JP3511489B2 - Method for producing wound electrode body for lithium secondary battery - Google Patents

Method for producing wound electrode body for lithium secondary battery

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JP3511489B2
JP3511489B2 JP29207199A JP29207199A JP3511489B2 JP 3511489 B2 JP3511489 B2 JP 3511489B2 JP 29207199 A JP29207199 A JP 29207199A JP 29207199 A JP29207199 A JP 29207199A JP 3511489 B2 JP3511489 B2 JP 3511489B2
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active material
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wound
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、リチウム二次電
池用捲回型電極体の作製方法に関する。さらに詳しく
は、低内部抵抗で大電流出力特性に優れ、体積エネルギ
ー密度の大きい品質の一定したリチウム二次電池を提供
するために好適に用いられるリチウム二次電池用捲回型
電極体の生産性に優れた作製方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium secondary battery.
The present invention relates to a method for producing a wound electrode body for a pond . More specifically, the productivity of the wound-type electrode body for a lithium secondary battery, which is suitably used to provide a lithium secondary battery having a low internal resistance, an excellent large current output characteristic, and a large volume energy density and a constant quality. To an excellent manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】 近年、リチウム二次電池は、携帯電
話、VTR、ノート型コンピュータ等の携帯型電子機器
の電源用電池として、広く用いられるようになってきて
いる。また、リチウム二次電池は、単電池電圧が4V程
度と、従来の鉛蓄電池等の二次電池よりも高く、しかも
エネルギー密度が大きいことから、前記携帯型電子機器
のみならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として
積極的に一般への普及が図られている電気自動車(E
V)或いはハイブリッド電気自動車(HEV)のモータ
駆動電源としても注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries have come to be widely used as power source batteries for portable electronic devices such as mobile phones, VTRs, and notebook computers. In addition, since the lithium secondary battery has a cell voltage of about 4 V, which is higher than that of conventional secondary batteries such as lead storage batteries, and has a large energy density, not only the portable electronic device but also recent environmental problems. Against this background, electric vehicles (E
V) or a hybrid electric vehicle (HEV) as a motor drive power source.

【0003】 リチウム二次電池には、一般的に、正極
活物質にリチウム遷移金属複合酸化物が、負極活物質に
炭素質材料が、電解液にLiイオン電解質を有機溶媒に
溶解した有機電解液が用いられ、電池反応を行う部分で
ある電極体としては、サンドイッチ型、捲回型、積層型
といった種々の形態のものがある。
In a lithium secondary battery, generally, a lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material, a carbonaceous material is used as a negative electrode active material, and an Li electrolyte is dissolved in an organic solvent as an electrolyte. There are various types of electrode bodies, such as a sandwich type, a wound type, and a laminated type, as an electrode body that is a part that performs a battery reaction.

【0004】 これらの中で、EV等に好適に用いられ
る比較的容量の大きいリチウム二次電池においては、図
1に示すように、集電用タブ(電極からの集電を行うリ
ード線の役割を果たす。以下、「タブ」という。)5が
取り付けられた正負各電極板2、3(正極板2、負極板
3)を、互いに接触しないように、間にセパレータ4を
介しつつ、円筒状の巻芯6の外周に捲回してなるリチウ
ム二次電池用捲回型電極体1(以下、「捲回体」とい
う。)が好適に用いられる。
Among these, in a lithium secondary battery having a relatively large capacity, which is preferably used for EV and the like, as shown in FIG. 1, a current collecting tab (a role of a lead wire for collecting current from an electrode) the play. hereinafter referred to as "tabs".) 5 is mounted with the positive and negative electrode plates 2 and 3 (the positive electrode plate 2, a negative electrode plate 3), so as not to contact with each other while a separator 4 between, cylindrical Richiu wound around the outer circumference of the winding core 6
The wound-type electrode body 1 for a secondary battery (hereinafter, referred to as "wound body") is preferably used.

【0005】 電極板2、3は、金属箔等の集電基板の
両表面に電極活物質(正極活物質と負極活物質の両方を
指す。)層を形成したものであり、複数箇所から集電す
る構成とするため、タブ5は、電極板2、3及びセパレ
ータ4を巻芯6周りに巻き取る作業中に、超音波溶接等
の手段を用いて、電極板2、3の端部の金属箔を露出さ
せた部分に所定間隔で取り付けることができる。
The electrode plates 2 and 3 are formed by forming a layer of an electrode active material (which indicates both a positive electrode active material and a negative electrode active material) on both surfaces of a current collecting substrate such as a metal foil, and are collected from a plurality of locations. Electrify
Therefore, the tabs 5 are formed on the end portions of the electrode plates 2 and 3 using a means such as ultrasonic welding during the work of winding the electrode plates 2 and 3 and the separator 4 around the winding core 6. It can be attached to the exposed portion of the foil at predetermined intervals.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 ここで、捲回体の電
子伝導抵抗(以下、「抵抗」という。)は、電子伝導性
が他の部材と比較して小さい正極活物質の影響を大きく
受ける。従って、正極活物質層を、いかに低抵抗となる
ように形成するかが、低内部抵抗、高出力電池実現の鍵
となる。
Here, the electron conduction resistance (hereinafter, referred to as “resistance”) of the wound body is greatly affected by the positive electrode active material whose electron conductivity is smaller than that of other members. . Therefore, how to form the positive electrode active material layer so as to have a low resistance is a key for realizing a low internal resistance and a high output battery.

【0007】 正極板の抵抗には、正極活物質層の嵩密
度の影響が大きいことは想像に難くない。つまり、嵩密
度を高めればそれだけ正極活物質粉末同士の接触面積も
大きくなることから、抵抗低減に好ましいと考えられ
る。また、正極活物質には、導電性の向上を目的として
アセチレンブラックやカーボンブラック等の炭素微粉末
を添加することが好ましいが、このような場合でも、嵩
密度を大きくすることで炭素微粉末と正極活物質粉末と
の接触が良好に図られ、抵抗の低減が図られるものと考
えられる。更に、嵩密度が大きくなれば、正極活物質層
の体積が小さくなり、電池のコンパクト化も可能とな
る。ここで、正極活物質層の嵩密度を大きくする工程の
際には、正極活物質層の粒子の形態が破壊されないよう
に、また、集電基板に損傷や皺等の変形を与えないよう
に、高密度化の工程条件を最適なものとしなければなら
ない。
It is not difficult to imagine that the resistance of the positive electrode plate is greatly affected by the bulk density of the positive electrode active material layer. That is, the higher the bulk density, the larger the contact area between the positive electrode active material powders, which is considered to be preferable for reducing the resistance. Further, it is preferable to add carbon fine powder such as acetylene black or carbon black to the positive electrode active material for the purpose of improving conductivity, but even in such a case, by increasing the bulk density, carbon fine powder is obtained. It is considered that good contact with the positive electrode active material powder is achieved and the resistance is reduced. Furthermore, if the bulk density is large, the volume of the positive electrode active material layer is small, and the battery can be made compact. Here, in the step of increasing the bulk density of the positive electrode active material layer, the morphology of the particles of the positive electrode active material layer is not destroyed, and the current collecting substrate is not damaged or deformed such as wrinkles. The process conditions for high density must be optimized.

【0008】 一方で、正極活物質と非水電解液との間
のLiイオンの移動も円滑に進むように、正極活物質層
と非水電解液との接触面積もまた適度に確保されなけれ
ばならない。従って、この観点からは、正極活物質層に
は適度な量の気孔が存在する必要がある。
On the other hand, the contact area between the positive electrode active material layer and the nonaqueous electrolytic solution must be appropriately secured so that the movement of Li ions between the positive electrode active material and the nonaqueous electrolytic solution also proceeds smoothly. I won't. Therefore, from this viewpoint, the positive electrode active material layer needs to have an appropriate amount of pores.

【0009】 ここで、実用的な正極活物質の候補とし
ては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)やニッケル
酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(L
iMnO2、LiMn24)といったリチウム遷移金属
複合酸化物が挙げられるが、物質、組成によって電子伝
導度が異なることはいうまでもなく、また、発明者らが
先に特願平10−318109号で開示しているよう
に、正極活物質の種類によって出力特性も異なる。
Here, as a candidate for a practical positive electrode active material, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganate (L
Examples thereof include lithium transition metal composite oxides such as iMnO 2 and LiMn 2 O 4 ), but needless to say, the electron conductivity varies depending on the substance and composition, and the inventors previously proposed Japanese Patent Application No. 10-318109. As disclosed in No. 3, the output characteristics also differ depending on the type of positive electrode active material.

