JP4617702B2 - Lithium secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池の製造方法に関し、詳しくは、炭素材料を有する負極を備えたリチウム二次電池の製造方法に関する。また本発明は、該方法により製造されたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery, and more particularly, to a method for manufacturing a lithium secondary battery including a negative electrode having a carbon material. Moreover, this invention relates to the lithium ion secondary battery manufactured by this method.

リチウムイオンを吸蔵・放出し得る材料(活物質)を有する正極および負極を備え、それらの電極の間をリチウムイオンが行き来することにより充放電するリチウム二次電池(リチウムイオン二次電池)が知られている。負極用の活物質(負極活物質)としては、リチウムイオンを挿入・脱離し得る炭素材料を用いることができる。かかる負極活物質を用いた電池の典型的な態様では、充電により炭素材料の層間にリチウムイオンが挿入され、放電の際には該層間からリチウムイオンが脱離する。特許文献1には、炭素材料にカチオンまたはアニオンを挿入した後に該挿入物を熱処理により除去し、このようにして層間距離が拡大された炭素材料を用いることにより非水系二次電池の充放電容量を向上させる技術が記載されている。また、特許文献2および3には、黒鉛等の炭素材料に各種の処理を施すことにより、リチウム二次電池の負極材料等として適した炭素材料を得る技術が記載されている。
特開平5−82130号公報 特開2002−8653号公報 特開平9−249407号公報
A lithium secondary battery (lithium ion secondary battery) is known that has a positive electrode and a negative electrode having a material (active material) capable of occluding and releasing lithium ions, and that is charged and discharged by the movement of lithium ions between the electrodes. It has been. As the negative electrode active material (negative electrode active material), a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions can be used. In a typical embodiment of a battery using such a negative electrode active material, lithium ions are inserted between carbon material layers by charging, and lithium ions are desorbed from the interlayer during discharge. In Patent Document 1, after inserting a cation or an anion into a carbon material, the insert is removed by heat treatment, and thus the charge / discharge capacity of a non-aqueous secondary battery is obtained by using a carbon material having an increased interlayer distance. Techniques for improving the performance are described. Patent Documents 2 and 3 describe techniques for obtaining a carbon material suitable as a negative electrode material or the like for a lithium secondary battery by performing various treatments on a carbon material such as graphite.
JP-A-5-82130 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-8653 Japanese Patent Laid-Open No. 9-249407

しかし、あらかじめ炭素材料に電池特性向上等のための処理を施す工程と、その処理された炭素材料を用いて電池を構築する工程とを順次行う方法によると、リチウム二次電池の製造効率が低下しがちである。
そこで本発明は、炭素材料を有する負極を備えたリチウム二次電池であって、その電池性能(例えば出力特性)の改善されたリチウム二次電池を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、かかる方法により製造されたリチウム二次電池を供給することである。
However, according to the method of sequentially performing the process for improving the battery characteristics on the carbon material in advance and the process for constructing the battery using the processed carbon material, the production efficiency of the lithium secondary battery is reduced. It tends to be.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a lithium secondary battery including a negative electrode having a carbon material and having improved battery performance (for example, output characteristics). To do. Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery manufactured by such a method.

本発明者は、一般にリチウム二次電池の製造にあたっては、電池性能の安定化等の目的から、電極や電解液等の電池構成要素を組み立てた後に該組立体に対して初期充放電(コンディショニングとも言われる)を行う点に着目した。そして、このコンディショニング工程を利用して上記組立体の負極を構成する炭素材料に電池性能向上のための処理を施すことにより上記課題を解決し得ることを見出して本発明を完成した。   In general, in the manufacture of a lithium secondary battery, the present inventor, after assembling battery components such as an electrode and an electrolyte, for the purpose of stabilizing battery performance, We focused on the point to do. And it discovered that the said subject could be solved by performing the process for battery performance improvement to the carbon material which comprises the negative electrode of the said assembly using this conditioning process, and completed this invention.

本発明により提供されるリチウム二次電池の製造方法は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る材料を有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離し得る炭素材料を有する負極と、リチウムイオンよりもイオン半径の大きなカチオンを含有する初期電解液と、を備える電池組立体を得る工程を含む。そして、該電池組立体に初期充電を行う工程を含む。
かかる方法によると、上記初期充電(電池組立体に対して初めて充電することをいう。)により、初期電解液に含まれる上記カチオンを負極の炭素材料に挿入することができる。このカチオン(リチウムイオンよりも大きなイオン半径を有する。)の挿入によって炭素材料の層間距離が拡大され得る。これにより電池性能を向上させることができる。上記初期充電工程は、例えば、従来の一般的なリチウム二次電池製造方法で行われているコンディショニング(初期充放電)工程の一部として行うことができる。したがって本発明の方法によると、リチウム二次電池の製造工程を過度に複雑化させることなく、より性能(例えば出力特性)のよい電池を製造することができる。
A method for producing a lithium secondary battery provided by the present invention includes a positive electrode having a material capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode having a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions, and an ion radius greater than that of lithium ions. And an initial electrolyte containing a large cation. And the process which performs initial charge to this battery assembly is included.
According to this method, the cation contained in the initial electrolytic solution can be inserted into the carbon material of the negative electrode by the initial charging (referring to charging the battery assembly for the first time). By inserting this cation (having a larger ionic radius than lithium ions), the interlayer distance of the carbon material can be increased. Thereby, battery performance can be improved. The said initial charging process can be performed as a part of conditioning (initial charging / discharging) process currently performed with the conventional general lithium secondary battery manufacturing method, for example. Therefore, according to the method of the present invention, a battery with better performance (for example, output characteristics) can be manufactured without excessively complicating the manufacturing process of the lithium secondary battery.

ここで開示される方法に用いられる初期電解液は、リチウム以外のアルカリ金属イオンからなる群から選択される一種または二種のカチオンを含有する初期電解液である。ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)またはこれらの双方を含有する初期電解液を用いることが特に好ましい。 Here the initial electrolyte used in the methods disclosed is the initial electrolyte containing one or two cations selected from the group consisting of alkali metal ions other than lithium. It is particularly preferable to use an initial electrolytic solution containing sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), or both.

好ましい態様では、非水系溶媒と、該溶媒に溶解している前記カチオンの塩およびリチウム塩(支持塩)とを含む初期電解液を用いる。これらの塩を構成するアニオンが共通している初期電解液がさらに好ましい。また、初期電解液は、リチウムイオン(Li)よりもイオン半径の大きなカチオン(例えば、Naおよび/またはK)を0.002〜0.3モル/リットル(mol/L)の濃度で含有する。このような初期電解液を用いることにより、本発明の適用効果がよりよく発揮され得る。 In a preferred embodiment, an initial electrolytic solution containing a non-aqueous solvent, and a salt of the cation and a lithium salt (supporting salt) dissolved in the solvent is used. An initial electrolyte solution in which the anions constituting these salts are common is more preferable. The initial electrolytic solution contains a cation (for example, Na + and / or K + ) having a larger ionic radius than lithium ion (Li + ) at a concentration of 0.002 to 0.3 mol / liter (mol / L). contains. By using such an initial electrolytic solution, the application effect of the present invention can be better exhibited.

