JP4660105B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
現在、携帯電話などの携帯機器向けの非水電解質二次電池として、リチウムイオン二次電池が商品化されている。この電池は、正極にリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、負極に黒鉛質材料や炭素質材料、非水電解液にリチウム塩を溶解した有機溶媒、セパレータに多孔質膜が用いられている。前記セパレータの材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、あるいはそれらの組合わせが使われている。 Currently, lithium ion secondary batteries are commercialized as non-aqueous electrolyte secondary batteries for portable devices such as mobile phones. In this battery, a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is used for the positive electrode, a graphite material or a carbonaceous material is used for the negative electrode, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous electrolyte, and a porous film is used for the separator. As the material of the separator, polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a combination thereof is used.
リチウムイオン二次電池用セパレータとしては、不織布材料より、微多孔膜の方が望ましい。これは不織布では均一性および突刺強度等の物理的性質に優れた薄膜を作ることが難しいためである。上記微多孔膜の製造方法は、大まかに湿式プロセスと乾式プロセスの2つに分けられる。 As a separator for a lithium ion secondary battery, a microporous film is more preferable than a nonwoven material. This is because it is difficult to make a thin film excellent in physical properties such as uniformity and puncture strength with a nonwoven fabric. The method for producing the microporous membrane is roughly divided into two processes, a wet process and a dry process.
湿式プロセスは、炭化水素溶媒等とポリオレフィンレジンを混合して、加熱溶融したものをシート状に加工し、その後、一軸または二軸方向に延伸し、最後に溶媒を揮発性溶媒で抽出・除去する工程を含むものである。 In the wet process, a hydrocarbon resin and polyolefin resin are mixed, heated and melted, processed into a sheet, then stretched uniaxially or biaxially, and finally the solvent is extracted and removed with a volatile solvent. It includes a process.
一方、乾式プロセスは、ポリオレフィンレジンを融解し、フィルム状に押出し、熱処理したものを低温で延伸、さらに高温で再度延伸することで微多孔質を形成する工程を含むものである。 On the other hand, the dry process includes a step of forming a microporous material by melting a polyolefin resin, extruding it into a film, and stretching the heat treated material at a low temperature and then stretching it again at a high temperature.
上記乾式プロセスで製造されるセパレータとして、PP/PE/PP三層構造を有するものが知られている。このセパレータは低融点のPE層(融点135℃)が熱ヒューズとして働き、高融点のPP層(融点165℃)が機械的強度に強いという特徴を持つ。 A separator having a PP / PE / PP three-layer structure is known as a separator manufactured by the dry process. This separator is characterized in that a low melting point PE layer (melting point 135 ° C.) functions as a thermal fuse, and a high melting point PP layer (melting point 165 ° C.) is strong in mechanical strength.
一方、特許文献1には、乾式プロセスにてPE/PPをブレンドしたものから単層セパレータを製造する方法が報告されている。 On the other hand, Patent Document 1 reports a method for producing a single-layer separator from a blend of PE / PP by a dry process.
また、特許文献2では、微多孔膜中で、アクリレート末端基を有したポリエチレンオキシド(PEO)モノマーをベースとしたゲルを形成する方法が報告されている。しかしながら、ゲル状物質等の常温で接着性を有するものは、セパレータに均一な接着性をもたらすことが困難で、電池反応に斑が生じて長い充放電サイクル寿命を得られない。さらに、前記ゲルを介したセパレータでは、PEOの親水性が高いため、電池作製工程等で水分が混入しやすく、また、セパレータ自体が粘着性を持つため、電池作製が困難になるという問題があった。
特許文献3には、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルムや合成樹脂製不織布からなる多孔質セパレータを用い、この多孔質セパレータと正負極の剥離強度を10gf/cm以下にすると、大電流放電特性と充放電サイクル寿命が向上され、前記剥離強度が10gf/cmを超えると、正負極とセパレータとの界面抵抗が大きくなって優れた大電流放電特性とサイクル寿命が得られなくなるとの記載がある。
In
しかしながら、特許文献3のようにセパレータと正負極の剥離強度を10gf/cm以下と小さくすると、充放電時に発生するガスや電極の膨張・収縮によって電極群内に隙間が発生しやすく、隙間の生じたところではリチウムの吸蔵・放出反応が生じ難くなるため、充放電反応斑が大きくなり、十分な充放電サイクル寿命を得られなかった。
本発明は、充放電サイクル寿命が向上された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having an improved charge / discharge cycle life.
本発明に係る非水電解質二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に配置されるセパレータと、非水電解質とを具備する非水電解質二次電池であって、
前記セパレータは、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン・アクリレート共重合樹脂、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体及びナイロンよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる樹脂成分を含有する面を有し、
前記セパレータの前記樹脂成分を含有する面が前記負極と接した状態で前記正極、前記セパレータ及び前記負極が一体化され、
前記正極と前記セパレータとの剥離強度並びに前記負極と前記セパレータとの剥離強度が10gf/cmより大きく、30gf/cm以下であることを特徴とするものである。
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte,
The separator have a surface containing a resin component composed of at least one kind selected ethylene-vinyl acetate copolymer resins, ethylene-acrylate copolymer resins, polystyrene-butadiene block copolymer and the group consisting of nylon,
The positive electrode, the separator, and the negative electrode are integrated in a state where the surface containing the resin component of the separator is in contact with the negative electrode,
The peeling strength between the peeling strength and the separator and the negative electrode of the positive electrode and the separator is greater than 10 gf / cm, it is characterized in that not more than 30 gf / cm.
本発明によれば、充放電サイクル寿命が向上された非水電解質二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having an improved charge / discharge cycle life.
