JP2020126736A - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、二次電池及び二次電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a secondary battery and a method for manufacturing the secondary battery.
二次電池の信頼性の向上を目的として、電池内に参照電極を設けて充放電時の正負極の電位を管理することが検討されている。参照電極の一例として、チタン酸リチウムが挙げられるが、参照電極の電位を安定させるためには、チタン酸リチウムにリチウムイオンをドープする必要がある。特許文献1には、チタン酸リチウムを含有する参照電極と、第4電極とを電池内に設置して、電池を密閉封止した後に参照電極と第4電極との間に電圧をかけてチタン酸リチウムにリチウムイオンをドープする方法と、別途リチウムイオンをドープした参照電極を用意して二次電池に組み込む方法が開示されている。 For the purpose of improving the reliability of the secondary battery, it has been studied to provide a reference electrode in the battery to control the potentials of the positive and negative electrodes during charging and discharging. Lithium titanate is an example of the reference electrode, but lithium titanate must be doped with lithium ions in order to stabilize the potential of the reference electrode. In Patent Document 1, a reference electrode containing lithium titanate and a fourth electrode are installed in a battery, and after the battery is hermetically sealed, a voltage is applied between the reference electrode and the fourth electrode to make titanium. A method of doping lithium oxide with lithium ions and a method of separately preparing a reference electrode doped with lithium ions and incorporating the reference electrode in a secondary battery are disclosed.
しかし、特許文献1に開示された方法では、電池ケース内に第4電極のためのスペースを確保しなくてはならないという問題がある。本開示の目的は、簡便な方法で参照電極にリチウムイオンをドープできる二次電池を提供することである。 However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that a space for the fourth electrode must be secured in the battery case. An object of the present disclosure is to provide a secondary battery in which a reference electrode can be doped with lithium ions by a simple method.
本開示の一態様である二次電池は、正極と負極とを有する電極体と、電極体を収容する導電性の電池ケースと、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0.3≦x≦2.8、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層と、参照電極層が浸されるように電池ケース内に配置された、リチウムイオンを含む電解質と、を備え、参照電極層は、電池ケースの内壁上に形成されており、正極と対向することを特徴とする。 Secondary battery which is one embodiment of the present disclosure includes an electrode body having a positive electrode and a negative electrode, a conductive battery case for accommodating the electrode assembly, the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is One or more elements selected from Mg, Nb, Cu, Mn, Ni, Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, V, Sc, Y, La, Zn, Al, and Ga, 0.3≦x≦2.8, satisfying 0≦y≦1), and a lithium ion-containing electrolyte arranged in the battery case so that the reference electrode layer is immersed. And the reference electrode layer is formed on the inner wall of the battery case and faces the positive electrode.
本開示の一態様である二次電池の製造方法は、導電性の電池ケースの内壁上に、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0≦x<0.3、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層を形成する工程と、正極と負極とを有する電極体を、正極が参照電極層に対向するように、電極体の外側に隣接する多孔質の電極体ホルダを介して電池ケースに収容する工程と、電池ケースにリチウムイオンを含む電解質を少なくとも参照電極層が浸されるように注入する工程と、電池ケースを電源のマイナス極に、正極を電源のプラス極にそれぞれに接続して、参照電極層にリチウムイオンをドープする工程と、を有することを特徴とする。 The method of manufacturing a secondary battery which is one embodiment of the present disclosure, on the inner wall of the conductive battery case, in the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is Mg, Nb, Cu, Mn, Ni , One or more elements selected from Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, V, Sc, Y, La, Zn, Al, and Ga, and 0≦x<0.3, 0 ≦y≦1), and a step of forming an electrode body having a positive electrode and a negative electrode with a porous layer adjacent to the outer side of the electrode body so that the positive electrode faces the reference electrode layer. A battery case through a high-quality electrode body holder, a step of injecting an electrolyte containing lithium ions into the battery case so that at least the reference electrode layer is immersed, and the battery case to the negative electrode of the power supply, the positive electrode Is connected to each of the positive electrodes of the power source, and the reference electrode layer is doped with lithium ions.
本開示の一態様によれば、簡便な方法で参照電極層にリチウムイオンをドープできる二次電池を提供できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a secondary battery in which the reference electrode layer can be doped with lithium ions by a simple method.
二次電池に対して過充電を行った場合、正極側では電解質の酸化分解によりガスが発生したり、正極活物質の溶解が生じたりする可能性があり、また負極側では金属リチウムが析出する可能性がある。従来、正極と負極の電位差をモニターすることで過充電を抑制しているが、電極は使用により劣化するため、正極及び負極の電位を直接測定できる参照電極層を二次電池に設置できれば二次電池の信頼性をより向上させることができる。特許文献1は、チタン酸リチウムを含有する参照電極と、参照電極にリチウムイオンをドープするための第4電極とを設置する方法を開示している。しかし、電池ケース内の容積は非常に限られた大きさしかないので、電池の実際の使用前にリチウムイオンをドープするだけに使用される第4電極を設置するのは、電池の出力特性の観点から問題がある。 When the secondary battery is overcharged, gas may be generated due to oxidative decomposition of the electrolyte on the positive electrode side, or the positive electrode active material may be dissolved, and metallic lithium is deposited on the negative electrode side. there is a possibility. Conventionally, overcharge is suppressed by monitoring the potential difference between the positive electrode and the negative electrode, but the electrode deteriorates due to use.Therefore, if a reference electrode layer that can directly measure the positive electrode and negative electrode potential can be installed in the secondary battery, the secondary battery The reliability of the battery can be further improved. Patent Document 1 discloses a method of installing a reference electrode containing lithium titanate and a fourth electrode for doping lithium ions into the reference electrode. However, since the volume inside the battery case is very limited, it is important to install the fourth electrode, which is used only for doping lithium ions before the actual use of the battery, because of the output characteristics of the battery. There is a problem from a perspective.
本開示の一態様である二次電池は、正極と負極とを有する電極体と、電極体を収容する導電性の電池ケースと、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0.3≦x≦2.8、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層と、参照電極層が浸されるように電池ケース内に配置された、リチウムイオンを含む電解質と、を備え、参照電極層は、電池ケースの内壁上に形成されており、正極と対向することを特徴とする。 Secondary battery which is one embodiment of the present disclosure includes an electrode body having a positive electrode and a negative electrode, a conductive battery case for accommodating the electrode assembly, the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is One or more elements selected from Mg, Nb, Cu, Mn, Ni, Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, V, Sc, Y, La, Zn, Al, and Ga, 0.3≦x≦2.8, satisfying 0≦y≦1), and a lithium ion-containing electrolyte arranged in the battery case so that the reference electrode layer is immersed. And the reference electrode layer is formed on the inner wall of the battery case and faces the positive electrode.
