JP2019207755A - Nonaqueous electrolyte battery and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

To provide a nonaqueous electrolyte battery having high long-term reliability under a high temperature environment.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte battery comprises a positive electrode, a negative electrode 200, nonaqueous electrolyte, and a separator. The positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode collector. The positive electrode mixture layer can occlude/release Li ions. The negative electrode 200 has area larger than that of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and is disposed so as to cover the whole surface of the positive electrode mixture layer via the separator. The negative electrode 200 includes an Al layer 201 and a Li-Al alloy layer 202 formed on a surface of the Al layer 201. The tensile strength of the negative electrode 200 is equal to or greater than 4 N/mm.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

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

非水電解液電池は、高容量、高電圧などの特性を生かして、種々の用途に利用されている。特に近年では、車載用機器の非水電解液電池の需要が伸びている。   Non-aqueous electrolyte batteries are used for various applications by taking advantage of characteristics such as high capacity and high voltage. In particular, in recent years, the demand for non-aqueous electrolyte batteries for in-vehicle devices has increased.

従来は、車載用の電子機器の電源としては、汎用されている非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が利用されている。   Conventionally, as a power source for in-vehicle electronic devices, the non-aqueous electrolyte has better storage characteristics than a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is widely used, and has almost no decrease in capacity even when stored for a long period of several years or more. An electrolyte primary battery is used.

前記非水電解液一次電池の負極活物質には、金属リチウムや、Li−Al(リチウム−アルミニウム)合金などのリチウム合金が用いられているが、非水電解液二次電池においても、負極活物質としてリチウム合金を用いることができるため、リチウムを吸蔵、放出可能な金属と、リチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属とのクラッド材を用いて負極を構成することにより、電池特性の安定化を実現することも提案されている(特許文献1、2)。   As the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte primary battery, metallic lithium or a lithium alloy such as a Li—Al (lithium-aluminum) alloy is used. In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the negative electrode active material is used. Since a lithium alloy can be used as a material, battery characteristics can be stabilized by forming a negative electrode using a clad material of a metal that can occlude and release lithium and a dissimilar metal that does not occlude and release lithium. Has also been proposed (Patent Documents 1 and 2).

また、繰り返し充電が可能で、且つ高温環境下での貯蔵特性を高める目的で、Liと合金化しない金属基材層と、その金属基材層の両面にAl活性層とを含有する積層体を有し、Al活性層の表面側にLi−Al合金が形成されているクラッド材を負極として用いた非水電解液電池が提案されている(特許文献3)。   In addition, for the purpose of enhancing the storage characteristics in a high temperature environment that can be repeatedly charged, a laminate containing a metal base layer that is not alloyed with Li and an Al active layer on both sides of the metal base layer. A non-aqueous electrolyte battery using a clad material having a Li-Al alloy on the surface side of an Al active layer as a negative electrode has been proposed (Patent Document 3).

特開平8−293302号公報JP-A-8-293302 特開平10−106628号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-106628 国際公開第2016/039323号International Publication No. 2016/039323

一方、クラッド材を負極として用いた特許文献3に開示の非水電解液電池では、繰り返し充電が可能で、且つ高温環境下での貯蔵特性を高めることはできるが、クラッド材は高価であり、また、電池が過放電状態になるとクラッド材の金属基材層を構成する金属が非水電解液中に溶出してしまい、電池特性に悪影響があるという問題があった。   On the other hand, in the non-aqueous electrolyte battery disclosed in Patent Document 3 using a clad material as a negative electrode, it is possible to repeatedly charge and improve storage characteristics in a high temperature environment, but the clad material is expensive, Further, when the battery is in an overdischarged state, the metal constituting the metal base layer of the clad material is eluted into the non-aqueous electrolyte solution, which has a problem that the battery characteristics are adversely affected.

この問題に対応するため、特許文献2に一部開示されているように、負極に高価なクラッド材ではなく、安価なアルミニウム板を用いることも考えられる。しかし、負極にアルミニウム板のみを用いると、過度に充電した場合、AlとLiとが反応しすぎてしまい、アルミニウム板の両面側に形成されるLi−Al合金層の厚さが徐々に大きくなると共にアルミニウム板(Al層)の厚さが徐々に薄くなり、それに伴い負極自体もLi−Al合金層の形成により膨張するため、最終的には負極の膨張による応力に耐え切れずにAl層が破断してしまい、高温環境下での電池の信頼性が低下するという問題が予想される。特に、引用文献2に開示の円筒形電池に比べて、巻回電極体を角形外装体に封入した角形電池の場合には、負極のR部に大きな応力がかかるため、電池の信頼性の低下がより懸念される。   In order to cope with this problem, it is conceivable to use an inexpensive aluminum plate instead of an expensive clad material for the negative electrode as partially disclosed in Patent Document 2. However, when only an aluminum plate is used for the negative electrode, when it is excessively charged, Al and Li react too much, and the thickness of the Li-Al alloy layer formed on both sides of the aluminum plate gradually increases. At the same time, the thickness of the aluminum plate (Al layer) gradually decreases, and the negative electrode itself also expands due to the formation of the Li—Al alloy layer, so that the Al layer eventually cannot withstand the stress due to the expansion of the negative electrode. It is expected that the battery will be broken and the reliability of the battery in a high temperature environment is lowered. In particular, in the case of a rectangular battery in which a wound electrode body is enclosed in a rectangular outer casing as compared with the cylindrical battery disclosed in Cited Document 2, since a large stress is applied to the R portion of the negative electrode, the reliability of the battery is reduced. Is more concerned.

本発明は、前記問題を解決したものであり、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供するものである。   The present invention solves the above problems, and provides a non-aqueous electrolyte battery that can maintain the strength of the negative electrode even when aluminum is used alone as a negative electrode material and has high long-term reliability in a high-temperature environment. is there.

本発明の非水電解液電池は、正極、負極、非水電解液及びセパレータを含む非水電解液電池であって、前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを含み、前記負極の引張強度が、4N/mm以上である。   The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, wherein the positive electrode is formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer is capable of inserting and extracting Li ions, the area of the negative electrode is larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the negative electrode Is arranged so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer with the separator interposed therebetween, and the negative electrode includes an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer, The tensile strength is 4 N / mm or more.

また、本発明の非水電解液電池の製造方法は、上記本発明の非水電解液電池を製造する方法であって、正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを含む。 The nonaqueous electrolyte battery manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, wherein a positive electrode mixture layer is formed on at least one surface of the positive electrode current collector, and A step of preparing a positive electrode having a capacity of 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less, a larger area than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and a thickness of 30 μm or more A step of preparing a negative electrode precursor made of an aluminum base material of 150 μm or less, and the negative electrode precursor are arranged so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode through a separator to produce an electrode body. And a step of charging the electrode body and the non-aqueous electrolyte solution after enclosing them in an exterior body.

本発明によれば、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte battery with high long-term reliability in a high temperature environment can be provided.

図1は、負極前駆体に用いるアルミニウム基材の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an aluminum substrate used for a negative electrode precursor. 図2は、初充電後の負極の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the negative electrode after initial charging. 図3は、実施例の非水電解液電池を模式的に表す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing the nonaqueous electrolyte battery of the example. 図4は、図3のI−I線の断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.

本願で開示する非水電解液電池の実施形態について説明する。本実施形態の非水電解液電池は、正極、負極、非水電解液及びセパレータを備え、前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを含み、前記負極の引張強度が、4N/mm以上である。   An embodiment of a nonaqueous electrolyte battery disclosed in the present application will be described. The non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator. The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer can occlude and release Li ions, the area of the negative electrode is larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the negative electrode passes through the separator The negative electrode includes an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer, and the negative electrode has a tensile strength of 4 N / mm. That's it.

本実施形態の非水電解液電池は、上記構成とすることにより、高温環境下での長期信頼性を向上できる。   The non-aqueous electrolyte battery of this embodiment can improve long-term reliability in a high-temperature environment by setting it as the said structure.

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

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

こうしたことから、車載用機器や屋外設備用機器に用いる電池としては、従来の非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が適用されている。   For this reason, batteries used for in-vehicle equipment and outdoor equipment have better storage characteristics than conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries, and even when stored for a long period of several years or more, there is almost no decrease in capacity. There is no non-aqueous electrolyte primary battery applied.

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

そこで、本実施形態の非水電解液電池では、特に車載用・屋外設備用など高温環境下で使用される場合にあっても、高い貯蔵特性と高容量化とを実現することができ、また、ある程度の回数の充電が可能となるように、Al層の表面に形成されたLi−Al合金を負極活物質として使用することにした。   Therefore, the nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment can achieve high storage characteristics and high capacity even when used in a high temperature environment such as in-vehicle or outdoor equipment. Therefore, it was decided to use a Li—Al alloy formed on the surface of the Al layer as the negative electrode active material so that the battery can be charged a certain number of times.

また、アルミニウムを負極材料に用いる場合には、アルミニウム箔などにより負極前駆体を構成し、その負極前駆体と、正極、セパレータ、非水電解液などとを電池に収納した後、初充電(化成)を行って、アルミニウム箔と非水電解液中のLiイオンとを電気化学的に反応させて、アルミニウム箔の表面にLi−Al合金を形成し、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを備えた負極を形成して用いる。この初充電の際に無制限にアルミニウム箔の表面にLi−Al合金を形成すると、負極の芯材となるAl層が薄くなりすぎて強度が低下し、最悪の場合には、アルミニウム箔が全てLi−Al合金となり、負極の芯材が消失し、負極の強度が極端に低下する場合も考えられる。そこで、本実施形態では、負極の強度を維持して電池の信頼性を確保するために、負極の引張強度を4N/mm以上とした。この負極の引張強度を4N/mm以上にすることは、実質的には、負極の芯材となるAl層の厚さを一定以上に保持して強度を維持することを意味する。   When aluminum is used for the negative electrode material, the negative electrode precursor is composed of aluminum foil or the like, and the negative electrode precursor and the positive electrode, separator, non-aqueous electrolyte, etc. are stored in the battery, and then the initial charge (chemical conversion) is performed. ) To electrochemically react the aluminum foil and Li ions in the non-aqueous electrolyte to form a Li-Al alloy on the surface of the aluminum foil, and to form an Al layer and the surface of the Al layer. A negative electrode provided with the prepared Li—Al alloy layer is formed and used. If an Li-Al alloy is formed on the surface of the aluminum foil without limitation during this initial charge, the Al layer that becomes the core material of the negative electrode becomes too thin and the strength decreases. In the worst case, all the aluminum foil is Li It may be considered that the alloy becomes an Al alloy, the core material of the negative electrode disappears, and the strength of the negative electrode is extremely reduced. Therefore, in this embodiment, in order to maintain the strength of the negative electrode and ensure the reliability of the battery, the tensile strength of the negative electrode is set to 4 N / mm or more. Making the tensile strength of the negative electrode 4 N / mm or more substantially means maintaining the strength by maintaining the thickness of the Al layer serving as the core material of the negative electrode at a certain level or more.