非水電解質二次電池の非水電解質は、基本的にセパレータを中心にして存在しており、セパレータと電極が密着しているほど電極反応を均一に行うことができる。このため、電極とセパレータの密着性は、高い方が望ましいものの、特許文献3に記載されているようなポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースまたはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を構成材料とするセパレータを用いて電極との密着性を高くしようとすると、電極とセパレータに高温で高圧の加熱プレスを加えてこれらを接着しなければならず、加熱プレスの際にセパレータが大幅に収縮して微孔が閉塞し、セパレータのリチウムイオン透過性が低くなるため、十分な充放電サイクル寿命を得られなかった。
The non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery basically exists centering on the separator, and the electrode reaction can be uniformly performed as the separator and the electrode are in close contact with each other. For this reason, although it is desirable that the adhesion between the electrode and the separator is higher, the separator is made of polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF) as described in
本願発明で用いるセパレータには、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、エチレン・アクリレート共重合樹脂(EEA)、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体及びナイロンよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる樹脂成分が含有されているため、50℃〜100℃という比較的低温でホットメルト接着性を示すことができる。このため、電極とセパレータに無理な加熱プレスを加えずとも、正負極少なくともいずれか一方の電極とセパレータとの剥離強度を10gf/cmより大きく、30gf/cm以下にすることができ、セパレータのリチウムイオン透過性を損なわずに電極との密着性を高くすることができる。その結果、充放電時に発生するガスや電極の膨張・収縮に伴う電極群内の隙間の発生を少なくすることができるため、電極表面におけるリチウムイオンの吸蔵・放出のムラを減少させることができ、充放電サイクル特性を向上させることができる。また、このセパレータは、耐溶剤性にも優れている。 The separator used in the present invention includes at least one resin selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA), ethylene / acrylate copolymer resin (EEA), polystyrene / butadiene block copolymer, and nylon. Since the component is contained, hot melt adhesiveness can be exhibited at a relatively low temperature of 50 ° C to 100 ° C. Therefore, the peeling strength between at least one of the positive and negative electrodes and the separator can be made larger than 10 gf / cm and 30 gf / cm or less without applying an excessive heating press to the electrode and the separator. Adhesiveness with the electrode can be increased without impairing ion permeability. As a result, it is possible to reduce the occurrence of gaps in the electrode group due to the gas generated during charging and discharging and the expansion and contraction of the electrode, so that the unevenness of occlusion / release of lithium ions on the electrode surface can be reduced, Charge / discharge cycle characteristics can be improved. Moreover, this separator is excellent also in solvent resistance.
なお、剥離強度の上限を30gf/cmとしたのは、30gf/cmよりも大きな剥離強度にすると、前述した樹脂成分を含有するセパレータを用いてもセパレータのリチウムイオン透過性が損なわれて充放電サイクル寿命が短くなるからである。さらに望ましい範囲は13〜26gf/cmである。 The upper limit of the peel strength is 30 gf / cm. If the peel strength is higher than 30 gf / cm, the lithium ion permeability of the separator is impaired even when the separator containing the resin component described above is used. This is because the cycle life is shortened. A more desirable range is 13 to 26 gf / cm.
剥離強度については、正極とセパレータの剥離強度か、負極とセパレータの剥離強度のいずれかが前述した範囲内であれば、十分な充放電サイクル特性を得ることができるが、より優れた充放電サイクル特性を得るためには、正極とセパレータの剥離強度並びに負極とセパレータの剥離強度双方が前述した範囲内であることが望ましい。 As for the peel strength, if either the peel strength of the positive electrode and the separator or the peel strength of the negative electrode and the separator is within the above-mentioned range, sufficient charge / discharge cycle characteristics can be obtained, but a more excellent charge / discharge cycle. In order to obtain characteristics, it is desirable that both the peel strength between the positive electrode and the separator and the peel strength between the negative electrode and the separator are within the ranges described above.
また、ホットメルト接着性を示す温度が低いほど好ましいというものでもなく、50℃以下でホットメルト性を示すセパレータでは、電池温度が50℃以上になった場合にセパレータが収縮してリチウムイオン透過性が低下する可能性がある。40℃〜50℃は自然条件でも上がりうる温度のため、50〜100℃でホットメルト性が得られる上記樹脂成分を含有させるのである。 In addition, it is not preferable that the temperature indicating the hot melt adhesiveness is lower. In the separator exhibiting the hot melt property at 50 ° C. or lower, the lithium ion permeability is reduced when the battery temperature is 50 ° C. or higher. May be reduced. Since 40 ° C. to 50 ° C. is a temperature that can be increased even under natural conditions, the above resin component that provides hot melt properties at 50 to 100 ° C. is contained.
以下、このセパレータ、並びに正極、負極及び非水電解質について説明する。 Hereinafter, the separator, the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte will be described.
1)セパレータ
セパレータは、例えば、多孔質シートから形成することができる。多孔質シートとしては、例えば、多孔質フィルム、不織布を挙げることができる。
1) Separator The separator can be formed from a porous sheet, for example. As a porous sheet, a porous film and a nonwoven fabric can be mentioned, for example.
セパレータには、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、エチレン・アクリレート共重合樹脂(EEA)、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体及びナイロンよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる樹脂成分と併せて、他の樹脂が含有されていることが望ましい。 The separator is combined with at least one resin component selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA), ethylene / acrylate copolymer resin (EEA), polystyrene / butadiene block copolymer and nylon. It is desirable that other resins are contained.
他の樹脂としては、ポリオレフィン及びセルロースから選ばれる少なくとも1種類の材料が好ましい。ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを挙げることができる。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。ポリエチレン及びポリプロピレンのうち少なくとも一方を他の樹脂として用いるセパレータは、電極との加熱接着時の溶融による目詰まりをより少なくすることができ、また、適正な温度でシャットダウン機能が働くために異常高温時の安全性にも優れている。 The other resin is preferably at least one material selected from polyolefin and cellulose. Examples of the polyolefin include polyethylene and polypropylene. Of these, polyethylene and polypropylene are preferable. Separator using at least one of polyethylene and polypropylene as other resin can reduce clogging due to melting at the time of heat bonding with electrode, and also at abnormal temperature because shutdown function works at proper temperature The safety is also excellent.
