pack included in the vehicle power supply 41.

車両用電源41の負極端子414には、接続ラインL1の一方の端子が、電池管理装置411内の電流検出部(図示せず)を介して接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ44の負極入力端子に接続されている。   One terminal of the connection line L1 is connected to the negative terminal 414 of the vehicle power supply 41 via a current detection unit (not shown) in the battery management device 411. The other terminal of the connection line L <b> 1 is connected to the negative input terminal of the inverter 44.

車両用電源41の正極端子413には、接続ラインL2の一方の端子が、スイッチ装置415を介して接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ44の正極入力端子に接続されている。   One terminal of the connection line L <b> 2 is connected to the positive terminal 413 of the vehicle power supply 41 via the switch device 415. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal of the inverter 44.

外部端子43は、電池管理装置411に接続されている。外部端子43は、例えば、外部電源に接続することができる。   The external terminal 43 is connected to the battery management device 411. The external terminal 43 can be connected to an external power source, for example.

車両ECU42は、運転者などの操作入力に応答して他の装置とともに電池管理装置411を協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置411と車両ECU42との間では、通信線により、車両用電源41の残容量など、車両用電源41の保全に関するデータ転送が行われる。   The vehicle ECU 42 manages the entire vehicle by cooperatively controlling the battery management device 411 together with other devices in response to an operation input from the driver or the like. Between the battery management device 411 and the vehicle ECU 42, data transfer relating to maintenance of the vehicle power source 41 such as the remaining capacity of the vehicle power source 41 is performed via a communication line.

第4の実施形態に係る車両は、第3の実施形態に係る電池パックを具備している。それ故、本実施形態によれば、優れた高温耐久性、高い出力及び長寿命を達成できる電池パックを搭載した車両を提供することができる。   The vehicle according to the fourth embodiment includes the battery pack according to the third embodiment. Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a vehicle equipped with a battery pack that can achieve excellent high-temperature durability, high output, and long life.

[実施例]
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below as long as the gist of the present invention is not exceeded.

(実施例1)
以下の手順で実施例1に係る非水電解質電池を作製した。
(Example 1)
A nonaqueous electrolyte battery according to Example 1 was produced in the following procedure.

<正極の作製>
正極活物質として、平均粒子径が5μmのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi0.34Co0.33Mn0.332)を用いた。導電剤としてアセチレンブラックを3重量%、グラファイト3重量%を用いた。結着剤としてポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を3重量%、及び、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を1重量%用いた。なお、ポリアクリロニトリル共重合体は、モノマー成分としてアクリロニトリルを50mol%以上含んでいた。上記正極活物質、導電剤及び結着剤にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて混合しスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布して積層体を得た。この積層体を80℃で10秒に亘り予備乾燥した後、130℃で120秒に亘り本乾燥し、プレスすることにより正極を得た。正極密度は3.2g/ccであった。
<Preparation of positive electrode>
As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 0.34 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ) having an average particle size of 5 μm was used. As the conductive agent, 3% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite were used. As the binder, 3% by weight of polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer) and 1% by weight of copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN) were used. The polyacrylonitrile copolymer contained 50 mol% or more of acrylonitrile as a monomer component. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to and mixed with the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder to prepare a slurry. This slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm to obtain a laminate. The laminate was pre-dried at 80 ° C. for 10 seconds, then fully dried at 130 ° C. for 120 seconds, and pressed to obtain a positive electrode. The positive electrode density was 3.2 g / cc.

<負極の作製>
負極活物質として、平均粒子径が1μmのスピネル型構造を有するチタン酸リチウム(Li4Ti512)を90重量%用いた。導電剤としてグラファイトを7重量%、結着剤としてアクリルバインダを3重量%用いた。これらと、NMPとを混合しスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる負極集電体の両面に塗布して積層体を得た。この積層体を130℃で乾燥し、プレスすることにより負極を得た。負極密度は2.25g/ccであった。
<Production of negative electrode>
As the negative electrode active material, 90% by weight of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) having a spinel structure with an average particle diameter of 1 μm was used. As a conductive agent, 7% by weight of graphite and 3% by weight of an acrylic binder as a binder were used. These and NMP were mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm to obtain a laminate. The laminate was dried at 130 ° C. and pressed to obtain a negative electrode. The negative electrode density was 2.25 g / cc.