以下、本実施形態の非水電解液電池の各構成要素について説明する。   Hereinafter, each component of the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment will be described.

<負極>
本実施形態の非水電解液電池に係る負極の形成には、集電体を用いずに、Al基材(Al箔など)のみを負極前駆体として使用するものである。具体的には、前記Al基材からなる負極前駆体をそのまま電池の組み立てに用い、組み立てた後の充電によって、前記Al基材のAlを非水電解液中のLiイオンと電気化学的に反応させて、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを有する負極を形成する。
<Negative electrode>
In forming the negative electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment, only the Al base material (Al foil or the like) is used as the negative electrode precursor without using the current collector. Specifically, the negative electrode precursor made of the Al base material is used for assembling the battery as it is, and the Al base material electrochemically reacts with Li ions in the non-aqueous electrolyte by charging after the assembly. Thus, a negative electrode having an Al layer and a Li—Al alloy layer formed on the surface of the Al layer is formed.

前記負極には、一定厚さのAl層が必ず存在するので、前記Al層が負極の心材となって、負極の引張強度を4N/mm以上とすることができる。前記負極の引張強度は、7N/mm以上がより好ましい。一方、前記負極の引張強度が大きすぎると、前記Al層の厚さが大きくなりすぎ、充放電に寄与しない心材部の体積が増加して、電池の体積エネルギー密度が低下することから、前記引張強度の上限値は、11N/mm程度が好ましい。   Since the negative electrode always has an Al layer having a certain thickness, the Al layer serves as a core material of the negative electrode, and the tensile strength of the negative electrode can be 4 N / mm or more. As for the tensile strength of the said negative electrode, 7 N / mm or more is more preferable. On the other hand, if the tensile strength of the negative electrode is too large, the thickness of the Al layer becomes too large, and the volume of the core material part that does not contribute to charging / discharging increases and the volume energy density of the battery decreases, so The upper limit of strength is preferably about 11 N / mm.

前記Al基材としては、例えば、Al(及び不可避不純物)からなる箔や、合金成分としてCu、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、V、Ti、Zr、Nb、Moなどを含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl合金(前記合金成分の含有量は、例えば、合計で50質量%以下)からなる箔などが挙げられる。例えば、前記Al基材の合金成分がCuの場合には、そのCuの含有量は、7質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。この範囲であれば過放電時のCuの溶出をより確実に抑制できる。   Examples of the Al base material include a foil made of Al (and inevitable impurities) and Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, and the like as alloy components, with the balance being the remainder. Examples include foils made of Al and Al alloys that are inevitable impurities (the content of the alloy components is, for example, 50% by mass or less in total). For example, when the alloy component of the Al base is Cu, the Cu content is preferably 7% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and more preferably 0.4% by mass or less. If it is this range, the elution of Cu at the time of overdischarge can be suppressed more reliably.

前記負極前駆体としてのAl基材の厚さは、30μm以上が好ましく、40μm以上がより好ましく、150μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。前記Al基材の厚さが、上記範囲内であれば、充電後の負極の引張強度を4N/mm以上としつつ、負極の容量を一定以上とすることができる。但し、本実施形態の非水電解液電池は、正極容量規制で構成されるため、前記負極前駆体としてのAl基材の厚さが30μm以上150μm以下の場合、充電後の負極の引張強度を4N/mm以上とするためには、正極の容量は、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下であることが好ましく、3.65mAh/cm2以下であることがより好ましい。 The thickness of the Al base material as the negative electrode precursor is preferably 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, preferably 150 μm or less, and more preferably 100 μm or less. If the thickness of the Al base is within the above range, the capacity of the negative electrode can be made constant or higher while the tensile strength of the negative electrode after charging is 4 N / mm or more. However, since the nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment is configured with positive electrode capacity regulation, when the thickness of the Al base material as the negative electrode precursor is 30 μm or more and 150 μm or less, the tensile strength of the negative electrode after charging is set. In order to set it to 4 N / mm or more, the capacity of the positive electrode is preferably 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less, and more preferably 3.65 mAh / cm 2 or less.

前記負極前駆体として使用するAl基材には、それぞれ常法に従って負極リード体を設けることができる。   The Al base material used as the negative electrode precursor can be provided with a negative electrode lead body according to a conventional method.

図1に、本実施形態の非水電解液電池の負極前駆体に用いるAl基材の一例を模式的に表す断面図を示す。図1において、Al基材(負極前駆体)100の厚さaは、30μm以上150μm以下に設定されている。   In FIG. 1, sectional drawing which represents typically an example of the Al base material used for the negative electrode precursor of the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is shown. In FIG. 1, the thickness a of the Al base material (negative electrode precursor) 100 is set to 30 μm or more and 150 μm or less.

図2に、図1のAl基材100を初充電(化成)して負極を形成した状態の一例を模式的に表す断面図を示す。図2において、負極200は、Al層201と、Al層201の表面に形成されたLi−Al合金層202とを備えている。Al層201の厚さbは、Li−Al合金層202の形成により、図1のAl基材の厚さaより、小さくなっている。一方、Li−Al合金層202の厚さcは、AlとLiイオンとの反応により図2の矢印方向に膨張するため、負極200の厚さ(c+b+c)は、当初のAl基材層の厚さaより大きくなる。但し、実際には、Al基材層とLiイオンとの反応は必ずしも均一には起こらず、Al層201とLi−Al合金層202の界面には起伏が生じるため、Al層201の厚さb及びLi−Al合金層202の厚さcは、場所により変動するが、化成前のAl基材の厚さaは、通常均一である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which the negative electrode is formed by first charging (forming) the Al base material 100 of FIG. In FIG. 2, the negative electrode 200 includes an Al layer 201 and a Li—Al alloy layer 202 formed on the surface of the Al layer 201. The thickness b of the Al layer 201 is smaller than the thickness a of the Al base material in FIG. 1 due to the formation of the Li—Al alloy layer 202. On the other hand, since the thickness c of the Li—Al alloy layer 202 expands in the direction of the arrow in FIG. 2 due to the reaction between Al and Li ions, the thickness (c + b + c) of the negative electrode 200 is the thickness of the original Al base layer. Greater than a. However, in reality, the reaction between the Al base layer and Li ions does not necessarily occur uniformly, and undulations occur at the interface between the Al layer 201 and the Li—Al alloy layer 202, so the thickness b of the Al layer 201 Although the thickness c of the Li—Al alloy layer 202 varies depending on the location, the thickness a of the Al base material before the formation is usually uniform.

また、本実施形態の非水電解液電池では、前記負極の面積は、後述する正極のLiイオンを吸蔵・放出可能な正極合剤層の面積より大きく設定され、更に、前記負極は、セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置されているため、前記負極の端部は、前記正極合剤層と対面しない部分となり、その部分では、実質的にLi−Al合金層は形成されないと考えられる。そのため、前記負極のAl層の全体の厚さを観察した場合には、Li−Al合金層が形成された部分のAl層の厚さbは、初充電前のAl基材の厚さaよりも小さくなるが、Li−Al合金層が形成されていない部分のAl層の厚さは、初充電前のAl基材の厚さaがそのまま維持されているため、負極全体で観察するとAl層の最大の厚さは、初充電前のAl基材(負極前駆体)の厚さaと一致する。   Further, in the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment, the area of the negative electrode is set larger than the area of the positive electrode mixture layer capable of occluding and releasing positive electrode Li ions described later, and the negative electrode has a separator. Is disposed so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer, the end of the negative electrode is a portion that does not face the positive electrode mixture layer, and in that portion, the Li-Al alloy layer is substantially It is thought that it is not formed. Therefore, when the total thickness of the Al layer of the negative electrode is observed, the thickness b of the Al layer where the Li-Al alloy layer is formed is greater than the thickness a of the Al base material before the initial charge. Although the thickness of the Al layer in the portion where the Li—Al alloy layer is not formed is maintained as it is, the thickness “a” of the Al base material before the initial charge is maintained as it is. Is equal to the thickness a of the Al base material (negative electrode precursor) before the initial charge.

ここでいう正極合剤層とは、前記正極においてLiイオンを吸蔵・放出可能である部分をいう。例えば、正極活物質を含む層を正極集電体上に形成した後に、当該層上にLiイオンの透過を阻害する層(テープなど)を貼り付けた場合には、当該貼り付け部分の層は、本実施形態でいうところの正極合剤層には該当しない。   The positive electrode mixture layer as used herein refers to a portion of the positive electrode that can occlude / release Li ions. For example, after a layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector, when a layer (such as a tape) that inhibits the transmission of Li ions is pasted on the layer, the layer of the pasted portion is This does not correspond to the positive electrode mixture layer in the present embodiment.

図2におけるAl層201と、Li−Al合金層202とは、負極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより、識別できる。また、負極に破断が生じているか否かも、負極の断面をSEMで観察することにより、確認できる。   The Al layer 201 and the Li—Al alloy layer 202 in FIG. 2 can be identified by observing the cross section of the negative electrode with a scanning electron microscope (SEM). Further, whether or not the negative electrode is broken can be confirmed by observing the cross section of the negative electrode with an SEM.

