JP5165875B2 - Non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery.

近年、エレクトロニクス分野における急速な技術発展により、電子機器の小型、軽量化が進んだ結果、電子機器のポータブル化、コードレス化が進んでいる。それに伴い、電源である電池に対しても小型、軽量、高エネルギー密度化が求められている。この要求に応えるべく高エネルギー密度であるリチウム二次電池が開発され、薄型、軽量であるリチウム二次電池も商品化されている。   In recent years, as a result of rapid technological development in the electronics field, electronic devices have become smaller and lighter. As a result, electronic devices have become portable and cordless. Along with this, a battery that is a power source is also required to be small, light, and have high energy density. Lithium secondary batteries having a high energy density have been developed to meet this demand, and thin and light lithium secondary batteries have been commercialized.

ところで、二次電池において、数時間の充電を行なうことの煩わしさを解消すべく、特許文献1の様に急速充電および高出力放電可能な非水電解質二次電池が研究されている。特許文献1では平均結晶粒径が50μm以下のアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる集電体を用い、一次粒子の平均粒径が1μm以下である粒度分布を有する負極活物質粒子を用いるなどして、急速充電および高出力放電が可能になるとしている。   By the way, as a secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of rapid charging and high output discharge has been studied as described in Patent Document 1 in order to eliminate the troublesomeness of charging for several hours. In Patent Document 1, a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil having an average crystal grain size of 50 μm or less is used, and negative electrode active material particles having a particle size distribution in which the average particle size of primary particles is 1 μm or less are used. Fast charging and high power discharge are possible.

この非水電解質二次電池において、急速充電性能の更なる改善が要望されている。
特開2005−123183
In this nonaqueous electrolyte secondary battery, there is a demand for further improvement of the quick charge performance.
JP-A-2005-123183

本発明の目的は、急速充電性能に優れた非水電解質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 battery excellent in rapid charging performance.

本発明に係る非水電解質電池は、正極集電体と、前記正極集電体に担持された正極活物質含有層とを含む正極と、
平均結晶粒径が0.01〜50μmのアルミニウム箔または平均結晶粒径が0.01〜50μmのアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、平均粒径が1μm以下のリチウムチタン酸化物粒子を含有する負極活物質含有層とを含む負極と、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びγ―ブチロラクトンよりなる群から選択される少なくとも1種類の溶媒からなる有機溶媒を含む非水電解質と
を具備する非水電解質電池であって、
電池容量1Ahに対する前記有機溶媒の量が6〜8g/Ahの範囲であり、且つ前記正極活物質含有層と前記負極活物質含有層の対向面積が前記有機溶媒1gに対して130〜290cm2/gの範囲であることを特徴とする。
A nonaqueous electrolyte battery according to the present invention includes a positive electrode current collector, and a positive electrode including a positive electrode active material-containing layer carried on the positive electrode current collector,
A negative electrode current collector made of an aluminum foil having an average crystal grain size of 0.01 to 50 μm or an aluminum alloy foil having an average crystal grain size of 0.01 to 50 μm, and supported on the negative electrode current collector, and having an average particle diameter of 1 μm A negative electrode including a negative electrode active material-containing layer containing the following lithium titanium oxide particles;
A nonaqueous electrolyte battery comprising a nonaqueous electrolyte containing an organic solvent composed of at least one solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and γ-butyrolactone ,
The amount of the organic solvent to the battery capacity 1Ah is in the range of 6-8 g / Ah, and the 130~290cm with respect to the positive electrode active the the material containing layer facing area of the negative electrode active material-containing layer is the organic solvent 1 g 2 / It is the range of g.

本発明によれば、急速充電性能に優れた非水電解質電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte battery excellent in the quick charge performance can be provided.

リチウムチタン酸化物は、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮の度合いが小さいため、急速充電サイクルを行なった場合の構造変化が少なく、負極活物質に用いるのが望ましい。リチウムチタン酸化物粒子の平均粒径を1μm以下にすることによって、リチウム拡散時間を短縮できると共に比表面積を向上することができる。より好ましい平均粒径は、0.3μm以下である。但し、平均粒径が小さいと、一次粒子の凝集が起こりやすくなったり、非水電解質の分布が負極に偏って正極での電解質の枯渇を招く恐れがあることから、下限値は0.001μmにすることが望ましい。   Lithium titanium oxide has a small degree of expansion and contraction due to insertion and extraction of lithium, so that it undergoes little structural change when subjected to a rapid charge cycle, and is desirably used as a negative electrode active material. By making the average particle diameter of the lithium titanium oxide particles 1 μm or less, the lithium diffusion time can be shortened and the specific surface area can be improved. A more preferable average particle diameter is 0.3 μm or less. However, if the average particle size is small, the aggregation of primary particles tends to occur, or the nonaqueous electrolyte distribution may be biased toward the negative electrode, leading to depletion of the electrolyte at the positive electrode, so the lower limit is set to 0.001 μm. It is desirable to do.