セパレータ中のEVA、EEA、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体及びナイロンよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる樹脂成分の含有量は、0.1〜10重量%の範囲にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。含有量を0.1重量%未満にすると、樹脂成分の添加効果を十分に得られない恐れがある。一方、含有量が10重量%を超えると、電極と加熱プレスにより接着する際にセパレータが目詰まりを起こしやすいため、電池の内部抵抗が大きくなる恐れがある。含有量のさらに好ましい範囲は0.5〜10重量%で、最も好ましい範囲は1〜5重量%である。 The content of at least one resin component selected from the group consisting of EVA, EEA, polystyrene / butadiene block copolymer, and nylon in the separator is preferably in the range of 0.1 to 10% by weight. This is due to the reason explained below. If the content is less than 0.1% by weight, the effect of adding the resin component may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the content exceeds 10% by weight, the separator tends to be clogged when bonded to the electrode by a hot press, so that the internal resistance of the battery may be increased. The more preferable range of the content is 0.5 to 10% by weight, and the most preferable range is 1 to 5% by weight.
前記樹脂成分を含有するセパレータは、例えば、上記樹脂成分からなるフィルムと他成分フィルムとを重ねて二層以上の積層構造とし、これらを延伸工程を利用して一体化するか、あるいは母材フィルム中に上記樹脂成分の粒子を添加し、延伸工程で均一に分散させることによってセパレータを得ることも可能である。 The separator containing the resin component is, for example, a film composed of the resin component and another component film stacked to form a laminated structure of two or more layers, and these are integrated using a stretching process, or a base material film It is also possible to obtain a separator by adding the resin component particles therein and uniformly dispersing in the stretching step.
セパレータの厚さは、30μm以下にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は25μm以下である。また、厚さの下限値は5μmにすることが好ましく、さらに好ましい下限値は8μmである。 The thickness of the separator is preferably 30 μm or less, and more preferably 25 μm or less. Moreover, it is preferable that the lower limit of thickness is 5 micrometers, and a more preferable lower limit is 8 micrometers.
セパレータは、120℃、1時間での熱収縮率が20%以下であることが好ましい。前記熱収縮率は、15%以下にすることがより好ましい。 The separator preferably has a heat shrinkage rate of 120% or less at 120 ° C. for 1 hour. The heat shrinkage rate is more preferably 15% or less.
セパレータは、多孔度が30〜60%の範囲であることが好ましい。多孔度のより好ましい範囲は、35〜50%である。 The separator preferably has a porosity in the range of 30 to 60%. A more preferable range of the porosity is 35 to 50%.
セパレータは、空気透過率が600秒/100cm3以下であることが好ましい。空気透過率は、100cm3の空気が多孔質シートを透過するのに要した時間(秒)を意味する。空気透過率の上限値は500秒/100cm3にすることがより好ましい。また、空気透過率の下限値は50秒/100cm3 にすることが好ましく、さらに好ましい下限値は80秒/100cm3である。 The separator preferably has an air permeability of 600 seconds / 100 cm 3 or less. The air permeability means time (seconds) required for 100 cm 3 of air to pass through the porous sheet. The upper limit value of the air permeability is more preferably 500 seconds / 100 cm 3 . The lower limit value of the air permeability is preferably 50 seconds / 100 cm 3, and a more preferable lower limit value is 80 seconds / 100 cm 3 .
2)正極
この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質を含む正極層とを含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer that is supported on one or both surfaces of the current collector and includes an active material.
前記正極層は、結着剤及び導電剤をさらに含むことが望ましい。 The positive electrode layer preferably further includes a binder and a conductive agent.
前記正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。中でも、リチウム含有コバルト酸化物(例えば、LiCoO2 )、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物(例えば、LiNi0.8 Co0.2 O2 )、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn2 O4 、LiMnO2 )を用いると、高電圧が得られるために好ましい。なお、使用する正極活物質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。 Examples of the positive electrode active material include various oxides such as manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing nickel oxide, lithium-containing cobalt oxide, lithium-containing nickel cobalt oxide, lithium-containing iron oxide, and lithium. Examples thereof include vanadium oxide and chalcogen compounds such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. Among them, when a lithium-containing cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), a lithium-containing nickel cobalt oxide (for example, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 ), or a lithium manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 ) is used. This is preferable because a high voltage can be obtained. In addition, the kind of positive electrode active material to be used can be made into 1 type or 2 types or more.
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。 Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエーテルサルフォン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethersulfone, ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), and styrene-butadiene rubber (SBR). be able to.
前記正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質85〜98重量%、導電剤1〜10重量%、結着剤1〜5重量%の範囲にすることが好ましい。 The blending ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 85 to 98% by weight of the positive electrode active material, 1 to 10% by weight of the conductive agent, and 1 to 5% by weight of the binder.
前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。 As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, aluminum, stainless steel, or nickel.
前記正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥してプレスすることにより作製される。 The positive electrode is produced, for example, by suspending a conductive agent and a binder in an appropriate solvent in a positive electrode active material, applying the suspension to a current collector, drying it, and pressing it.
3)負極
前記負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持される負極層とを含む。
3) Negative electrode The negative electrode includes a current collector and a negative electrode layer supported on one side or both sides of the current collector.
前記負極層は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物及び結着剤を含むことが望ましい。 The negative electrode layer preferably contains a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions and a binder.
前記炭素質物としては、例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料; 熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体などに500〜3000℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料; 黒鉛質材料粒子の表面を粒子よりも結晶性の低い炭素層で被覆したもの等を挙げることができる。中でも、(002)面の面間隔d002が0.34nm以下である黒鉛結晶を有する黒鉛質材料を用いるのが好ましい。このような黒鉛質材料を炭素質物として含む負極を備えた非水電解質二次電池は、電池容量および大電流放電特性を大幅に向上することができる。前記面間隔d002 は、0.337nm以下であることが更に好ましい。 Examples of the carbonaceous material include graphite materials, carbonaceous materials such as graphite, coke, carbon fiber, spherical carbon, pyrolytic vapor phase carbonaceous material, and resin fired body; thermosetting resin, isotropic pitch, mesophase pitch, and the like. Graphite material or carbonaceous material obtained by heat-treating carbon-based carbon, mesophase pitch-based carbon fiber, mesophase microspheres, etc. at 500 to 3000 ° C .; a carbon layer having a surface of the graphite material particles having lower crystallinity than the particles Can be mentioned. Among them, it is preferable to use a graphite material having a graphite crystal having a (002) plane spacing d002 of 0.34 nm or less. A nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode containing such a graphite material as a carbonaceous material can greatly improve battery capacity and large current discharge characteristics. More preferably, the surface interval d002 is 0.337 nm or less.