前記初期充電は、少なくともSOC(State of Charge)20%に至るまでは1/3C以下の充電レートで行うことが好ましい。また、少なくとも初期電解液のカチオン濃度が0.03モル/リットル以下に減少するまでは1/3C以下の充電レートで行うことが好ましい。このように比較的低い充電レートで初期充電を開始することにより、初期電解液に含まれる上記カチオンがより適切に炭素材料中に挿入され得る。これにより、より電池性能のよい電池を効率よく製造することができる。
さらに、本発明によると、上述したいずれかの方法により製造されたリチウム二次電池が提供される。
The initial charge is preferably performed at a charge rate of 1/3 C or less until at least 20% SOC (State of Charge) is reached. Moreover, it is preferable to carry out at a charge rate of 1/3 C or less until at least the cation concentration of the initial electrolytic solution is reduced to 0.03 mol / liter or less. By starting the initial charging at such a relatively low charging rate, the cations contained in the initial electrolyte can be more appropriately inserted into the carbon material. Thereby, a battery with better battery performance can be manufactured efficiently.
Furthermore, according to this invention, the lithium secondary battery manufactured by one of the methods mentioned above is provided.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書によって開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. It should be noted that technical matters other than the contents particularly mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters for those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the technical contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the field.

本発明の方法は、Liを挿入および脱離し得る炭素材料を有する負極を備えた各種リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)の製造に適用することができる。
上記炭素材料としては、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含むものを使用することができる。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもの等の、いずれの炭素材料も使用可能である。例えば黒鉛質のものとしては、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)等を用いることができる。通常は、主として比較的結晶性の高い炭素からなる炭素材料を用いることが好ましい。また、比較的結晶性の高い炭素の表面が非晶質炭素で覆われた構造の炭素材料を好ましく用いることができる。かかる炭素材料を用いる場合には、本発明の適用による効果(例えば、電池性能の向上効果)が特によく発揮され得る。
The method of the present invention can be applied to the production of various lithium secondary batteries (typically lithium ion secondary batteries) including a negative electrode having a carbon material capable of inserting and removing Li + .
As said carbon material, what contains a graphite structure (layered structure) at least in part can be used. Any carbon material such as so-called graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), easily graphitized carbon (soft carbon), or a combination of these is used. Is possible. For example, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), etc. can be used as the graphite. Usually, it is preferable to use a carbon material mainly composed of carbon having relatively high crystallinity. A carbon material having a structure in which the surface of carbon having relatively high crystallinity is covered with amorphous carbon can be preferably used. When such a carbon material is used, an effect (for example, an effect of improving battery performance) by applying the present invention can be exhibited particularly well.

本発明の方法は、このような炭素材料を負極活物質として有する負極を用いて実施することができる。例えば、上記炭素材料を必要に応じて結着剤(バインダ)等とともに導電性部材に付着させた形態の負極を用いることが好ましい。かかる導電性部材(負極集電体)としては、アルミニウム、ニッケル、チタン等を主体とする棒状体、板状体、箔状体等を使用することができる。あるいは、負極集電体としてカーボンペーパー等を用いてもよい。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP)、スチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。特に限定するものではないが、負極活物質(炭素材料)100質量部に対する結着剤の使用量は、例えば約0.5〜10質量部の範囲とすることができる。なお、上記炭素材料を必要に応じて上述のような結着剤等とともに所定形状(例えばペレット状)に成形した負極を用いることも可能である。   The method of the present invention can be carried out using a negative electrode having such a carbon material as a negative electrode active material. For example, it is preferable to use a negative electrode in which the carbon material is attached to a conductive member together with a binder (binder) or the like as necessary. As such a conductive member (negative electrode current collector), a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body or the like mainly composed of aluminum, nickel, titanium or the like can be used. Alternatively, carbon paper or the like may be used as the negative electrode current collector. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), styrene butadiene block copolymer (SBR), carboxymethyl cellulose ( CMC) or the like can be used. Although it does not specifically limit, the usage-amount of the binder with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials (carbon material) can be made into the range of about 0.5-10 mass parts, for example. In addition, it is also possible to use the negative electrode which shape | molded the said carbon material in predetermined shape (for example, pellet shape) with the above binders etc. as needed.

本発明に使用する正極は、Liを吸蔵および放出し得る材料を備える。そのような材料(正極活物質)を導電性部材に付着させたもの等を用いることができる。導電性部材(正極集電体)としては、アルミニウム、ニッケル、チタン等を主体とする棒状体、板状体、箔状体等を使用することができる。あるいは、正極集電体としてカーボンペーパー等を用いてもよい。正極活物質としては、一般的なリチウム二次電池に用いられる層状構造の酸化物系正極活物質、スピネル構造の酸化物系正極活物質等を好ましく用いることができる。例えば、リチウムコバルト系複合酸化物(典型的にはLiCoO)、リチウムニッケル系複合酸化物(典型的にはLiNiO)、リチウムマンガン系複合酸化物(LiMn)等を主成分とする正極活物質を用いることができる。このような正極活物質を、必要に応じて導電材、結着剤(バインダ)等とともに正極集電体に付着させた形態の正極とすることができる。導電材としては、カーボンブラック(アセチレンブラック等)のような炭素粉末、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いることができる。結着剤としては、負極と同様のもの等を使用することができる。特に限定するものではないが、正極活物質100質量部に対する導電材の使用量は、例えば1〜15質量部の範囲とすることができる。また、正極活物質100質量部に対する結着剤の使用量は、例えば約1〜10質量部の範囲とすることができる。 The positive electrode used in the present invention comprises a material that can occlude and release Li + . A material in which such a material (positive electrode active material) is attached to a conductive member can be used. As the conductive member (positive electrode current collector), a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body or the like mainly composed of aluminum, nickel, titanium, or the like can be used. Alternatively, carbon paper or the like may be used as the positive electrode current collector. As the positive electrode active material, an oxide-based positive electrode active material having a layered structure, an oxide-based positive electrode active material having a spinel structure, and the like used for a general lithium secondary battery can be preferably used. For example, the main component is lithium cobalt complex oxide (typically LiCoO 2 ), lithium nickel complex oxide (typically LiNiO 2 ), lithium manganese complex oxide (LiMn 2 O 4 ), or the like. A positive electrode active material can be used. Such a positive electrode active material can be made into a positive electrode in a form in which it is attached to a positive electrode current collector together with a conductive material, a binder (binder), and the like as necessary. As the conductive material, carbon powder such as carbon black (acetylene black or the like), conductive metal powder such as nickel powder, or the like can be used. As the binder, the same as the negative electrode can be used. Although it does not specifically limit, the usage-amount of the electrically conductive material with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials can be made into the range of 1-15 mass parts, for example. Moreover, the usage-amount of the binder with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials can be made into the range of about 1-10 mass parts, for example.