平均粒径を1μm以下のリチウムチタン酸化物粒子を負極活物質として用い、かつ負極集電体に用いられるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の平均結晶粒径を0.01〜50μmにする。これは、平均結晶粒径が50μmを超える場合、結晶粒径が大きく粒界の大きな微細組織を有しているためにピンホールやクラックを生じやすく、長い充放電サイクル寿命を得られず、また、平均結晶粒径が0.01μm未満の場合、微細組織に非晶質部分が多くなり充分な導電性が得られないからである。より好ましい平均結晶粒径は、0.01〜3μmである。   Lithium titanium oxide particles having an average particle size of 1 μm or less are used as the negative electrode active material, and the average crystal particle size of the aluminum foil or aluminum alloy foil used for the negative electrode current collector is 0.01 to 50 μm. This is because when the average crystal grain size exceeds 50 μm, the crystal grain size is large and the grain boundary is large, so that pinholes and cracks are likely to occur, and a long charge / discharge cycle life cannot be obtained. This is because when the average crystal grain size is less than 0.01 μm, there are many amorphous portions in the microstructure, and sufficient conductivity cannot be obtained. A more preferable average crystal grain size is 0.01 to 3 μm.

本発明者らは、研究を重ねた結果、急速充電性能および高出力放電性能を改善するためには、上記負極活物質と負極集電体を用いるだけでは十分でなく、電池容量と正負極の対向面積と非水電解質の三つのバランスが非常に重要であり、このバランスを制御することによって始めて、急速充電性能および高出力放電性能が改善されることを見出した。   As a result of repeated research, the present inventors have not only used the negative electrode active material and the negative electrode current collector in order to improve the quick charge performance and the high output discharge performance. It has been found that the balance between the counter area and the non-aqueous electrolyte is very important, and by controlling this balance, rapid charging performance and high power discharging performance are improved.

すなわち、上記負極集電体と負極活物質を用いる非水電解質電池において、電池容量1Ahに対する有機溶媒の量(有機溶媒重量比)を6〜8g/Ahにし、且つ有機溶媒1gに対する正極活物質含有層と負極活物質含有層の対向面積(対向面積比)を130〜290cm2/gにすることによって、非水電解質電池のエネルギー密度を損なうことなく内部抵抗を低減することができ、急速充電性能と高出力放電性能を改善できることを究明したのである。 That is, in the non-aqueous electrolyte battery using the negative electrode current collector and the negative electrode active material, the amount of the organic solvent with respect to the battery capacity 1Ah (organic solvent weight ratio) is 6 to 8 g / Ah, and the positive electrode active material is contained with respect to 1 g of the organic solvent. By making the opposing area (opposite area ratio) of the layer and the negative electrode active material-containing layer 130 to 290 cm 2 / g, the internal resistance can be reduced without impairing the energy density of the nonaqueous electrolyte battery, and the rapid charging performance It was determined that high power discharge performance could be improved.

有機溶媒重量比が6〜8g/Ahであっても、対向面積比を130cm2/g未満にすると、内部抵抗が大きくなるため、充電時間が長くなる。また、有機溶媒重量比が前記範囲内にある場合に、対向面積比が290cm2/gを超えると、セパレータ量や集電体量の増加による電池厚さの増加が顕著になるため、ポータブル機器等の小型、軽量化を要求される場合に不利となる。以上のことから対向面積比は130〜290cm2/gにすることが望ましい。さらに、対向面積比を150cm2/g以上にすることによって、2000サイクル以上の充放電を繰り返した際の電極抵抗の上昇を抑制することができる。対向面積比の増加に伴い、電極群に占めるセパレータや集電体の比率が高くなる。このため、優れた急速充電性能を確保しつつ、高い電池容量を得る点から、より実用的な範囲は250cm2/g以下である。したがって、より好ましい範囲は、150〜250cm2/gである。 Even if the weight ratio of the organic solvent is 6 to 8 g / Ah, if the facing area ratio is less than 130 cm 2 / g, the internal resistance increases, and the charging time becomes longer. In addition, when the organic solvent weight ratio is within the above range, if the facing area ratio exceeds 290 cm 2 / g, the increase in the battery thickness due to the increase in the separator amount and the current collector amount becomes significant. This is disadvantageous when a small size and light weight are required. From the above, the facing area ratio is desirably 130 to 290 cm 2 / g. Furthermore, when the facing area ratio is 150 cm 2 / g or more, it is possible to suppress an increase in electrode resistance when charging and discharging for 2000 cycles or more are repeated. As the facing area ratio increases, the ratio of separators and current collectors in the electrode group increases. For this reason, the more practical range is 250 cm < 2 > / g or less from the viewpoint of obtaining a high battery capacity while ensuring excellent rapid charging performance. Therefore, a more preferable range is 150 to 250 cm 2 / g.