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。 Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. Can be used.
前記炭素質物及び前記結着剤の配合割合は、炭素質物90〜98重量%、結着剤2〜10重量%の範囲であることが好ましい。 The blending ratio of the carbonaceous material and the binder is preferably in the range of 90 to 98% by weight of the carbonaceous material and 2 to 10% by weight of the binder.
前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。 As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, copper, stainless steel, or nickel.
前記負極は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で1回プレスもしくは2〜5回多段階プレスすることにより作製される。プレス後の電極密度は1.25〜1.55g/cm3にするのが望ましい。 The negative electrode is, for example, kneaded with a carbonaceous material that occludes / releases lithium ions and a binder in the presence of a solvent, and the resulting suspension is applied to a current collector and dried, followed by a desired pressure. It is produced by pressing once or multistage pressing 2-5 times. The electrode density after pressing is preferably 1.25 to 1.55 g / cm 3 .
前記負極は、前述したリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素物質を含むものの代わりに、アルミニウム、マグネシウム、スズ、けい素等の金属か、金属酸化物か、金属硫化物か、もしくは金属窒化物から選ばれる金属化合物や、リチウム合金を含むものを使用することができる。 The negative electrode is selected from a metal such as aluminum, magnesium, tin, and silicon, a metal oxide, a metal sulfide, or a metal nitride instead of the above-described carbon material that occludes / releases lithium ions. A metal compound containing a lithium compound or a lithium alloy can be used.
前記金属酸化物としては、例えば、スズ酸化物、ケイ素酸化物、リチウムチタン酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物等を挙げることができる。 Examples of the metal oxide include tin oxide, silicon oxide, lithium titanium oxide, niobium oxide, and tungsten oxide.
前記金属硫化物としては、例えば、スズ硫化物、チタン硫化物等を挙げることができる。 Examples of the metal sulfide include tin sulfide and titanium sulfide.
前記金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。 Examples of the metal nitride include lithium cobalt nitride, lithium iron nitride, and lithium manganese nitride.
前記リチウム合金としては、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金、リチウム鉛合金、リチウムケイ素合金等を挙げることができる。 Examples of the lithium alloy include a lithium aluminum alloy, a lithium tin alloy, a lithium lead alloy, and a lithium silicon alloy.
4)非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、前記非水溶媒に溶解されるリチウム塩とを含有するものである。非水電解質としては、非水溶媒にリチウム塩を溶解させた液状非水電解質を用いても、前記液状非水電解質に有機高分子化合物や架橋ポリマーを溶解しゲル状としたゲル状非水電解質を用いても良い。
4) Nonaqueous electrolyte The nonaqueous electrolyte contains a nonaqueous solvent and a lithium salt dissolved in the nonaqueous solvent. As the non-aqueous electrolyte, a gel-like non-aqueous electrolyte in which a liquid non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is used, and an organic polymer compound or a crosslinked polymer is dissolved in the liquid non-aqueous electrolyte to form a gel. May be used.
非水溶媒としては、例えば、環状カーボネート、鎖状カーボネート、スルトン化合物(環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物、1,3−プロパンスルトン(PS)など)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(phEC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(VL)、プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、2−メチルフラン(2Me−F)、フラン(F)、チオフェン(TIOP)、カテコールカーボネート(CATC)、エチレンサルファイト(ES)、12−クラウン−4(Crown)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(Ether)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、2,4−ジフルオロアニソール(DFA)等を挙げることができる。非水溶媒の種類は、1種類もしくは2種類以上にすることができる。 Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, sultone compounds (sultone compounds having at least one double bond in the ring, 1,3-propane sultone (PS), etc.), vinylene carbonate (VC), Vinylethylene carbonate (VEC), phenylethylene carbonate (phEC), γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (VL), methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), 2-methylfuran (2Me- F), furan (F), thiophene (TIOP), catechol carbonate (CATC), ethylene sulfite (ES), 12-crown-4 (Crown), tetraethylene glycol dimethyl ether (Ether), cyclohexylbenzene (CHB), 2 , 4-Diff Examples include Luoloanisole (DFA). The type of the non-aqueous solvent can be one type or two or more types.
非水溶媒の組成としては、例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含むもの、環状カーボネートとGBLを含むものなどを挙げることができる。環状カーボネートしては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)などを挙げることができる。また、鎖状カーボネートには、メチルエチルカーボネート(MEC)が含まれていることが望ましく、MECのみを鎖状カーボネートとして用いても、MECに他の鎖状カーボネートを併用しても良い。他の鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート(DEC)及びジメチルカーボネート(DMC)のうちの少なくとも一方が好ましい。 Examples of the composition of the non-aqueous solvent include those containing a cyclic carbonate and a chain carbonate, and those containing a cyclic carbonate and GBL. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). The chain carbonate preferably contains methyl ethyl carbonate (MEC), and only MEC may be used as the chain carbonate, or another chain carbonate may be used in combination with MEC. The other chain carbonate is preferably at least one of diethyl carbonate (DEC) and dimethyl carbonate (DMC).
リチウム塩としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[(LiN(CF3 SO2 )2 ]、LiN(C2F5SO2)2などのリチウム塩を挙げることができる。使用する電解質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。中でも、LiPF6あるいはLiBF4を含むものが好ましい。 Examples of the lithium salt include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), trifluoro Examples include lithium salts such as lithium metasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [(LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 . The type of electrolyte to be used can be one type or two or more types, and among them, those containing LiPF 6 or LiBF 4 are preferable.
非水溶媒中のリチウム塩濃度は、0.5〜2.5モル/Lとすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、0.8〜2.0モル/Lである。 The lithium salt concentration in the non-aqueous solvent is desirably 0.5 to 2.5 mol / L. A more preferable range is 0.8 to 2.0 mol / L.