<電極群の作製>
セパレータとして、厚さ25μmのセルロース製の不織布を用いた。正極、セパレータ、負極及びセパレータをこの順で積層して積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを80℃で加熱プレスして偏平状の電極群を作製した。ナイロン層/アルミニウム層/ポリエチレン層の3層構造を有しており、厚さが0.1mmであるラミネートフィルムからなるパック(外装部材)に電極群を収納した。これを真空中、80℃で16時間に亘り乾燥した。
<Production of electrode group>
As the separator, a cellulose nonwoven fabric having a thickness of 25 μm was used. A positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were laminated in this order to obtain a laminate. Next, this laminate was wound in a spiral shape. This was heated and pressed at 80 ° C. to produce a flat electrode group. The electrode group was housed in a pack (exterior member) made of a laminate film having a three-layer structure of nylon layer / aluminum layer / polyethylene layer and a thickness of 0.1 mm. This was dried in vacuum at 80 ° C. for 16 hours.

<液状非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を1:2の体積比で混合した混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1mol/L溶解し非水電解液を調製した。電極群を収納したラミネートフィルムのパック内に非水電解液を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉した。こうして非水電解質電池を得た。
<Preparation of liquid nonaqueous electrolyte>
A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1 mol / L of LiPF 6 as an electrolyte salt in a mixed solvent in which propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 2. After injecting a non-aqueous electrolyte into the laminate film pack containing the electrode group, the pack was completely sealed by heat sealing. A non-aqueous electrolyte battery was thus obtained.

<細孔径分布の測定>
第1の実施形態に記載した水銀圧入法による細孔径分布の測定方法に従って、正極の細孔径分布を測定した。また、正極(正極活物質含有層)の細孔比表面積S及び細孔メディアン径Dを測定した。装置としては、島津オートポアIV 9520を使用した。得られた細孔分布図を図10に示す。図10では、後述する実施例3、実施例6及び比較例1の結果も示している。実施例1に係る正極(正極活物質含有層)の細孔比表面積Sは4.9m2/gであり、細孔メディアン径Dは0.14μmであった。実施例3に係る正極(正極活物質含有層)の細孔比表面積Sは4.24m2/gであり、細孔メディアン径Dは0.078μmであった。実施例6に係る正極(正極活物質含有層)の細孔比表面積Sは7.75m2/gであり、細孔メディアン径Dは0.053μmであった。比較例1に係る正極(正極活物質含有層)の細孔比表面積Sは3.57m2/gであり、細孔メディアン径Dは0.21μmであった。
<Measurement of pore size distribution>
The pore size distribution of the positive electrode was measured according to the method for measuring the pore size distribution by the mercury intrusion method described in the first embodiment. Moreover, the pore specific surface area S and the pore median diameter D of the positive electrode (positive electrode active material-containing layer) were measured. As an apparatus, Shimadzu Autopore IV 9520 was used. The obtained pore distribution chart is shown in FIG. FIG. 10 also shows the results of Example 3, Example 6 and Comparative Example 1 described later. The pore specific surface area S of the positive electrode (positive electrode active material-containing layer) according to Example 1 was 4.9 m 2 / g, and the pore median diameter D was 0.14 μm. The pore specific surface area S of the positive electrode (positive electrode active material-containing layer) according to Example 3 was 4.24 m 2 / g, and the pore median diameter D was 0.078 μm. The pore specific surface area S of the positive electrode (positive electrode active material-containing layer) according to Example 6 was 7.75 m 2 / g, and the pore median diameter D was 0.053 μm. The positive electrode (positive electrode active material-containing layer) according to Comparative Example 1 had a pore specific surface area S of 3.57 m 2 / g and a pore median diameter D of 0.21 μm.