【0010】 更に、LiCoO2やLiNiO2、Li
MnO2は空間群R3−m(「−」は通常「3」の上部
に付され、回反を示す。)に属するが、LiMn 24
空間群Fd3mに属するスピネル構造を有しており、こ
のような結晶系の違いに基づいて粒子形態にも差異が生
ずる。粒子形態が異なれば、添加すべき炭素微粉末等の
導電助材やバインダの量も変化する。従って、低抵抗な
正極活物質層が満足すべき嵩密度の範囲は、正極活物質
が異なれば、相応して異なったものとなる。
Further, LiCoO2And LiNiO2, Li
MnO2Is the space group R3-m ("-" is usually the upper part of "3")
Attached to indicate reversion. ), But LiMn 2OFourIs
It has a spinel structure belonging to the space group Fd3m.
There is a difference in the particle morphology based on the difference in the crystal system such as
Cheat. If the particle morphology is different, such as fine carbon powder to be added
The amount of conductive aid and binder also changes. Therefore, low resistance
The range of the bulk density that the positive electrode active material layer should satisfy is the positive electrode active material.
Different will be correspondingly different.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】 本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、低内部抵抗で大電流出力特性に優れ、体
積エネルギー密度の大きい品質の一定したリチウム二次
電池を提供するために好適に用いられる捲回型電極体の
生産性に優れた作製方法を提供することにある。そこ
で、発明者らは、特に捲回体の抵抗の大きさを左右す
、集電方法、正極板の作製過程及び捲回体の作製過程
について検討し、複数箇所集電、Li/Mn比が0.5
を超えるスピネル構造を有するマンガン酸リチウムを用
いた正極活物質層の嵩密度及び形成領域並びに捲回方向
長さ等の構成が安定的に実現することを可能ならしめ、
リチウム二次電池用捲回型電極体の生産性に優れた作製
方法を提供することを可能ならしめた。
Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional technology, and an object of the present invention is to provide a low internal resistance, an excellent large current output characteristic, and a high volume energy density. It is an object of the present invention to provide a method for producing a wound electrode body, which is preferably used to provide a lithium secondary battery having a high quality and constant, and which has excellent productivity. Therefore, we, in particular, affects the magnitude of the resistance of the wound body, examined collector method, production process and wound body production process of the positive electrode plate, a plurality of locations collector, Li / Mn ratio Is 0.5
It is possible to stably realize the structure such as the bulk density and the formation region of the positive electrode active material layer using lithium manganate having a spinel structure exceeding 10 and the winding direction length,
It has become possible to provide a method for producing a wound-type electrode body for a lithium secondary battery with excellent productivity.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】 なお、例えば、特開平5−74494号
公報には、正極活物質として主にLiとCoからなる複
合酸化物を用いた場合に、正極活物質層が満たすべきみ
かけ密度が規定されているが、特開平5−74494号
公報に開示の発明は、高容量電池の実現を目的としてお
り、電池の内部抵抗については何ら触れられていない。
逆に、本発明は、正極活物質として、コバルト酸リチウ
ムよりも単位重量当たりのリチウム容量が小さいスピネ
ル構造を有するマンガン酸リチウムをあえて用い、高容
量化を主目的とせず、低内部抵抗で高出力な電池の提供
を目的とするものである。従って、本発明が、特開平5
−74494号公報に開示の発明と異なるものであるこ
とは明らかである。
It should be noted that, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-74494 defines the apparent density to be satisfied by the positive electrode active material layer when a composite oxide mainly composed of Li and Co is used as the positive electrode active material. However, the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-74494 is aimed at realizing a high-capacity battery, and does not mention the internal resistance of the battery.
On the contrary, the present invention intentionally uses lithium manganate having a spinel structure having a smaller lithium capacity per unit weight than lithium cobalt oxide as the positive electrode active material, does not aim at high capacity, and has low internal resistance and high resistance. The purpose is to provide an output battery. Therefore, the present invention is disclosed in
It is apparent that the invention is different from the invention disclosed in Japanese Patent Publication No. 74494.

【0016】 さて、本発明によれば、リチウム二次電
池に用いられる捲回型電極体の作製方法として、集電基
板上に正極活物質層及び負極活物質層のいずれかがそれ
ぞれ形成された正極板及び負極板をセパレータを介して
巻芯外周に捲回してなるリチウム二次電池用捲回型電極
体の作製方法であって、前記正極活物質層を構成する正
極活物質として、リチウム(Li)とマンガン(Mn)
を主成分とした、Li/Mn比が0.5を超える、立方
晶スピネル構造を有するマンガン酸リチウムを用いる
ともに、前記正極板として、前記集電基板表面に前記正
極活物質層を形成した後、温間ロールプレスにより、前
記正極活物質層の嵩密度が2g/cm3以上3.5g/
cm3以下で、前記集電基板の幅方向の少なくとも一端
に前記正極活物質層が形成されていないストライプ構造
及び複数箇所から集電する構成を有し、さらに、その捲
回方向長さが1m以上となるように形成したものを用
、かつ得られた前記捲回型電極体をリチウム二次電池
に用いた場合、その内部抵抗を5mΩ以下とすることが
可能であることを特徴とするリチウム二次電池用捲回型
電極体の作製方法、が提供される。
According to the present invention, as a method of manufacturing a wound electrode body used in a lithium secondary battery, either a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer is formed on a current collector substrate. A method for producing a wound type electrode body for a lithium secondary battery, which comprises winding a positive electrode plate and a negative electrode plate around a winding core via a separator, wherein the positive electrode active material constituting the positive electrode active material layer is lithium ( Li) and manganese (Mn)
When lithium manganate containing Cu as a main component and having a Li / Mn ratio of more than 0.5 and having a cubic spinel structure is used ,
In addition, after forming the positive electrode active material layer on the surface of the current collecting substrate as the positive electrode plate, the bulk density of the positive electrode active material layer was 2 g / cm 3 or more and 3.5 g /
a stripe structure in which the positive electrode active material layer is not formed on at least one end of the current collector substrate in the width direction, and is 3 cm 3 or less.
And a structure in which current is collected from a plurality of locations , and further, the one in which the length in the winding direction is formed to be 1 m or more is used , and the obtained wound electrode body is a lithium secondary battery.
When used for, the internal resistance may be 5mΩ or less.
A method for producing a wound-type electrode body for a lithium secondary battery , which is characterized by being possible.

【0017】 この捲回型電極体の作製方法において、
正極活物質層は、マンガン酸リチウム100重量部に対
して、炭素微粉末1〜10重量部、有機物1〜10重量
部からなるもので形成されるマンガン酸リチウムを用い
ることが好ましい。
In the method for producing the wound electrode body,
The positive electrode active material layer, with respect to 100 parts by weight of lithium manganate, carbon fines to 10 parts by weight, have preferably be used luma manganese lithium acid is formed by those comprising organic 1-10 parts by weight.

【0018】 温間ロールプレスにおけるロール温度
は、80℃以上180℃以下とすることが好ましく、よ
り好ましい温度範囲は、100℃以上150℃以下であ
る。また、温間ロールプレスに用いるロール直径は、3
00mmφ以上1000mmφ以下であることが好まし
い。なお、正極板及び負極板とセパレータが、巻芯と温
間ロールプレスを構成する加圧ローラーによって挟まれ
ながら、巻芯外周に捲回されるようにして、リチウム二
次電池用捲回型電極体を作製することが好ましい。
The roll temperature in the warm roll press is preferably 80 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and a more preferable temperature range is 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The roll diameter used for the warm roll press is 3
It is preferably from 00 mmφ to 1000 mmφ. The positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are sandwiched between the core and a pressure roller that constitutes a warm roll press, and are wound around the outer periphery of the core to form a lithium battery.
It is preferable to produce a wound electrode body for a secondary battery .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実
施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。本発明のリチウム二次電池用捲回型電極体の作製方
法によって得られる捲回型電極体を用いたリチウム二次
電池について説明する。このようなリチウム二次電池
は、先に図1に示したように、それぞれに集電用タブ5
(タブ)が複数取り付けられた正負各電極板(正極板
2、負極板3)をセパレータ4を介して巻芯6外周に捲
回してなる捲回型電極体(捲回体)1に非水電解液を含
浸してなるリチウム二次電池である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments. A lithium secondary battery using the wound electrode body obtained by the method for producing a wound electrode body for a lithium secondary battery of the present invention will be described. Such a lithium secondary battery has a power collecting tab 5 as shown in FIG.
A positive electrode plate (a positive electrode plate 2 and a negative electrode plate 3) having a plurality of (tabs) attached thereto is wound around the outer circumference of the winding core 6 via the separator 4 to form a wound electrode body (wound body) 1 which is non-aqueous. A lithium secondary battery impregnated with an electrolytic solution.

【0020】 正極板2は集電基板の両面に正極活物質
を塗工することによって作製される。集電基板として
は、アルミニウム箔やチタン箔等の正極電気化学反応に
対する耐蝕性が良好である金属箔が用いられるが、箔以
外にパンチングメタル或いはメッシュ(網)を用いるこ
ともできる。
The positive electrode plate 2 is manufactured by applying a positive electrode active material on both surfaces of a current collecting substrate. As the current collector substrate, a metal foil such as an aluminum foil or a titanium foil having good corrosion resistance against a positive electrode electrochemical reaction is used, but a punching metal or a mesh (mesh) may be used instead of the foil.