電池組立体を構成する初期電解液は、Liよりもイオン半径の大きなカチオンを含有する。ここで、Liと他のカチオンとのイオン半径の大小は、例えば、化学便覧(日本化学会編)に記載されたイオン半径の値を比較することにより把握することができる。Liよりもイオン半径の大きなカチオンの例としては、ナトリウムイオン(Na),カリウムイオン(K),ルビジウムイオン(Rb),セシウムイオン(Cs)等のアルカリ金属イオン;マグネシウムイオン(Mg2+),カルシウムイオン(Ca2+),ストロンチウムイオン(Sr2+),バリウムイオン(Ba2+)等のアルカリ土類金属イオン(Mgを含む。);鉄(II)イオン(Fe2+),マンガン(II)イオン(Mn2+)等の遷移金属イオン等が挙げられる。また、初期電解液に含有されるカチオンは、このような単原子イオンに限られず、複数の原子を含むカチオン(カチオン原子団)であってもよい。これらLi+よりもイオン半径の大きなカチオンの一種のみを含有してもよく、二種以上を含有してもよい。 The initial electrolytic solution constituting the battery assembly contains a cation having an ionic radius larger than that of Li + . Here, the magnitude of the ionic radius between Li + and other cations can be grasped, for example, by comparing the values of the ionic radii described in the Chemical Handbook (edited by the Chemical Society of Japan). Examples of cations having a larger ion radius than Li + include alkali metal ions such as sodium ion (Na + ), potassium ion (K + ), rubidium ion (Rb + ), cesium ion (Cs + ); magnesium ion ( Mg 2+ ), calcium ions (Ca 2+ ), strontium ions (Sr 2+ ), barium ions (Ba 2+ ) and other alkaline earth metal ions (including Mg); iron (II) ions (Fe 2+ ), manganese ( II) Transition metal ions such as ions (Mn 2+ ) and the like. Further, the cation contained in the initial electrolytic solution is not limited to such a monoatomic ion, and may be a cation (cation atomic group) containing a plurality of atoms. These may contain only one kind of cation having a larger ion radius than Li +, or may contain two or more kinds.

これらのうち好ましいカチオンとしては、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンからなる群から選択される一種または二種以上が挙げられる。アルカリ金属イオンからなる群から選択される一種または二種以上のカチオンを含有する初期電解液を用いることがより好ましい。また、Liのイオン半径に対して凡そ1.2〜2倍のイオン半径を有するカチオンを含有する初期電解液を用いることが好ましい。特に好ましい初期電解液として、Naを含有するもの、Kを含有するもの、NaおよびKを含有するもの等が挙げられる。 Among these, preferable cations include one or more selected from the group consisting of alkali metal ions and alkaline earth metal ions. It is more preferable to use an initial electrolytic solution containing one or more cations selected from the group consisting of alkali metal ions. Further, it is preferable to use an initial electrolytic solution containing a cation having an ionic radius of about 1.2 to 2 times the ionic radius of Li + . Particularly preferred initial electrolytes include those containing Na + , those containing K + , those containing Na + and K + , and the like.

ここで開示される方法の典型的な態様では、上記初期電解液が、非水系溶媒と、該溶媒に溶解しているリチウム塩(支持塩)および前記カチオンの塩とを含む。非水系溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性の溶媒を用いることができる。例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等の、一般に非水系電池(リチウムイオン二次電池等)の電解液等に使用し得るものとして知られている非水系溶媒から選択される一種または二種以上を用いることができる。   In a typical embodiment of the method disclosed herein, the initial electrolytic solution includes a non-aqueous solvent, a lithium salt (supporting salt) dissolved in the solvent, and a salt of the cation. As the non-aqueous solvent, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be used. For example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. One kind or two or more kinds selected from non-aqueous solvents known to be usable for an electrolyte solution of a secondary battery or the like) can be used.

初期電解液に含有させる支持塩としては、LiPF,LiBF,LiClO,LiAsF,LiCFSO,LiCSO,LiN(CFSO,LiC(CFSO,LiI等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)を用いることができる。
また、上記カチオンの塩としては、初期電解液中において電離してLiよりもイオン半径の大きなカチオンを生じ得るものを適宜選択することができる。例えば、BF4 -,PF6 -,ClO ,AsF ,CFSO ,(CFSO,(CSO等のアニオンと上記カチオンとの塩から選択される一種または二種以上を用いることができる。リチウム塩(支持塩)を構成するアニオンと同種のアニオンと上記カチオン(好ましくはアルカリ金属)との塩を用いることが好ましい。
The supporting salt contained in the initial electrolyte includes LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 3 ) One or two or more lithium compounds (lithium salts) selected from Li, LiI, and the like can be used.
Moreover, as the salt of the cation, a salt that can be ionized in the initial electrolytic solution to generate a cation having an ionic radius larger than that of Li + can be appropriately selected. For example, anions such as BF 4 , PF 6 , ClO 4 , AsF 6 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N and the above One kind or two or more kinds selected from salts with cations can be used. It is preferable to use a salt of an anion of the same type as the anion constituting the lithium salt (supporting salt) and the cation (preferably an alkali metal).