<80℃サイクル寿命評価>
80℃の高温環境下で、製造した非水電解質電池を5A(5C)の定電流で2.7V電圧まで充電した後、1.8Vまで5A(5C)で放電するサイクルを繰り返し、初期容量に対して80%容量に達した時点でのサイクル数をサイクル寿命(回)とした。
<80 ° C cycle life evaluation>
In a high temperature environment of 80 ° C., the manufactured nonaqueous electrolyte battery was charged to a voltage of 2.7 V with a constant current of 5 A (5 C), and then a cycle of discharging to 1.8 V at 5 A (5 C) was repeated until the initial capacity was reached. On the other hand, the cycle number when the capacity reached 80% was defined as the cycle life (times).

<25℃出力密度測定>
25℃環境下で、製造した非水電解質電池を1A(1C)の定電流で、充電深度50%まで充電した後、1.5Vまで定電力放電を行い、10秒間の放電が可能な最大電力値を求めた。出力密度は最大電力値を非水電解質電池重量で除することで算出した。
<25 ° C output density measurement>
In a 25 ° C environment, the manufactured nonaqueous electrolyte battery is charged at a constant current of 1A (1C) to a charge depth of 50%, then discharged at a constant power of 1.5V, and the maximum power capable of discharging for 10 seconds. The value was determined. The power density was calculated by dividing the maximum power value by the nonaqueous electrolyte battery weight.

以上の結果を下記表1にまとめる。表1には、後述する実施例2〜12及び比較例1〜7の結果も示している。また、下記表2には、後述する実施例13〜17及び比較例8〜12及び14〜17の結果を示している。   The above results are summarized in Table 1 below. Table 1 also shows the results of Examples 2 to 12 and Comparative Examples 1 to 7 described later. Table 2 below shows the results of Examples 13 to 17 and Comparative Examples 8 to 12 and 14 to 17 described later.

下記表3には、後述する実施例19〜22の結果を示している。   Table 3 below shows the results of Examples 19 to 22 described later.

(実施例2〜4)
正極密度が表1に示す値となるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Examples 2 to 4)
A nonaqueous electrolyte battery was produced and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that the press load was changed so that the positive electrode density became the value shown in Table 1.

(実施例5〜9)
正極活物質として、表1に示す平均粒子径を有するものを使用し、正極密度が表1に示す値となるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Examples 5 to 9)
The positive electrode active material is the same as that described in Example 1 except that a material having an average particle diameter shown in Table 1 is used and the press load is changed so that the positive electrode density becomes the value shown in Table 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated by the method described above.

(比較例1)
正極密度が3g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that the press load was changed so that the positive electrode density was 3 g / cc.

(比較例2)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 2)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1.

(比較例3及び4)
正極の結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を4重量%用いて、正極密度が表1に示す値となるようにプレス荷重を変更したことを除いて、比較例2に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Examples 3 and 4)
The same as described in Comparative Example 2 except that 4% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder for the positive electrode, and the press load was changed so that the positive electrode density was the value shown in Table 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated by the method described above.

(実施例10)
正極活物質として平均粒子径が5μmのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.32)を用いて、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 10)
Using lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) with an average particle size of 5 μm as the positive electrode active material, and changing the press load so that the positive electrode density is 3.35 g / cc. Except for this, a non-aqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1.

(実施例11)
正極活物質として平均粒子径が5μmのリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を用いて、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 11)
As described in Example 1, except that lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) having an average particle size of 5 μm was used as the positive electrode active material, and the press load was changed so that the positive electrode density was 3.35 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described above.

(実施例12)
正極活物質として平均粒子径が5μmのリチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)を用いて、正極密度が3g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
Example 12
As described in Example 1, except that lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having an average particle size of 5 μm was used as the positive electrode active material, and the press load was changed so that the positive electrode density was 3 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described above.

(比較例5)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例10に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 5)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 10.

(比較例6)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例11に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 6)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 11.

(比較例7)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例12に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 7)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 12.

(実施例13)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体を1.5重量%、及び、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体を0.5重量%用いて、正極密度が3.2g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 13)
As a positive electrode binder, 1.5% by weight of a polyacrylonitrile copolymer and 0.5% by weight of a copolymer of acrylonitrile and a phosphate group-containing methacrylate were used, and the positive electrode density was 3.2 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that the press load was changed so that

(実施例14)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体を7.5重量%、及び、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体を2.5重量%用いて、正極密度が3.5g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 14)
As the positive electrode binder, 7.5% by weight of polyacrylonitrile copolymer and 2.5% by weight of copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate were used, and the positive electrode density was 3.5 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that the press load was changed so that

(比較例8)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例13に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 8)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 13.