前記液状非水電解質には、セパレータとの濡れ性を良くするために、トリオクチルフォスフェート(TOP)のような界面活性剤を含有させることが望ましい。界面活性剤の添加量は、3%以下が好ましく、さらには0.1〜1%の範囲内にすることが好ましい。 The liquid non-aqueous electrolyte preferably contains a surfactant such as trioctyl phosphate (TOP) in order to improve the wettability with the separator. The addition amount of the surfactant is preferably 3% or less, and more preferably in the range of 0.1 to 1%.
前記液状非水電解質の量は、電池単位容量1Ah当たり1.5〜5.5gにすることが好ましい。液状非水電解質量のより好ましい範囲は、2〜5g/Ahである。 The amount of the liquid non-aqueous electrolyte is preferably 1.5 to 5.5 g per battery unit capacity 1 Ah. A more preferable range of the liquid nonaqueous electrolytic mass is 2 to 5 g / Ah.
電極とセパレータの一体化は、例えば、以下に説明する方法で行われる。 Integration of an electrode and a separator is performed by the method demonstrated below, for example.
正極及び負極をその間にセパレータを介在させて扁平形状の渦巻となるように捲回するか、正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回した後、径方向に圧縮して扁平形状にするか、あるいは正極及び負極をその間にセパレータを介在させて1回以上折り曲げることにより電極群を得る。 The positive electrode and the negative electrode are wound so as to form a flat spiral with a separator interposed therebetween, or the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral with a separator interposed therebetween, and then compressed in the radial direction to be flattened. The electrode group is obtained by forming a shape or bending the positive electrode and the negative electrode one or more times with a separator interposed therebetween.
得られた電極群の厚さ方向に加熱成形を施すことにより、セパレータに正極と負極を接着する。 The positive electrode and the negative electrode are bonded to the separator by heat forming in the thickness direction of the obtained electrode group.
前記加熱成形は、電極群を容器に収納してから行っても良いし、容器に収納する前に行っても良い。 The thermoforming may be performed after the electrode group is stored in a container, or may be performed before the electrode group is stored in the container.
加熱成形を行う雰囲気は、真空を含む減圧雰囲気か、あるいは常圧雰囲気にすることが望ましい。 The atmosphere in which the heat forming is performed is preferably a reduced pressure atmosphere including a vacuum or a normal pressure atmosphere.
成形は、例えば、プレス成形、あるいは成形型への填め込み等により行うことができる。 The molding can be performed by, for example, press molding or insertion into a molding die.
前記加熱成形の温度は、40〜120℃の範囲内にすることが好ましい。より好ましい範囲は、60〜90℃である。 The temperature of the thermoforming is preferably in the range of 40 to 120 ° C. A more preferable range is 60 to 90 ° C.
前記加熱成形の成形圧は、0.01〜30kg/cm2の範囲内にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、8〜20kg/cm2である。 The molding pressure for the heat molding is preferably in the range of 0.01 to 30 kg / cm 2 . A more preferable range is 8 to 20 kg / cm 2 .
上述した電極群と非水電解質を収容する容器について説明する。 A container for accommodating the electrode group and the non-aqueous electrolyte described above will be described.
容器の形状は、例えば、有底矩形筒型、袋状、カップ状等にすることができる。 The shape of the container may be, for example, a bottomed rectangular tube shape, a bag shape, or a cup shape.
この容器は、例えば、樹脂層を含むシート、金属板、金属フィルム等から形成することができる。 This container can be formed from, for example, a sheet including a resin layer, a metal plate, a metal film, or the like.
前記シートに含まれる樹脂層は、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリアミド等から形成することができる。シートは1種類または2種類以上の樹脂層のみから構成されていても良いが、金属層を含むものであっても良い。金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。 The resin layer contained in the sheet can be formed from, for example, polyolefin (for example, polyethylene, polypropylene), polyamide or the like. The sheet may be composed of only one type or two or more types of resin layers, but may include a metal layer. Examples of the metal layer include aluminum, stainless steel, iron, copper, and nickel.
前記金属板及び前記金属フィルムは、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウムから形成することができる。 The metal plate and the metal film can be formed of, for example, iron, stainless steel, or aluminum.
本発明に係る非水電解質二次電池は、円筒形、角形、薄型等の様々な形態にすることができる。そのうちの薄型リチウムイオン二次電池と角形リチウムイオン二次電池を図1〜図3を参照して詳細に説明する。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can have various forms such as a cylindrical shape, a rectangular shape, and a thin shape. Among them, a thin lithium ion secondary battery and a prismatic lithium ion secondary battery will be described in detail with reference to FIGS.
まず、薄型リチウムイオン二次電池を図1,2を参照して説明する。 First, a thin lithium ion secondary battery will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、長箱型のカップ状をなす容器本体1内には、電極群2が収納されている。電極群2は、正極3と、負極4と、正極3と負極4の間に配置されるセパレータ5を含む積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。非水電解質は、電極群2に保持されている。容器本体1には蓋板6が一体化されている。容器本体1と蓋板6は、それぞれ、ラミネートフィルムから構成される。このラミネートフィルムは、外部保護層7と、熱可塑性樹脂を含有する内部保護層8と、外部保護層7と内部保護層8の間に配置される金属層9とを含む。容器本体1には蓋体6が内部保護層8の熱可塑性樹脂を用いてヒートシールによって固定され、それにより容器内に電極群2が密封される。正極3には正極タブ10が接続され、負極4には負極タブ11が接続され、それぞれ容器の外部に引き出されて、正極端子及び負極端子の役割を果たす。
As shown in FIG. 1, an
次いで、角形非水電解質二次電池について説明する。 Next, the prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.