【0021】 本発明においては、正極活物質として
は、種々のリチウム遷移金属複合酸化物の中でも、化学
量論組成がLiMn24で表される立方晶スピネル構造
を有するマンガン酸リチウム(以下、「マンガン酸リチ
ウムスピネル」という。)が好適に用いられる。マンガ
ン酸リチウムスピネルは、コバルト酸リチウム(LiC
oO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)と比較す
ると、リチウム容量は小さいものの、電子伝導度が大き
く、また、放電深度が深い場合であっても出力の低下が
少ないことから、高出力型電池材料として、特に優れて
いる。
In the present invention, as the positive electrode active material, among various lithium transition metal composite oxides, lithium manganate having a cubic spinel structure having a stoichiometric composition represented by LiMn 2 O 4 (hereinafter, "Lithium manganate spinel") is preferably used. Lithium manganate spinel is a lithium cobalt oxide (LiC
oO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), the lithium capacity is small, but the electron conductivity is large, and the decrease in output is small even when the depth of discharge is deep, so a high-power battery Especially excellent as a material.

【0022】 なお、マンガン酸リチウムスピネルは、
このような化学量論組成のものに限定されるものではな
く、Mnの一部を1以上の他の元素で置換した、一般式
LiMXMn2-X4(Mは置換元素、Xは置換量を表
す。)で表されるマンガン酸リチウムスピネルも好適に
用いられる。このような元素置換を行ったマンガン酸リ
チウムスピネルにおいては、Li/Mn比が0.5超と
なる。
The lithium manganate spinel is
Such stoichiometry is not limited to those of the composition, by replacing part of Mn with one or more other elements, the general formula LiM X Mn 2-X O 4 (M is a substituted element, X is Lithium manganate spinel represented by (representing the amount of substitution) is also preferably used. In the lithium manganate spinel which has been subjected to such element substitution, the Li / Mn ratio is more than 0.5.

【0023】 置換元素Mとしては、以下、元素記号で
列記するが、Li、Fe、Mn、Ni、Mg、Zn、
B、Al、Co、Cr、Si、Ti、Sn、P、V、S
b、Nb、Ta、Mo、Wを挙げることができ、理論
上、Liは+1価、Fe、Mn、Ni、Mg、Znは+
2価、B、Al、Co、Crは+3価、Si、Ti、S
nは+4価、P、V、Sb、Nb、Taは+5価、M
o、Wは+6価のイオンとなり、LiMn24中に固溶
する元素である。但し、Co、Snについては+2価の
場合、Fe、Sb及びTiについては+3価の場合、M
nについては+3価、+4価の場合、Crについては+
4価、+6価の場合もあり得る。
The substitutional element M will be listed below by the element symbols, but Li, Fe, Mn, Ni, Mg, Zn,
B, Al, Co, Cr, Si, Ti, Sn, P, V, S
b, Nb, Ta, Mo, and W can be mentioned, and theoretically, Li has a +1 valence, and Fe, Mn, Ni, Mg, and Zn have +.
Divalent, B, Al, Co, Cr +3, Si, Ti, S
n is +4 valence, P, V, Sb, Nb, Ta is +5 valence, M
o and W are +6 valent ions and are elements that form a solid solution in LiMn 2 O 4 . However, when Co and Sn are +2 valence, and when Fe, Sb and Ti are +3 valence, M
+3 valence for n, +4 valence for Cr, + for Cr
It may be tetravalent or +6.

【0024】 従って、各種の置換元素Mは混合原子価
を有する状態で存在する場合があり、また、酸素の量に
ついては、必ずしも化学量論組成で表されるように4で
あることを必要とせず、結晶構造を維持するための範囲
内で欠損して、或いは過剰に存在していても構わない。
Therefore, various substitution elements M may exist in a state having mixed valences, and the amount of oxygen needs to be 4 as represented by the stoichiometric composition. Alternatively, it may be deficient or excessively present within the range for maintaining the crystal structure.

【0025】 以下、正極活物質としてマンガン酸リチ
ウムスピネルを用いることを前提とする。正極活物質、
即ち、マンガン酸リチウムスピネルの集電基板(金属
箔)への塗工は、マンガン酸リチウムスピネル粉末に溶
剤やバインダ等を添加して作製したスラリー或いはペー
スト(以下、「スラリー等」という。)を、ロールコー
タ法等を用いて、集電基板に塗布・乾燥することで行わ
れる。なお、正極活物質層の形成に当たっては、マンガ
ン酸リチウムスピネル粉末にアセチレンブラック或いは
カーボンブラック等の炭素微粉末が導電助材として加え
られる。
Hereinafter, it is assumed that lithium manganate spinel is used as the positive electrode active material. Positive electrode active material,
That is, the lithium manganate spinel is applied to the current collector substrate (metal foil) by using a slurry or paste (hereinafter referred to as “slurry or the like”) prepared by adding a solvent, a binder and the like to lithium manganate spinel powder. It is performed by coating and drying the current collecting substrate using a roll coater method or the like. In forming the positive electrode active material layer, fine carbon powder such as acetylene black or carbon black is added to the lithium manganate spinel powder as a conduction aid.

【0026】 得られた正極活物質層の組成は、通常、
正極活物質としてのマンガン酸リチウム100重量部に
対して、炭素微粉末1〜10重量部、有機物1〜10重
量部からなる。炭素微粉末は1重量部以下では抵抗低減
の効果を奏さないことがあり、一方、10重量部超で
は、スラリー等の作製が困難となることや、スラリー等
の作製に当たって添加するバインダ量を極端に多くしな
ければならず、返って抵抗の増大を招くことになること
がある等の問題を生ずる。
The composition of the obtained positive electrode active material layer is usually
It is composed of 1 to 10 parts by weight of carbon fine powder and 1 to 10 parts by weight of organic matter with respect to 100 parts by weight of lithium manganate as a positive electrode active material. If the carbon fine powder is less than 1 part by weight, it may not exert the effect of reducing the resistance. On the other hand, if it exceeds 10 parts by weight, it becomes difficult to prepare a slurry or the like, and the amount of the binder added in preparing the slurry or the like is extremely high. the must often be leads to an increase in the resistance returned
There are problems such as

【0027】 有機物の量は、ほぼバインダの量に等し
いが、スラリー等を作製したときに使用した有機溶剤が
マンガン酸リチウムスピネルに吸着して残留した分やバ
インダと結合しているものをも含むものである。有機物
(主にバインダ)が1重量部以下では正極活物質層に十
分な強度、可撓性が得られないことがあり、一方、有機
物(主にバインダ)は絶縁体であることから、10重量
部以上では正極活物質層の抵抗を増大させることがあ
る。
Although the amount of the organic substance is almost equal to the amount of the binder, the amount of the organic solvent used when the slurry or the like is produced includes the amount of the organic solvent adsorbed on and remaining in the lithium manganate spinel, and the amount of the organic solvent bound to the binder. It is a waste. If the amount of the organic substance (mainly the binder) is 1 part by weight or less, the positive electrode active material layer may not have sufficient strength and flexibility . On the other hand, the organic substance (mainly the binder) is an insulator, and therefore 10 parts by weight. in part than it is to increase the resistance of the positive electrode active material layer.

【0028】 一方、負極板3は、正極板2と同様にし
て作製することができる。負極板3の集電基板として
は、銅箔又はニッケル箔等の負極電気化学反応に対する
耐蝕性が良好な金属箔が好適に用いられる。負極活物質
としては、ソフトカーボンやハードカーボンといったア
モルファス系炭素質材料や、人造黒鉛や天然黒鉛等の高
黒鉛化炭素質粉末が用いられる。このうち、本発明にお
いては、高黒鉛化炭素繊維が好適に用いられる。
On the other hand, the negative electrode plate 3 can be manufactured in the same manner as the positive electrode plate 2. As the current collecting substrate of the negative electrode plate 3, a metal foil such as a copper foil or a nickel foil having a good corrosion resistance against a negative electrode electrochemical reaction is preferably used. As the negative electrode active material, an amorphous carbonaceous material such as soft carbon or hard carbon, or highly graphitized carbonaceous powder such as artificial graphite or natural graphite is used. Of these, highly graphitized carbon fibers are preferably used in the present invention.