本発明の好ましい態様では、Liよりもイオン半径の大きなカチオンを0.002〜1mol/L(より好ましくは0.005〜0.5mol/L、さらに好ましくは0.01〜0.3mol/L)の濃度で含有する初期電解液を使用する。そのような初期電解液は、例えば、該カチオンの塩の所定量を非水系溶媒に添加混合する(溶解させる)ことにより調製することができる。Liよりもイオン半径の大きなカチオンを複数種類含む初期電解液においては、それらの合計濃度が上記範囲にあることが好ましい。Liよりもイオン半径の大きなカチオンの濃度が低すぎると本発明の適用効果(例えば、反応抵抗を低下させる効果)が少なくなることがある。一方、該カチオンの濃度をある程度以上を高くしても、それにより得られる効果はほぼ飽和する傾向にある。Liよりもイオン半径の大きなカチオンを上記濃度で含有する初期電解液によると、本発明の適用効果を効率よく発揮させることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, a cation having an ionic radius larger than that of Li + is 0.002 to 1 mol / L (more preferably 0.005 to 0.5 mol / L, and still more preferably 0.01 to 0.3 mol / L). ) Is used. Such an initial electrolytic solution can be prepared, for example, by adding and mixing (dissolving) a predetermined amount of the cation salt in a non-aqueous solvent. In an initial electrolytic solution containing a plurality of types of cations having a larger ionic radius than Li + , the total concentration thereof is preferably in the above range. If the concentration of the cation having a larger ionic radius than Li + is too low, the application effect of the present invention (for example, the effect of reducing the reaction resistance) may be reduced. On the other hand, even if the concentration of the cation is increased to a certain level, the effect obtained thereby tends to be almost saturated. According to the initial electrolytic solution containing a cation having a larger ionic radius than Li + at the above concentration, the application effect of the present invention can be exhibited efficiently.

この初期電解液に含まれるリチウム化合物(支持塩)の濃度は特に限定されない。例えば、該リチウム化合物を0.1〜5mol/L(好ましくは0.2〜3mol/L、より好ましくは0.5〜2mol/L)の濃度で含有する初期電解液を使用することができる。上記カチオンの濃度よりも高濃度にLiを含有する初期電解液(例えば、上記カチオンの塩よりも高濃度に支持塩を含有する初期電解液)が好ましい。初期電解液におけるLiの濃度と上記カチオンの濃度(または、初期電解液に含まれる支持塩と上記カチオンの塩とのモル比)との関係は、Liに対して上記カチオンが50%以下(典型的には、0.1〜50%)の範囲にあることが好ましく、30%以下(典型的には、0.1〜30%)の範囲にあることがより好ましい。
なお、電池組立体に対して初期充電を行うことにより、上記カチオン(すなわち、Liよりもイオン半径の大きなカチオン)の少なくとも一部が炭素材料中に挿入される。そして、挿入されたカチオンの少なくとも一部はその後の放電によっても炭素材料中に保持され得る。したがって、上記初期充電を経て(典型的には、初期充電を含む複数回の充放電を経て)最終的に得られるリチウム二次電池を構成する電解液は、電池組立体を構成する初期電解液(初期充電を行う前の電解液)とは、上記カチオンの濃度や、該カチオンとLiとの濃度比が異なるものとなり得る。
The concentration of the lithium compound (supporting salt) contained in the initial electrolytic solution is not particularly limited. For example, an initial electrolytic solution containing the lithium compound at a concentration of 0.1 to 5 mol / L (preferably 0.2 to 3 mol / L, more preferably 0.5 to 2 mol / L) can be used. An initial electrolytic solution containing Li + at a higher concentration than the cation concentration (for example, an initial electrolytic solution containing a supporting salt at a higher concentration than the cation salt) is preferable. The relationship between the concentration of Li + in the initial electrolyte and the concentration of the cation (or the molar ratio of the supporting salt contained in the initial electrolyte and the salt of the cation) is 50% or less of the cation with respect to Li + . It is preferably in the range of (typically 0.1 to 50%), more preferably in the range of 30% or less (typically 0.1 to 30%).
Note that by performing initial charging on the battery assembly, at least a part of the cations (that is, cations having an ion radius larger than Li + ) are inserted into the carbon material. And at least one part of the inserted cation can be hold | maintained in a carbon material also by subsequent discharge. Therefore, the electrolytic solution constituting the lithium secondary battery finally obtained through the above initial charging (typically through a plurality of charging / discharging including the initial charging) is the initial electrolytic solution constituting the battery assembly. The concentration of the cation and the concentration ratio between the cation and Li + can be different from the (electrolytic solution before initial charge).

上記電池組立体を得る工程は、例えば以下のようにして実施することができる。すなわち、シート状の正極集電体の片面または両面に正極活物質を付着させた正極シートを用意する。この正極シートは、例えば、正極活物質と、必要に応じて使用される導電材および結着剤とを適当な液状媒体と混合して正極用組成物を調製し、その組成物を正極集電体の片面または両面に付着させる(例えば塗工する)ことにより作製することができる。また、シート状の負極集電体の片面または両面に負極活物質(主として上記炭素材料)を付着させた負極シートを用意する。この負極シートは、正極シートと同様の手法により作製することができる。そして、正極シートと負極シートとをセパレータを介して重ね合わせる(積層する)。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムを用いることができる。また、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布または不織布を用いてもよい。この積層物を適当な電池容器に収容する。好ましい態様では、該積層物を捲回して捲回型電極体を構成し、それを電池容器に収容する。あるいは、複数枚の正極シートおよび複数枚の負極シートをそれぞれセパレータを挟んで交互に積層した積層型電極体を電池容器に収容してもよい。   The step of obtaining the battery assembly can be performed as follows, for example. That is, a positive electrode sheet in which a positive electrode active material is attached to one side or both sides of a sheet-like positive electrode current collector is prepared. This positive electrode sheet is prepared by, for example, preparing a positive electrode composition by mixing a positive electrode active material, a conductive material and a binder used as necessary, with an appropriate liquid medium, and then collecting the composition into a positive electrode current collector. It can be produced by attaching (for example, coating) one or both sides of the body. In addition, a negative electrode sheet is prepared in which a negative electrode active material (mainly the carbon material) is attached to one or both surfaces of a sheet-like negative electrode current collector. This negative electrode sheet can be produced by the same method as the positive electrode sheet. Then, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are overlapped (stacked) via a separator. As the separator, for example, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. Moreover, you may use the woven fabric or nonwoven fabric which consists of a polypropylene, a polyethylene terephthalate (PET), methylcellulose, etc. This laminate is housed in a suitable battery container. In a preferred embodiment, the laminate is wound to form a wound electrode body, which is accommodated in a battery container. Alternatively, a stacked electrode body in which a plurality of positive electrode sheets and a plurality of negative electrode sheets are alternately stacked with separators interposed therebetween may be housed in a battery container.

一方、Liおよび上記カチオン(すなわち、Liよりもイオン半径の大きなカチオン)を含有する初期電解液を用意する。好ましくは、適当な非水系溶媒とリチウム塩と上記カチオンの塩とを所定の割合で混合することにより、Liおよび上記カチオンをそれぞれ所定の濃度で含有する初期電解液を調製する。そして、正極および負極を収容した電池容器内に初期電解液を供給(注入)する。これにより、正極、負極およびセパレータに初期電解液を含浸させる。このようにして電池組立体を得ることができる。 On the other hand, an initial electrolytic solution containing Li + and the cation (that is, a cation having a larger ion radius than Li + ) is prepared. Preferably, an initial non-aqueous solvent, a lithium salt, and a salt of the cation are mixed at a predetermined ratio to prepare an initial electrolytic solution containing Li + and the cation at a predetermined concentration. Then, an initial electrolytic solution is supplied (injected) into the battery container containing the positive electrode and the negative electrode. Thereby, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are impregnated with the initial electrolytic solution. In this way, a battery assembly can be obtained.