<正極>
本実施形態の非水電解液電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含有する正極合剤層を、正極集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。前述のように、負極のAl層の最大の厚さが30μm以上150μm以下の場合、即ち、初充電(化成)前の負極前駆体であるAl基材の厚さが30μm以上150μm以下の場合には、前記正極の容量は、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下に設定することが好ましい。これにより、負極前駆体のAl基材がLiイオンと反応しすぎて、負極のAl層の厚さが薄くなりすぎて、負極の引張強度が4N/mmを下回ることがなくなる。
<Positive electrode>
The positive electrode according to the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment has, for example, a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder and the like on one side or both sides of the positive electrode current collector. Can be used. As described above, when the maximum thickness of the negative electrode Al layer is 30 μm or more and 150 μm or less, that is, when the thickness of the Al base material that is the negative electrode precursor before initial charging (chemical conversion) is 30 μm or more and 150 μm or less. The capacity of the positive electrode is preferably set to 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less. Thereby, the Al base material of the negative electrode precursor does not react too much with Li ions, the thickness of the Al layer of the negative electrode becomes too thin, and the tensile strength of the negative electrode does not fall below 4 N / mm.

前記正極の容量は、次のようにして測定するものとする。即ち、本実施形態の非水電解液電池を初充電(化成)後に分解して、正極を取り出す。その後、取り出した正極が正極集電体の片面にのみ正極合剤層を有している場合は、その正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとする。また、取り出した正極が正極集電体の両面に正極合剤層を有する場合は、その取り出した正極から片面の正極合剤層を除去し、その片面から正極合剤層を除去した正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとする。次に、その正極容量測定サンプルと、Li箔とを組み合わせて、モデルセルを作製する。このモデルセルの非水電解液としては、本実施形態の非水電解液電池で使用したものと同じ非水電解液を用いる。続いて、このモデルセルを0.25mAの定電流で、上記非水電解液電池の初充電電圧に0.35Vを加えた所定電圧まで定電流充電し、その後、その所定電圧で充電電流が0.025mAに低下するまで定電圧充電を行う。その後、0.25mAの定電流で3Vとなるまで放電を行い、その時の容量を前記正極の容量とする。 The capacity of the positive electrode is measured as follows. That is, the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment is disassembled after initial charging (chemical conversion), and the positive electrode is taken out. Then, when the taken-out positive electrode has a positive electrode mixture layer only on one side of the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer portion of the positive electrode is cut out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode capacity measurement sample. . Moreover, when the taken-out positive electrode has a positive electrode mixture layer on both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode of the positive electrode in which the positive electrode mixture layer on one side is removed from the taken-out positive electrode and the positive electrode mixture layer is removed from the one side A portion of the mixture layer is cut out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode capacity measurement sample. Next, a model cell is produced by combining the positive electrode capacity measurement sample and the Li foil. As the non-aqueous electrolyte of this model cell, the same non-aqueous electrolyte as that used in the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment is used. Subsequently, this model cell was charged at a constant current of 0.25 mA to a predetermined voltage obtained by adding 0.35 V to the initial charging voltage of the nonaqueous electrolyte battery, and then the charging current was 0 at the predetermined voltage. Charge at a constant voltage until it drops to 0.025 mA. Thereafter, discharging is performed at a constant current of 0.25 mA until 3 V is reached, and the capacity at that time is taken as the capacity of the positive electrode.

また、前記正極集電体の片面あたりの前記正極合剤層の質量は、7mg/cm2以上30mg/cm2以下であることが好ましく、8.5mg/cm2以上25mg/cm2以下であることがより好ましい。前記正極合剤層の質量が7mg/cm2を下回ると、高率放電時における正極活物質の単位質量あたりの放電負荷が増大して出力特性が低下し、前記正極合剤層の質量が30mg/cm2を超えると、正極の容量の上限を4.87mAh/cm2に設定することが困難となる場合があるからである。 Further, the mass of the positive electrode mixture layer formed on each surface of the positive electrode current collector, is preferably, 8.5 mg / cm 2 or more 25 mg / cm 2 or less is at 7 mg / cm 2 or more 30 mg / cm 2 or less It is more preferable. When the mass of the positive electrode mixture layer is less than 7 mg / cm 2 , the discharge load per unit mass of the positive electrode active material at the time of high rate discharge increases and the output characteristics deteriorate, and the mass of the positive electrode mixture layer is 30 mg. it exceeds / cm 2, because it may be difficult to set the upper limit of the capacity of the positive electrode to 4.87mAh / cm 2.

前記正極合剤層の質量は、正極集電体への単位面積あたりの正極合剤の塗布量を調整することにより制御できる。   The mass of the positive electrode mixture layer can be controlled by adjusting the coating amount of the positive electrode mixture per unit area on the positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウム含有ニッケル層状酸化物を用いることが好ましい。   Although it does not specifically limit as said positive electrode active material, It is preferable to use a lithium containing nickel layered oxide.

一般に正極活物質は高温環境下において非水電解液と反応し、正極上には反応生成物が堆積され、同時にガスが発生する。リチウムイオン二次電池などの非水電解液電池に一般的に使用されるコバルト酸リチウムを正極活物質として用いると、高温下でコバルト酸リチウムの表面と非水電解液とが反応してCoを含む反応生成物が正極の表面に堆積し、同時にガスが発生するが、Coを含む反応生成物は更に分解されて非水電解液中にCoが溶出する。そして、再びコバルト酸リチウムの表面と非水電解液とが反応しCoを含む反応生成物が生じると共にガスが発生する。つまり、正極活物質にコバルト酸リチウムを多く含むと、電池が高温に晒されるたびにCoが溶出し続け、ガスも発生し続ける。   In general, the positive electrode active material reacts with a non-aqueous electrolyte in a high temperature environment, a reaction product is deposited on the positive electrode, and gas is simultaneously generated. When lithium cobaltate, which is commonly used in nonaqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries, is used as the positive electrode active material, the surface of lithium cobaltate reacts with the nonaqueous electrolyte at high temperatures to produce Co. The reaction product containing is deposited on the surface of the positive electrode and gas is generated at the same time, but the reaction product containing Co is further decomposed and Co is eluted into the non-aqueous electrolyte. Then, the surface of the lithium cobalt oxide again reacts with the nonaqueous electrolytic solution to produce a reaction product containing Co and gas. That is, if the positive electrode active material contains a large amount of lithium cobalt oxide, Co will continue to elute each time the battery is exposed to high temperatures, and gas will continue to be generated.

しかし、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物は、一度は高温下において非水電解液と反応してNiを含む反応生成物が生じると共にガスが発生するが、Niを含む反応生成物は分解されずに正極上にとどまって被膜となる。また、その後電池が高温に晒されたとしてもNiの溶出もガス発生も抑制される。従って、電池を充電した状態で高温下においても金属溶出が起こり難い。そのため、電池を長期間、高温下において貯蔵してもガス発生を抑えることができ、放電容量の低下を抑制することができる。   However, the lithium-containing nickel layered oxide once reacts with the non-aqueous electrolyte at a high temperature to generate a reaction product containing Ni and generate gas, but the reaction product containing Ni is not decomposed. It stays on the positive electrode and becomes a film. Further, even if the battery is exposed to a high temperature after that, Ni elution and gas generation are suppressed. Therefore, metal elution is unlikely to occur even at high temperatures with the battery charged. Therefore, gas generation can be suppressed even when the battery is stored at a high temperature for a long period of time, and a decrease in discharge capacity can be suppressed.

前記リチウム含有ニッケル層状酸化物としては、下記一般式(1)で表される複合酸化物を用いることが好ましい。下記一般式(1)で表される複合酸化物を用いると、長期間の貯蔵におけるガス発生を抑えるだけではなく、抵抗の増加を抑制できる。   As the lithium-containing nickel layered oxide, a composite oxide represented by the following general formula (1) is preferably used. When the composite oxide represented by the following general formula (1) is used, not only gas generation during long-term storage but also increase in resistance can be suppressed.

Li1+xNi1-y-z1 y2 z2 (1) Li 1 + x Ni 1-yz M 1 y M 2 z O 2 (1)

前記一般式(1)中、M1はCo、Mn、Al、Mg、Zr、Mo、Ti、Ba、W及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M2はLi、Ni及びM1以外の元素であり、−0.1≦x≦0.1、0≦y<0.85、0≦z≦0.05である。 In the general formula (1), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Mg, Zr, Mo, Ti, Ba, W, and Er, and M 2 is Li, It is an element other than Ni and M 1 , and −0.1 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y <0.85, and 0 ≦ z ≦ 0.05.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において結晶格子中にCoを存在させると、非水電解液電池の充放電でのLiの挿入及び脱離によるリチウム含有複合酸化物の相転移から起こる不可逆反応を緩和でき、前記複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、より充放電サイクル寿命の長い非水電解液電池を構成することが可能となる。   When Co is present in the crystal lattice in the composite oxide represented by the general formula (1), from the phase transition of the lithium-containing composite oxide due to the insertion and desorption of Li during charge / discharge of the nonaqueous electrolyte battery. Since the irreversible reaction that occurs can be relaxed and the reversibility of the crystal structure of the composite oxide can be increased, a non-aqueous electrolyte battery having a longer charge / discharge cycle life can be formed.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がMgを含有していると、Liの脱離及び挿入によって前記複合酸化物の相転位が起こる際に、Mg2+がLiサイトに転位することから不可逆反応が緩和され、空間群R3−mとして表される前記複合酸化物の層状の結晶構造の可逆性が向上する。 When the complex oxide represented by the general formula (1) contains Mg, Mg 2+ is rearranged to the Li site when phase transition of the complex oxide occurs due to Li desorption and insertion. This alleviates the irreversible reaction and improves the reversibility of the layered crystal structure of the composite oxide represented as space group R3-m.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がMnを含有していると、4価のMnが不安定な4価のNiを安定化させることから、充放電サイクル寿命のより長い非水電解液電池を構成することが可能となる。   When the composite oxide represented by the general formula (1) contains Mn, the tetravalent Mn stabilizes the unstable tetravalent Ni. An electrolyte battery can be configured.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がW又はMoを含有していると、これによる充放電での結晶の膨張・収縮の割合を低減させることができ、電池の充放電サイクル特性の向上に繋がる。   When the composite oxide represented by the general formula (1) contains W or Mo, the rate of expansion / contraction of the crystals during charge / discharge can be reduced, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery. It leads to improvement.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、結晶格子中にAlを存在させると、結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水電解液電池を構成することが可能となる。また、Alが前記複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在することで、その経時安定性や非水電解液との副反応を抑制することができ、より長寿命の非水電解液電池を構成することが可能となる。   In the composite oxide represented by the general formula (1), when Al is present in the crystal lattice, the crystal structure can be stabilized and the thermal stability thereof can be improved. A high nonaqueous electrolyte battery can be configured. In addition, since Al is present at the grain boundaries and surfaces of the composite oxide particles, the stability with time and side reactions with the non-aqueous electrolyte can be suppressed, and a longer-life non-aqueous electrolyte battery can be obtained. Can be configured.