【0029】 セパレータ4としては、マイクロポアを
有するLiイオン透過性のポリエチレンフィルム(PE
フィルム)を、多孔性のLiイオン透過性のポリプロピ
レンフィルム(PPフィルム)で挟んだ三層構造とした
ものが好適に用いられる。これは、捲回体の温度が上昇
した場合に、PEフィルムが約130℃で軟化してマイ
クロポアが潰れ、Liイオンの移動即ち電池反応を抑制
する安全機構を兼ねたものである。そして、このPEフ
ィルムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持するこ
とによって、PEフィルムが軟化した場合においても、
PPフィルムが形状を保持して正極板2と負極板3の接
触・短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確
保が可能となる。
As the separator 4, a Li ion permeable polyethylene film (PE having micropores) is used.
A film having a three-layer structure in which a porous Li ion permeable polypropylene film (PP film) is sandwiched is preferably used. This is because the PE film is softened at about 130 ° C. and the micropores are crushed when the temperature of the wound body rises, and also serves as a safety mechanism for suppressing the movement of Li ions, that is, the battery reaction. Then, by sandwiching this PE film between PP films having a higher softening temperature, even when the PE film is softened,
The PP film retains its shape to prevent contact and short circuit between the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3, and it is possible to reliably suppress battery reaction and ensure safety.

【0030】 この電極板2、3とセパレータ4を巻芯
6周りに捲回する作業の際に、電極板2、3において電
極活物質の塗工されていない集電基板が露出した部分
に、タブ5がそれぞれ取り付けられる。つまり、電極板
2、3は、集電基板の幅方向の少なくとも一端に正極活
物質層が形成されていないストライプ構造及び複数箇所
から集電する構成を有している。また、このような捲回
作業は、捲回方向長さが1m以上の電極板を用いる場合
に好適に採用される。
During the work of winding the electrode plates 2 and 3 and the separator 4 around the winding core 6, a portion of the electrode plates 2 and 3 to which the current collecting substrate not coated with the electrode active material is exposed, The tabs 5 are attached respectively. That is, the electrode plates 2 and 3 have a striped structure in which the positive electrode active material layer is not formed on at least one end in the width direction of the current collector substrate and a plurality of portions.
It has a configuration to collect current from . Further, such a winding operation is suitably adopted when an electrode plate having a length in the winding direction of 1 m or more is used.

【0031】 タブ5としては、それぞれの電極板2
3の集電基板と同じ材質からなる箔状のものが好適に用
いられる。タブ5の電極板23への取り付けは、超音
波溶接やスポット溶接等を用いて行うことができる。こ
のとき、図1に示されるように、捲回体1の一端面に一
方の電極のタブが配置されるようにタブ5をそれぞれ取
り付けると、タブ5間の接触を防止することができ、好
ましい。
As the tabs 5, the respective electrode plates 2 ,
A foil-shaped one made of the same material as the collector substrate 3 is preferably used. The tab 5 can be attached to the electrode plates 2 and 3 by ultrasonic welding, spot welding or the like. At this time, as shown in FIG. 1, if the tabs 5 are attached so that the tabs of one electrode are arranged on one end surface of the wound body 1, contact between the tabs 5 can be prevented, which is preferable. .

【0032】 電池の組立に当たっては、先ず、電流を
外部に取り出すための端子とのタブ5との導通を確保し
つつ、作製された捲回体1を電池ケースに挿入して安定
な位置にホールドする。その後、非水電解液を含浸させ
た後に、電池ケースを封止することで電池を作製するこ
とができる。本発明において、電池ケースの形状や構
造、或いは捲回体1におけるタブ5と電池端子との接続
の形態には何ら制限がないことはいうまでもない。
In assembling the battery, first, while maintaining electrical continuity between the terminal 5 for taking out an electric current and the tab 5, the manufactured wound body 1 is inserted into the battery case and held at a stable position. To do. Then, after impregnating the non-aqueous electrolyte, the battery can be sealed by sealing the battery case. In the present invention, it goes without saying that there is no limitation on the shape or structure of the battery case or the form of connection between the tab 5 and the battery terminal in the wound body 1.

【0033】 なお、非水電解液としては、六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6)やホウフッ化リチウム(L
iBF4)等のリチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩
素酸リチウム(LiClO4)といったリチウムハロゲ
ン化物等から選ばれた1種類又は2種類以上の電解質
を、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネ
ート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系
溶媒やγ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、アセ
トニトリル等の単独溶媒又は混合溶媒に溶解してなるも
のが好適に用いられる。
As the non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium borofluoride (L
A lithium complex fluorine compound such as iBF 4 ), or one or more electrolytes selected from lithium halides such as lithium perchlorate (LiClO 4 ), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), Those dissolved in a carbonate ester solvent such as dimethyl carbonate (DMC) or propylene carbonate (PC) or a single solvent such as γ-butyrolactone, tetrahydrofuran or acetonitrile, or a mixed solvent are preferably used.

【0034】 次に、前述した捲回体1を作製するに当
たって行うべき、正極板の加工処理について更に詳細に
説明する。集電基板に塗工された正極活物質層は、スラ
リーやスリップ、ペーストを用いた塗工後に乾燥させた
ままの状態では気孔率が大きく、嵩密度が小さい。この
状態で捲回体1を作製すると、正極板の抵抗に起因して
捲回体1の内部抵抗が大きくなり、高出力電池として使
用することが極めて困難となるだけでなく、捲回体1体
積が大きなものとなり、電池が大型化する問題がある。
Next, the processing treatment of the positive electrode plate, which should be performed in producing the above-described wound body 1, will be described in more detail. The positive electrode active material layer coated on the current collecting substrate has a large porosity and a small bulk density in a state where it is dried after being coated with a slurry, a slip, or a paste. If the wound body 1 is manufactured in this state, the internal resistance of the wound body 1 becomes large due to the resistance of the positive electrode plate, which makes it extremely difficult to use it as a high-power battery. There is a problem that the volume becomes large and the battery becomes large.

【0035】 従って、正極活物質層の嵩密度を上げる
と共に、同時に、非水電解液が十分に正極活物質層内に
含浸する程度の気孔率を確保することが必要となる。こ
のとき、例えば、二次粒子が破壊されることのないよう
にする等、マンガン酸リチウムスピネル粉末の形態を壊
さないことも重要となる。そこで本発明においては、正
極活物質にマンガン酸リチウムスピネルを用いてなる正
極活物質層の嵩密度は、2g/cm3以上3.5g/c
3以下とされる。
Therefore, it is necessary to increase the bulk density of the positive electrode active material layer and, at the same time, secure the porosity to such an extent that the nonaqueous electrolytic solution is sufficiently impregnated into the positive electrode active material layer. At this time, it is important not to destroy the form of the lithium manganate spinel powder, for example, to prevent the secondary particles from being destroyed. Therefore, in the present invention, the bulk density of the positive electrode active material layer formed by using lithium manganate spinel as the positive electrode active material is 2 g / cm 3 or more and 3.5 g / c or more.
m 3 are below.

【0036】 なお、後述する実施例に示すように正極
活物質層の嵩密度が2g/cm3以下の場合には、抵抗
がばらつき、安定した品質の電池を提供することに問題
がある。また、電極体積が大きいために、電池が大型と
なる問題がある。一方、正極活物質層の嵩密度を3.5
g/cm3以上とする場合には、処理工程上の問題とし
て、緻密化の際に集電基板に皺が生じたり、集電基板が
切れる等の損傷が起こることが挙げられる。また、正極
活物質層の嵩密度を3.5g/cm 3以上としても、抵
抗は大きくは低下せず、逆に、非水電解液の含浸が起こ
り難くなる等の問題を生ずる。
In addition, as shown in Examples described later, the positive electrode
The bulk density of the active material layer is 2 g / cm3Resistance if
Variation, and problems in providing stable quality batteries
There is. Also, because the electrode volume is large, the battery is
There is a problem. On the other hand, the positive electrode active material layer has a bulk density of 3.5.
g / cm3In the case of above, there is a problem in the treatment process.
As a result, wrinkles may occur on the current collecting substrate during densification, or the current collecting substrate may
It can be mentioned that damage such as cutting occurs. Also, the positive electrode
The bulk density of the active material layer is 3.5 g / cm 3Even above
The resistance does not decrease significantly, and conversely, impregnation of the non-aqueous electrolyte occurs.
It causes problems such as being difficult to control.

【0037】 前述した方法により集電基板表面に正極
活物質層を形成した後、正極活物質層の嵩密度をこのよ
うな所定の範囲に納める方法としては、温間ロールプレ
スを用いる方法が好適に用いられる。温間ロールプレス
におけるロール温度は、80℃以上180℃以下とする
ことが好ましく、より好ましい温度範囲は、100℃以
上150℃以下である。ロール温度が低い場合には正極
活物質層の弾性が大きく、高密度化が図り難いことがあ
等の問題があり、一方、ロール温度が高い場合にはバ
インダが溶解してしまい、圧縮により正極活物質層が潰
れて外周へはみ出たり、正極活物質層が集電基板から剥
離して、ロールに付着することがある等の問題が生ず
る。
After forming the positive electrode active material layer on the surface of the current collector substrate by the above-mentioned method, as a method for keeping the bulk density of the positive electrode active material layer within such a predetermined range, a method using a warm roll press is preferable. Used for. The roll temperature in the warm roll press is preferably 80 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and a more preferable temperature range is 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. When the roll temperature is low, the elasticity of the positive electrode active material layer is large, and it may be difficult to achieve high density.
There are problems such as that, whereas, when the roll temperature is high will the dissolved binder, or protrude into the outer periphery crushed cathode active material layer by compression, a positive electrode active material layer is peeled off from the current collector substrate, problems such as may be attached to the roll occurs.