この電池組立体に初期充電を行う工程は、従来の一般的なリチウム電池製造方法においてコンディショニング(初期充放電)を行う場合の操作と同様にして実施することができる。典型的には、電池組立体を構成する正極と負極との間に外部電源を接続して充電する。このとき、初回の充電(初期充電)を行う際には、充電開始から少なくともSOC20%に至るまでの間は、1/3C以下(典型的には、1/20C〜1/3C)の充電レート(電流値)で行うことが好ましい。1/5C以下(典型的には、1/20C〜1/5C)の充電レート(電流値)で行うことがより好ましい。かかる条件で初期充電を行うことにより、初期電解液に含まれるカチオンがより適切に炭素材料中に挿入され得る。したがって、該炭素材料の層間距離が効率よく拡大され得る。なお、ここで「1C」とは、電池を一時間で満充電状態(SOC100%)とする電流値をいう。
また、初期充電を行う際には、充電開始から所定量の上記カチオン(すなわち、Liよりもイオン半径の大きなカチオン)が炭素材料に挿入されるまでの間は、1/3C以下(典型的には、1/20C〜1/3C)の充電レート(電流値)で行うことが好ましく、1/5C以下(典型的には、1/20C〜1/5C)の充電レート(電流値)で行うことがより好ましい。例えば、初期電解液に含まれる上記カチオン(Na,K等)の濃度が0.04〜0.1mol/L程度である場合、充電開始から、少なくとも該電解液中に残存する該カチオンの濃度が0.03mol/L程度またはそれ以下(典型的には0.02〜0.03mol/L程度)に減少するまでの間は、上述の充電レートで充電を行うことが好ましい。かかる条件で初期充電を行うことにより、初期電解液に含まれるカチオンがより適切に炭素材料中に挿入され得る。
The step of initially charging the battery assembly can be performed in the same manner as the operation for conditioning (initial charge / discharge) in a conventional general lithium battery manufacturing method. Typically, charging is performed by connecting an external power source between a positive electrode and a negative electrode constituting the battery assembly. At this time, when performing the first charge (initial charge), a charge rate of 1/3 C or less (typically 1/20 C to 1/3 C) from the start of charge to at least SOC 20%. (Current value) is preferable. It is more preferable to carry out at a charging rate (current value) of 1 / 5C or less (typically 1 / 20C to 1 / 5C). By performing the initial charge under such conditions, the cation contained in the initial electrolyte can be more appropriately inserted into the carbon material. Therefore, the interlayer distance of the carbon material can be efficiently increased. Here, “1C” refers to a current value at which the battery is fully charged (SOC 100%) in one hour.
In addition, when performing the initial charge, 1/3 C or less (typical) from the start of charge until a predetermined amount of the cation (that is, a cation having an ionic radius larger than Li + ) is inserted into the carbon material. Is preferably performed at a charging rate (current value) of 1/20 C to 1/3 C), and at a charging rate (current value) of 1/5 C or less (typically 1/20 C to 1/5 C). More preferably. For example, when the concentration of the cation (Na + , K + etc.) contained in the initial electrolytic solution is about 0.04 to 0.1 mol / L, at least the cation remaining in the electrolytic solution from the start of charging. Until the concentration decreases to about 0.03 mol / L or less (typically about 0.02 to 0.03 mol / L), it is preferable to charge at the above-described charging rate. By performing the initial charge under such conditions, the cation contained in the initial electrolyte can be more appropriately inserted into the carbon material.

通常は、上記初期充電された電池組立体を放電させ、さらに充電および放電を行うことが好ましい。典型的には、初期充電を含めて1〜5回(例えば2〜3回)の充放電サイクルを実施する。これにより電池性能を安定化させる等の効果が得られる。なお、二回目以降の充電においては、SOC20%に至るまでの充電レート(あるいは、電解液のカチオン濃度が所定値まで低下するまでの充電レート)を初期充電と同程度としてもよく、初期充電とは異なる充電レート(例えば、より高い充電レート)で行ってもよい。製造効率向上の観点からは、二回目以降の充電における充電レート(特にSOC20%までの充電レート)を初期充電時よりも高く設定することが好ましい。   Usually, it is preferable to discharge the battery assembly that has been initially charged, and to perform charging and discharging. Typically, 1 to 5 (for example, 2 to 3) charge / discharge cycles including the initial charge are performed. Thereby, effects such as stabilization of battery performance can be obtained. In the second and subsequent charging, the charging rate up to SOC 20% (or the charging rate until the cation concentration of the electrolytic solution decreases to a predetermined value) may be the same as the initial charging. May be performed at different charge rates (eg, higher charge rates). From the viewpoint of improving manufacturing efficiency, it is preferable to set a charging rate (particularly a charging rate up to SOC 20%) in the second and subsequent charging higher than that in the initial charging.

上述したいずれかのリチウム二次電池製造方法によると、電池組立体に初期充電を行うことにより、該組立体の初期電解液に含まれる上記カチオン(すなわち、Liよりもイオン半径の大きなカチオン)を、該組立体の負極を構成する炭素材料に挿入することができる。これにより炭素材料の層間距離が拡大され、Liの挿入・脱離に要するエネルギーが低下され得る。かかるエネルギーの低下は、電池性能(例えば、出力特性、充放電容量、サイクル特性等のうち少なくとも一種の性能)の向上に効果的に寄与し得る。なお、Liの挿入・脱離に要するエネルギーの低下は、例えば電池の反応抵抗値の低下として把握され得る。
ここで開示される方法によると、炭素材料に電圧を印加した状態で層間拡大処理(上記カチオンを挿入する処理)を行う。これにより炭素材料に上記カチオンを効率よく挿入することができる。したがって炭素材料の層間距離を適切に拡大することができる。例えば、上記カチオンを含有する溶液に炭素材料を浸漬して放置する場合に比べて、該炭素材料の層間距離を、より効率よく拡大する効果(処理時間の短縮、拡大率の向上等)、より均一に拡大する効果、等のうち少なくとも一つの効果を実現することができる。
上記初期充電工程(炭素材料に上記カチオンを挿入する工程)は、いわゆるコンディショニング工程の一部として実施することが可能である。したがって、既存のリチウム二次電池の製造工程を過度に複雑化させることなく、より性能(例えば出力特性)のよい電池を製造することができる。
According to any one of the lithium secondary battery manufacturing methods described above, by performing initial charging on the battery assembly, the cation (that is, a cation having a larger ion radius than Li + ) contained in the initial electrolyte of the assembly. Can be inserted into the carbon material constituting the negative electrode of the assembly. As a result, the interlayer distance of the carbon material can be increased, and the energy required for insertion and removal of Li + can be reduced. Such a decrease in energy can effectively contribute to an improvement in battery performance (for example, at least one kind of performance among output characteristics, charge / discharge capacity, cycle characteristics, etc.). Note that the decrease in energy required for insertion / extraction of Li + can be grasped as a decrease in the reaction resistance value of the battery, for example.
According to the method disclosed herein, an interlayer expansion process (a process for inserting the cation) is performed in a state where a voltage is applied to the carbon material. Thereby, the cation can be efficiently inserted into the carbon material. Therefore, the interlayer distance of the carbon material can be appropriately increased. For example, compared with the case where the carbon material is immersed in a solution containing the cation and left to stand, the effect of expanding the interlayer distance of the carbon material more efficiently (shortening the processing time, improving the expansion rate, etc.), more At least one of the effects of uniformly expanding can be realized.
The initial charging step (step of inserting the cation into the carbon material) can be performed as a part of a so-called conditioning step. Therefore, a battery with better performance (for example, output characteristics) can be manufactured without excessively complicating the manufacturing process of the existing lithium secondary battery.