対向面積比が130〜290cm2/gであっても、有機溶媒重量比を6g/Ah未満にすると、内部抵抗が大きくなるため、充電時間が長くなる。また、対向面積比がこの範囲にある場合に、有機溶媒重量比が8g/Ahを超えると、正負極やセパレータに含浸されない過剰な非水電解質が残るため、小型、軽量化という点で不利になる。以上のことから有機溶媒重量比は6〜8g/Ahにすることが望ましい。より好ましい範囲は、6.5〜7.5g/Ahである。この範囲に設定することによって、電極群に非水電解質を短時間のうちに均一に含浸させることができる。 Even if the facing area ratio is 130 to 290 cm 2 / g, if the weight ratio of the organic solvent is less than 6 g / Ah, the internal resistance increases, so the charging time becomes longer. Further, when the counter area ratio is within this range, if the organic solvent weight ratio exceeds 8 g / Ah, excess nonaqueous electrolyte that is not impregnated in the positive and negative electrodes and the separator remains, which is disadvantageous in terms of miniaturization and weight reduction. Become. In view of the above, the organic solvent weight ratio is desirably 6 to 8 g / Ah. A more preferable range is 6.5 to 7.5 g / Ah. By setting within this range, the electrode group can be uniformly impregnated with the nonaqueous electrolyte in a short time.

ここで、正極活物質含有層と負極活物質含有層の対向面積とは、正極活物質含有層と負極活物質含有層がその間にセパレータを介して対向している面積を意味する。また、電池容量とは、非水電解質電池の公称容量を意味する。   Here, the facing area between the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer means an area where the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer face each other with a separator therebetween. The battery capacity means the nominal capacity of the nonaqueous electrolyte battery.

以下、負極、正極及び非水電解質について説明する。   Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, and the nonaqueous electrolyte will be described.

1)負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極活物質含有層とを含む。
1) Negative electrode The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer that is supported on one or both surfaces of the negative electrode current collector and includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

負極集電体に用いられるアルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、1mm×1mmの視野内に存在する結晶粒子数nを測定し、下記(0)式より平均結晶粒子面積S(μm2)を算出する。 The average crystal grain size of aluminum and aluminum alloy used for the negative electrode current collector is measured by the method described below. The structure of the current collector surface is observed with a metallographic microscope, the number n of crystal particles existing in a 1 mm × 1 mm visual field is measured, and the average crystal particle area S (μm 2 ) is calculated from the following equation (0).

S=(1×106)/n (0)
ここで、(1×106)で表わされる値は1mm×1mmの視野面積(μm2)で、nは結晶粒子数である。得られた平均結晶粒子面積Sを用いて下記(1)式から平均結晶粒径d(μm)を算出する。このような平均結晶粒径dの算出を5箇所(5視野)について行ない、その平均値を平均結晶粒径とする。なお、想定誤差は約5%である。
S = (1 × 10 6 ) / n (0)
Here, the value represented by (1 × 10 6 ) is a visual field area (μm 2 ) of 1 mm × 1 mm, and n is the number of crystal grains. The average crystal grain size d (μm) is calculated from the following formula (1) using the obtained average crystal grain area S. Such calculation of the average crystal grain size d is performed for five locations (five fields of view), and the average value is defined as the average crystal grain size. Note that the assumed error is about 5%.

d=2(S/π)1/2 (1)
平均結晶粒径が0.01〜50μmのアルミニウム箔及びアルミニウム合金箔は、平均結晶粒径が90μmのアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を50〜250℃で焼鈍処理後、室温に冷却することにより得ることができる。
d = 2 (S / π) 1/2 (1)
Aluminum foil and aluminum alloy foil having an average crystal grain size of 0.01 to 50 μm are obtained by annealing an aluminum foil or aluminum alloy foil having an average crystal grain diameter of 90 μm at 50 to 250 ° C. and then cooling to room temperature. Can do.