【0038】 また、ロール直径は、正極活物質層に対
して平面的にプレスを行うことが好ましいことから、3
00mmφ以上とすることが好ましく、一方、ロールプ
レス装置の大型化やプレス面の平行精度や形状精度を保
つ点からは1000mmφ以下とすることが好ましい。
ロールの表面材質は、硬質クロムメッキ等の硬質金属で
あることが好ましい。このような正極板についての温間
ロールによるロールプレスは、負極板における負極活物
質層の嵩密度の調整にも用いることができることはいう
までもない。
The roll diameter is preferably 3 because it is preferable to press the positive electrode active material layer flatly.
The diameter is preferably not less than 00 mmφ, and is preferably not more than 1000 mmφ from the viewpoint of increasing the size of the roll pressing device and maintaining the parallel accuracy and shape accuracy of the press surface.
The surface material of the roll is preferably hard metal such as hard chrome plating. Needless to say, the roll pressing of the positive electrode plate with a warm roll can be used for adjusting the bulk density of the negative electrode active material layer in the negative electrode plate.

【0039】 なお、ロールの回転速度、つまり正極板
の送り速度や、ロール圧力は、電極活物質層の嵩密度を
前述した範囲に納めることができる範囲で任意に調節す
ることが可能である。例えば、圧力を低くして複数回ロ
ールプレスを行うと、作業工程としては時間のかかるも
のとなるが、集電基板の損傷を最小限に止めることが可
能となる。一方、圧力を高くすると、プレス回数は少な
くできるが、集電基板に皺が生ずる等の問題を引き起こ
しかねない。また、正極板の送り速度を速くすると正極
板に皺が生じやすくなり、送り速度が遅い場合には作業
時間が長くかかるデメリットがある。なお、ロールプレ
スを複数回に分けて行う場合には、各回のロール温度、
プレス圧力、送り速度はそれぞれ任意に変更して決定す
ることができることはいうまでもない。
The rotation speed of the roll, that is, the feed speed of the positive electrode plate and the roll pressure can be arbitrarily adjusted within a range that allows the bulk density of the electrode active material layer to be within the above-described range. For example, when the pressure is lowered and the roll pressing is performed a plurality of times, the work process takes time, but damage to the current collecting substrate can be minimized. On the other hand, if the pressure is increased, the number of presses can be reduced, but this may cause a problem such as wrinkles on the current collecting substrate. Further, if the feeding speed of the positive electrode plate is increased, wrinkles are likely to occur on the positive electrode plate, and if the feeding speed is slow, there is a demerit that work time is long. In addition, when performing the roll press in multiple times, the roll temperature of each time,
It goes without saying that the press pressure and the feed rate can be arbitrarily changed and determined.

【0040】 このようにして、捲回体1を作製する前
段階で、正極活物質層の嵩密度を所定の範囲とすること
ができるが、このときに、正極板に多少の皺が生ずる場
合もある。このような正極板を不良として除外していた
のでは生産効率の向上は望まれない。従って、多少の皺
等の欠陥があっても、電池特性に影響を及ぼさない程度
のものであれば、電池として用いることができるように
捲回体を作製することも重要な技術となる。
In this way, the volume density of the positive electrode active material layer can be set within a predetermined range before the wound body 1 is manufactured, but at this time, some wrinkles are formed on the positive electrode plate. There is also. If such a positive electrode plate is excluded as a defect, improvement in production efficiency is not desired. Therefore, it is also an important technique to fabricate a wound body so that it can be used as a battery as long as it does not affect the battery characteristics even if there are some defects such as wrinkles.

【0041】 そこで、本発明においては、図2の説明
図に示されるように、電極板2・3とセパレータ4が、
巻芯6と加圧ローラー7によって挟まれ、プレスされな
がら、巻芯外周に捲回されるようにして、捲回型電極体
を作製する方法も好適に採用される。このように、捲回
時に強制的に圧力を加えることで、電極板の皺等の変形
を強制し、かつ、電極板2・3を高密度に捲回すること
が可能となる。なお、図2ではタブは省略して図示して
いない。
Therefore, in the present invention, as shown in the explanatory view of FIG. 2, the electrode plates 2 and 3 and the separator 4 are
A method of producing a wound-type electrode body by sandwiching the core 6 and the pressure roller 7 and pressing the core 6 while winding the core is also preferably employed. In this way, by forcibly applying pressure during winding, it is possible to forcibly deform the electrode plates such as wrinkles and to wind the electrode plates 2 and 3 at high density. The tabs are omitted in FIG.

【0042】 さて、本発明のリチウム二次電池用捲回
型電極体の作製方法で得られる捲回型電極体を用いたリ
チウム二次電池においては、捲回体の構成部材以外の他
の電池構成部材、例えば、電池ケースや電池を外部付加
等と接続するための外部端子等の形状には、何ら制限は
ない。このようなリチウム二次電池は、低内部抵抗であ
り、また、後述するように体積エネルギー密度の増大も
図ることができることから、大電流の放電を頻繁に行う
必要がある電気自動車又はハイブリッド電気自動車の電
源、特にモータ駆動用電源電池として、好ましい特性を
示す。なお、本発明に用いられる正極板の捲回方向長さ
は1m以上であることから、本発明で得られるリチウム
二次電池用捲回型電極体は、電池容量としては比較的大
きな、具体的には2Ah以上の電池に好適に用いられ
る。
Now, in the lithium secondary battery using the wound type electrode body obtained by the method for producing a wound type electrode body for a lithium secondary battery of the present invention, batteries other than the constituent members of the wound body are used. There is no limitation on the shapes of the constituent members such as the battery case and the external terminals for connecting the battery to an external addition. Since such a lithium secondary battery has a low internal resistance and can increase the volume energy density as described later, it is necessary to frequently discharge a large current in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. It has preferable characteristics as a power source, especially as a power source battery for driving a motor. Since the length of the positive electrode plate used in the present invention in the winding direction is 1 m or more, the lithium obtained in the present invention is
The wound electrode body for a secondary battery is suitably used for a battery having a relatively large battery capacity, specifically, a battery having a capacity of 2 Ah or more.

【0043】 以下、本発明を実施例により更に詳細に
説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるもので
ないことはいうまでもない。正極活物質としては
nの一部をLiで置換したLi1+XMn2-X4(X=
0.1、Li/Mn=0.58)、 Mnの一部をLi
で置換したLi1+XMn2-X4(X=0.15、Li/
Mn=0.62)、 Mnの一部をNi及びTiで2元
素置換したLi(NiTi)XMn2-X4(X=0.
2、Li/Mn=0.56)、 Mnの一部をMg及び
Tiで2元素置換したLi(MgTi)XMn2-X
4(X=0.2、Li/Mn=0.56)、の種類の
マンガン酸リチウムスピネルを用いた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
As described, the present invention is not limited to the following examples.
It goes without saying that there is no such thing. As a positive electrode active material,M
Li in which a part of n is replaced with Li1 + XMn2-XOFour(X =
0.1, Li / Mn = 0.58), Part of Mn is Li
Li replaced by1 + XMn2-XOFour(X = 0.15, Li /
Mn = 0.62), Binary part of Mn with Ni and Ti
Elementally substituted Li (NiTi)XMn2-XOFour(X = 0.
2, Li / Mn = 0.56), Part of Mn is Mg and
Li (MgTi) with two elements replaced by TiXMn2-XO
Four(X = 0.2, Li / Mn = 0.56),FourKind of
Lithium manganate spinel was used.

【0044】 これら〜 種類の異なる組成のマ
ンガン酸リチウムスピネルを用い、各材料について、4
重量%相当のアセチレンブラック粉末、6重量%相当の
バインダ(PVDF:ポリフッ化ビニリデン)を添加
し、これらをNMP(N−メチル−2−ピロリドン)に
均一に分散(PVDFはNMPに溶解)させ、スラリー
を作製した。
These ~ ofFourMa of different composition
Using lithium nganate spinel, 4 for each material
Acetylene black powder equivalent to 6% by weight, equivalent to 6% by weight
Add binder (PVDF: polyvinylidene fluoride)
And convert them to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone)
Disperse evenly (PVDF dissolved in NMP) and slurry
Was produced.