(比較例9)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例14に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 9)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a non-aqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 14.

(実施例15)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体を4重量%使用し、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 15)
As described in Example 1, except that 4% by weight of polyacrylonitrile copolymer was used as the positive electrode binder and the press load was changed so that the positive electrode density was 3.35 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated by the method described above.

(比較例10)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例15に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 10)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 15.

(実施例16)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル重合体を4重量%使用し、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Example 16)
The same as described in Example 1, except that 4% by weight of polyacrylonitrile polymer was used as the binder for the positive electrode and the press load was changed so that the positive electrode density was 3.35 g / cc. A non-aqueous electrolyte battery was prepared by the method and evaluated.

(比較例11)
正極製造時に、80℃での予備乾燥を行わず、130℃での本乾燥のみを行った。このことを除いて実施例16に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 11)
At the time of producing the positive electrode, preliminary drying at 80 ° C. was not performed, and only main drying at 130 ° C. was performed. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 16.

(実施例17)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を2.25重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を0.75重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を1重量%使用し、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は75:25であった。
(Example 17)
As a positive electrode binder, 2.25% by weight of a polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer), 0.75% by weight of a copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN), and In the same manner as described in Example 1, except that 1% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used and the press load was changed so that the positive electrode density was 3.35 g / cc. An electrolyte battery was fabricated and evaluated. The weight ratio of PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 75:25.

(比較例12)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を2.25重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を0.75重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を1重量%使用し、正極密度が3.35g/ccとなるようにプレス荷重を変更し、予備乾燥を行わなかったことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は75:25であった。
(Comparative Example 12)
As a positive electrode binder, 2.25% by weight of a polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer), 0.75% by weight of a copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN), and Example 1 except that polyvinylidene fluoride (PVdF) was used in an amount of 1% by weight, the press load was changed so that the positive electrode density was 3.35 g / cc, and preliminary drying was not performed. A non-aqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described above. The weight ratio of PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 75:25.

(比較例14)
正極製造時に、130℃での本乾燥を行う前に、80℃での予備乾燥を行った。このことを除いて比較例3に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 14)
Preliminary drying at 80 ° C. was performed before the main drying at 130 ° C. during the production of the positive electrode. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Comparative Example 3.

(比較例15)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を15重量%、及び、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を5重量%使用し、正極密度が3.5g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 15)
As a positive electrode binder, 15% by weight of a polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer) and 5% by weight of a copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN) were used. A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that the press load was changed so that the density was 3.5 g / cc.

(比較例16)
正極活物質として平均粒子径が3μmのLiFePO4を使用し、正極密度が2.8g/ccとなるようにプレス荷重を変更したことを除いて、比較例2に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 16)
In the same manner as described in Comparative Example 2, except that LiFePO 4 having an average particle diameter of 3 μm was used as the positive electrode active material and the press load was changed so that the positive electrode density was 2.8 g / cc. A nonaqueous electrolyte battery was fabricated and evaluated.

(比較例17)
正極製造時に、130℃での本乾燥を行う前に、80℃での予備乾燥を行った。このことを除いて比較例16に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。
(Comparative Example 17)
Preliminary drying at 80 ° C. was performed before the main drying at 130 ° C. during the production of the positive electrode. Except for this, a nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Comparative Example 16.

(実施例19)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を1.65重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を0.55重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を1.8重量%使用したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は55:45であった。
(Example 19)
As a positive electrode binder, 1.65% by weight of polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer), 0.55% by weight of copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN), and A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that 1.8% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used. The weight ratio of PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 55:45.

(実施例20)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を2.4重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を1.8重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を1.6重量%使用したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は60:40であった。
(Example 20)
As a positive electrode binder, polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer) is 2.4% by weight, copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN) is 1.8% by weight, and A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that 1.6% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used. The weight ratio of the PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 60:40.