参照電極層と正極がリチウムイオンを含む電解質を介して互いに対向しているので、参照電極層と正極との間で電圧をかけたときに、電解質に含まれるリチウムイオンが参照電極層に移動しやすい。よって、参照電極層に十分な量のリチウムイオンをドープすることができるので、参照電極層の電位が安定し、正極及び負極の電位を高精度で測定することができる。 Since the reference electrode layer and the positive electrode face each other via the electrolyte containing lithium ions, when a voltage is applied between the reference electrode layer and the positive electrode, the lithium ions contained in the electrolyte move to the reference electrode layer. Cheap. Therefore, the reference electrode layer can be doped with a sufficient amount of lithium ions, so that the potential of the reference electrode layer is stable and the potentials of the positive electrode and the negative electrode can be measured with high accuracy.
以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。本実施形態では、角形の金属製ケースである電池ケース200を備えた角形電池を例示するが、電池ケースは角形に限定されず、例えば金属層及び樹脂層を含むラミネートシートで構成された電池ケースであってもよい。なお、ラミネートシートで構成された電池ケースを用いる場合、参照電極層が形成される部分及び電源のマイナス極が当接される部分には樹脂層を設けないようにする。また、巻回型の電極体3を例示するが、積層型の電極体であってもよい。また、正極及び負極の両方において、各活物質層が各芯体の両面に形成される場合を例示するが、各活物質層は、各芯体の両面に形成される場合に限定されず、少なくとも一方の表面に形成されればよい。
Hereinafter, an example of the embodiment of the present disclosure will be described in detail. In the present embodiment, a prismatic battery including a
図1に例示するように、二次電池100は、正極と負極がセパレータを介して巻回され、平坦部及び一対の湾曲部を有する扁平状に成形された巻回型の電極体3と、電解質と、電極体3及び電解質を収容する電池ケース200とを備える。電池ケース200は、開口を有する有底筒状の角形外装体1、及び角形外装体1の開口を封口する封口板2を含む。角形外装体1及び封口板2はいずれも金属製であり、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であることが好ましい。
As illustrated in FIG. 1, a
角形外装体1は、底面視略長方形状の底部、及び底部の周縁に立設した側壁部を有する。側壁部は、底部に対して垂直に形成される。角形外装体1の寸法は特に限定されないが、一例としては、横方向長さが60〜160mm、高さが60〜100mm、厚みが10〜40mmである。本明細書では、説明の便宜上、角形外装体1の底部の長手方向に沿った方向を角形外装体1の「横方向」、底部に対して垂直な方向を「高さ方向」、横方向及び高さ方向に垂直な方向を「厚み方向」とする。 The prismatic outer casing 1 has a bottom portion having a substantially rectangular shape in bottom view, and a side wall portion provided upright on the peripheral edge of the bottom portion. The side wall portion is formed perpendicular to the bottom portion. The dimensions of the rectangular outer package 1 are not particularly limited, but as an example, the lateral length is 60 to 160 mm, the height is 60 to 100 mm, and the thickness is 10 to 40 mm. In this specification, for convenience of description, the direction along the longitudinal direction of the bottom of the rectangular exterior body 1 is the “lateral direction” of the rectangular exterior body 1, the direction perpendicular to the bottom is the “height direction”, the lateral direction, and The direction perpendicular to the height direction is referred to as the “thickness direction”.
電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む非水電解質である。非水溶媒には、例えばカーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの2種以上の混合溶媒等を用いてもよい。カーボネート類としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類が挙げられる。非水溶媒は、上記の溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。なお、電解質は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。電解質塩は、リチウム塩を含む。リチウム塩には、従来の二次電池100において支持塩として一般に使用されているLiPF6等を用いることができる。また、適宜ビニレンカーボネート(VC)等の添加剤を添加することもできる。
The electrolyte is a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent, for example, carbonates, esters, ethers, nitrites, amides, and a mixed solvent of two or more of these may be used. Examples of the carbonates include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate and vinylene carbonate; dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), methylpropyl carbonate. Examples thereof include chain carbonates such as ethyl propyl carbonate and methyl isopropyl carbonate. The non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product obtained by substituting at least part of hydrogen in the above-mentioned solvent with a halogen atom such as fluorine. The electrolyte is not limited to a liquid electrolyte and may be a solid electrolyte using a gel polymer or the like. The electrolyte salt includes a lithium salt. As the lithium salt, LiPF 6 or the like which is generally used as a supporting salt in the conventional
正極4は、金属製の正極芯体と、正極芯体の両面に形成された正極活物質層41とを有する長尺体であって、短手方向における一方の端部に長手方向に沿って正極芯体が露出する帯状の正極芯体露出部42が形成されたものである(後述の図2参照)。本実施形態では、正極4の巻外端から巻内端まで、即ち正極4の長手方向両端にわたって正極活物質層41が正極芯体の両面に設けられている。同様に、負極5は、金属製の負極芯体と、負極芯体の両面に形成された負極活物質層51とを有する長尺体であって、短手方向における一方の端部に長手方向に沿って負極芯体が露出する帯状の負極芯体露出部52が形成されたものである。本実施形態では、負極5の巻外端から巻内端まで、即ち負極5の長手方向両端にわたって負極活物質層51が負極芯体の両面に設けられている。電極体3は、巻軸方向一端側に正極芯体露出部42が、巻軸方向他端側に負極芯体露出部52がそれぞれ配置された状態で、セパレータ30を介して正極4及び負極5が巻回された構造を有する。
The positive electrode 4 is a long body having a positive electrode core made of metal and a positive electrode