【0045】 このスラリーを用いて、正極活物質層形
成後の正極活物質層の重量密度が片面について12mg
/cm2となるように、厚み20μm、幅100mmの
アルミ箔(集電基板)上に両面塗工した。その後、得ら
れた正極板を温間ロールプレスすることにより正極活物
質層の密度を増加させ、このとき、温間ロールプレス条
件を変化させることにより、正極活物質層の嵩密度が異
なる種々の正極板を得た。
Using this slurry, the weight density of the positive electrode active material layer after forming the positive electrode active material layer was 12 mg on one side.
Both sides were coated on an aluminum foil (collector substrate) having a thickness of 20 μm and a width of 100 mm so that the thickness would be / cm 2 . Then, the density of the positive electrode active material layer is increased by warm-rolling the obtained positive electrode plate, and at this time, by changing the warm roll-pressing conditions, various bulk densities of the positive electrode active material layer are different. A positive electrode plate was obtained.

【0046】 正極活物質層の嵩密度は、温間ロールプ
レス後の正極板から20mmφの円板を打ち抜き、その
重量と厚みから算出した。即ち、予め厚み20μm、直
径20mmφのアルミ箔の重量を測定しておき、このア
ルミ箔単体の重量を正極板から打ち抜いた20mmφ試
料の重量から引くことで、正極活物質層部分の重量を算
出し、一方、温間ロールプレス時の厚みの変化は正極活
物質層の部分のみであるとして、20mmφ試料の総厚
みからアルミ箔の厚みである20μmを差し引いて、正
極活物質層厚みとし、形状と重量とから正極活物質層の
嵩密度を算出した。なお、この嵩密度測定方法は当然に
破壊試験となるため、得られた嵩密度の値を、同時に同
条件で作製した正極板における正極活物質層の代表値と
した。
The bulk density of the positive electrode active material layer was calculated from the weight and thickness of a 20 mmφ disc punched out from the positive electrode plate after warm roll pressing. That is, the weight of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a diameter of 20 mmφ is measured in advance, and the weight of the aluminum foil alone is subtracted from the weight of a 20 mmφ sample punched from the positive electrode plate to calculate the weight of the positive electrode active material layer portion. On the other hand, assuming that the change in thickness during warm roll pressing is only in the positive electrode active material layer portion, the thickness of the positive electrode active material layer is subtracted by subtracting 20 μm, which is the thickness of the aluminum foil, from the total thickness of the 20 mmφ sample to obtain the shape of the positive electrode active material layer. The bulk density of the positive electrode active material layer was calculated from the weight. Since this bulk density measuring method is naturally a destructive test, the obtained bulk density value was simultaneously used as a representative value of the positive electrode active material layer in the positive electrode plate manufactured under the same conditions.

【0047】 一方、負極板は、高黒鉛化炭素繊維を負
極活物質として用い、これに5重量%相当のPVDFを
添加したものを、NMPに均一に分散(PVDFはNM
Pに溶解)させてスラリーを作製し、集電基板として厚
さ10μm、幅100mmの銅箔を用い、前述した正極
板の作製方法と同様にして、塗工、温間ロールプレス処
理等を行うことで作製した。なお、上述の通りに作製し
た正極板、負極板は共に、集電タブを取り付けるため
に、幅方向少なくとも一端に電極活物質層が形成されて
いないストライプ塗工を施したものである。
On the other hand, for the negative electrode plate, a highly graphitized carbon fiber was used as a negative electrode active material, and 5% by weight of PVDF was added to the negative electrode plate and uniformly dispersed in NMP (PVDF is NM
Dissolving in P) to prepare a slurry, and using a copper foil having a thickness of 10 μm and a width of 100 mm as a current collector substrate, coating, warm roll press treatment and the like are performed in the same manner as in the above-described method for producing a positive electrode plate. It was made by that. Both the positive electrode plate and the negative electrode plate manufactured as described above are stripe-coated with no electrode active material layer formed on at least one end in the width direction in order to attach a current collecting tab.

【0048】 前述した正極板のロールプレスによる正
極活物質層の嵩密度の調整については、まず、通常の室
温ロールプレス(電極板の予備加熱、或いはロールの加
熱を行わないもの)を使用した場合、ロールプレス後の
正極活物質層の嵩密度が2.2g/cm3以上となるあ
たりから、急激に正極板が波打つように変形し、集電基
板と正極活物質層と境界付近に細かい皺が発生した。こ
のような皺は、集電基板においては、正極活物質層が形
成されている部分は加圧により伸びが生ずるが、正極活
物質層が形成されていない部分には圧力がかからずに伸
びが生じないことに起因すると考えられた。このような
正極板を用いると、後工程の捲回体の作製時に正極板全
体に大きな皺(波打ち)が発生し、捲回体の作製が不可
能となった。つまり、室温ロールプレスでは、正極活物
質層の嵩密度を2.2g/cm3以上とすることが困難
であった。
Regarding the adjustment of the bulk density of the positive electrode active material layer by the roll press of the positive electrode plate described above, firstly, a case of using a normal room temperature roll press (one in which the electrode plate is not preheated or the roll is not heated) When the bulk density of the positive electrode active material layer after roll pressing reaches 2.2 g / cm 3 or more, the positive electrode plate suddenly deforms like a wave, and fine wrinkles are formed near the boundary between the current collecting substrate and the positive electrode active material layer. There has occurred. In such a wrinkle, in the current collecting substrate, the portion where the positive electrode active material layer is formed expands due to pressure, but the portion where the positive electrode active material layer is not formed expands without applying pressure. It was thought that this was due to the fact that When such a positive electrode plate is used, large wrinkles (waviness) are generated on the entire positive electrode plate during the production of the wound body in the subsequent step, making it impossible to produce the wound body. That is, it has been difficult to make the bulk density of the positive electrode active material layer to be 2.2 g / cm 3 or more by the room temperature roll pressing.

【0049】 そこで、温間ロールプレスを使用して正
極活物質層の嵩密度が1.5〜3.5g/cm3程度と
なる正極板を作製した。温間ロールプレスを用いた場合
には、正極活物質層の嵩密度が3.0g/cm3を超え
たあたりから小さい皺の発生等の変形が、少し観察され
る様になったが、後述する捲回体の作製時に、テンショ
ン(張力)のみでなく、ローラー加圧を併用すること
で、電池の作製は十分に可能であった。
Then, a warm roll press was used to produce a positive electrode plate having a positive electrode active material layer having a bulk density of about 1.5 to 3.5 g / cm 3 . When a warm roll press was used, some deformation such as generation of small wrinkles was observed when the bulk density of the positive electrode active material layer exceeded 3.0 g / cm 3 , but it will be described later. By using not only tension (tension) but also roller pressing at the time of manufacturing the wound body, it was possible to sufficiently manufacture the battery.

【0050】 しかし、正極活物質層の嵩密度を3.5
g/cm3以上としようとすると、正極板の変形が更に
大きくなり、捲回時にローラー加圧を併用しても、正極
板が波打って皺が発生し、捲回体の作製が不可能であっ
た。また、3.5g/cm3以上の嵩密度が得られた正
極板の微構造をSEMにより観察したところ、正極活物
質であるマンガン酸リチウムスピネルの2次粒子が、破
壊して1次粒子化している部分が多く観察された。2次
粒子は1次粒子同士が強固に結合しており、単なる粒子
同士の接触よりも電子伝導性が高いと考えられ、従っ
て、2次粒子を破壊してまで嵩密度を上げて、捲回体が
作製できたとしても、抵抗低減の効果は期待できない。
However, the positive electrode active material layer has a bulk density of 3.5.
If it is set to g / cm 3 or more, the deformation of the positive electrode plate is further increased, and even if roller pressing is used at the time of winding, the positive electrode plate becomes wavy and wrinkles occur, making it impossible to produce a wound body. Met. Further, when the microstructure of the positive electrode plate having a bulk density of 3.5 g / cm 3 or more was observed by SEM, the secondary particles of lithium manganate spinel, which is the positive electrode active material, were destroyed and turned into primary particles. Many parts were observed. The secondary particles are such that the primary particles are firmly bonded to each other and are considered to have higher electron conductivity than the simple contact between particles. Therefore, the secondary particles are destroyed to increase the bulk density and to be wound. Even if the body can be manufactured, the effect of reducing the resistance cannot be expected.