以下、本発明に関する実験例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, experimental examples relating to the present invention will be described. However, the present invention is not intended to be limited to the specific examples.

<実験例1:リチウムイオン二次電池の製造>
以下のようにして18650型のリチウム二次電池を製造した。
負極活物質用の炭素材料としては黒鉛粉末(キシダ化学株式会社製品)を使用した。この材料は、結晶性の高い炭素(黒鉛)構造を有する。上記炭素材料(負極活物質)を、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)とともにイオン交換水と混合して、ペースト状の負極用組成物を調製した。この組成物に含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、上記炭素材料が98質量%、CMCが1質量%、SBRが1質量%である。この負極用組成物を、負極集電体としての長尺状銅箔の両面に塗布(付着)して、負極集電体の両面に負極活物質含有層を備えるシート状の負極(負極シート)を作製した。
<Experimental example 1: Production of lithium ion secondary battery>
A 18650 type lithium secondary battery was manufactured as follows.
Graphite powder (Kishida Chemical Co., Ltd. product) was used as the carbon material for the negative electrode active material. This material has a highly crystalline carbon (graphite) structure. The carbon material (negative electrode active material) was mixed with ion exchange water together with carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene block copolymer (SBR) to prepare a paste-like negative electrode composition. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in this composition is 98% by mass for the carbon material, 1% by mass for CMC, and 1% by mass for SBR. This negative electrode composition is applied (attached) to both sides of a long copper foil as a negative electrode current collector, and a negative electrode active material containing layer is provided on both sides of the negative electrode current collector (negative electrode sheet) Was made.

一方、正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNiO)と、導電材としてのアセチレンブラックとを、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)およびCMCとともにイオン交換水と混合してペースト状の正極用組成物を調製した。この組成物に含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、正極活物質(LiNiO)が95質量%、アセチレンブラックが3質量%、PTFEが1質量%、CMCが1質量%である。この正極用組成物を、正極集電体としての長尺状アルミニウム箔の両面に塗布(付着)して、正極集電体の両面に正極活物質含有層を備えるシート状の正極(正極シート)を作製した。 On the other hand, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) as a positive electrode active material and acetylene black as a conductive material are mixed with polytetrafluoroethylene (PTFE) and CMC with ion-exchanged water to obtain a paste-like positive electrode composition. Prepared. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in this composition is 95% by mass of the positive electrode active material (LiNiO 2 ), 3% by mass of acetylene black, 1% by mass of PTFE, and 1% by mass of CMC. is there. This positive electrode composition is applied (attached) to both sides of a long aluminum foil as a positive electrode current collector, and a positive electrode active material-containing layer is provided on both sides of the positive electrode current collector (positive electrode sheet). Was made.

セパレータとしては、厚さ約25μmの長尺状の多孔質ポリエチレンシートを用いた。このセパレータシートを介して正極シートと負極シートとが対向するように重ね合わせ、これを長尺方向に捲回して捲回型電極体を作製した。得られた電極体を有底円筒状のアルミニウム容器に収容した後、該容器の開口端にアルミニウム製の電池蓋を溶接した。ここで、電極体を構成する正極シートは、アルミニウム製の正極集電タブを介して、電池蓋から突出する正極端子と電気的に接続されている。また、電極体を構成する負極シートは、銅製の集電タブを介して、電池蓋から突出する負極端子と電気的に接続されている。   As the separator, a long porous polyethylene sheet having a thickness of about 25 μm was used. The positive electrode sheet and the negative electrode sheet were stacked so as to face each other through this separator sheet, and this was wound in the longitudinal direction to produce a wound electrode body. After the obtained electrode body was accommodated in a bottomed cylindrical aluminum container, an aluminum battery lid was welded to the open end of the container. Here, the positive electrode sheet which comprises an electrode body is electrically connected with the positive electrode terminal which protrudes from a battery cover through the positive electrode current collection tab made from aluminum. Moreover, the negative electrode sheet which comprises an electrode body is electrically connected with the negative electrode terminal which protrudes from a battery cover through the copper current collection tabs.

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)との3:7(体積比)混合溶媒にLiPF(支持塩)およびNaPFを溶解させて初期電解液を調製した。この初期電解液におけるLiPFの濃度は約1mol/Lである。また、NaPFの濃度は約0.01mol/Lである。この初期電解液を、上記電池蓋に設けられた貫通孔(注液孔)から電池容器に注液した後、電池容器を密閉した。このようにして電池組立体を作製した。 LiPF 6 (supporting salt) and NaPF 6 were dissolved in a 3: 7 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) to prepare an initial electrolytic solution. The concentration of LiPF 6 in this initial electrolyte is about 1 mol / L. The concentration of NaPF 6 is about 0.01 mol / L. The initial electrolytic solution was injected into the battery container from a through hole (injection hole) provided in the battery lid, and then the battery container was sealed. In this way, a battery assembly was produced.