正極芯体露出部42の積層部には正極集電体6が、負極芯体露出部52の積層部には負極集電体8がそれぞれ接続される。好適な正極集電体6は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。好適な負極集電体8は、銅又は銅合金製である。正極端子7は、封口板2の電池外部側に配置される正極外部導電部13と、正極外部導電部13に接続された正極ボルト部14と、封口板2に設けられた貫通穴に挿入される正極挿入部15とを有し、正極集電体6と電気的に接続されている。また、負極端子9は、封口板2の電池外部側に配置される負極外部導電部16と、負極外部導電部16に接続された負極ボルト部17と、封口板2に設けられた貫通穴に挿入される負極挿入部18とを有し、負極集電体8と電気的に接続されている。
The
正極端子7及び正極集電体6は、それぞれ内部側絶縁部材及び外部側絶縁部材を介して封口板2に固定される。内部側絶縁部材は、封口板2と正極集電体6との間に配置され、外部側絶縁部材は封口板2と正極端子7との間に配置される。同様に、負極端子9及び負極集電体8は、それぞれ内部側絶縁部材及び外部側絶縁部材を介して封口板2に固定される。内部側絶縁部材は封口板2と負極集電体8との間に配置され、外部側絶縁部材は封口板2と負極端子9との間に配置される。
The
電極体3は、角形外装体1内に収容される。封口板2は、角形外装体1の開口縁部にレーザー溶接等により接続される。封口板2は電解質注液孔10を有し、この電解質注液孔10は電池ケース200内に電解質を注液した後、封止栓により電解質注液孔10が封止される。封口板2には、電池内部の圧力が所定値以上となった場合にガスを排出するためのガス排出弁11が形成されている。
The
本開示の一態様である二次電池100は、電極体3と電池ケース200との間に配置され、リチウムイオンが通過可能な多孔質の電極体ホルダ12をさらに備えることが好ましい(後述の図3参照)。電極体3と電池ケース200との間に電極体ホルダ12を挟むことにより、電極体3と電池ケース200とが確実に接触しないようにすることができる。電極体ホルダ12は、リチウムイオンを透過する多孔質のものであれば特に限定されないが、例えば絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。電極体ホルダ12は、例えばポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、及びアラミドから選択される少なくとも1種を主成分とする多孔質基材を含み、ポリオレフィンが好ましく、特にポリエチレン、及びポリプロピレンが好ましい。電極体3と電池ケース200との間は狭いので、電極体3が電極体ホルダ12で覆われた状態で角形外装体1内に収容されるのが好ましい。
The
角形外装体1の内壁面は、第1の参照電極形成領域20を有する。第1の参照電極形成領域20は、正極芯体露出部42に対向する領域である。第1の参照電極形成領域20及び後述する第2の参照電極形成領域21の少なくとも一方には参考電極層が形成される。
The inner wall surface of the rectangular outer package 1 has a first reference
以下、電極体3及び参照電極層60について詳説する。
Hereinafter, the
[電極体]
図2は電極体3の斜視図であり、電極体3の巻き終わり近傍を展開した図としている。図1に例示するように、電極体3は、正極芯体露出部42と負極芯体露出部52とが軸方向の反対側に位置するように、セパレータ30を介して正極4及び負極5が巻回された構造を有する。電極体3において、負極5は、正極4よりも一回り大きな寸法を有し、正極活物質層41と対向する領域には必ず負極活物質層51が存在するように配置される。電極体3は、例えば軸方向長さが50〜150mm、幅が50〜90mm、厚みが8〜38mmの寸法を有する。
[Electrode body]
FIG. 2 is a perspective view of the
正極4は、正極芯体と、正極芯体上に設けられた正極活物質層41とを有する。正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金など正極4の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極芯体の厚みは、例えば10〜20μmである。正極活物質層41は、正極活物質、アセチレンブラック等の導電助剤、及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の結着剤を含み、正極芯体の両面に設けられることが好ましい。正極活物質層41の厚みは、例えば正極芯体の両側の合計で50〜400μmである。正極4は、正極芯体上に正極活物質、導電助剤、及び結着剤等を含む正極活物質スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極活物質層41を正極芯体の両面に形成することにより作製できる。
The positive electrode 4 has a positive electrode core body and a positive electrode
正極活物質には、例えばリチウム金属複合酸化物が用いられる。リチウム金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等が挙げられる。好適なリチウム金属複合酸化物の一例は、Ni、Co、Mnの少なくとも1種を含有するリチウム金属複合酸化物である。具体例としては、Ni、Co、Mnを含有するリチウム金属複合酸化物、Ni、Co、Alを含有するリチウム金属複合酸化物が挙げられる。なお、リチウム金属複合酸化物の粒子表面には、酸化タングステン、酸化アルミニウム、ランタノイド含有化合物等の無機化合物粒子などが固着していてもよい。 As the positive electrode active material, for example, a lithium metal composite oxide is used. The metal elements contained in the lithium metal composite oxide include Ni, Co, Mn, Al, B, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Sr, Zr, Nb, In, Sn, and Ta, W, etc. are mentioned. One example of a suitable lithium metal composite oxide is a lithium metal composite oxide containing at least one of Ni, Co and Mn. Specific examples include a lithium metal composite oxide containing Ni, Co and Mn, and a lithium metal composite oxide containing Ni, Co and Al. Inorganic compound particles such as tungsten oxide, aluminum oxide, and lanthanoid-containing compound may be fixed to the surface of the lithium metal composite oxide particles.
負極5は、負極芯体と、負極芯体上に設けられた負極活物質層51とを有する。負極芯体には、銅、銅合金など負極5の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極芯体の厚みは、例えば5〜15μmである。負極活物質層51は、負極活物質、及びスチレンブタジエンゴム(SBR)等の結着剤を含み、負極芯体の両面に設けられることが好ましい。負極活物質層51の厚みは、例えば負極芯体の両側の合計で50〜400μmである。負極5は、負極芯体上に負極活物質、及び結着剤等を含む負極活物質スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極活物質層51を負極芯体の両面に形成することにより作製できる。
The negative electrode 5 has a negative electrode core body and a negative electrode
負極活物質には、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛などの黒鉛が用いられる。負極活物質には、Si、Sn等のリチウムと合金化する金属、当該金属を含有する合金、当該金属を含有する化合物等が用いられてもよく、これらが黒鉛と併用されてもよい。当該化合物の具体例としては、SiOx(0.5≦x≦1.6)で表されるケイ素化合物が挙げられる。 As the negative electrode active material, for example, natural graphite such as scaly graphite, lump graphite, and earth graphite, lump artificial graphite, graphite such as graphitized mesophase carbon microbeads, and other graphite are used. As the negative electrode active material, a metal alloying with lithium such as Si or Sn, an alloy containing the metal, a compound containing the metal, or the like may be used, and these may be used in combination with graphite. Specific examples of the compound include silicon compounds represented by SiO x (0.5≦x≦1.6).