負極集電体の厚さは、高容量化のため、20μm以下が好ましい。より好ましい範囲は12μm以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、3μmにすることが望ましい。   The thickness of the negative electrode current collector is preferably 20 μm or less in order to increase the capacity. A more preferable range is 12 μm or less. Further, the lower limit value of the thickness of the negative electrode current collector is desirably 3 μm.

負極集電体に用いられるアルミニウムの純度は、耐食性の向上および高強度化のため、99.99%以上が好ましい。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、鉄、マグネシウム、亜鉛、マンガン及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素を含む合金が好ましい。例えば、Al−Fe合金、Al−Mn系合金およびAl−Mg系合金は、アルミニウムよりさらに高い強度を得ることが可能である。一方、アルミニウムおよびアルミニウム合金中のニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は100ppm以下(0ppmを含む)にすることが好ましい。例えば、Al−Cu系合金では、強度は高まるが、耐食性は悪化するので、集電体としては不適である。アルミニウム合金中のアルミニウム含有量は、95重量%以上、99.5重量%以下にすることが望ましい。この範囲を外れると、平均結晶粒径を0.01〜50μmにしても十分な強度を得られない恐れがあるからである。より好ましいアルミニウム含有量は、98重量%以上、99.5重量%以下である。   The purity of aluminum used for the negative electrode current collector is preferably 99.99% or more for improving corrosion resistance and increasing strength. The aluminum alloy is preferably an alloy containing one or more elements selected from the group consisting of iron, magnesium, zinc, manganese and silicon in addition to aluminum. For example, an Al-Fe alloy, an Al-Mn alloy, and an Al-Mg alloy can obtain higher strength than aluminum. On the other hand, the content of transition metals such as nickel and chromium in aluminum and aluminum alloys is preferably 100 ppm or less (including 0 ppm). For example, an Al—Cu-based alloy increases strength but deteriorates corrosion resistance, and is not suitable as a current collector. The aluminum content in the aluminum alloy is desirably 95% by weight or more and 99.5% by weight or less. If it is out of this range, sufficient strength may not be obtained even if the average crystal grain size is 0.01 to 50 μm. A more preferable aluminum content is 98% by weight or more and 99.5% by weight or less.

リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造のチタン酸リチウム(例えばLi4+xTi512(xは−1≦x≦3))、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム(例えばLi2Ti37)などを挙げることができる。スピネル構造のチタン酸リチウムによると、急速充電性能改善において十分な効果を得ることができる。 Examples of the lithium titanium oxide include spinel-type lithium titanate (for example, Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is −1 ≦ x ≦ 3)) and ramsdellite-type lithium titanate (for example, Li 2 Ti 3). And O 7 ). According to the lithium titanate having a spinel structure, a sufficient effect can be obtained in improving the quick charge performance.

電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。   A carbon material can be used as a conductive agent for increasing electron conductivity and suppressing contact resistance with the current collector. Examples thereof include acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite.

活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、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)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴムなどが挙げられる。   Examples of the binder for binding the active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, and styrene butadiene rubber.

負極の活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、負極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上18重量%以下、結着剤は2重量%以上7重量%以下の範囲にすることが好ましい。   Regarding the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder, the negative electrode active material is 80% by weight to 95% by weight, the conductive agent is 3% by weight to 18% by weight, and the binder is 2% by weight or more. It is preferable to make it into the range of 7 weight% or less.

負極の密度は、1.5g/cm3以上、5g/cm3以下にすることが望ましい。これにより、高い電池容量を得ることができる。さらに好ましい範囲は、2g/cm3以上、4g/cm3以下である。 The density of the negative electrode is desirably 1.5 g / cm 3 or more and 5 g / cm 3 or less. Thereby, a high battery capacity can be obtained. A more preferable range is 2 g / cm 3 or more and 4 g / cm 3 or less.

負極は、例えば、負極活物質、導電剤及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し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。   The negative electrode is produced, for example, by suspending a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder in a suitable solvent, applying the suspension to a current collector, drying, and pressing.