図3に示すように、例えばアルミニウムのような金属製の有底矩形筒状容器12内には、電極群13が収納されている。電極群13は、正極14、セパレータ15及び負極16がこの順序で積層され、扁平状に捲回されたものである。中央付近に開口部を有するスペーサ17は、電極群13の上方に配置されている。
As shown in FIG. 3, an
非水電解質は、電極群13に保持されている。注液口18aを備え、かつ中央付近に円形孔が開口されている封口板18bは、容器12の開口部にレーザ溶接されている。なお、注液口18aは封止蓋(図示しない)で覆われている。負極端子19は、封口板18bの円形孔にハーメチックシールを介して配置されている。負極16から引き出された負極タブ20は、負極端子19の下端に溶接されている。一方、正極タブ(図示しない)は、正極端子を兼ねる容器12に接続されている。
The nonaqueous electrolyte is held in the
[実施例]
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.
(実施例1)
<正極の作製>
まず、リチウムコバルト酸化物(LixCoO2;但し、Xは0<X≦1である)粉末91重量%をアセチレンブラック3重量%、グラファイト3重量%及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3重量%と溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加えて混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が3g/cm3で、正極層が集電体の両面に担持された構造の正極を作製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
First, 91% by weight of lithium cobalt oxide (Li x CoO 2, where X is 0 <X ≦ 1) powder is used as 3% by weight of acetylene black, 3% by weight of graphite, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. 3% by weight and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent were added and mixed to prepare a slurry. The slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, and then dried and pressed, whereby the electrode density was 3 g / cm 3 and the positive electrode layer was supported on both sides of the current collector. A positive electrode having a structure was prepared.
<負極の作製>
炭素質材料として3000℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維(繊維径が8μm、平均繊維長が20μm、平均面間隔(d002)が0.3360nm)の粉末を93重量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)7重量%とを混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが12μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより電極密度が1.4g/cm3 で、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。
<Production of negative electrode>
93% by weight of powder of mesophase pitch carbon fiber (
<セパレータ>
ポリエチレン(PE)の基材フィルムにエチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)フィルムを積層した二層構造のものを延伸工程で一体化し、厚さが25μm、120℃で1時間での熱収縮が20%で、多孔度が50%のセパレータを得た。セパレータ中のEVA含有量は2重量%とした。
<Separator>
A two-layer structure in which an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) film is laminated on a polyethylene (PE) base film is integrated in a stretching process, and the heat shrinkage is 20 μm at 120 ° C. in a thickness of 25 μm. %, And a separator with a porosity of 50% was obtained. The EVA content in the separator was 2% by weight.
<液状非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(GBL)を体積比率(EC:GBL)が1:2になるように混合し、さらにビニレンカーボネート(VC)を前記混合溶媒に対して0.5重量%加えて非水溶媒を調製した。さらに得られた非水溶媒に四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )をその濃度が1.5モル/Lになるように溶解させて、液状非水電解質を調製した。
<Preparation of liquid nonaqueous electrolyte>
Ethylene carbonate (EC) and γ-butyrolactone (GBL) are mixed so that the volume ratio (EC: GBL) is 1: 2, and 0.5% by weight of vinylene carbonate (VC) is added to the mixed solvent. A non-aqueous solvent was prepared. Further, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) was dissolved in the obtained nonaqueous solvent so as to have a concentration of 1.5 mol / L to prepare a liquid nonaqueous electrolyte.
<電極群の作製>
前記正極の集電体に帯状の正極リードを溶接し、前記負極の集電体に帯状の負極リードを溶接した後、前記正極及び前記負極をその間に前記セパレータを介して渦巻き状に捲回した後、偏平状に成形し、電極群を作製した。
<Production of electrode group>
A belt-like positive electrode lead was welded to the positive electrode current collector, and a belt-like negative electrode lead was welded to the negative electrode current collector, and then the positive electrode and the negative electrode were spirally wound through the separator therebetween. Then, it shape | molded in flat shape and produced the electrode group.
この電極群を80℃に加熱しながら20kg/cm2の圧力で30秒間プレス成形を施し、前記正極、前記負極及び前記セパレータを一体化させた。 While this electrode group was heated to 80 ° C., press molding was performed at a pressure of 20 kg / cm 2 for 30 seconds to integrate the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
アルミニウム箔の両面をポリプロピレンで覆った厚さ100μmのラミネートフィルムを袋状に成形し、これに前記電極群を収納した。 A laminate film having a thickness of 100 μm in which both surfaces of an aluminum foil were covered with polypropylene was formed into a bag shape, and the electrode group was accommodated in the bag.
次いで、前記ラミネートフィルム内の電極群に80℃で真空乾燥を12時間施すことにより前記電極群及び前記ラミネートフィルムに含まれる水分を除去した。 Next, the electrode group in the laminate film was vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours to remove moisture contained in the electrode group and the laminate film.
前記ラミネートフィルム内の電極群に液状非水電解質を電池容量1Ah当たりの量が4.8gとなるように注入し、前述した図1、2に示す構造を有し、厚さが3.6mm、幅が35mm、高さが62mmの薄型非水電解質二次電池を組み立てた。 A liquid non-aqueous electrolyte is injected into the electrode group in the laminate film so that the amount per battery capacity 1Ah is 4.8 g, and has the structure shown in FIGS. A thin nonaqueous electrolyte secondary battery having a width of 35 mm and a height of 62 mm was assembled.
この非水電解質二次電池に対し、初充放電工程として以下の処置を施した。まず、45℃の高温環境下に2h放置した後、その環境下で0.2Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を15時間行った。その後、7日間に亘り20℃で放置した。さらに20℃の環境下で0.2Cで3.0Vまで放電し、非水電解質二次電池を製造した。 The following treatment was applied to the non-aqueous electrolyte secondary battery as an initial charge / discharge process. First, after being left in a high temperature environment of 45 ° C. for 2 hours, constant current / constant voltage charging was performed for 15 hours at 0.2 C to 4.2 V in that environment. Thereafter, it was left at 20 ° C. for 7 days. Furthermore, it discharged to 3.0V at 0.2C in a 20 degreeC environment, and the nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured.
(比較例1)
セパレータとして、厚さが25μm、120℃で1時間での熱収縮が20%で、多孔度が50%のポリエチレン(PE)多孔質フィルムを使用すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
The separator is thin as in Example 1 except that a polyethylene (PE) porous film having a thickness of 25 μm, a thermal shrinkage at 120 ° C. of 1 hour of 20%, and a porosity of 50% is used. A non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.