(実施例21)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を2.6重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を1.95重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を0.65重量%使用したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は65:35であった。
(Example 21)
As a positive electrode binder, 2.6% by weight of polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer), 1.95% by weight of copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN), and A non-aqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that 0.65% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used. The weight ratio of PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 65:35.

(実施例22)
正極の結着剤として、ポリアクリロニトリル共重合体(PAN共重合体)を2.8重量%、アクリロニトリルとリン酸基含有メタクリレートとの共重合体(P−PAN)を2.1重量%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を0.7重量%使用したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で非水電解質電池を作製し、評価した。PAN共重合体及びP−PANと、PVdFとの重量比は70:30であった。
(Example 22)
As a positive electrode binder, 2.8% by weight of a polyacrylonitrile copolymer (PAN copolymer), 2.1% by weight of a copolymer of acrylonitrile and phosphate group-containing methacrylate (P-PAN), and A nonaqueous electrolyte battery was prepared and evaluated in the same manner as described in Example 1 except that 0.7% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was used. The weight ratio of the PAN copolymer and P-PAN to PVdF was 70:30.

実施例と比較例との対比から、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含むバインダとを含む正極であり、且つ、水銀圧入法によって得られる細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、S/D≧35を満たす正極を備えた二次電池は、高温耐久性、出力特性及び寿命特性に優れていることが分かる。 From comparison between Examples and Comparative Examples, at least one element general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M is selected Ni, Co and Mn In the pore size distribution obtained by the mercury intrusion method, the pore median diameter is D [ μm], and when the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g], the secondary battery including the positive electrode satisfying S / D ≧ 35 is excellent in high temperature durability, output characteristics, and life characteristics. I understand that

例えば、S/Dが50以上である実施例3及び5は、S/Dが35以上50未満である実施例1及び2と比較して80℃サイクル寿命及び25℃出力密度に優れる。S/Dが35未満である比較例1及び2は、実施例1〜9と比較して80℃サイクル寿命及び25℃出力密度に劣る。   For example, Examples 3 and 5 in which S / D is 50 or more are superior in 80 ° C. cycle life and 25 ° C. output density compared to Examples 1 and 2 in which S / D is 35 or more and less than 50. Comparative Examples 1 and 2 having an S / D of less than 35 are inferior in 80 ° C. cycle life and 25 ° C. output density as compared with Examples 1-9.

例えば、細孔メディアン径Dが0.05μm〜0.2μmの範囲内にある実施例3及び5は、この範囲外にある実施例4と比較して80℃サイクル寿命及び25℃出力密度に優れる。   For example, Examples 3 and 5 in which the pore median diameter D is in the range of 0.05 μm to 0.2 μm are superior in 80 ° C. cycle life and 25 ° C. output density as compared to Example 4 outside this range. .

例えば、細孔比表面積Sが3.5m2/g〜15m2/gの範囲内にある実施例8は、この範囲外にある実施例9と比較して80℃サイクル寿命に優れる。 For example, Example 8 pore specific surface area S is within the range of 3.5m 2 / g~15m 2 / g is excellent in the 80 ° C. cycle life compared to Example 9 which are outside this range.

実施例10〜12及び比較例5〜7から明らかなように、正極活物質の種類を変更しても、S/D≧35を満たしていれば高温耐久性、出力特性及び寿命特性に優れていることが分かる。   As is clear from Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 7, even if the type of the positive electrode active material is changed, if S / D ≧ 35 is satisfied, the high temperature durability, output characteristics, and life characteristics are excellent. I understand that.

実施例13及び14並びに比較例8及び9から明らかなように、活物質含有層中のバインダ量を増減させても、S/D≧35を満たしていれば高温耐久性、出力特性及び寿命特性に優れていることが分かる。   As is clear from Examples 13 and 14 and Comparative Examples 8 and 9, even when the amount of the binder in the active material-containing layer was increased or decreased, as long as S / D ≧ 35 was satisfied, high-temperature durability, output characteristics, and life characteristics It turns out that it is excellent in.

実施例15及び16に示しているように、バインダが、リン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体を含んでいない場合であっても、高温耐久性、出力特性及び寿命特性に優れていることが分かる。   As shown in Examples 15 and 16, even when the binder does not contain a copolymer containing a methacrylate having a phosphate group, it has excellent high-temperature durability, output characteristics, and life characteristics. I understand.