2)正極
この正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質含有層とを含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer that is supported on one or both surfaces of the positive electrode current collector and includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

正極集電体としては、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔を挙げることができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔は、それぞれ、平均結晶粒径が50μm以下であることが好ましい。より好ましくは、3μm以下である。これにより、正極集電体の強度が増大し、正極集電体を断絶させずに正極を高密度化することが可能となり、容量密度を向上することができる。平均結晶粒径が小さいほど、ピンポール及びクラックの発生を少なくすることが可能になると共に、正極集電体の化学的強度及び物理的強度を高くすることができる。集電体の微細組織を結晶質を有するものとして適度な硬さを確保するために、平均結晶粒径の下限値は0.01μmにすることが望ましい。   Examples of the positive electrode current collector include an aluminum foil and an aluminum alloy foil. Each of the aluminum foil and the aluminum alloy foil preferably has an average crystal grain size of 50 μm or less. More preferably, it is 3 μm or less. As a result, the strength of the positive electrode current collector is increased, the positive electrode can be densified without breaking the positive electrode current collector, and the capacity density can be improved. As the average crystal grain size is smaller, the occurrence of pin poles and cracks can be reduced, and the chemical strength and physical strength of the positive electrode current collector can be increased. In order to secure an appropriate hardness by setting the microstructure of the current collector to be crystalline, the lower limit value of the average crystal grain size is desirably 0.01 μm.

正極集電体の厚さは、高容量化のため、20μm以下が好ましい。より好ましい範囲は15μm以下である。また、正極集電体の厚さの下限値は、3μmにすることが望ましい。   The thickness of the positive electrode current collector is preferably 20 μm or less in order to increase the capacity. A more preferable range is 15 μm or less. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the thickness of the positive electrode current collector be 3 μm.

正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。酸化物として、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、例えばLixMn24またはLixMnO2などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばLixNiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、例えばLixCoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばLiNi1-yCoy2などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばLiMnyCo1-y2などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばLixMn2-yNiy4などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばLixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物、例えばFe2(SO43などの硫酸鉄、例えばV25などのバナジウム酸化物などが挙げられる。なお、x、yは0〜1の範囲であることが好ましい。 Examples of the positive electrode active material include oxides, sulfides, and polymers. As the oxide, for example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide such as Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 , lithium such as Li x NiO 2, etc. nickel composite oxide, for example, Li x lithium-cobalt composite oxides such as CoO 2, for example, LiNi 1-y Co y O 2 lithium-nickel-cobalt composite oxide such as, for example, lithium manganese cobalt such as LiMn y Co 1-y O 2 composite oxides, for example olivine, such as Li x Mn 2-y Ni y O 4 spinel-type lithium-manganese-nickel composite oxide such as, for example, Li x FePO 4, Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li x CoPO 4 Lithium phosphorus oxide having a structure, for example, iron sulfate such as Fe 2 (SO 4 ) 3 , for example, vanadium oxide such as V 2 O 5 And so on. In addition, it is preferable that x and y are the range of 0-1.

例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。その他に、イオウ(S)、フッ化カーボンなども使用できる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い正極電圧が得られる。   Examples of the polymer include conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, and disulfide polymer materials. In addition, sulfur (S), carbon fluoride, and the like can be used. Preferred positive electrode active materials include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, lithium manganese cobalt composite oxide, lithium phosphorus Examples include acid iron. According to these active materials, a high positive electrode voltage can be obtained.

電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、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 for increasing the electron conductivity and suppressing the contact resistance with the current collector include acetylene black, carbon black, and graphite.

活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、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)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。   Examples of the binder for binding the active material and the conductive agent include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.

正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、正極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上18重量%以下、結着剤は2重量%以上7重量%以下の範囲にすることが好ましい。   Regarding the mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder, the positive electrode active material is 80% by weight to 95% by weight, the conductive agent is 3% by weight to 18% by weight, and the binder is 2% by weight to 7%. It is preferable to make it into the range below weight%.

正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。   The positive electrode is produced, for example, by suspending a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in an appropriate solvent, applying the suspension to a positive electrode current collector, drying, and pressing.

3)非水電解質
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される非水電解液、非水電解液と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質が挙げられる。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。
3) Non-aqueous electrolyte Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent, and a gel non-aqueous electrolyte in which a non-aqueous electrolyte and a polymer material are combined. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), and the like.

電解質としては、例えば、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、Li(CF3SO23C、LiB[(OCO)22などが挙げられる。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。 Examples of the electrolyte include LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ). 3 C, LiB [(OCO) 2 ] 2 and the like. The type of electrolyte used can be one type or two or more types.

有機溶媒中の電解質濃度は、0.5〜2mol/Lの範囲にすることが望ましい。   The electrolyte concentration in the organic solvent is desirably in the range of 0.5 to 2 mol / L.