Erが前記一般式(1)で表される複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在すると、正極活物質表面での触媒性を低下させ、非水電解液の分解を抑制することができる。   When Er is present at the grain boundaries and surfaces of the composite oxide particles represented by the general formula (1), the catalytic properties on the surface of the positive electrode active material can be reduced, and the decomposition of the non-aqueous electrolyte can be suppressed. .

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、粒子中にBaといったアルカリ土類金属元素を含有させると、一次粒子の成長が促進され、前記複合酸化物の結晶性が向上するため、非水電解液との副反応が抑制されて、高温貯蔵時に膨れがより生じ難い電池を構成できるようになる。   In the composite oxide represented by the general formula (1), when an alkaline earth metal element such as Ba is contained in the particles, the growth of primary particles is promoted, and the crystallinity of the composite oxide is improved. Side reactions with the non-aqueous electrolyte are suppressed, and a battery that is less likely to swell during high temperature storage can be configured.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、粒子中にTiを含有させると、LiNiO2型の結晶構造において、酸素欠損などの結晶の欠陥部に配置されて結晶構造を安定化させるため、前記複合酸化物の反応の可逆性が高まり、より充放電サイクル特性に優れた非水電解液電池を構成できるようになる。 In the composite oxide represented by the general formula (1), when Ti is contained in the particles, the LiNiO 2 type crystal structure is arranged in a crystal defect portion such as an oxygen vacancy to stabilize the crystal structure. Therefore, the reversibility of the reaction of the composite oxide is increased, and a non-aqueous electrolyte battery having better charge / discharge cycle characteristics can be configured.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がZrを含有する場合、これが前記複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在することで、前記複合酸化物の電気化学特性を損なうことなく、その表面活性を抑制する。また、Zrによる粒子表面の活性抑制効果によって、より貯蔵性に優れ長寿命の非水電解液電池を構成することが可能となる。   When the composite oxide represented by the general formula (1) contains Zr, the composite oxide is present at the grain boundaries and surfaces of the composite oxide particles without impairing the electrochemical characteristics of the composite oxide. , Suppress its surface activity. In addition, the effect of suppressing the activity of the particle surface by Zr makes it possible to construct a non-aqueous electrolyte battery having better storage properties and a longer life.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、M1の元素は、上述のそれぞれの元素を求められる特性に応じて含有させてもよいし、させなくてもよい。 In the composite oxide represented by the general formula (1), the element of M 1 may or may not contain each of the above elements depending on the required characteristics.

前記一般式(1)で表される複合酸化物には、Li、Ni及びM1以外の元素であるM2を含有させてもよいし、含有させなくてもよい。M2の元素の含有量を表すzは、0.05以下であれば本実施形態における効果を阻害しないが、より好ましくは0.01以下である。 The complex oxide represented by the general formula (1) may or may not contain M 2 which is an element other than Li, Ni and M 1 . If z representing the content of the element of M 2 is 0.05 or less, the effect in the present embodiment is not inhibited, but is more preferably 0.01 or less.

前記正極活物質の組成分析は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行うことができる。先ず、測定対象となる正極活物質を0.2g採取して100mL容器に入れる。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、更に純水で25倍に希釈してJARRELASH社製のICP分析装置“ICP−757”(製品名)を用いて、検量線法により組成を分析する。得られた結果から、組成量を導くことができる。   The composition analysis of the positive electrode active material can be performed as follows using an ICP (Inductive Coupled Plasma) method. First, 0.2 g of the positive electrode active material to be measured is collected and placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water are added in order and dissolved by heating. After cooling, the solution is further diluted 25 times with pure water, and the ICP analyzer “ICP-757” (product name) manufactured by JARRELASH Is used to analyze the composition by the calibration curve method. The composition amount can be derived from the obtained results.

前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物を1種類含有していてもよく、2種類以上含有していてもよい。   The positive electrode active material may contain one type of the lithium-containing nickel layered oxide, or may contain two or more types.

また、前記正極活物質には、求められる電池特性に応じて、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なる他のリチウム含有複合状酸化物を含ませることができる。   Further, the positive electrode active material can contain another lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide, depending on required battery characteristics.

前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なる前記リチウム含有複合状酸化物としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、Li2MnO3などのリチウムマンガン酸化物;LiMn24、Li4/3Ti5/34などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePO4などのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;これらの酸化物を基本組成とし、その構成元素の一部を他の元素で置換した酸化物;などが挙げられる。これらのリチウム含有複合状酸化物も、1種類を使用していてもよく、2種類以上を使用してもよい。 Examples of the lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; LiMn 2 O 4 , Spinel-structured lithium-containing composite oxides such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; Olivine-structured lithium-containing composite oxides such as LiFePO 4 ; And oxides substituted with other elements. One of these lithium-containing composite oxides may be used, or two or more thereof may be used.

前記正極活物質に、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なるリチウム含有複合状酸化物を含む場合であっても、前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物を50質量%以上含むことが好ましく、80質量%以上含むことが更に好ましい。これにより、前述のリチウム含有ニッケル層状酸化物の効果を良好に得ることができるからである。   Even when the positive electrode active material contains a lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide, the positive electrode active material contains 50% by mass or more of the lithium-containing nickel layered oxide. Is preferable, and it is further more preferable to contain 80 mass% or more. This is because the effect of the lithium-containing nickel layered oxide can be obtained satisfactorily.

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

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

正極は、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含有する正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒又は水に分散させて正極合剤含有塗料(ペースト、スラリーなど)を調製し、この正極合剤含有塗料を集電体の片面又は両面などに塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。   For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder is dispersed in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water, and a positive electrode mixture-containing paint (paste) , Slurry, etc.) is prepared, and this positive electrode mixture-containing coating is applied to one or both sides of the current collector and dried, and then subjected to a press treatment as necessary.

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

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

正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質を80.0〜99.8質量%とし、導電助剤を0.1〜10質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15〜100μmであることが好ましい。   The composition of the positive electrode mixture layer is, for example, 80.0 to 99.8% by mass of the positive electrode active material, 0.1 to 10% by mass of the conductive additive, and 0.1 to 10% by mass of the binder. It is preferable. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive mix layer is 15-100 micrometers per single side | surface of a collector.

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

<セパレータ>
セパレータは、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(即ち、シャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウムイオン二次電池などの非水電解液電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。
<Separator>
The separator preferably has a property (that is, a shutdown function) that closes the pores at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower). A separator used in a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion secondary battery, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.

<電極体>
本実施形態の非水電解液電池において、正極と負極とは、例えば、セパレータを介して重ねて構成した電極体、前記電極体を更に渦巻状に巻回して形成された巻回電極体、又は複数の正極と複数の負極とを交互に積層した積層電極体の形態で使用されるが、円筒形電池に比べて、巻回電極体を角形外装体に封入した角形電池の場合には、特に負極のR部に大きな応力がかかるため、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性を確保できる本実施形態の非水電解液電池電池の構成が好適に用いられる。
<Electrode body>
In the nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment, the positive electrode and the negative electrode are, for example, an electrode body formed by stacking via a separator, a wound electrode body formed by further winding the electrode body in a spiral shape, or It is used in the form of a laminated electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately laminated, but in the case of a rectangular battery in which a wound electrode body is enclosed in a rectangular outer casing as compared with a cylindrical battery, Since a large stress is applied to the R portion of the negative electrode, the strength of the negative electrode can be maintained even when aluminum is used alone as a negative electrode material, and long-term reliability in a high temperature environment can be secured. The configuration is preferably used.

<非水電解液>
非水電解液には、有機溶媒中に、リチウム塩を溶解させた溶液を使用する。
<Non-aqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used.

非水電解液に係る有機溶媒には、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;ラクトン環を有する化合物などの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、環状カーボネートと前記例示の鎖状カーボネートとの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   Examples of the organic solvent related to the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate (PC), butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; methyl propionate Chain esters such as compounds having a lactone ring; chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme, tetraglyme; dioxane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, etc. Cyclic ethers; nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile; sulfites such as ethylene glycol sulfite; Gerare, it can also be used as a mixture of two or more. In order to obtain a battery having better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of a cyclic carbonate and the above-described chain carbonate.

また、非水電解液の有機溶媒には、PCを使用することがより好ましい。PCは、特に非水電解液電池の低温での放電特性の確保に寄与する。例えば、非水電解液電池に係る非水電解液の有機溶媒にはエチレンカーボネートを使用することが多いが、PCはエチレンカーボネートよりも凝固点が低いため、より低温の環境下においても、電池の出力特性を高めることが可能となる。   Further, it is more preferable to use PC as the organic solvent of the non-aqueous electrolyte. PC contributes particularly to securing discharge characteristics at low temperatures of non-aqueous electrolyte batteries. For example, ethylene carbonate is often used as the organic solvent of the non-aqueous electrolyte solution related to the non-aqueous electrolyte battery, but since PC has a lower freezing point than ethylene carbonate, the output of the battery even in a lower temperature environment It becomes possible to improve the characteristics.

更に、非水電解液電池の低温での放電特性をより向上させる観点からは、非水電解液の有機溶媒として、PCと共にラクトン環を有する化合物を使用することが好ましい。   Furthermore, from the viewpoint of further improving the low-temperature discharge characteristics of the nonaqueous electrolyte battery, it is preferable to use a compound having a lactone ring together with PC as the organic solvent of the nonaqueous electrolyte.

ラクトン環を有する化合物としては、γ−ブチロラクトンやα位に置換基を有するラクトン類などが挙げられる。   Examples of the compound having a lactone ring include γ-butyrolactone and lactones having a substituent at the α-position.