セパレータ30には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。セパレータ30は、例えばポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、及びアラミドから選択される少なくとも1種を主成分とする多孔質基材を含み、ポリオレフィンが好ましく、特にポリエチレン、及びポリプロピレンが好ましい。
As the
セパレータ30は、樹脂製の多孔質基材のみで構成されていてもよく、多孔質基材の少なくとも一方の面に無機物粒子等を含む耐熱層などが形成された複層構造であってもよい。また、樹脂製の多孔質基材が、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン等の複層構造を有していてもよい。セパレータ30の厚みは、例えば10〜30μmである。セパレータ30は、例えば、平均孔径が0.02〜5μm、空孔率が30〜70%である。一般的に、巻回型の電極体3は2枚のセパレータ30を含むが、各セパレータ30には同じものを用いることができる。
The
電極体3は、セパレータ30を介して巻回された正極4及び負極5の巻回体を扁平状にプレスして作製される。この場合、例えば略円筒形状の巻芯を用いて円筒状の巻回体を作製し、巻芯を取り除いた後、当該巻回体を径方向にプレスする。或いは、扁平状の巻芯を用いて正極4及び負極5を扁平状に巻回してもよい。この場合、巻芯を取り除いた後、さらにプレスして扁平状に成形してもよい。
The
図2において、電極体3の最外周は負極5である。本願において最外周は、最も巻外側に配置された正極4又は負極5を意味し、セパレータ30は除外する。例えば、電極体3の最外周が負極5の場合には、両極の芯体露出部を除く電極体3の外側表面の略全体を負極5が覆うことを意味する。電極体3の最外周は、負極芯体、負極活物質層51のどちらでもよい。
In FIG. 2, the outermost periphery of the
[参照電極層]
参照電極層60は、正極4及び負極5の電位の絶対値を測定する際の基準となる電極である。具体的には、参照電極層60と電気的に接続している電池ケース200と正極端子7との間の電圧を測定して、参照電極層60に対する正極4の電位が測定できる。参照電極層60に対する負極5の電位は、別途計測したセル電圧から先に測定した参照電極層60に対する正極4の電位を引いて算出できる。参照電極の電位を基準にして正極4及び負極5の電位を決定するので、参照電極層60の電位は安定していることが好ましい。参照電極層60は、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0.3≦x≦2.8、0≦y≦1を満たし、以下、「チタン酸リチウム」という場合がある)からなる化合物を含む。参照電極層60は、電池ケース200内壁上の所定の位置に、少なくともチタン酸リチウムを含む参照電極スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させることにより作製できる。作製した参照電極層60に含まれるチタン酸リチウムにリチウムイオンをドープすることで、参照電極層60の電位は安定化する。上記の組成式のチタン酸リチウムは、リチウムイオンをドープした後のチタン酸リチウムである。
[Reference electrode layer]
The
参照電極層60は、参照電極層60の電位をより安定させるために、導電助剤をさらに含むことが好ましい。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料が例示できる。
The
参照電極層60は、チタン酸リチウム、導電助剤以外に、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の結着剤、及びカルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を含むことができる。
The
参照電極層60の厚さ及び大きさは、参照電極層60の電位が安定している限りは特に限定されない。例えば、参照電極層60の厚さは、1〜200μmであることが好ましいく、1〜50μmであることがより好ましく、1μm〜10μmであることが更に好ましい。また、参照電極層60の厚さは、大きさは1cm2〜400cm2であることが好ましく、3cm2〜150cm2であることがより好ましく、5cm2〜25cmであることが更に好ましい。また、参照電極層60に含まれるチタン酸リチウムの割合は90質量%以上であることが好ましい。
The thickness and size of the
図3を参照しつつ参照電極層60の形成される位置について説明する。図3は、図1中のA−A線断面図である。電極体3は、角形外装体1の厚さ方向の略中央に角形外装体1に接触しないように設置されており、正極集電体6(図示しない)を介して封口板2に固定されている。参照電極層60は、電池ケース200の内壁上、より具体的には、角形外装体1の内側の側壁部又は底部に形成される。参照電極層60を角形外装体1の上に層状に形成することで、角形外装体1と電気的に接続することができ、また、電池ケース200内の容積を少なくすることもない。
The position where the
電極体3は、正極4と負極5とがセパレータ30を介して巻かれた巻回型である。そして、電極体3は、巻軸方向の一方の端部に正極芯体露出部42を有し、巻軸方向の他方の端部に負極芯体露出部52を有している。また、電極体3の最外周は負極5であり、参照電極層60は正極芯体露出部42に対向する。
The
図2に示すように電極体3の最外周は負極5であり、電極体3で正極4が巻外側に存在する部分は正極芯体露出部42である。この場合、参照電極層60は、正極芯体露出部42に対向する位置、換言すれば図1の第1の参照電極形成領域20に形成される。参照電極層60と正極4との間にはリチウムイオンを含む電解質があるので、参照電極層60と正極4との間で電圧をかけたときに、電解質に含まれるリチウムイオンが参照電極層60に移動しやすい。よって、参照電極層60に十分な量のリチウムイオンをドープすることができる。
As shown in FIG. 2, the outermost periphery of the
図2ではセパレータ30が最外周の負極5の上に積層されているが、セパレータ30は負極5の上に積層されていなくてもよい。この場合、図2で負極5の上に積層されている方のセパレータ30を正極4の下に積層させることや、負極5の上に積層されている方のセパレータ30の長さを短くすることができる。
In FIG. 2, the
<実施形態の他の一例>
図4は、実施形態の他の一例である二次電池の斜視図であって、第1の参照電極形成領域20及び第2の参照電極形成領域21を示す図である。第2の参照電極形成領域21は、角形外装体1の内壁面の一部であって、電極体3の正極芯体露出部42と負極芯体露出部52を除く部分に対向する領域である。また、図3の断面図に示す例と同様に、参照電極層60は、電池ケース200の内壁上、より具体的には、角形外装体1の内側の側壁部又は底部に形成される。
<Another Example of Embodiment>
FIG. 4 is a perspective view of a secondary battery which is another example of the embodiment, and is a diagram showing a first reference
電極体3は、正極4と負極5とがセパレータ30を介して巻かれた巻回型であり、巻軸方向の両端にはそれぞれ正極芯体露出部42及び負極芯体露出部52を有し、電極体3の最外周は正極4であり、参照電極層60は電極体3の負極芯体露出部52を除く部分に対向することを特徴とする。
The
電極体3の最外周が正極4である場合には、電極体3の負極芯体露出部52を除く部分で正極4が電極体3の巻外側に存在する。この場合、参照電極層60は、電極体3の負極芯体露出部52を除く部分に対向する位置、換言すれば図4の第1の参照電極形成領域20又は第2の参照電極形成領域21に形成される。よって、最外周が負極5の場合と比べて、参照電極層60を形成する位置を広い範囲で選択することができる。また、電極体3の最外周が正極活物質層41であると最外周の正極活物質層41に対向する領域に負極活物質層51が存在しないので、電極体3の最外周は正極芯体であることが好ましい。
When the outermost periphery of the
セパレータ30は、最外周の上に積層されているのが好ましい。この場合、最外周が角形外装体1に接触することを避けることができる。なお、電極体3と角形外装体1との間に電極体ホルダ12がある場合にもセパレータ30を最外周の上に積層してもよい。
The
図5に例示するように、参照電極層60は、二次電池100の高さ方向中央で半分に分けた場合の底部側の側面上に少なくとも一部が形成されていることが好ましく、二次電池100の高さ方向で4等分に分けた場合の最も底部側の側面上に少なくとも一部が形成されていることがより好ましい。電池ケース200内に電解質で満たされていない部分がある場合にも、角形外装体1の底部側に参照電極層60を形成しておくことで、参照電極層60と正極4との間に電解質が確実に存在するようにすることができる。