(実施例2〜5、比較例2、3)
セパレータ中のEVA含有量を下記表1に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 2 to 5, Comparative Examples 2 and 3)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the EVA content in the separator was changed as shown in Table 1 below.
(実施例6〜10、比較例4、5)
セパレータに添加する樹脂の種類をエチレン・アクリレート共重合樹脂(EEA)とし、その含有量を表2に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 6 to 10, Comparative Examples 4 and 5)
A thin non-aqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin added to the separator was ethylene / acrylate copolymer resin (EEA) and the content was changed as shown in Table 2. Manufactured.
(実施例11〜15、比較例6、7)
セパレータに添加する樹脂の種類をポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体とし、その含有量を表3に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 11 to 15, Comparative Examples 6 and 7)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of resin added to the separator was a polystyrene / butadiene block copolymer and the content was changed as shown in Table 3. .
(実施例16〜20、比較例8、9)
セパレータに添加する樹脂の種類をナイロン(ナイロン12系コポリマー)とし、その含有量を表4に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 16 to 20, Comparative Examples 8 and 9)
A thin non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of resin added to the separator was nylon (nylon 12-based copolymer) and the content was changed as shown in Table 4. .
(実施例21〜25、比較例10、11、12)
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)を体積比率(EC:MEC)が1:2となるように混合し、さらにビニレンカーボネート(VC)を前記混合溶媒に対して0.5重量%加え、さらに電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/L溶解させ、液状非水電解質を得た。この液状非水電解質を用い、かつセパレータに添加するEVAの量を表5に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 21 to 25, Comparative Examples 10, 11, and 12)
Ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) are mixed so that the volume ratio (EC: MEC) is 1: 2, and 0.5% by weight of vinylene carbonate (VC) is added to the mixed solvent. Further, 1 mol / L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolyte to obtain a liquid nonaqueous electrolyte. A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this liquid nonaqueous electrolyte was used and the amount of EVA added to the separator was changed as shown in Table 5.
(実施例26〜30、比較例13、14)
セパレータに添加する樹脂の種類をエチレン・アクリレート共重合樹脂(EEA)とし、その含有量を表6に示すように変更すること以外は、実施例21と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 26 to 30, Comparative Examples 13 and 14)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Example 21 except that the type of resin added to the separator was ethylene / acrylate copolymer resin (EEA) and the content was changed as shown in Table 6. Manufactured.
(実施例31〜35、比較例15、16)
セパレータに添加する樹脂の種類をポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体とし、その含有量を表7に示すように変更すること以外は、実施例21と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 31 to 35, Comparative Examples 15 and 16)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 21 except that the type of resin added to the separator was a polystyrene / butadiene block copolymer and the content was changed as shown in Table 7. .
(実施例36〜40、比較例17、18)
セパレータに添加する樹脂の種類をナイロン(ナイロン12系コポリマー)とし、その含有量を表8に示すように変更すること以外は、実施例21と同様にして薄型非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 36 to 40, Comparative Examples 17 and 18)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 21 except that the type of resin added to the separator was nylon (nylon 12-based copolymer) and the content thereof was changed as shown in Table 8. .
(実施例41〜44、比較例19)
容器として、厚み0.25mmのアルミニウム合金製(AA記号 3003)直方体ケース(厚さ4.1mm、幅34mm、高さ41mm)を用意した。
(Examples 41 to 44, Comparative Example 19)
As a container, an aluminum alloy (AA symbol 3003) rectangular parallelepiped case (thickness 4.1 mm, width 34 mm, height 41 mm) having a thickness of 0.25 mm was prepared.
セパレータに添加する樹脂の種類と量を下記表9に示すようにすること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして5種類のセパレータを得た。得られた各セパレータから前述した実施例1で説明したのと同様にして電極群を作製した。ひきつづき、電極群に前述した実施例1で説明したのと同様にしてプレス成形を施し、正極、負極及びセパレータを一体化させた。 Five types of separators were obtained in the same manner as described in Example 1 except that the types and amounts of resins added to the separators were as shown in Table 9 below. An electrode group was produced from the obtained separators in the same manner as described in Example 1 above. Subsequently, the electrode group was press-molded in the same manner as described in Example 1 to integrate the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
容器内に電極群を収納した後、80℃で12h乾燥を施し、前述した実施例21で説明したのと同様な組成の液状非水電解質を電池容量1Ah当たりの量が3.5gとなるように注入し、キャップ状のアルミ材で蓋をして図3に示す構造を有し、厚さが4.1mm、幅が34mm、高さが43mmの角形非水電解質二次電池を製造した。 After the electrode group is stored in the container, it is dried at 80 ° C. for 12 hours, so that the liquid non-aqueous electrolyte having the same composition as described in Example 21 is 3.5 g per 1 Ah of battery capacity. A rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery having a structure shown in FIG. 3 having a thickness of 4.1 mm, a width of 34 mm, and a height of 43 mm was manufactured by covering with a cap-shaped aluminum material.
前記実施例41〜44及び比較例19の非水電解質二次電池に対しては、初充放電工程として以下の処置を施した。まず、注液後から積算して24h放置した後、その環境下で0.2Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を15時間行った。その後、7日間に亘り20℃で放置した。さらに20℃の環境下で0.2Cで3.0Vまで放電し、非水電解質二次電池を製造した。 The non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 41 to 44 and Comparative Example 19 were subjected to the following treatment as the initial charge / discharge process. First, after the injection, the solution was accumulated and allowed to stand for 24 hours, and under that environment, constant current / constant voltage charging was performed at 0.2 C to 4.2 V for 15 hours. Thereafter, it was left at 20 ° C. for 7 days. Furthermore, it discharged to 3.0V at 0.2C in a 20 degreeC environment, and the nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured.
得られた実施例1〜44及び比較例1〜19の二次電池について、以下に説明する方法で電池特性を評価した。 About the obtained secondary battery of Examples 1-44 and Comparative Examples 1-19, the battery characteristic was evaluated by the method demonstrated below.