実施例17及び19〜22に示しているように、バインダが、窒素原子を含むモノマーを含む重合体のみならず、PVdFなどのバインダを含んでいる場合でも、S/D≧35を満たしていれば高温耐久性、出力特性及び寿命特性に優れていることが分かる。   As shown in Examples 17 and 19 to 22, even when the binder contains not only a polymer containing a monomer containing a nitrogen atom but also a binder such as PVdF, S / D ≧ 35 must be satisfied. It can be seen that the high temperature durability, output characteristics and life characteristics are excellent.

実施例17及び19〜22の中でも、S/D≧35であり、且つバインダの重量に占める上記重合体の重量の割合が60重量%以上である実施例17及び20〜22は、特に、高温耐久性(80℃サイクル寿命)が優れていることが分かる。これら実施例は、PVdFのような、電解質に対して膨潤し易いバインダの含有量が少ない方が、高温耐久性に優れる傾向があることを示している。   Among Examples 17 and 19-22, Examples 17 and 20-22 in which S / D ≧ 35 and the ratio of the weight of the polymer to the weight of the binder is 60% by weight or more are particularly high temperatures. It can be seen that the durability (80 ° C. cycle life) is excellent. These examples show that the content of a binder that swells easily with respect to the electrolyte, such as PVdF, tends to be excellent in high-temperature durability.

比較例16及び17に示しているように、正極活物質としてオリビン構造を有するリチウムリン酸化物を使用した場合は、S/D≧35を満たすことによる電池性能の向上が顕著ではない。   As shown in Comparative Examples 16 and 17, when a lithium phosphorus oxide having an olivine structure is used as the positive electrode active material, the improvement in battery performance by satisfying S / D ≧ 35 is not significant.

以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る電極は、一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む。バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含む。水銀圧入法によって得られる電極の細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす。
S/D≧35 …(1)
それ故、高出力であり且つ高温耐久性に優れる電極を提供することができる。
The electrode according to at least one of the embodiments and examples described above, the general formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M is Ni, Co and Mn An active material represented by (including at least one selected element) and a binder. The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom. In the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, the following formula (1) is satisfied when the pore median diameter is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g]. .
S / D ≧ 35 (1)
Therefore, an electrode having high output and excellent high-temperature durability can be provided.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…電極群、2…外装部材、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、3c…負極集電タブ、4…セパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、6…負極端子、7…正極端子、21…バスバー、22…正極側リード、23…負極側リード、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、41…車両用電源、42…電気制御装置、43…外部端子、44…インバータ、45…駆動モータ、100…二次電池、200…組電池、200a…組電池、200b…組電池、200c…組電池、300…電池パック、300a…電池パック、300b…電池パック、300c…電池パック、301a…組電池監視装置、301b…組電池監視装置、301c…組電池監視装置、341…正極側コネクタ、342…負極側コネクタ、343…サーミスタ、344…保護回路、345…配線、346…配線、347…通電用の外部端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、411…電池管理装置、412…通信バス、413…正極端子、414…負極端子、415…スイッチ装置、L1…接続ライン、L2…接続ライン、W…駆動輪。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode group, 2 ... Exterior member, 3 ... Negative electrode, 3a ... Negative electrode collector, 3b ... Negative electrode active material content layer, 3c ... Negative electrode current collection tab, 4 ... Separator, 5 ... Positive electrode, 5a ... Positive electrode collector 5 ... Positive electrode active material containing layer, 6 ... Negative electrode terminal, 7 ... Positive electrode terminal, 21 ... Bus bar, 22 ... Positive electrode side lead, 23 ... Negative electrode side lead, 24 ... Adhesive tape, 31 ... Container, 32 ... Cover, 33 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Protective sheet, 34 ... Printed wiring board, 35 ... Wiring, 40 ... Vehicle main body, 41 ... Vehicle power supply, 42 ... Electric control device, 43 ... External terminal, 44 ... Inverter, 45 ... Drive motor, 100 ... Secondary battery 200 ... assembled battery, 200a ... assembled battery, 200b ... assembled battery, 200c ... assembled battery, 300 ... battery pack, 300a ... battery pack, 300b ... battery pack, 300c ... battery pack, 301a ... assembled battery monitoring device, 301b ... set Pond monitoring device, 301c ... assembled battery monitoring device, 341 ... positive electrode side connector, 342 ... negative electrode side connector, 343 ... thermistor, 344 ... protection circuit, 345 ... wiring, 346 ... wiring, 347 ... external terminal for energization, 348a ... Positive side wiring, 348b ... negative side wiring, 400 ... vehicle, 411 ... battery management device, 412 ... communication bus, 413 ... positive terminal, 414 ... negative terminal, 415 ... switch device, L1 ... connection line, L2 ... connection line, W: Drive wheel.