As illustrated in FIG. 5, it is preferable that at least a part of the
[二次電池の製造方法]
上述の構成を備えた二次電池100は、例えば、下記の工程を経て製造される。
(1)導電性の電池ケース200の内壁上に、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0≦x<0.3、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層60を形成する工程。
(2)正極4と負極5とを有する電極体3を、正極4が参照電極層60に対向するように、電極体3の外側に隣接する多孔質の電極体ホルダ12を介して電池ケース200に収容する工程。
(3)電池ケース200にリチウムイオンを含む電解質を少なくとも参照電極層60が浸されるように注入する工程。
(4)電池ケース200を電源のマイナス極に、正極4を電源のプラス極にそれぞれに接続して、参照電極層60にリチウムイオンをドープする工程(図6参照)。
[Method of manufacturing secondary battery]
The
(1) on a conductive inner wall of the
(2) The
(3) A step of injecting an electrolyte containing lithium ions into the
(4) A step of connecting the
図6を参照して二次電池100の製造方法の内、特に参照電極層60にリチウムイオンをドープする工程について説明する。上述の(1)〜(3)の工程により、角形外装体1と封口板2を有する電池ケース200の中には、角形外装体1の側壁上又は底面上に形成された参照電極層60と、電池ケース200とは接触しないように正極集電体6及び負極集電体8を介して封口板2に固定された電極体3が配置される。電極体3の巻外側の正極4と参照電極層60とは、お互いに対向し、参照電極層60と正極4との間にはリチウムイオンを含有する電解質が存在する。
Of the method for manufacturing the
次に上述の(4)の工程により、電池ケース200を電源のマイナス極に、正極4を電源のプラス極にそれぞれに接続する。具体的には、電源のマイナス極は、電池ケース200に含まれる角形外装体1及び封口板2のいずれかに接続させ、一方電源のプラス極は、正極端子7に接続させる。電池ケース200上の参照電極層60と、正極端子7に接続している正極4との間には電位差が生じるので、電解質中のリチウムイオンはマイナス極側の参照電極層60に引き寄せられ、参照電極層60に含まれるチタン酸リチウムにリチウムイオンがドープされる。リチウムイオンがドープされたチタン酸リチウムは電位が安定化するので、参照電極層60は、正極4又は負極5の電位を測定するための基準電極として使用することができるようになる。
Next, in the step (4) described above, the
(4)の工程の前に電池ケース200を封止する工程を行うことができる。なお、(4)の工程の後に電池ケース200を封止する工程を行うこともできる。例えば、電池ケース200の電解質注液孔10が封止されない状態で参照電極層60にリチウムイオンをドープした後、電池ケース200の電解質注液孔10を封止してもよい。この場合、参照電極層60へのリチウムイオンのドープは、ドライ環境下で行うことが好ましい。但し、(4)の工程の前に電池ケース200を封止する工程を行うことにより、リチウムがドープされた参照電極層60が大気中の水分に触れることがなく、参照電極層60の電位がより安定したものとなる。よって、(4)の工程の前に電池ケース200を封止する工程を行うことがより好ましい。
The step of sealing the
以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各実施例及び各比較例に係る二次電池は、ドライルームを使用しない非ドライ環境下で作製し、参考例に係る二次電池はドライルーム内の管理されたドライ環境下で作製した。 Hereinafter, the present disclosure will be further described with reference to examples, but the present disclosure is not limited to these examples. Further, the secondary batteries according to each example and each comparative example were manufactured in a non-dry environment without using a dry room, and the secondary battery according to the reference example was manufactured in a controlled dry environment in a dry room. ..
<実施例1>
[正極の作製]
正極活物質として、LiNi0.35Co0.35Mn0.30O2で表されるリチウム金属複合酸化物粒子を用いた。正極活物質と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に分散されたポリフッ化ビニリデンと、アセチレンブラックとを、91:2:7の固形分質量比で混合して、正極活物質スラリーを調製した。次に、正極活物質スラリーを厚み15μmのアルミニウム合金からなる正極芯体の両面に塗布し、塗膜を真空乾燥させてNMPを揮発除去した。ただし、正極芯体の長手方向に沿う一方の端部には両面とも正極活物質スラリーを塗布せずに正極芯体を露出させて正極芯体露出部を設けた。圧延ロールを用いて乾燥した塗膜を圧縮した後、所定の極板サイズに切断し、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極板を作製した。
<Example 1>
[Preparation of positive electrode]
As the positive electrode active material, lithium metal composite oxide particles represented by LiNi 0.35 Co 0.35 Mn 0.30 O 2 were used. The positive electrode active material, polyvinylidene fluoride dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and acetylene black were mixed at a solid content mass ratio of 91:2:7 to prepare a positive electrode active material slurry. Prepared. Next, the positive electrode active material slurry was applied on both surfaces of a positive electrode core body made of an aluminum alloy having a thickness of 15 μm, and the coating film was vacuum dried to volatilize and remove NMP. However, the positive electrode core was exposed without providing the positive electrode active material slurry on both surfaces at one end along the longitudinal direction of the positive electrode core to provide a positive electrode core exposed portion. The dried coating film was compressed using a rolling roll, and then cut into a predetermined electrode plate size to prepare a positive electrode plate having positive electrode active material layers formed on both surfaces of the positive electrode current collector.