得られた電池組立体のコンディショニングを行った。すなわち、正極端子および負極端子を外部電源に接続して、まず1/10C(ここでは約50mAに相当する。)の充電レートで3時間の定電流(CC)充電を行い、次いで1/3Cの充電レートで4.1Vまで定電流−定電圧(CC−CV)充電を行った。かかる初期充電工程により、初期電解液に含まれていたナトリウムイオンの少なくとも一部が、リチウムイオンとともに負極活物質(炭素材料)の層間に挿入されたものと考えられる。
その後、初期充電された電池組立体を1/3Cの放電レートで3.0Vまで定電流(CC)で放電させた。さらに、1/3Cの充電レートで4.1Vまで定電流−定電圧(CC−CV)で充電する操作と、1/3Cの放電レートで3.0Vまで定電流(CC)で放電させる操作とを2〜3回繰り返した。このようにして電池組立体のコンディショニングを行うことにより、リチウムイオン二次電池(サンプルA1)を得た。
The obtained battery assembly was conditioned. That is, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to an external power source, and first, a constant current (CC) charge is performed for 3 hours at a charge rate of 1/10 C (here, corresponding to about 50 mA), and then 1/3 C of Constant current-constant voltage (CC-CV) charging was performed up to 4.1 V at the charge rate. It is considered that at least a part of sodium ions contained in the initial electrolytic solution was inserted between the layers of the negative electrode active material (carbon material) together with the lithium ions by the initial charging step.
Thereafter, the initially charged battery assembly was discharged at a constant current (CC) to 3.0 V at a discharge rate of 1 / 3C. Furthermore, an operation of charging at a constant current-constant voltage (CC-CV) up to 4.1 V at a charge rate of 1/3 C, and an operation of discharging at a constant current (CC) of up to 3.0 V at a discharge rate of 1/3 C; Was repeated 2-3 times. In this way, the battery assembly was conditioned to obtain a lithium ion secondary battery (sample A1).

また、NaPFの濃度がそれぞれ約0.03mol/L(サンプルA2)、約0.05mol/L(サンプルA3)、約0.08mol/L(サンプルA4)、約0.1mol/L(サンプルA5)、約0.2mol/L(サンプルA6)である初期電解液を用いた点以外はサンプルA1と同様にして電池組立体の作製およびコンディショニングを行うことによりリチウムイオン二次電池(サンプルA2〜A6)を得た。 The concentrations of NaPF 6 are about 0.03 mol / L (sample A2), about 0.05 mol / L (sample A3), about 0.08 mol / L (sample A4), and about 0.1 mol / L (sample A5). ), Except that an initial electrolytic solution of about 0.2 mol / L (sample A6) was used, and the lithium-ion secondary battery (samples A2 to A6) was prepared and conditioned in the same manner as sample A1. )

<実験例2>
NaPFを含有しない初期電解液(すなわち、EC:EMCの3:7(体積比)混合溶媒にLiPFを1mol/Lの濃度で含有する初期電解液)を用いた点以外はサンプルA1〜A6と同様にして得られた電池組立体の作製およびコンディショニングを行うことによりリチウムイオン二次電池(比較サンプルA1)を得た。
サンプルA1〜A6および比較サンプルA1の各電池につき、交流インピーダンス法により周波数特性を取得し、その周波数特性から負極の反応抵抗成分を抽出した。その結果を図1および表1に示す。図1および表1に示すサンプルA1〜A6の反応抵抗成分の値は、比較サンプルA1の反応抵抗成分値を100%としたときの相対値である。
<Experimental example 2>
Samples A1 to A6 except that an initial electrolytic solution not containing NaPF 6 (that is, an initial electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a 3: 7 (volume ratio) mixed solvent of EC: EMC) was used. A lithium ion secondary battery (Comparative Sample A1) was obtained by preparing and conditioning a battery assembly obtained in the same manner as in Example 1.
For each battery of Samples A1 to A6 and Comparative Sample A1, frequency characteristics were obtained by the AC impedance method, and the reaction resistance component of the negative electrode was extracted from the frequency characteristics. The results are shown in FIG. The values of the reaction resistance components of Samples A1 to A6 shown in FIG. 1 and Table 1 are relative values when the reaction resistance component value of Comparative Sample A1 is 100%.

Figure 0004617702
Figure 0004617702

図1および表1から判るように、1mol/Lの支持塩および0.01〜0.2mol/LのNaPFを含む初期電解液を用いて作製したサンプルA1〜A6は、NaPFを含まない初期電解液を用いて作製した比較サンプルA1に対し、いずれも反応抵抗成分が10%以上少なかった。特に、Na濃度が0.03mol/Lを超える初期電解液を用いたサンプルA3〜A6では、比較サンプルA1に対して反応抵抗成分が20%以上(ほぼ25%)減少していた。かかる反応抵抗の低下効果は、コンディショニングの際の充電によってLiよりもイオン半径の大きなNaが炭素材料(負極活物質)の層間に挿入され、これにより層間距離が拡大してLiの挿入・脱離に要するエネルギーが低下したことに関連して実現されたものと考えられる。このように反応抵抗が低下された電池は、より出力特性に優れた(例えば高出力の)電池となり得る。
なお、本実験例の結果によれば、Na濃度が0.05mol/L以上の範囲では反応抵抗の低下効果がほぼ飽和していた。したがって、通常はNa濃度が凡そ0.05〜0.1mol/Lの範囲にある初期電解液を用いることが適当であると考えられる。
As can be seen from Figure 1 and Table 1, samples A1~A6 prepared by using the initial electrolyte containing NaPF 6 of the support salt and 0.01~0.2mol / L of 1 mol / L does not include NaPF 6 In any of the comparative samples A1 prepared using the initial electrolytic solution, the reaction resistance component was 10% or less. In particular, in samples A3 to A6 using the initial electrolytic solution having a Na + concentration exceeding 0.03 mol / L, the reaction resistance component was reduced by 20% or more (approximately 25%) with respect to the comparative sample A1. The effect of lowering the reaction resistance is that Na + having an ionic radius larger than that of Li + is inserted between layers of the carbon material (negative electrode active material) by charging during conditioning, thereby increasing the interlayer distance and inserting Li + . -It is thought that this was realized in connection with the decrease in energy required for desorption. A battery having a reduced reaction resistance as described above can be a battery having more excellent output characteristics (for example, a high output).
According to the results of this experimental example, the reaction resistance lowering effect was almost saturated when the Na + concentration was in the range of 0.05 mol / L or more. Therefore, it is considered appropriate to use an initial electrolytic solution whose Na + concentration is generally in the range of about 0.05 to 0.1 mol / L.