また、α位に置換基を有するラクトン類は、例えば5員環のもの(環を構成する炭素数が4つのもの)が好ましい。前記ラクトン類のα位の置換基は、1つであってもよく、2つであってもよい。   The lactone having a substituent at the α-position is preferably, for example, a 5-membered ring (having 4 carbon atoms constituting the ring). The α-position substituent of the lactone may be one or two.

前記置換基としては、炭化水素基、ハロゲン基(フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基)などが挙げられる。炭化水素基としては、アルキル基、アリール基などが好ましく、その炭素数は1以上15以下(より好ましくは6以下)であることが好ましい。前記置換基が炭化水素基の場合、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基などが更に好ましい。   Examples of the substituent include a hydrocarbon group and a halogen group (fluoro group, chloro group, bromo group, iodo group) and the like. As a hydrocarbon group, an alkyl group, an aryl group, etc. are preferable, and it is preferable that the carbon number is 1 or more and 15 or less (more preferably 6 or less). When the substituent is a hydrocarbon group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a phenyl group, and the like are more preferable.

α位に置換基を有するラクトン類の具体例としては、α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−エチル−γ−ブチロラクトン、α−プロピル−γ−ブチロラクトン、α−ブチル−γ−ブチロラクトン、α−フェニル−γ−ブチロラクトン、α−フルオロ−γ−ブチロラクトン、α−クロロ−γ−ブチロラクトン、α−ブロモ−γ−ブチロラクトン、α−ヨード−γ−ブチロラクトン、α,α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α,α−ジエチル−γ−ブチロラクトン、α,α−ジフェニル−γ−ブチロラクトン、α−エチル−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メチル−α−フェニル−γ−ブチロラクトン、α,α−ジフルオロ−γ−ブチロラクトン、α,α−ジクロロ−γ−ブチロラクトン、α,α−ジブロモ−γ−ブチロラクトン、α,α−ジヨード−γ−ブチロラクトンなどが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、α−メチル−γ−ブチロラクトンがより好ましい。   Specific examples of lactones having a substituent at the α-position include α-methyl-γ-butyrolactone, α-ethyl-γ-butyrolactone, α-propyl-γ-butyrolactone, α-butyl-γ-butyrolactone, α-phenyl. -Γ-butyrolactone, α-fluoro-γ-butyrolactone, α-chloro-γ-butyrolactone, α-bromo-γ-butyrolactone, α-iodo-γ-butyrolactone, α, α-dimethyl-γ-butyrolactone, α, α -Diethyl-γ-butyrolactone, α, α-diphenyl-γ-butyrolactone, α-ethyl-α-methyl-γ-butyrolactone, α-methyl-α-phenyl-γ-butyrolactone, α, α-difluoro-γ-butyrolactone , Α, α-dichloro-γ-butyrolactone, α, α-dibromo-γ-butyrolactone, α, α-diiodo-γ-butyrolac Emissions, and the like, may be used only one of these may be used in combination of two or more. Among these, α-methyl-γ-butyrolactone is more preferable.

非水電解液に使用する全有機溶媒中におけるPCの含有量は、その使用による前記の効果を良好に確保する観点から、10体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましい。前記の通り、非水電解液の有機溶媒はPCのみであってもよいことから、非水電解液に使用する全有機溶媒中の、PCの好適含有量の上限値は100体積%である。   The content of PC in the total organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is preferably 10% by volume or more, and preferably 30% by volume or more, from the viewpoint of ensuring the above-described effects due to its use. More preferred. As described above, since the organic solvent of the nonaqueous electrolytic solution may be only PC, the upper limit value of the preferred content of PC in the total organic solvent used in the nonaqueous electrolytic solution is 100% by volume.

ラクトン環を有する化合物を使用する場合には、その使用による効果を良好に確保する観点から、非水電解液に使用する全有機溶媒中におけるラクトン環を有する化合物の含有量は、0.1質量%以上であることが好ましく、この好適値を満たし、且つ全有機溶媒中のPCの含有量が前記の好適値を満たす範囲内で使用することが望ましい。   When a compound having a lactone ring is used, the content of the compound having a lactone ring in the total organic solvent used in the non-aqueous electrolyte is 0.1% by mass from the viewpoint of ensuring a good effect due to the use. It is preferable to use it within the range where the preferable value is satisfied and the PC content in the total organic solvent satisfies the preferable value.

非水電解液に係るリチウム塩には、耐熱性が高く、非水電解液電池の高温環境下での貯蔵特性を高め得ることに加えて、電池内で用いるアルミニウムの腐食を抑制する機能を有していることから、LiBF4を使用することが好ましい。 Lithium salts related to non-aqueous electrolytes have high heat resistance and can improve the storage characteristics of non-aqueous electrolyte batteries in high-temperature environments, and also have a function to suppress corrosion of aluminum used in the batteries. Therefore, it is preferable to use LiBF 4 .

非水電解液に係る他のリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li224(SO32、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiCn2n+1SO3(2≦n≦7)、LiN(RfOSO22〔ここで、Rfはフルオロアルキル基〕などが挙げられる。 Other lithium salts according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (2 ≦ n ≦ 7), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group], etc. Is mentioned.

非水電解液中のリチウム塩の濃度は、0.6mol/L以上であることが好ましく、0.9mol/L以上であることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 0.6 mol / L or more, and more preferably 0.9 mol / L or more.

非水電解液中の全リチウム塩の濃度は、1.8mol/L以下であることが好ましく、1.6mol/L以下であることがより好ましい。よって、リチウム塩にLiBF4のみを使用する場合には、その濃度が前記の好適上限値を満たす範囲で使用することが好ましい。他方、LiBF4と共に他のリチウム塩を使用する場合には、LiBF4の濃度が前記の好適下限値を満たしつつ、全リチウム塩の濃度が前記の好適上限値を満たす範囲で使用することが好ましい。 The concentration of the total lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 1.8 mol / L or less, and more preferably 1.6 mol / L or less. Therefore, when only LiBF 4 is used for the lithium salt, it is preferable to use it in a range where the concentration satisfies the above-described preferred upper limit value. On the other hand, when using other lithium salt with LiBF 4, while the concentration of LiBF 4 satisfies preferable lower limit of the, it is preferably used in a range where the concentration of total lithium salt satisfies the preferred upper limit of the .

また、非水電解液には、添加剤としてニトリル化合物を含有させると好ましい。ニトリル化合物を添加した非水電解液を使用することで、正極活物質の表面にニトリル化合物が吸着して被膜を形成し、この被膜が非水電解液の酸化分解によるガス発生を抑制することから、特に高温環境下で貯蔵した際の電池の膨れを抑えることができる。   Further, it is preferable that the non-aqueous electrolyte contains a nitrile compound as an additive. By using a non-aqueous electrolyte to which a nitrile compound is added, the nitrile compound is adsorbed on the surface of the positive electrode active material to form a film, which suppresses gas generation due to oxidative decomposition of the non-aqueous electrolyte. In particular, the battery can be prevented from swelling when stored in a high temperature environment.

非水電解液に添加するニトリル化合物としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリルなどのモノニトリル;マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン(ピメロニトリル)、1,6−ジシアノヘキサン(スベロニトリル)、1,7−ジシアノヘプタン(アゼラオニトリル)、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどのジニトリル;ベンゾニトリルなどの環状ニトリル;メトキシアセトニトリルなどのアルコキシ置換ニトリル;などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。これらのニトリル化合物の中でも、ジニトリルがより好ましく、アジポニトリル、ピメロニトリル及びスベロニトリルが更に好ましい。   Nitrile compounds added to the non-aqueous electrolyte include mononitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, acrylonitrile; malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane 1,5-dicyanopentane (pimelonitrile), 1,6-dicyanohexane (suberonitrile), 1,7-dicyanoheptane (azelaonitrile), 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyano Dinitriles such as octane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane and 2,4-dimethylglutaronitrile; cyclic nitriles such as benzonitrile; methoxyacetoni Lil alkoxy-substituted nitriles such as; include such is, it may be used only one of these, or two or more may be used. Among these nitrile compounds, dinitrile is more preferable, and adiponitrile, pimelonitrile, and suberonitrile are still more preferable.

電池に使用する非水電解液におけるニトリル化合物の含有量は、これらの使用による前記の効果を良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。但し、非水電解液中のニトリル化合物の量が多すぎると、電池の低温での放電特性が低下する傾向にある。よって、非水電解液中のニトリル化合物の量をある程度制限して、電池の低温での放電特性をより良好にする観点からは、電池に使用する非水電解液中のニトリル化合物の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。   The content of the nitrile compound in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 0.1% by mass or more, and preferably 1% by mass or more, from the viewpoint of ensuring the above-described effects due to their use. Is more preferable. However, if the amount of the nitrile compound in the non-aqueous electrolyte is too large, the discharge characteristics at low temperatures of the battery tend to deteriorate. Therefore, the content of the nitrile compound in the non-aqueous electrolyte used in the battery is limited from the viewpoint of limiting the amount of the nitrile compound in the non-aqueous electrolyte to a certain extent and improving the discharge characteristics at a low temperature of the battery. The content is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.

また、非水電解液は、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有していることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the non-aqueous electrolyte contains the phosphoric acid compound or boric acid compound which has group represented by following General formula (2) in a molecule | numerator.

Figure 2019207755
Figure 2019207755

前記一般式(2)中、XはSi、Ge又はSnであり、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基又は炭素数6〜10のアリール基を表し、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい。 In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 1 , R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or Represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine.

例えば、車載用機器や、屋外設備用機器に用いる電池においては、高温環境下に限らず寒冷地での使用も考えられる。低温環境下では、常温の時と比べて電池の作動性が低下し、特に経年劣化した電池は放電特性が低下する傾向にある。そのため、あらゆる温度下での使用を想定して、高温環境下に一定時間置いた(経年劣化とほぼ同じ状態にした)後で、低温環境下でも高率放電ができることが好ましい。   For example, batteries used for in-vehicle devices and outdoor equipment are not limited to high-temperature environments and can be used in cold regions. Under a low temperature environment, the operability of the battery is lower than that at normal temperature, and in particular, a battery that has deteriorated over time tends to have lower discharge characteristics. Therefore, it is preferable that high-rate discharge can be performed even in a low temperature environment after being placed in a high temperature environment for a certain period of time (substantially the same state as aging) assuming use at any temperature.