[負極の作製]
天然黒鉛と、スチレンブタジエンゴム(SBR)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)とを、98:1:1の固形分質量比で混合し、水を適量加えて、負極活物質スラリーを調製した。次に、当該負極活物質スラリーを厚み8μmの銅箔からなる負極芯体の両面に塗布し、塗膜を真空乾燥させて水を揮発除去した。ただし、負極芯体の長手方向に沿う一方の端部には両面とも負極活物質スラリーを塗布せずに負極芯体を露出させて負極芯体露出部を設けた。圧延ロールを用いて乾燥した塗膜を圧縮した後、所定の電極サイズに切断し、方形状の負極芯体の両面に負極活物質層が形成された負極を作製した。
[Preparation of negative electrode]
Natural graphite, styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) were mixed at a solid content mass ratio of 98:1:1, and water was added in an appropriate amount to prepare a negative electrode active material slurry. Next, the negative electrode active material slurry was applied to both surfaces of a negative electrode core body made of a copper foil having a thickness of 8 μm, and the coating film was vacuum dried to volatilize and remove water. However, the negative electrode core was exposed without providing the negative electrode active material slurry on both surfaces at one end along the longitudinal direction of the negative electrode core to provide a negative electrode core exposed portion. The dried coating film was compressed using a rolling roll, and then cut into a predetermined electrode size to prepare a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on both surfaces of a rectangular negative electrode core.
[電極体の作製]
上記正極及び上記負極を、それぞれの芯体露出部が互いに巻回体の軸方向反対側に位置するようにして、帯状のポリエチレン/ポリプロピレン製の微細多孔膜からなるセパレータを介して巻回した。その後、巻回体を径方向にプレスして扁平状に成形し、巻回型の電極体を作製した。巻回体は、巻内側からセパレータ/正極/セパレータ/負極の順に重ね合わせたものを、円筒状の巻芯に巻き付けて形成した(2枚のセパレータには同じものを用いた)。なお、電極体の最外周は負極とした。
[Production of electrode body]
The positive electrode and the negative electrode were wound with a strip-shaped polyethylene/polypropylene microporous membrane separator interposed between them so that the exposed cores of the positive electrode and the negative electrode were located on the axially opposite sides of the wound body. After that, the wound body was pressed in the radial direction and formed into a flat shape, to prepare a wound electrode body. The wound body was formed by stacking a separator, a positive electrode, a separator, and a negative electrode in this order from the inside of the winding, and winding the wound body around a cylindrical winding core (the same two separators were used). The outermost periphery of the electrode body was the negative electrode.
[参照電極の作製]
組成式Li4Ti5O12のチタン酸リチウムと、カルボキシメチルセルロース(CMC)と、スチレンブタジエンゴム(SBR)とを、98.9:0.7:0.4の固形分質量比で混合し、水を適量加えて、参照電極スラリーを調製した。次に参照電極スラリーを正極芯体露出部に対向するように電池ケースの側面の内壁に塗布量が1mg/cm2となるように塗布した。その後、電池ケースを乾燥させて参照電極スラリー調整時に分散媒として用いた水を除去して参照電極層を作製した。なお、参照電極層の形成面積は8cm2とした。
[Preparation of reference electrode]
Lithium titanate having a composition formula Li 4 Ti 5 O 12 , carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene butadiene rubber (SBR) were mixed at a solid content mass ratio of 98.9:0.7:0.4, A reference electrode slurry was prepared by adding an appropriate amount of water. Next, the reference electrode slurry was applied to the inner wall of the side surface of the battery case so as to face the exposed portion of the positive electrode core so that the application amount was 1 mg/cm 2 . After that, the battery case was dried to remove water used as a dispersion medium at the time of preparing the reference electrode slurry to form a reference electrode layer. The formation area of the reference electrode layer was 8 cm 2 .
[電解質の調製]
エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジエチルカーボネート(DEC)とを、3:3:4の体積比(25℃、1気圧)で混合した。当該混合溶媒にLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解させ、さらに電解質の総質量に対して0.3質量%のビニレンカーボネート(VC)を添加して電解質を調製した。
[Preparation of electrolyte]
Ethylene carbonate (EC), ethylmethyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3:3:4 (25° C., 1 atm). LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent at a concentration of 1 mol/L, and 0.3% by mass of vinylene carbonate (VC) was added to the total mass of the electrolyte to prepare an electrolyte.
[二次電池の作製]
上記電極体、上記電解質、及びアルミニウム製の角形の電池ケースを用いて、二次電池(角形電池)を作製した。電極体を多孔質の電極体ホルダで覆い、電池ケースを構成する角形有底筒状の外装缶(横方向長さ148.0mm(内寸146.8mm)、厚み17.5mm(内寸16.5mm)、高さ65.0mm(内寸64.0mm))内に収容した。電池ケースを構成する封口板に正極端子を取り付けると共に、正極端子に正極集電体を接続した。また、封口板に負極端子を取り付けると共に、負極端子に負極集電体を接続した。そして、正極芯体露出部に正極集電体を、負極芯体露出部に負極集電体をそれぞれ溶接した。電解質を外装缶に注入し、電池ケースの開口部を封口板で塞いだ。
[Preparation of secondary battery]
A secondary battery (square battery) was produced using the electrode body, the electrolyte, and a prismatic battery case made of aluminum. The electrode body is covered with a porous electrode body holder to form a prismatic bottomed cylindrical outer can that constitutes the battery case (lateral length 148.0 mm (inner dimension 146.8 mm), thickness 17.5 mm (
[参照電極層へのリチウムイオンドープ]
作製した二次電池の電池ケースを電源のマイナス極に、正極端子を電源のプラス極にそれぞれに接続して、0.0015It(7.5mA)で60秒間充電することで、参照電極層にリチウムイオンをドープした。リチウムイオンをドープした後の参照電極層の電位は、1.55Vと考えられる。
[Doping the reference electrode layer with lithium ions]
By connecting the battery case of the fabricated secondary battery to the negative electrode of the power source and the positive electrode terminal to the positive electrode of the power source, and charging the battery at 0.0015 It (7.5 mA) for 60 seconds, lithium was added to the reference electrode layer. Doped with ions. The potential of the reference electrode layer after doping with lithium ions is considered to be 1.55V.