<充放電サイクル試験>
25℃の環境下において、1.0Cの電流で4.2V定電流・定電圧の3時間充電を行い、10分放置後、1Cの電流で3.0Vまで放電し、さらに10分放置するという操作を1サイクルとして、繰り返し500サイクル行った。1サイクル目の放電容量を100%として500サイクル時の放電容量を表わし、その結果を500サイクル後の容量維持率として下記表1〜9に併記する。
<Charge / discharge cycle test>
In an environment of 25 ° C, the battery is charged with a constant current of 4.2V and a constant voltage for 3 hours at a current of 1.0C. The operation was repeated for 500 cycles. The discharge capacity at the 500th cycle is expressed by setting the discharge capacity at the first cycle to 100%, and the result is also shown in Tables 1 to 9 below as the capacity retention ratio after 500 cycles.
<剥離強度の測定>
充放電サイクルを行う電池とは別に、初充放電後、初期容量の確認の済んだセルを用意し、剥離強度の測定を行った。以下、剥離強度の測定方法を記する。
<Measurement of peel strength>
Apart from the battery that performs the charge / discharge cycle, after the initial charge / discharge, a cell whose initial capacity was confirmed was prepared, and the peel strength was measured. Hereafter, the measuring method of peeling strength is described.
先ず、測定するセルを分解し、電極群2の中央部(渦巻き状に捲いたものをシート状に広げた際の長さに対して半分の位置で、かつ高さに対しても半分の位置)から横(x)が40mmで、縦(y)20mmの電極束(正極3−セパレータ5−負極4−セパレータ5が重なった束)を切り取った。前記電極束から負極4−セパレータ5の部分のみ選別し、図4に斜線で示すように半分(20mm x 20mm)まで剥して、剥れた負極部分を固定、もう一方の剥れたセパレータ部分を装置(RHEO METER;不動工業株式会社製NRM−2010J−CW)にかけて、残りの半分(20mm x 20mm)付着している部分を引き剥がした際の負荷から剥離強度(gf/cm)を求めた。その結果を負極とセパレータの剥離強度として下記表1〜9に併記する。なお、正極とセパレータの剥離強度を負極の場合と同様にして測定したところ、負極の場合と同様な結果が得られたので、表1〜9への掲載を省略した。
表1から明らかなように、正極とセパレータの剥離強度並びに負極とセパレータの剥離強度が10gf/cmよりも大きく、30gf/cm以下である実施例1〜5の二次電池は、剥離強度が上記範囲を外れた比較例1〜3の二次電池に比べて、500サイクル後の容量維持率が高いことが理解できる。
表2〜表4の結果から、セパレータに添加する樹脂としてEVAの代わりにエチレン・アクリレート共重合樹脂(EEA)、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体あるいはナイロン(ナイロン12系コポリマー)を使用した場合にも、正極とセパレータの剥離強度並びに負極とセパレータの剥離強度を10gf/cmよりも大きく、30gf/cm以下にすることで、500サイクル後の容量維持率を向上できることを確認できた。
表5〜8の結果から、電解液をEC/GBL系からEC/MEC系に変更した実施例21〜40および比較例10〜18の二次電池でも、正極とセパレータの剥離強度並びに負極とセパレータの剥離強度を10gf/cmよりも大きく、30gf/cm以下にすることで、500サイクル後の容量維持率を向上できることを確認できた。
表9から明らかなように、ラミネートフィルム製容器の代わりに金属製容器を使用した実施例41〜44および比較例19の二次電池でも、正極とセパレータの剥離強度並びに負極とセパレータの剥離強度を10gf/cmよりも大きく、30gf/cm以下にすることで、500サイクル後の容量維持率を向上できることを確認できた。 As is clear from Table 9, even in the secondary batteries of Examples 41 to 44 and Comparative Example 19 in which a metal container was used instead of the laminate film container, the peel strength between the positive electrode and the separator and the peel strength between the negative electrode and the separator were It was confirmed that the capacity retention rate after 500 cycles could be improved by setting it to be larger than 10 gf / cm and not more than 30 gf / cm.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…容器本体、2…電極群、3…正極、4…負極、5…セパレータ、6…蓋板、7…外部保護層、8…内部保護層、9…金属層、10…正極端子、11…負極端子、12…有底矩形筒状容器、13…電極群、14…正極、15…セパレータ、16…負極、17…スペーサ、
18a…注液口、18b…封口板、19…負極端子、20…負極タブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container main body, 2 ... Electrode group, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5 ... Separator, 6 ... Cover plate, 7 ... External protective layer, 8 ... Internal protective layer, 9 ... Metal layer, 10 ... Positive electrode terminal, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Negative electrode terminal, 12 ... Bottomed cylindrical container, 13 ... Electrode group, 14 ... Positive electrode, 15 ... Separator, 16 ... Negative electrode, 17 ... Spacer,
18a ... liquid injection port, 18b ... sealing plate, 19 ... negative electrode terminal, 20 ... negative electrode tab.
Claims (3)
前記セパレータは、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン・アクリレート共重合樹脂、ポリスチレン・ブタジエンブロック共重合体及びナイロンよりなる群から選択される少なくとも1種類からなる樹脂成分を含有する面を有し、
前記セパレータの前記樹脂成分を含有する面が前記負極と接した状態で前記正極、前記セパレータ及び前記負極が一体化され、
前記正極と前記セパレータとの剥離強度並びに前記負極と前記セパレータとの剥離強度が10gf/cmより大きく、30gf/cm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The separator have a surface containing a resin component composed of at least one kind selected ethylene-vinyl acetate copolymer resins, ethylene-acrylate copolymer resins, polystyrene-butadiene block copolymer and the group consisting of nylon,
The positive electrode, the separator, and the negative electrode are integrated in a state where the surface containing the resin component of the separator is in contact with the negative electrode,
A nonaqueous electrolyte secondary battery , wherein a peel strength between the positive electrode and the separator and a peel strength between the negative electrode and the separator are greater than 10 gf / cm and 30 gf / cm or less.
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