【0051】 ロールプレス時の温度については80〜
180℃とすることが好ましく、80℃以上にすること
により正極活物質層中のバインダを軟化させ、プレス時
の変形を容易ならしめ、正極活物質層の緻密化を図りつ
つ、正極板の伸び、変形、皺の発生を抑制することが
となる。なお、80℃未満ではバインダの軟化が起こ
り難いことがあり、従って、室温プレスと同様に、正極
活物質層の嵩密度を高めるにも限界がある。一方、18
0℃以上の高温では、バインダが溶融する等の変質が起
こり、正極活物質層が集電基板から剥離してロールに付
着することがある等、温間ロールプレス処理が良好に行
えないことがある
The temperature at the time of roll pressing is 80 to
The temperature is preferably 180 ° C., and the temperature of 80 ° C. or higher softens the binder in the positive electrode active material layer, facilitates deformation during pressing, and densifies the positive electrode active material layer, while expanding the positive electrode plate. , deformation, making it possible to suppress the generation of wrinkles ml
It will be easy . If the temperature is lower than 80 ° C., the softening of the binder may be difficult to occur. Therefore, similarly to the room temperature pressing, there is a limit to increase the bulk density of the positive electrode active material layer. On the other hand, 18
The 0 ℃ or more high temperature binder occurs deterioration such as melting, etc. positive electrode active material layer may be adhered to the roll by peeling from the current collector substrate, and the roll pressing treatment is not satisfactorily performed warm There is .

【0052】 温間ロールプレスにおけるロール温度
は、特に、100〜150℃のときに、正極板の変形
(伸び、皺、波打ちの発生)も少なく、安定的な温間ロ
ールプレス処理が可能であった。また、ロール径が大き
いほど正極板の変形(伸び、皺、波打ちの発生)が抑制
された。ロール径は300mmφ以上であることが好ま
しいが、ロール径が大きくなると機械作製及び形状精度
の達成が困難となることがある問題がある。また、加温
した場合にロールの均熱性を確保することが困難とな
り、熱膨張等の変形も大きくなることがある問題もあ
る。従って、このような観点からロール径は1000m
mφ以下とすることが好ましい。上述した温間ロールプ
レスの条件は、負極板の温間ロールプレスにも、同様に
適用することができる。
When the roll temperature in the warm roll press is 100 to 150 ° C., the positive electrode plate is less likely to be deformed (elongation, wrinkles, corrugations are generated) and a stable warm roll press treatment is possible. It was Further, the larger the roll diameter, the more the deformation of the positive electrode plate (elongation, wrinkles, and waviness) was suppressed. The roll diameter is preferably 300 mmφ or more, but there is a problem that when the roll diameter becomes large, it may be difficult to machine and achieve shape accuracy. In addition, there is a problem that it becomes difficult to ensure the heat uniformity of the roll when heated, and the deformation such as thermal expansion may increase. Therefore, from this point of view, the roll diameter is 1000 m.
It is preferable to set it to mφ or less. The conditions of the warm roll press described above can be similarly applied to the warm roll press of the negative electrode plate.

【0053】 次に、ロールプレス後の正極板6000
mm、負極板6500mmとをPP/PE/PPの三層
セパレータを介して捲回し、捲回体を作製した。正極活
物質層の嵩密度が3.0g/cm3未満のものについて
は、テンションのみでの捲回とした。ここで、「テンシ
ョンのみでの捲回」とは、巻芯に正極板、負極板、セパ
レータ(2枚)の計4枚のシートを巻き付け、各々のシ
ートを引っ張りながら捲回することを意味する。
Next, the positive electrode plate 6000 after roll pressing
mm and the negative electrode plate 6500 mm were wound with a PP / PE / PP three-layer separator interposed therebetween to produce a wound body. The positive electrode active material layer having a bulk density of less than 3.0 g / cm 3 was wound only with tension. Here, "winding only with tension" means winding a total of four sheets of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator (two sheets) around a winding core, and winding each sheet while pulling each sheet. .

【0054】 一方、正極活物質層の嵩密度が3.0g
/cm3以上の正極板を用いた場合には、捲回時にテン
ションをかけつつ、加圧ローラーを併用した。正極活物
質層の嵩密度が3.0g/cm3の正極板では、前述し
た通り、ロールプレス後に皺等の僅かな変形が生じてい
る場合が殆どであり、この場合には、いくら捲回時のテ
ンションを大きくしても、テンションがかかる部分は伸
び等の変形がないか若しくは少ない正極活物質層の形成
されていない未塗工部分のみとなるので、電極活物質層
どうしが対向する部分へは緊圧が得られ難い。
On the other hand, the positive electrode active material layer has a bulk density of 3.0 g.
In the case of using a positive electrode plate of / cm 3 or more, a pressure roller was also used while applying tension during winding. As described above, in the positive electrode plate having a positive electrode active material layer having a bulk density of 3.0 g / cm 3 , in most cases, slight deformation such as wrinkles occurs after roll pressing. Even if the tension at the time is increased, the part to which the tension is applied is the uncoated part where the positive electrode active material layer is not formed or has little deformation such as elongation. Therefore, the part where the electrode active material layers face each other. It is difficult to get the tension.

【0055】 そこで、加圧ローラーを併用して捲回体
を作製することにより、電極活物質どうしが対向する部
分に緊圧を与え、隙間ができないように工夫して捲回す
る作製方法を採ることにより、正極板に変形がある場合
においても、捲回体の作製が可能となり、正極活物質層
の高嵩密度化による抵抗低減の効果を電池特性に反映す
ることが可能となることが明らかとなった。
Therefore, a manufacturing method is adopted in which a wound body is manufactured by using a pressure roller in combination to apply a tight pressure to a portion where the electrode active materials face each other so that no gap is formed. This makes it possible to manufacture a wound body even when the positive electrode plate is deformed, and it is possible to reflect the effect of resistance reduction by increasing the bulk density of the positive electrode active material layer on the battery characteristics. Became.

【0056】 そこで、上述のようにして、捲回体を作
製後、捲回体をアルミケースに挿入し、溶媒としてEC
とDECの等体積混合溶媒に電解質としてのLiPF 6
を1mol/lの濃度となるように溶解して作製した非
水電解液を注入、真空含浸後、封口して電池を作製し
た。
Therefore, after manufacturing the wound body as described above, the wound body is inserted into an aluminum case, and EC is used as a solvent.
And DEC in equal volume mixed solvent LiPF 6 as electrolyte
Was dissolved to have a concentration of 1 mol / l, a non-aqueous electrolyte solution prepared by injection was injected, and after vacuum impregnation, the battery was sealed by sealing.

【0057】 ここで、捲回体の作製に当たっては、正
極活物質層の嵩密度が異なる、即ち、全体厚みの異なる
正極板を、同じ長さだけ使用しているので、各捲回体の
直径は個々に異なるものとなるが、マンガン酸リチウム
スピネルの組成が同じである場合には、最初の塗工条件
は同じであるから、当然に、塗工されたマンガン酸リチ
ウムスピネルの重量は同じとなる。このため、電池容量
は、正極活物質層の嵩密度に依存せず、マンガン酸リチ
ウムスピネルの組成にのみ依存して、一定であった。即
ち、電池容量は、前述したマンガン酸リチウムスピネル
について:8.5Ah、 :8.0Ah、
:7.5Ah、 :7.5Ahであった。
Here, when manufacturing the wound body,
The bulk density of the active material layer is different, that is, the total thickness is different.
Since the positive electrode plate is used for the same length,
Lithium manganate has different diameters
If the spinel composition is the same, the initial coating conditions
Are, of course, the same, so of course, coated lithiated manganate
Eum spinel has the same weight. Therefore, the battery capacity
Does not depend on the bulk density of the positive electrode active material layer, and
It was constant, depending only on the composition of um spinel. Immediately
The battery capacity is the above-mentioned lithium manganate spinel.
~ about,: 8.5 Ah, : 8.0 Ah,
: 7.5 Ah, Was 7.5 Ah.

【0058】 各電池について、4A定電流充電後に
4.1V定電圧充電を行っい、その後に8A定電流放電
を電池端子電圧が2.5Vとなるまで行った際の放電容
量を電池容量とした。また、各電池における内部抵抗
を、放電開始時の電圧降下から計算した。即ち、充電後
の休止中放電直前の電池端子電圧と放電開始直後(本試
験では1秒後とした。)の電池端子電圧との差を放電電
流である8Aで除したものを、電池内部抵抗と定めた。
For each battery, a constant voltage charge of 4 A was performed, and then a constant voltage charge of 4.1 V was performed, and then a constant current discharge of 8 A was performed until the battery terminal voltage reached 2.5 V, and the discharge capacity was defined as the battery capacity. . The internal resistance of each battery was calculated from the voltage drop at the start of discharge. That is, the difference between the battery terminal voltage immediately before discharging and during battery rest after charging and immediately after starting discharging (after 1 second in this test) divided by the discharge current of 8 A is the internal resistance of the battery. I decided.