<実験例3>
ECとEMCとの3:7(体積比)混合溶媒にLiPF(支持塩)およびKPFを溶解させて初期電解液を調製した。この初期電解液におけるLiPFの濃度は約1mol/Lである。また、KPFの濃度は約0.01mol/Lである。この初期電解液を用いた点以外はサンプルA1と同様にして電池組立体の作製およびコンディショニングを行うことにより、リチウムイオン二次電池(サンプルB1)を得た。
また、KPFの濃度がそれぞれ約0.02mol/L(サンプルB2)、約0.04mol/L(サンプルB3)、約0.08mol/L(サンプルB4)、約0.15mol/L(サンプルB5)、約0.3mol/L(サンプルB6)である初期電解液を用いた点以外はサンプルB1と同様にして電池組立体の作製およびコンディショニングを行うことにより、リチウムイオン二次電池(サンプルB2〜B6)を得た。
<Experimental example 3>
LiPF 6 (supporting salt) and KPF 6 were dissolved in a 3: 7 (volume ratio) mixed solvent of EC and EMC to prepare an initial electrolytic solution. The concentration of LiPF 6 in this initial electrolyte is about 1 mol / L. The concentration of KPF 6 is about 0.01 mol / L. A lithium ion secondary battery (sample B1) was obtained by preparing and conditioning the battery assembly in the same manner as sample A1, except that this initial electrolyte was used.
The concentrations of KPF 6 are about 0.02 mol / L (sample B2), about 0.04 mol / L (sample B3), about 0.08 mol / L (sample B4), and about 0.15 mol / L (sample B5). ), Except that the initial electrolyte solution of about 0.3 mol / L (sample B6) was used, and the battery assembly was prepared and conditioned in the same manner as sample B1, thereby obtaining a lithium ion secondary battery (samples B2 to B2). B6) was obtained.

サンプルB1〜B6および比較サンプルB1の各電池につき、交流インピーダンス法により周波数特性を取得し、その周波数特性から負極の反応抵抗成分を抽出した。その結果を図2および表2に示す。図2および表2に示すサンプルB1〜B6の反応抵抗成分の値は、比較サンプルB1の反応抵抗成分値を100%としたときの相対値である。   For each battery of Samples B1 to B6 and Comparative Sample B1, frequency characteristics were obtained by the AC impedance method, and the reaction resistance component of the negative electrode was extracted from the frequency characteristics. The results are shown in FIG. The reaction resistance component values of Samples B1 to B6 shown in FIG. 2 and Table 2 are relative values when the reaction resistance component value of Comparative Sample B1 is 100%.

Figure 0004617702
Figure 0004617702

図2および表2から判るように、1mol/Lの支持塩および0.01〜0.3mol/LのKPFを含む初期電解液を用いて作製したサンプルB1〜B6は、KPFを含まない初期電解液を用いて作製した比較サンプルB1に対し、いずれも反応抵抗成分が10%以上少なかった。特に、K濃度が0.02mol/Lを超える初期電解液を用いたサンプルB3〜B6では、比較サンプルB1に対して反応抵抗成分がほぼ20%減少していた。かかる反応抵抗の低下効果は、コンディショニングの際の充電によってLiよりもイオン半径の大きなKが炭素材料(負極活物質)の層間に挿入され、層間距離が拡大してLiの挿入・脱離に要するエネルギーが低下したことに関連して実現されたものと考えられる。このように反応抵抗が低下された電池は、より高出力の電池となり得る。
なお、本実験例の結果によれば、K濃度が0.04mol/L以上の範囲では反応抵抗の低下効果がほぼ飽和していた。したがって、通常はK濃度が凡そ0.04〜0.1mol/Lの範囲にある初期電解液を用いることが適当であると考えられる。
As can be seen from Figure 2 and Table 2, samples B1~B6 prepared using an initial electrolytic solution containing KPF 6 of the support salt and 0.01~0.3mol / L of 1 mol / L does not comprise a KPF 6 In any of the comparative samples B1 prepared using the initial electrolytic solution, the reaction resistance component was 10% or less. In particular, in the samples B3 to B6 using the initial electrolytic solution having a K + concentration exceeding 0.02 mol / L, the reaction resistance component was reduced by approximately 20% with respect to the comparative sample B1. The effect of reducing the reaction resistance is that K + having an ionic radius larger than that of Li + is inserted between the layers of the carbon material (negative electrode active material) by charging during conditioning, and the inter-layer distance is increased to increase the insertion / desorption of Li +. This is considered to be realized in connection with the decrease in energy required for separation. Thus, a battery with reduced reaction resistance can be a battery with higher output.
According to the results of this experimental example, the reaction resistance lowering effect was almost saturated in the range where the K + concentration was 0.04 mol / L or more. Therefore, it is considered appropriate to use an initial electrolytic solution whose K + concentration is usually in the range of about 0.04 to 0.1 mol / L.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

初期電解液のナトリウムイオン濃度と反応抵抗成分の値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sodium ion concentration of an initial stage electrolyte solution, and the value of a reaction resistance component. 初期電解液のカリウムイオン濃度と反応抵抗成分の値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the potassium ion concentration of an initial stage electrolyte solution, and the value of a reaction resistance component.

Claims (5)

以下の工程:
リチウムイオンを吸蔵・放出し得る材料を有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離し得る炭素材料を有する負極と、リチウムイオンよりもイオン半径の大きなカチオンを含有する初期電解液と、を備える電池組立体を得る工程;および、
該電池組立体に初期充電を行う工程;
を包含し、
前記初期電解液は、リチウム以外のアルカリ金属イオンからなる群から選択される一種または二種を含む前記カチオンを0.002〜0.3モル/リットルの濃度で含有する、リチウム二次電池の製造方法。
The following steps:
A battery assembly comprising: a positive electrode having a material capable of inserting / extracting lithium ions; a negative electrode having a carbon material capable of inserting / extracting lithium ions; and an initial electrolyte containing a cation having a larger ion radius than lithium ions. Obtaining a solid; and
Performing an initial charge on the battery assembly;
It encompasses,
The initial electrolytic solution contains the cation containing one or two selected from the group consisting of alkali metal ions other than lithium at a concentration of 0.002 to 0.3 mol / liter, and manufacture of a lithium secondary battery Method.
前記初期電解液は、非水系溶媒と、該溶媒に溶解しているリチウム塩および前記カチオンの塩とを含む請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the initial electrolytic solution includes a non-aqueous solvent, a lithium salt dissolved in the solvent, and a salt of the cation. 前記初期充電は、少なくともSOC20%に至るまでは1/3C以下の充電レートで行う請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the initial charging is performed at a charging rate of 1/3 C or less until at least SOC 20% is reached. 前記初期充電は、少なくとも前記初期電解液の前記カチオン濃度が0.03モル/リットル以下に減少するまでは1/3C以下の充電レートで行う請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the initial charging is performed at a charging rate of 1/3 C or less until at least the cation concentration of the initial electrolytic solution is reduced to 0.03 mol / liter or less. 請求項1からのいずれか一項に記載の方法により製造されたリチウム二次電池。 The lithium secondary battery manufactured by the method as described in any one of Claim 1 to 4 .
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