本実施形態の非水電解液電池において、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液を使用すると、高温下での長期貯蔵を経た後の、低温環境下での高率放電特性を高めることができる。その理由は定かではないが、本発明者らは以下のように推測している。   In the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment, when a non-aqueous electrolyte containing a phosphoric acid compound or boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule is used, a long period of time at a high temperature is used. It is possible to enhance the high rate discharge characteristics in a low temperature environment after storage. The reason for this is not clear, but the present inventors presume as follows.

前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液を使用すると、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物が上述した正極活物質の表面に抵抗が低く強固な被膜を形成するため、電池を高温下で長期間貯蔵しても被膜が破壊されることがないため、正極活物質からの金属の溶出を抑制できる。また、この被膜は低温下においてもLiイオンの挿入を阻害し難いため、高温下での長期間貯蔵後の電池の、低温下での高率放電特性を良好にすることができる。   When a non-aqueous electrolyte containing a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in its molecule is used, the phosphoric acid compound or boric acid compound is a surface of the positive electrode active material described above. Therefore, even if the battery is stored at a high temperature for a long period of time, the film is not destroyed, so that elution of metal from the positive electrode active material can be suppressed. Further, since this coating hardly inhibits the insertion of Li ions even at a low temperature, the high rate discharge characteristics at a low temperature of the battery after long-term storage at a high temperature can be improved.

更に、非水電解液電池の負極においても、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物が作用して、被膜が形成される。前記リン酸化合物又はホウ酸化合物は、負極表面に被膜が形成される際に使用されるLiの量を減少させて、負極表面で薄く且つ良質な被膜を形成すると考えられる。これにより、高温下での長期間貯蔵でも負極表面の被膜が破壊されることがないため、負極の劣化を抑制することができる。また、この被膜は低温下においてもLiイオンの脱離を阻害し難い。これらの理由によっても、高温下での長期間貯蔵後の電池の、低温下での高率放電特性を良好にすることができる。   Furthermore, also in the negative electrode of a nonaqueous electrolyte battery, the phosphoric acid compound or boric acid compound acts to form a film. The phosphoric acid compound or boric acid compound is considered to reduce the amount of Li used when a film is formed on the negative electrode surface, and to form a thin and good-quality film on the negative electrode surface. Thereby, since the coating on the surface of the negative electrode is not broken even during long-term storage at a high temperature, deterioration of the negative electrode can be suppressed. In addition, this coating hardly inhibits Li ion desorption even at low temperatures. For these reasons as well, the high rate discharge characteristics at low temperature of the battery after long-term storage at high temperature can be improved.

上記のように、本実施形態に係る特定の正極及び特定の負極と、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液とを組み合わせることで、前記の各作用が相乗的に機能して、高温環境下での貯蔵特性がより良好で、且つ温度変化に対応可能な電池とすることができる。   As described above, by combining the specific positive electrode and the specific negative electrode according to the present embodiment and the nonaqueous electrolytic solution containing the phosphoric acid compound or the boric acid compound, each of the above functions functions synergistically. Thus, a battery having better storage characteristics in a high temperature environment and capable of responding to temperature changes can be obtained.

前記一般式(2)において、XはSi、Ge又はSnであるが、Siがより好ましい。即ち、前記リン酸化合物は、リン酸シリルエステルであることがより好ましく、前記ホウ酸化合物は、ホウ酸シリルエステルであることがより好ましい。また、前記一般式(2)において、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基又は炭素数6〜10のアリール基であるが、メチル基又はエチル基がより好ましい。そして、前記一般式(2)で表される基としては、トリメチルシリル基が特に好ましい。 In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, but Si is more preferable. That is, the phosphoric acid compound is more preferably a phosphoric acid silyl ester, and the boric acid compound is more preferably a boric acid silyl ester. In the general formula (2), R 1 , R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. However, a methyl group or an ethyl group is more preferable. The group represented by the general formula (2) is particularly preferably a trimethylsilyl group.

また、前記リン酸化合物においては、リン酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。   In the phosphoric acid compound, only one of the hydrogen atoms possessed by phosphoric acid may be substituted with the group represented by the general formula (2). Two of them may be substituted with a group represented by the general formula (2), and all three hydrogen atoms of phosphoric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2). However, it is more preferable that all three hydrogen atoms of phosphoric acid are substituted with the group represented by the general formula (2).

このような前記リン酸化合物としては、リン酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましいものとして挙げられる。   As such a phosphoric acid compound, tris (trimethylsilyl) phosphate is particularly preferable.

また、前記ホウ酸化合物においては、ホウ酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。   Further, in the boric acid compound, only one of the hydrogen atoms possessed by boric acid may be substituted with the group represented by the general formula (2). Two of them may be substituted with a group represented by the general formula (2), and all three hydrogen atoms of boric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2). However, it is more preferable that all three hydrogen atoms of boric acid are substituted with the group represented by the general formula (2).

このような前記ホウ酸化合物としては、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましいものとして挙げられる。   As such a boric acid compound, tris (trimethylsilyl) borate is particularly preferable.

電池に使用する非水電解液中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物の含有量は、その使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、0.2質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。また、含有量が多くなりすぎると、被膜生成時に発生するガスが多くなることから、電池に使用する非水電解質中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物の含有量は、7質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが特に好ましい。   The content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having in the molecule thereof the group represented by the general formula (2) in the non-aqueous electrolyte used in the battery ensures the above-mentioned effect due to its use better. In view of the above, it is preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. In addition, if the content is too large, the amount of gas generated at the time of film formation increases, so phosphoric acid having a group represented by the general formula (2) in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery. The content of the compound or boric acid compound is preferably 7% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less.

前記非水電解液電池においては、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物に加えて、リチウム塩としてLiBF4を含有し、且つ有機溶媒としてPCを含有し、更にニトリル化合物が添加された非水電解液を使用することが特に好ましい。このような非水電解液を使用すると、前記各成分による作用が相乗的に機能して、高温貯蔵時の電池の膨れをより高度に抑制できると共に、高温貯蔵を経た後の低温環境下(例えば−20℃以下)での放電特性をより高めることができる。 In the non-aqueous electrolyte battery, in addition to the phosphoric acid compound or boric acid compound, LiBF 4 is contained as a lithium salt, PC is contained as an organic solvent, and a nitrile compound is further added. It is particularly preferred to use When such a non-aqueous electrolyte is used, the action of each component functions synergistically to suppress the swelling of the battery during high temperature storage to a higher level, and in a low temperature environment after high temperature storage (for example, The discharge characteristics at −20 ° C. or lower can be further improved.

また、これらの非水電解液に、電池の各種特性を更に向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。更に、非水電解液は、公知のポリマーなどのゲル化剤を用いてゲル状(ゲル状電解質)としてもよい。   In addition, for the purpose of further improving various characteristics of the battery in these non-aqueous electrolytes, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, etc. Additives can also be added as appropriate. Furthermore, the nonaqueous electrolytic solution may be made into a gel (gel electrolyte) using a known gelling agent such as a polymer.

<非水電解液電池>
本実施形態の非水電解液電池は、例えば、電極体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止することで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。
<Nonaqueous electrolyte battery>
The non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment includes, for example, an electrode body that is loaded in the exterior body, a non-aqueous electrolyte solution is injected into the exterior body, and the electrode body is immersed in the non-aqueous electrolyte solution. It is manufactured by sealing the opening. As the exterior body, an exterior body made of steel, aluminum, aluminum alloy, an exterior body composed of a laminated film on which a metal is deposited, or the like can be used.

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

組み立て後の電池は、満充電とした状態で比較的高温(例えば60℃)でエージング処理を施すことが好ましい。前記のエージング処理によって負極においてLi−Al合金の形成が進むため、電池の放電容量や出力特性がより向上する。   The assembled battery is preferably subjected to an aging treatment at a relatively high temperature (for example, 60 ° C.) in a fully charged state. Since the formation of the Li—Al alloy proceeds in the negative electrode by the aging treatment, the discharge capacity and output characteristics of the battery are further improved.

次に、本願で開示する非水電解液電池の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態の非水電解液電池の製造方法は、前記実施形態の非水電解液電池を製造する方法であって、正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを備えている。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte battery disclosed in the present application will be described. The method for producing a non-aqueous electrolyte battery according to this embodiment is a method for producing the non-aqueous electrolyte battery according to the above-described embodiment, wherein a positive electrode mixture layer is formed on at least one surface of the positive electrode current collector, and the capacity A positive electrode having a thickness of 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less, an area larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and a thickness of 30 μm or more and 150 μm A step of preparing a negative electrode precursor comprising the following aluminum base, and a step of producing an electrode body by disposing the negative electrode precursor so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode via a separator And a step of charging the electrode body and the non-aqueous electrolyte solution after enclosing them in an exterior body.

前記正極を準備する工程では、前記実施形態の非水電解液電池で説明した正極を準備する。また、前記負極前駆体を準備する工程では、前記実施形態の非水電解液電池で説明した負極前駆体を準備する。また、前記セパレータ及び前記非水電解液についても、前記実施形態の非水電解液電池で説明したセパレータ及び非水電解液を用いる。   In the step of preparing the positive electrode, the positive electrode described in the nonaqueous electrolyte battery of the embodiment is prepared. In the step of preparing the negative electrode precursor, the negative electrode precursor described in the non-aqueous electrolyte battery of the embodiment is prepared. The separator and the non-aqueous electrolyte described in the non-aqueous electrolyte battery of the embodiment are also used for the separator and the non-aqueous electrolyte.

負極前駆体として厚さが30μm以上150μm以下のAl基材を用い、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を用いることにより、初充電(化成)工程後に、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを備えた負極が形成され、負極の引張強度を4N/mm以上とすることができる。一旦、前記負極が形成された後は、再度充放電を行っても、負極を構成するAl層の厚さに大きな変化はなく、負極は一定の引張強度を維持することができる。 By using an Al base material having a thickness of 30 μm or more and 150 μm or less as a negative electrode precursor and using a positive electrode having a capacity of 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less, after the initial charge (formation) step, A negative electrode including an Al layer and a Li—Al alloy layer formed on the surface of the Al layer is formed, and the tensile strength of the negative electrode can be 4 N / mm or more. Once the negative electrode is formed, even if charging and discharging are performed again, the thickness of the Al layer constituting the negative electrode is not significantly changed, and the negative electrode can maintain a certain tensile strength.