【0059】 図3に各電池における正極活物質層の嵩
密度と電池内部抵抗との関係を、マンガン酸リチウムス
ピネルの組成別に示す。図3から、正極活物質層の嵩密
度を2.0g/cm3以上にすることにより、低内部抵
抗の電池を安定的に、つまり、電池毎の特性のバラツキ
が少ないようにして、得ることが可能であることがわか
る。正極活物質層の嵩密度が大きい場合には、前述した
通り、電池容量は同じでも捲回体体積は小さくなり、従
って、電池体積の小型化が図れ、電池の体積容量密度や
体積エネルギー密度の点で有利となる。このような観点
からは、正極活物質層の嵩密度は2.5g/cm3以上
とすることが好ましい。
FIG. 3 shows the relationship between the bulk density of the positive electrode active material layer in each battery and the battery internal resistance for each composition of lithium manganate spinel. From FIG. 3, by obtaining the positive electrode active material layer with a bulk density of 2.0 g / cm 3 or more, it is possible to obtain a battery having a low internal resistance stably, that is, with little variation in the characteristics of each battery. It turns out that is possible. When the positive electrode active material layer has a large bulk density, as described above, the volume of the wound body is small even if the battery capacity is the same. Therefore, the battery volume can be downsized and the volume capacity density and volume energy density of the battery can be reduced. It is advantageous in terms. From this point of view, the bulk density of the positive electrode active material layer is preferably 2.5 g / cm 3 or more.

【0060】 次に、マンガン酸リチウムスピネルの組
成の違いについても考察すると、どの組成のマンガン酸
リチウムスピネルを用いても、正極活物質層の嵩密度を
2.0g/cm3以上とした場合に、安定的に低内部抵
抗の電池が得られることがわかる。この結果は、換言す
れば、電池の抵抗特性は、正極活物質層の嵩密度の違い
に基づく正極板の抵抗の違いを顕著に反映していること
を示している。なお、図3から、Li/Mn比が0.5
を超える場合に、より低い内部抵抗値が得られ好ましい
ことがわかり、特に2元素置換を行ったマンガン酸リ
チウムを用いることが好ましいことがわかる
Next, considering the difference in the composition of the lithium manganate spinel, no matter which composition of the lithium manganate spinel is used, when the bulk density of the positive electrode active material layer is 2.0 g / cm 3 or more. It can be seen that a battery having a low internal resistance can be stably obtained. In other words, this result indicates that the resistance characteristics of the battery remarkably reflect the difference in the resistance of the positive electrode plate due to the difference in the bulk density of the positive electrode active material layer. From FIG. 3, the Li / Mn ratio is 0.5.
The if more than found to be preferable lower internal resistance can be obtained, in particular, it can be seen that it is preferable to use a lithium manganate was carried out for 2 element substitution.

【0061】[0061]

【発明の効果】 上述の通り、本発明のリチウム二次電
池用捲回型電極体の作製方法によって、低内部抵抗で大
電流出力特性に優れ、体積エネルギー密度の大きい品質
の一定したリチウム二次電池を提供するために好適に用
いられるリチウム二次電池用捲回型電極体の生産性に優
れた作製方法を提供することができる。
As described above, the lithium secondary battery of the present invention is
For a lithium secondary battery, which is preferably used to provide a lithium secondary battery having a low internal resistance, an excellent large current output characteristic, a large volume energy density, and a constant quality depending on the method for producing a wound electrode body for a pond . It is possible to provide a method for producing a wound electrode body with excellent productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 リチウム二次電池に用いられる捲回型電極体
の概略の構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a wound electrode body used in a lithium secondary battery.

【図2】 加圧ローラーを用いた捲回型電極体の作製方
法を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for producing a wound electrode body using a pressure roller.

【図3】 正極活物質層の嵩密度と電池の内部抵抗との
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the bulk density of the positive electrode active material layer and the internal resistance of the battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…リチウム二次電池用捲回型電極体(捲回体)、2…
正極板、3…負極板、4…セパレータ、5…集電用タ
ブ、6…巻芯、7…加圧ローラー。
1 ... Wound type electrode body ( wound body ) for lithium secondary battery , 2 ...
Positive electrode plate, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Separator, 5 ... Current collecting tab, 6 ... Core, 7 ... Pressure roller.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−17471(JP,A) 特開 平10−261415(JP,A) 特開 平8−69798(JP,A) 特開 平9−171829(JP,A) 特開 平11−111261(JP,A) 特開 平9−306471(JP,A) 特開 平11−120964(JP,A) 特開 平11−273741(JP,A) 特開 平10−255815(JP,A) 特開 昭62−223987(JP,A) 特開2000−90982(JP,A) 特開2000−311676(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 4/00 - 4/62 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-17471 (JP, A) JP-A-10-261415 (JP, A) JP-A-8-69798 (JP, A) JP-A-9-171829 (JP , A) JP 11-111261 (JP, A) JP 9-306471 (JP, A) JP 11-120964 (JP, A) JP 11-273741 (JP, A) JP 10-255815 (JP, A) JP 62-223987 (JP, A) JP 2000-90982 (JP, A) JP 2000-311676 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 H01M 4/00-4/62

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 集電基板上に正極活物質層及び負極活物
質層のいずれかがそれぞれ形成された正極板及び負極板
をセパレータを介して巻芯外周に捲回してなるリチウム
二次電池用捲回型電極体の作製方法であって、 前記正極活物質層を構成する正極活物質として、リチウ
ム(Li)とマンガン(Mn)を主成分とした、Li/
Mn比が0.5を超える、立方晶スピネル構造を有する
マンガン酸リチウムを用いるとともに、前記正極板とし
て、前記集電基板表面に前記正極活物質層を形成した
後、温間ロールプレスにより、前記正極活物質層の嵩密
度が2g/cm3以上3.5g/cm3以下で、前記集電
基板の幅方向の少なくとも一端に前記正極活物質層が形
成されていないストライプ構造及び複数箇所から集電す
る構成を有し、さらに、その捲回方向長さが1m以上と
なるように形成したものを用い、かつ 得られた前記捲回
型電極体をリチウム二次電池に用いた場合、その内部抵
抗を5mΩ以下とすることが可能であることを特徴とす
リチウム二次電池用捲回型電極体の作製方法。
1. Lithium formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate, each having a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer formed on a current collecting substrate, around a winding core through a separator.
A method for producing a wound-type electrode body for a secondary battery , comprising Li / Li and Li / Mn as main components of a positive electrode active material forming the positive electrode active material layer.
Mn ratio exceeds 0.5, together with a lithium manganate having a cubic spinel structure, as the positive electrode plate, after forming the positive electrode active material layer on the current collector substrate surface, by a roll press warm, the in the bulk density of the positive electrode active material layer is 2 g / cm 3 or more 3.5 g / cm 3 or less, current from the positive electrode active material layer is not formed stripe structure and a plurality of locations on at least one end in the width direction of the current collector substrate Electrify
That has a structure, further, the winding using what direction length was formed so as to be above 1 m, the wound and the resulting
When the shaped electrode body is used in a lithium secondary battery, its internal resistance
A method for producing a wound-type electrode body for a lithium secondary battery , wherein the resistance can be 5 mΩ or less .
【請求項2】 前記正極活物質層が、前記マンガン酸リ
チウム100重量部に対して、炭素微粉末1〜10重量
部、有機物1〜10重量部からなるものであることを特
徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用捲回型電
極体の作製方法。
2. The positive electrode active material layer is composed of 1 to 10 parts by weight of carbon fine powder and 1 to 10 parts by weight of an organic substance with respect to 100 parts by weight of the lithium manganate. 1. The method for producing a wound electrode body for a lithium secondary battery according to 1.
【請求項3】 前記温間ロールプレスにおけるロール温
度を、80℃以上180℃以下とすることを特徴とする
請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用捲回型電極
体の作製方法。
3. A method for manufacturing the roll temperature in the roll press warm, 80 ° C., characterized in that a 180 ° C. inclusive claim 1 or 2 for a lithium secondary battery wound electrode body according to.
【請求項4】 前記温間ロールプレスにおけるロール温
度を、100℃以上150℃以下とすることを特徴とす
る請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウム二次電
池用捲回型電極体の作製方法。
Wherein said roll temperature of the roll press warm, lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a 100 ° C. or higher 0.99 ° C. or less
A method for producing a wound electrode body for a pond .
【請求項5】 前記温間ロールプレスに用いるロール直
径が300mmφ以上1000mmφ以下であることを
特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウ
ム二次電池用捲回型電極体の作製方法。
5. A lithium according to any one of claims 1 to 4, wherein the roll diameter used in the roll press warm to equal to or less than 1000mmφ more 300mmφ
A method for manufacturing a wound electrode body for a secondary battery .
【請求項6】 前記正極板及び前記負極板と前記セパレ
ータが、前記巻芯と、前記温間ロールプレスを構成する
加圧ローラーによって挟まれながら、前記巻芯外周に捲
回されることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項
に記載のリチウム二次電池用捲回型電極体の作製方法。
6. The positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator are wound around the winding core while being sandwiched by the winding core and a pressure roller constituting the warm roll press. the method for manufacturing a lithium secondary battery wound electrode body according to any one of claims 1 to 5,.
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