<実施例2>
参照電極スラリーの固形分質量比を、組成式Li4Ti5O12のチタン酸リチウムと、アセチレンブラックと、カルボキシメチルセルロース(CMC)と、スチレンブタジエンゴム(SBR)とで、96.9:2.0:0.7:0.4に変更した以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。
<Example 2>
The solid content mass ratio of the reference electrode slurry was 96.9:2 with lithium titanate having a composition formula Li 4 Ti 5 O 12 , acetylene black, carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene butadiene rubber (SBR). A secondary battery was made in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed to 0:0.7:0.4.
<比較例1〜3>
比較例1〜3は、以下を変更した以外は、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。
(1)比較例1:参照電極層を作製しなかった。
(2)比較例2:参照電極層を正極芯体露出部に対向しないような位置に作製した。
(3)比較例3:参照電極層を正極芯体露出部に対向しないような位置に作製し、参照電極層へのリチウムイオンドープも行わなかった。
<Comparative Examples 1 to 3>
In Comparative Examples 1 to 3, secondary batteries were produced in the same manner as in Example 1 except that the following was changed.
(1) Comparative Example 1: No reference electrode layer was prepared.
(2) Comparative Example 2: The reference electrode layer was formed at a position not facing the exposed portion of the positive electrode core body.
(3) Comparative Example 3: The reference electrode layer was formed at a position not facing the exposed portion of the positive electrode core body, and the reference electrode layer was not doped with lithium ions.
<参考例>
参照電極層の作製後で二次電池の作製前に、電解質を外装缶に注入し、多孔質の電極体ホルダを介して参照電極層に対向するように別途準備したリチウム電極を挿入した。外装缶を電源のマイナス極に、リチウム電極を電源のプラス極にそれぞれに接続して、0.0015It(7.5mA)で60秒間充電することで、参照電極層にリチウムイオンをドープした。その後、リチウム電極を抜き取った上で二次電池を作製した。
<Reference example>
After preparation of the reference electrode layer and before preparation of the secondary battery, the electrolyte was injected into the outer can, and the separately prepared lithium electrode was inserted so as to face the reference electrode layer through the porous electrode body holder. The outer can was connected to the negative electrode of the power source and the lithium electrode was connected to the positive electrode of the power source, and the reference electrode layer was doped with lithium ions by charging at 0.0015 It (7.5 mA) for 60 seconds. After that, a lithium battery was extracted and then a secondary battery was manufactured.
実施例1〜2、比較例1〜3、及び参考例の各二次電池をそれぞれ10セルずつ作製し下記の方法により、参照電極層の安定性の評価を行い、評価結果を表1に示した。 Each of the secondary batteries of Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Example was produced by 10 cells, and the stability of the reference electrode layer was evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 1. It was
[参照電極層の安定性の評価]
各二次電池を、25℃の温度環境において、1It(5A)で定電流充電した後、3.52Vで2.5時定電圧充電し、充電深度(SOC)を20%とした。室温条件で2.5時間静置した後、電池ケースに対する正極の電圧(正極/電池ケース)を測定した。電池ケースに対する負極の電圧(負極/電池ケース)は、別途計測したセル電圧から電池ケースに対する正極の電圧を引いて算出した。10セルについての測定結果から、正極/電池ケース及び負極/電池ケースの平均値と正極/電池ケースの標準偏差を算出した。また、定電圧充電時の電圧を3.69Vにする以外はSOCが20%の場合と同様にして、二次電池のSOCを50%として、同様に測定した。また、定電圧充電時の電圧を3.91Vにする以外はSOCが20%の場合と同様にして、二次電池のSOCを80%として、同様に測定した。
[Evaluation of stability of reference electrode layer]
Each secondary battery was charged with a constant current of 1 It (5 A) in a temperature environment of 25° C., and then with a constant voltage of 3.52 V for 2.5 hours, and the depth of charge (SOC) was 20%. After standing at room temperature for 2.5 hours, the voltage of the positive electrode with respect to the battery case (positive electrode/battery case) was measured. The voltage of the negative electrode with respect to the battery case (negative electrode/battery case) was calculated by subtracting the voltage of the positive electrode with respect to the battery case from the separately measured cell voltage. From the measurement results of 10 cells, the average value of the positive electrode/battery case and the negative electrode/battery case and the standard deviation of the positive electrode/battery case were calculated. Further, the SOC of the secondary battery was set to 50% and the measurement was performed in the same manner as in the case where the SOC was 20% except that the voltage during constant voltage charging was set to 3.69V. Further, the SOC of the secondary battery was set to 80% in the same manner as in the case where the SOC was 20% except that the voltage during constant voltage charging was set to 3.91 V, and the same measurement was performed.
比較例1〜3の二次電池はいずれもドライ環境下で作製した参考例の二次電池とは異なる正極/電池ケース及び負極/電池ケースの電位を示し、標準偏差も大きく不安定だった。 The secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 all showed potentials of the positive electrode/battery case and the negative electrode/battery case different from those of the secondary battery of the reference example produced in a dry environment, and the standard deviation was also large and unstable.