このように、本実施形態の製造方法により、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供できる。   Thus, according to the manufacturing method of the present embodiment, the strength of the negative electrode can be maintained even when aluminum is used alone as the negative electrode material, and a non-aqueous electrolyte battery with high long-term reliability in a high temperature environment can be provided.

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

(実施例1)
<正極の作製>
先ず、正極活物質であるLiNi0.33Co0.33Mn0.332で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部と、バインダであるPVDF:1.5質量部とを、NMPに分散させた正極合剤含有スラリーを調製した。次に、この正極合剤含有スラリーを厚さ12μmのAl箔の両面に塗布し、乾燥し、プレス処理を行うことにより、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり10mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した。更に、正極合剤層のプレス処理を行うことにより、長さ974mm、幅40mmの大きさの帯状の正極を作製した。但し、スラリーの塗布面の一部には正極合剤層を形成せず、Al箔が露出する箇所を設け、そのAl箔が露出する箇所に、電池外部との導電接続のためのAl製のリード体を超音波溶接した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
First, lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 as a positive electrode active material: 97 parts by mass, acetylene black as a conductive additive: 1.5 parts by mass, and PVDF as a binder : A positive electrode mixture-containing slurry in which 1.5 parts by mass was dispersed in NMP was prepared. Next, this positive electrode mixture-containing slurry was applied to both sides of an Al foil having a thickness of 12 μm, dried, and subjected to a press treatment, whereby a mass of 10 mg / cm 2 per side was obtained on each side of the Al foil current collector. The positive electrode mixture layer was formed. Furthermore, a strip-shaped positive electrode having a length of 974 mm and a width of 40 mm was produced by pressing the positive electrode mixture layer. However, the positive electrode mixture layer is not formed on a part of the application surface of the slurry, and a portion where the Al foil is exposed is provided, and the portion where the Al foil is exposed is made of Al for conductive connection with the outside of the battery. The lead body was ultrasonically welded.

<負極前駆体の作製>
厚さ70μm、長さ988mm、幅44mmの大きさの帯状のAl箔を負極前駆体として用いた。但し、前記Al箔の端部に、電池外部との導電接続のためのNi製のリード体を超音波溶接した。
<Preparation of negative electrode precursor>
A strip-shaped Al foil having a thickness of 70 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor. However, a Ni lead body for conductive connection with the outside of the battery was ultrasonically welded to the end of the Al foil.

<電極体の作製>
前記正極と前記負極前駆体とを、厚さ16μmのPE製の微多孔フィルムよりなるセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻回した後、押しつぶして扁平状の巻回電極体を作製した。
<Production of electrode body>
The positive electrode and the negative electrode precursor were laminated via a separator made of PE microporous film having a thickness of 16 μm, wound in a spiral shape, and then crushed to produce a flat wound electrode body.

<非水電解液の作製>
プロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比17:63:20の混合溶媒に、LiBF4を1.2mol/Lの濃度で溶解させ、更にアジポニトリルを5質量%、リン酸トリス(トリメチルシリル:TMSP)を2質量%となる量で添加することで、非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiBF 4 is dissolved at a concentration of 1.2 mol / L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 17:63:20, and adiponitrile is further added in 5%. A nonaqueous electrolytic solution was prepared by adding 2% by mass of mass% and tris (phosphate trimethylsilyl: TMSP).

<電池の組み立て>
103450サイズで板厚が0.8mmのAl合金製の外装缶に、前記巻回電極体及び前記非水電解液を封入することにより、定格容量が800mAhで、図3及び図4に示す角形の非水電解液電池を作製した。
<Battery assembly>
By encapsulating the wound electrode body and the non-aqueous electrolyte in an outer can made of Al alloy having a size of 103450 and a thickness of 0.8 mm, the rated capacity is 800 mAh, and the rectangular shape shown in FIGS. A non-aqueous electrolyte battery was produced.

ここで、図3及び図4について説明すると、図3は、本実施例の非水電解液電池を模式的に表す斜視図であり、図4は、図3のI−I線の断面図である。図4においては、電極体の内周側の部分及びセパレータは断面にしていない。図3及び図4において、正極1と負極2とはセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形(角筒形)の外装缶4に非水電解液と共に収容されている。但し、図4では、煩雑化を避けるため、正極1の作製にあたって使用した集電体としてのAl箔や、非水電解液などは図示していない。   Here, FIG. 3 and FIG. 4 will be described. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the nonaqueous electrolyte battery of this example, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. is there. In FIG. 4, the inner peripheral portion of the electrode body and the separator are not cross-sectioned. 3 and 4, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are wound in a spiral shape via a separator 3, and then pressed so as to be flattened to form a flat wound electrode body 6 having a rectangular shape (a rectangular tube). Is housed together with a non-aqueous electrolyte. However, in FIG. 4, in order to avoid complication, the Al foil as the current collector used in the production of the positive electrode 1, the non-aqueous electrolyte, and the like are not illustrated.

外装缶4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この外装缶4は正極端子を兼ねている。そして、外装缶4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2及びセパレータ3からなる扁平状の巻回電極体6からは、正極1及び負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、外装缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用の蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The outer can 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer casing of the battery. The outer can 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of a polyethylene sheet is arrange | positioned at the bottom part of the armored can 4, From the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3, it is in each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 The connected positive electrode lead body 7 and negative electrode lead body 8 are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the outer can 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached via

そして、この蓋板9は外装缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the armored can 4, and the opening part of the armored can 4 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. The lid plate 9 is provided with a non-aqueous electrolyte inlet 14, and the non-aqueous electrolyte inlet 14 is welded and sealed with a sealing member inserted therein, thereby sealing the battery. Is secured. Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

(実施例2)
負極前駆体として、厚さ38μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 2)
A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an Al foil having a thickness of 38 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor.

(実施例3)
負極前駆体として、厚さ56μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり25mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 3)
As the negative electrode precursor, an Al foil having a thickness of 56 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode mixture layer having a mass of 25 mg / cm 2 per side was formed on both sides of the Al foil current collector. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(実施例4)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.052で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 4
The lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 : 97 parts by mass was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1, and was the same as in Example 1. A positive electrode was produced. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

(実施例5)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.5Co0.2Mn0.32で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 5)
Instead of the positive electrode active material of Example 1, lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 : The same as in Example 1 except that 97 parts by mass was used as the positive electrode active material. A positive electrode was produced. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

(実施例6)
実施例1の正極活物質に代えて、LiCoO2で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 6)
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of lithium-containing composite oxide represented by LiCoO 2 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

(実施例7)
実施例1の正極活物質に代えて、LiMn24で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 7)
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of lithium-containing composite oxide represented by LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

(実施例8)
負極前駆体として、厚さ31μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、実施例1の正極活物質に代えて、LiMn24で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり7mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 8)
As the negative electrode precursor, an Al foil having a thickness of 31 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used. Further, instead of the positive electrode active material of Example 1, a lithium-containing composite oxide represented by LiMn 2 O 4: with 97 parts by mass as a positive electrode active material, on both sides of the Al foil current collector, 7 mg per one side respectively A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture layer having a mass of / cm 2 was formed. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(実施例9)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.052で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり30mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 9
Instead of the positive electrode active material of Example 1, lithium-containing composite oxide represented by LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 : 97 parts by mass was used as the positive electrode active material, A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture layer having a mass of 30 mg / cm 2 was formed. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

(比較例1)
負極前駆体として、厚さ25μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an Al foil having a thickness of 25 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor.

(比較例2)
負極前駆体として、厚さ60μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり40mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 2)
As the negative electrode precursor, an Al foil having a thickness of 60 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture layer having a mass of 40 mg / cm 2 per side was formed on both surfaces of the Al foil current collector. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(比較例3)
負極前駆体として、厚さ40μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり20mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 3)
As the negative electrode precursor, an Al foil having a thickness of 40 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture layer having a mass of 20 mg / cm 2 per side was formed on both sides of the Al foil current collector. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

表1に実施例1〜9及び比較例1〜3の非水電解液電池の正極の構成を示す。   Table 1 shows the configurations of the positive electrodes of the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2019207755
Figure 2019207755

実施例1〜9及び比較例1〜3の非水電解液電池について、正極の容量、負極の引張強度及び高温貯蔵特性の評価を行った。   About the nonaqueous electrolyte battery of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3, the capacity | capacitance of a positive electrode, the tensile strength of a negative electrode, and the high temperature storage characteristic were evaluated.

<正極の容量>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。次に、各電池を分解して、正極を取り出し、その取り出した正極の片面の正極合剤層を除去し、その片面から正極合剤層を除去した正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとした。続いて、その正極容量測定サンプルと、Li箔とを組み合わせて、モデルセルを作製した。このモデルセルの非水電解液としては、各電池で使用したものと同じ非水電解液を用いた。次に、このモデルセルを0.25mAの定電流で、各電池の初充電電圧3.8Vに0.35Vを加えた4.15Vまで定電流充電し、その後、4.15Vの電圧で充電電流が0.025mAに低下するまで定電圧充電を行った。その後、0.25mAの定電流で3Vとなるまで放電を行い、その時の容量を前記正極の容量とした。
<Capacitance of positive electrode>
About each battery of an Example and a comparative example, the constant charge (100 mA) / constant voltage (3.8V) initial charge (formation) is performed, and when the charge current decreases to 10 mA, the charge is stopped and the fully charged state is obtained. did. Next, each battery is disassembled, the positive electrode is taken out, the positive electrode mixture layer on one side of the taken-out positive electrode is removed, and the positive electrode mixture layer portion from which the positive electrode mixture layer is removed from one side is 1 cm 2. A positive electrode capacity measurement sample was cut out to a size of. Subsequently, a model cell was produced by combining the positive electrode capacity measurement sample and Li foil. As the non-aqueous electrolyte of this model cell, the same non-aqueous electrolyte as that used in each battery was used. Next, this model cell was charged at a constant current of 0.25 mA to a constant current of 4.15 V obtained by adding 0.35 V to the initial charge voltage 3.8 V of each battery, and then charged at a voltage of 4.15 V. Was charged at a constant voltage until the current decreased to 0.025 mA. Thereafter, discharging was performed at a constant current of 0.25 mA until 3 V was reached, and the capacity at that time was defined as the capacity of the positive electrode.