Claims (13)

一般式Lixy2(0≦x≦1.33、0.5≦y≦1、MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つの元素を含む)で表される活物質と、バインダとを含む電極であって、
前記バインダは、窒素原子を含むモノマーを含む重合体を含み、
水銀圧入法によって得られる前記電極の細孔径分布において、細孔メディアン径をD[μm]で表し、細孔比表面積をS[m2/g]で表した場合に、下記式(1)を満たす電極。
S/D≧35 …(1)
Formula Li x M y O 2 (0 ≦ x ≦ 1.33,0.5 ≦ y ≦ 1, M includes at least one element selected Ni, Co and Mn) and the active material represented by An electrode including a binder,
The binder includes a polymer including a monomer containing a nitrogen atom,
In the pore diameter distribution of the electrode obtained by the mercury intrusion method, when the pore median diameter is represented by D [μm] and the pore specific surface area is represented by S [m 2 / g], the following formula (1) is obtained. Filling electrode.
S / D ≧ 35 (1)
前記バインダの重量に占める前記重合体の重量の割合は、60重量%以上である請求項1に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein a ratio of a weight of the polymer to a weight of the binder is 60% by weight or more. 下記式(2)を満たす請求項1又は2に記載の電極。
S/D≧50 …(2)
The electrode according to claim 1 or 2, which satisfies the following formula (2).
S / D ≧ 50 (2)
前記細孔メディアン径Dは0.05μm〜0.2μmの範囲内にあり、前記細孔比表面積Sは、3.5m2/g〜15m2/gの範囲内にある請求項1〜3の何れか1項に記載の電極。 The pore median diameter D is in the range of 0.05Myuemu~0.2Myuemu, the pore specific surface area S is, of claims 1 to 3 in the range of 3.5m 2 / g~15m 2 / g The electrode according to any one of the above. 前記重合体は、ポリアクリロニトリル系共重合体である請求項1〜4の何れか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer is a polyacrylonitrile-based copolymer. 前記バインダは、リン酸基を有するメタクリレートを含む共重合体を更に含む請求項1〜5の何れか1項に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the binder further includes a copolymer containing a methacrylate having a phosphate group. 前記細孔メディアン径D及び前記細孔比表面積Sは、前記細孔径分布において、0.003μm〜0.5μmの範囲内に存在する細孔径について測定される値である請求項1〜6の何れか1項に記載の電極。   7. The pore median diameter D and the pore specific surface area S are values measured for pore diameters existing in the range of 0.003 μm to 0.5 μm in the pore diameter distribution. The electrode according to claim 1. 正極と、負極と、電解質とを具備する二次電池であって、
前記正極は請求項1〜7の何れか1項に記載の電極である二次電池。
A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
The said positive electrode is a secondary battery which is an electrode of any one of Claims 1-7.
請求項8に記載の二次電池を含む電池パック。   A battery pack comprising the secondary battery according to claim 8. 通電用の外部端子と、保護回路とを更に含む請求項9に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 9, further comprising an external terminal for energization and a protection circuit. 複数の前記二次電池を具備し、前記複数の二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項9又は10に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 9 or 10, comprising a plurality of the secondary batteries, wherein the plurality of secondary batteries are electrically connected in series, parallel, or a combination of series and parallel. 請求項9〜11の何れか1項に記載の電池パックを具備した車両。   A vehicle comprising the battery pack according to any one of claims 9 to 11. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む請求項12に記載の車両。   The vehicle according to claim 12, comprising a mechanism that converts kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
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