一方、実施例1の二次電池は、ドライ環境下で作製した参考例の二次電池と略同じ正極/電池ケース及び負極/電池ケースの電位と標準偏差が得られた。実施例1の二次電池では、正極と負極とを有する電極体と、電極体を収容する導電性の電池ケースと、組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0.3≦x≦2.8、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層と、参照電極層が浸されるように電池ケース内に配置され、リチウムイオンを含む電解質と、を備え、参照電極層は、電池ケースの内壁上に形成されており、正極と対向することで、簡便な方法で参照電極層にリチウムイオンをドープできる二次電池を提供できる。さらに、実施例2の二次電池では、標準偏差が実施例1よりも小さく、安定するようになった。電位をより安定にするために、参照電極層は導電助剤をさらに含むことが好ましい。 On the other hand, in the secondary battery of Example 1, substantially the same potentials and standard deviations of the positive electrode/battery case and the negative electrode/battery case as the secondary battery of the reference example produced in a dry environment were obtained. In the secondary battery of Example 1, the electrode body having a positive electrode and a negative electrode, a conductive battery case for accommodating the electrode assembly, in the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is Mg, Nb , Cu, Mn, Ni, Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, V, Sc, Y, La, Zn, Al, and Ga, and one or more elements selected from 0.3 ≦x≦2.8, satisfying 0≦y≦1), and an electrolyte containing lithium ions, which is arranged in the battery case so that the reference electrode layer is immersed. Since the reference electrode layer is formed on the inner wall of the battery case and faces the positive electrode, it is possible to provide a secondary battery in which the reference electrode layer can be doped with lithium ions by a simple method. Further, the standard deviation of the secondary battery of Example 2 was smaller than that of Example 1 and became stable. In order to make the potential more stable, the reference electrode layer preferably further contains a conductive auxiliary agent.
1 角形外装体、2 封口板、3 電極体、4 正極、5 負極、6 正極集電体、7 正極端子、8 負極集電体、9 負極端子、10 電解質注液孔、11 ガス排出弁、12 電極体ホルダ、13 正極外部導電部、14 正極ボルト部、15 正極挿入部、16 負極外部導電部、17 負極ボルト部、18 負極挿入部、20 第1の参照電極形成領域、21 第2の参照電極形成領域、30 セパレータ、41 正極活物質層、42 正極芯体露出部、51 負極活物質層、52 負極芯体露出部、60 参照電極層、100 二次電池、200 電池ケース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 prismatic exterior body, 2 sealing plate, 3 electrode body, 4 positive electrode, 5 negative electrode, 6 positive electrode current collector, 7 positive electrode terminal, 8 negative electrode current collector, 9 negative electrode terminal, 10 electrolyte injection hole, 11 gas discharge valve, 12 electrode body holder, 13 positive electrode external conductive part, 14 positive electrode bolt part, 15 positive electrode insertion part, 16 negative electrode external conductive part, 17 negative electrode bolt part, 18 negative electrode insertion part, 20 first reference electrode formation region, 21 second Reference electrode formation region, 30 Separator, 41 Positive electrode active material layer, 42 Positive electrode core exposed part, 51 Negative electrode active material layer, 52 Negative electrode core exposed part, 60 Reference electrode layer, 100 Secondary battery, 200 Battery case
Claims (9)
前記電極体を収容する導電性の電池ケースと、
組成式Li4+xTi5MyO12(式中、MはMg、Nb、Cu、Mn、Ni、Fe、Ru、Zr、B、Ca、Co、Cr、V、Sc、Y、La、Zn、Al、及びGaから選択された1種以上の元素であり、0.3≦x≦2.8、0≦y≦1を満たす)からなる化合物を含む参照電極層と、
前記参照電極層が浸されるように前記電池ケース内に配置された、リチウムイオンを含む電解質と、を備え、
前記参照電極層は、前記電池ケースの内壁上に形成されており、前記正極と対向する二次電池。 An electrode body having a positive electrode and a negative electrode,
A conductive battery case that accommodates the electrode body,
In the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is Mg, Nb, Cu, Mn, Ni, Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, V, Sc, Y, La, Zn, A reference electrode layer containing a compound of one or more elements selected from Al and Ga, which satisfies 0.3≦x≦2.8 and 0≦y≦1),
An electrolyte containing lithium ions, which is disposed in the battery case so that the reference electrode layer is immersed,
The secondary battery, wherein the reference electrode layer is formed on an inner wall of the battery case and faces the positive electrode.
前記電極体の最外周は前記負極であり、
前記参照電極層は前記正極芯体露出部に対向する、請求項1又は2に記載の二次電池。 The electrode body is a winding type in which the positive electrode and the negative electrode are wound via a separator, and has a positive electrode core body exposed portion at one end in the winding axis direction and the other end in the winding axis direction. Has a negative electrode core exposed part,
The outermost periphery of the electrode body is the negative electrode,
The secondary battery according to claim 1, wherein the reference electrode layer faces the exposed portion of the positive electrode core body.
前記電極体の最外周は前記正極であり、
前記参照電極層は、前記電極体の負極芯体露出部を除く部分に対向する、請求項1又は2に記載の二次電池。 The electrode body is a winding type in which the positive electrode and the negative electrode are wound via a separator, and has a positive electrode core body exposed portion at one end in the winding axis direction and the other end in the winding axis direction. Has a negative electrode core exposed part,
The outermost periphery of the electrode body is the positive electrode,
The secondary battery according to claim 1, wherein the reference electrode layer faces a portion of the electrode body excluding a negative electrode core body exposed portion.
正極と負極とを有する電極体を、前記正極が前記参照電極層に対向するように、前記電極体の外側に隣接する多孔質の電極体ホルダを介して前記電池ケースに収容する工程と、
前記電池ケースにリチウムイオンを含む電解質を少なくとも前記参照電極層が浸されるように注入する工程と、
前記電池ケースを電源のマイナス極に、前記正極を前記電源のプラス極にそれぞれに接続して、前記参照電極層にリチウムイオンをドープする工程と、を有する二次電池の製造方法。 On the inner wall of the conductive battery case, in the composition formula Li 4 + x Ti 5 M y O 12 ( wherein, M is Mg, Nb, Cu, Mn, Ni, Fe, Ru, Zr, B, Ca, Co, Cr, Reference electrode layer containing a compound of one or more elements selected from V, Sc, Y, La, Zn, Al, and Ga, and satisfying 0≦x<0.3 and 0≦y≦1. A step of forming
A step of accommodating an electrode body having a positive electrode and a negative electrode in the battery case via a porous electrode body holder adjacent to the outside of the electrode body so that the positive electrode faces the reference electrode layer;
Injecting an electrolyte containing lithium ions into the battery case so that at least the reference electrode layer is immersed,
Connecting the battery case to a negative pole of a power source and the positive electrode to a positive pole of the power source, and doping the reference electrode layer with lithium ions.
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