<負極の引張強度>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を解体して負極を取り出し、負極を10mm×50mmの矩形状に切り出して試験片とした。この試験片を、チャック間距離を30mmとして、今田製作所社製の引張試験機“SDT−52型”(製品名)に取り付け、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行い、引張強度を測定した。
<Tensile strength of negative electrode>
About each battery of an Example and a comparative example, the constant charge (100 mA) / constant voltage (3.8V) initial charge (formation) is performed, and when the charge current decreases to 10 mA, the charge is stopped and the fully charged state is obtained. did. Each battery in a fully charged state was disassembled, the negative electrode was taken out, and the negative electrode was cut into a 10 mm × 50 mm rectangular shape to obtain a test piece. The test piece was attached to a tensile tester “SDT-52 type” (product name) manufactured by Imada Seisakusho with a distance between chucks of 30 mm, a tensile test was performed at a crosshead speed of 10 mm / min, and a tensile strength was measured. .

<高温貯蔵特性>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を、定電流2000mAで2.0Vとなるまで放電を行い、初回放電容量を求めた。
<High temperature storage characteristics>
About each battery of an Example and a comparative example, the constant charge (100 mA) / constant voltage (3.8V) initial charge (formation) is performed, and when the charge current decreases to 10 mA, the charge is stopped and the fully charged state is obtained. did. Each battery in the fully charged state was discharged at a constant current of 2000 mA until it reached 2.0 V, and the initial discharge capacity was determined.

次に、上記初充電と同様の条件で満充電状態とした各電池を、100℃で150日間貯蔵した。その後、上記条件と同様の条件で満充電状態とし、20℃の環境下で、定電流2000mAで2.0Vとなるまで放電を行い、貯蔵後放電容量を求めた。   Next, each battery that was fully charged under the same conditions as the first charge was stored at 100 ° C. for 150 days. Thereafter, the battery was fully charged under the same conditions as described above, and was discharged in a 20 ° C. environment at a constant current of 2000 mA until it reached 2.0 V, and the discharge capacity after storage was determined.

続いて、下記式により、貯蔵後の容量維持率を計算し、下記評価基準で高温貯蔵特性の評価を行った。
容量維持率(%)=(貯蔵後放電容量/初回放電容量)×100
容量維持率が70%以上の場合:高温貯蔵特性は優良(○)
容量維持率が50〜69%の場合:高温貯蔵特性は良(△)
容量維持率が49%以下の場合:高温貯蔵特性は不良(×)
Subsequently, the capacity retention rate after storage was calculated according to the following formula, and the high temperature storage characteristics were evaluated according to the following evaluation criteria.
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity after storage / initial discharge capacity) × 100
When the capacity retention rate is 70% or more: Excellent high-temperature storage characteristics (○)
When the capacity retention rate is 50 to 69%: Good high-temperature storage characteristics (△)
When capacity retention is 49% or less: High temperature storage characteristics are poor (×)

上記評価結果を表2に示す。   The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2019207755
Figure 2019207755

表2から、負極の引張強度が4N/mm以上であった実施例1〜9の電池では、高温貯蔵特性の評価を優良又は良とすることができ、高温環境下での長期信頼性の高い電池を実現できたことが分かる。一方、負極の引張強度が4N/mmを下回った比較例1〜3の電池では、高温貯蔵特性の評価が不良となり、高温貯蔵特性が劣ることが分かる。   From Table 2, in the batteries of Examples 1 to 9 in which the negative electrode had a tensile strength of 4 N / mm or more, the evaluation of the high-temperature storage characteristics could be excellent or good, and the long-term reliability in a high-temperature environment was high. It can be seen that the battery was realized. On the other hand, in the batteries of Comparative Examples 1 to 3 in which the tensile strength of the negative electrode was less than 4 N / mm, it was found that the evaluation of the high temperature storage characteristics was poor and the high temperature storage characteristics were inferior.

本願で開示する非水電解液電池は、高温環境下での長期信頼性が高いことから、こうした特性を生かして、車載用機器の電源用途や、屋外設備用機器の電源用途のように、高温環境下で長期にわたって容量を良好に維持できることが求められる用途に好ましく適用することができる。   The non-aqueous electrolyte battery disclosed in this application has high long-term reliability in a high-temperature environment. Therefore, taking advantage of these characteristics, the non-aqueous electrolyte battery can be used for power supplies for in-vehicle equipment and power supplies for equipment for outdoor facilities. It can be preferably applied to applications that require good capacity maintenance over a long period of time in an environment.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 外装缶
5 絶縁体
6 巻回電極体
7 正極リード体
8 負極リード体
9 蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 非水電解液注入口
15 開裂ベント
100 Al基材(負極前駆体)
200 負極
201 Al層
202 Li−Al合金層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Exterior can 5 Insulator 6 Winding electrode body 7 Positive electrode lead body 8 Negative electrode lead body 9 Cover plate 10 Insulation packing 11 Terminal 12 Insulator 13 Lead plate 14 Nonaqueous electrolyte inlet 15 Cleavage vent 100 Al substrate (negative electrode precursor)
200 Negative electrode 201 Al layer 202 Li-Al alloy layer

Claims (14)

正極、負極、非水電解液及びセパレータを含む非水電解液電池であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、
前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、
前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、
前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi−Al合金層とを含み、
前記負極の引張強度が、4N/mm以上であることを特徴とする非水電解液電池。
A non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector,
The positive electrode mixture layer can occlude and release Li ions,
The area of the negative electrode is larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the negative electrode is disposed so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer via the separator,
The negative electrode includes an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer,
A non-aqueous electrolyte battery characterized in that the negative electrode has a tensile strength of 4 N / mm or more.
前記Al層の最大の厚さが、30μm以上150μm以下であり、
前記正極の容量が、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である請求項1に記載の非水電解液電池。
The maximum thickness of the Al layer is 30 μm or more and 150 μm or less,
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the capacity of the positive electrode is 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less.
前記正極合剤層は、前記正極集電体の少なくとも片面に形成され、
前記正極集電体の片面あたりの前記正極合剤層の質量が、7mg/cm2以上30mg/cm2以下である請求項1又は2に記載の非水電解液電池。
The positive electrode mixture layer is formed on at least one surface of the positive electrode current collector,
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a mass of the positive electrode mixture layer per one side of the positive electrode current collector is 7 mg / cm 2 or more and 30 mg / cm 2 or less.
前記正極、前記負極及び前記セパレータが、巻回電極体を形成し、
前記巻回電極体が、角形外装体に封入されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
The positive electrode, the negative electrode and the separator form a wound electrode body,
The non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the wound electrode body is enclosed in a rectangular exterior body.
前記正極合剤層は、正極活物質として、リチウム含有ニッケル層状酸化物を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the positive electrode mixture layer includes a lithium-containing nickel layered oxide as a positive electrode active material. 前記リチウム含有ニッケル層状酸化物は、下記一般式(1)で表される請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
Li1+xNi1-y-z1 y2 z2 (1)
前記一般式(1)中、M1はCo、Mn、Al、Mg、Zr、Mo、Ti、Ba、W及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M2はLi、Ni及びM1以外の元素であり、−0.1≦x≦0.1、0≦y<0.85、0≦z≦0.05である。
The non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the lithium-containing nickel layered oxide is represented by the following general formula (1).
Li 1 + x Ni 1-yz M 1 y M 2 z O 2 (1)
In the general formula (1), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Mg, Zr, Mo, Ti, Ba, W, and Er, and M 2 is Li, It is an element other than Ni and M 1 , and −0.1 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y <0.85, and 0 ≦ z ≦ 0.05.
前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なるリチウム含有複合酸化物を更に含む請求項5又は6に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 5, wherein the positive electrode active material further includes a lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide. 前記非水電解液は、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を更に含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
Figure 2019207755
前記一般式(2)中、XはSi、Ge又はSnであり、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基又は炭素数6〜10のアリール基を表し、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい。
The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 7, wherein the nonaqueous electrolytic solution further includes a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule. battery.
Figure 2019207755
In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 1 , R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or Represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine.
前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物として、リン酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項8に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein the non-aqueous electrolyte includes tris (trimethylsilyl) phosphate as a phosphoric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule. 前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するホウ酸化合物として、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項8に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein the non-aqueous electrolyte includes tris (trimethylsilyl) borate as a boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule. 前記非水電解液は、リチウム塩としてLiBF4を含み、有機溶媒としてプロピレンカーボネートを含み、更にニトリル化合物を含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水電解液電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 10, wherein the non-aqueous electrolyte includes LiBF 4 as a lithium salt, propylene carbonate as an organic solvent, and further includes a nitrile compound. 前記非水電解液は、前記ニトリル化合物として、スベロニトリル、ピメロニトリル及びアジポニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項11に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 11, wherein the non-aqueous electrolyte includes at least one selected from the group consisting of suberonitrile, pimelonitrile, and adiponitrile as the nitrile compound. 前記非水電解液の前記ニトリル化合物の含有量が、0.1質量%以上10質量%以下である請求項11又は12に記載の非水電解液電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 11 or 12, wherein the content of the nitrile compound in the non-aqueous electrolyte is 0.1 mass% or more and 10 mass% or less. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の非水電解液電池を製造する方法であって、
正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、
前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、
前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、
前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを含むことを特徴とする水電解液電池の製造方法。
A method for producing the nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 13,
Preparing a positive electrode in which a positive electrode mixture layer is formed on at least one surface of the positive electrode current collector and having a capacity of 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less;
A step of preparing a negative electrode precursor having an area larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and having a thickness of 30 μm or more and 150 μm or less;
Arranging the negative electrode precursor so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode through a separator, and producing an electrode body;
A method for producing a water electrolyte battery, comprising: charging the electrode body and the nonaqueous electrolyte solution after enclosing them in an exterior body.
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