有機溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)及びγ−ブチロラクトン(GBL)よりなる群から選択される1種類または2種類以上を混合して用いることができる。上記種類以外の溶媒を使用すると、有機溶媒重量比を6〜8g/Ahにするのに必要な体積量が多くなり、電池のエネルギー密度が低下するだけでなく、急速充電性能を改善することが困難となる。   As the organic solvent, one kind or two or more kinds selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and γ-butyrolactone (GBL) can be mixed and used. If a solvent other than the above is used, the volume necessary for the organic solvent weight ratio to be 6 to 8 g / Ah increases, which not only lowers the energy density of the battery but also improves the quick charge performance. It becomes difficult.

非水電解質電池内の有機溶媒の重量は、ガスクロマトグラフ法により計測される。まず電池を分解し、正極、負極、セパレータ及び外装容器をアセトン中に浸漬し、有機溶媒(例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びγーブチロラクトン)をアセトン中に抽出する。この抽出液をガスクロマトグラフ法にて、固定相にCBP−1を、移動相にヘリウムガスを用いて分析する。定量は、測定に供される有機溶媒(例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びγーブチロラクトン)の既知量を同一条件で分析して得た検量線により行う。   The weight of the organic solvent in the nonaqueous electrolyte battery is measured by gas chromatography. First, the battery is disassembled, and the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the outer container are immersed in acetone, and organic solvents (for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone) are extracted into acetone. This extract is analyzed by gas chromatography using CBP-1 as the stationary phase and helium gas as the mobile phase. The quantification is performed by a calibration curve obtained by analyzing a known amount of an organic solvent (for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone) to be measured under the same conditions.

4)容器
容器には、ラミネートフィルム製容器や、金属製容器などが使用される。容器の形状は非水電解質二次電池の形態に応じたものにする。非水電解質二次電池の形態としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型、電気自動車等に積載される大型電池等が挙げられる。
4) Container As the container, a laminate film container or a metal container is used. The shape of the container depends on the form of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Examples of the form of the nonaqueous electrolyte secondary battery include a flat battery, a square battery, a cylindrical battery, a coin battery, a button battery, a sheet battery, a stacked battery, a large battery mounted on an electric vehicle, and the like.

ラミネートフィルムの厚さの好ましい範囲は、0.5mm以下である。また、ラミネートフィルムの厚さの下限値は、0.01mmにすることが望ましい。   A preferable range of the thickness of the laminate film is 0.5 mm or less. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the thickness of the laminate film be 0.01 mm.

一方、金属製容器の板厚の好ましい範囲は、0.5mm以下である。また、金属製容器の板厚の下限値は、0.05mmにすることが望ましい。   On the other hand, the preferable range of the plate thickness of the metal container is 0.5 mm or less. Further, the lower limit value of the plate thickness of the metal container is desirably 0.05 mm.

ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層と金属層を被覆する樹脂層とを含む多層フィルムを挙げることができる。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子から形成することができる。   Examples of the laminate film include a multilayer film including a metal layer and a resin layer that covers the metal layer. In order to reduce the weight, the metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The resin layer is for reinforcing the metal layer, and can be formed of a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET).

ラミネートフィルム製容器は、例えば、ラミネートフィルムを熱融着により貼り合わせることで得られる。   A laminate film container can be obtained, for example, by laminating a laminate film by thermal fusion.

金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることが望ましい。アルミニウム及びアルミニウム合金それぞれの平均結晶粒径は50μm以下であることが好ましい。平均結晶粒径を50μm以下にすることにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属製容器の強度が増大し、容器の肉厚を薄くしても十分な機械的強度を確保することができる。なお、より好ましくは、10μm以下である。また、平均結晶粒径の下限値は0.01μmにすることが望ましい。これらの特徴は、高温条件、高エネルギー密度等が求められる電池、例えば、車載用二次電池に好適である。負極集電体と同様の理由で、アルミニウムの純度は99.99%以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、アルミニウム及びアルミニウム合金は、それぞれ、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量を100ppm以下にすることが好ましい。金属製容器の封口は、レーザーにより行うことができる。   The metal container is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. The average crystal grain size of each of aluminum and aluminum alloy is preferably 50 μm or less. By setting the average crystal grain size to 50 μm or less, the strength of a metal container made of aluminum or an aluminum alloy is increased, and sufficient mechanical strength can be ensured even if the thickness of the container is reduced. In addition, More preferably, it is 10 micrometers or less. Further, it is desirable that the lower limit value of the average crystal grain size is 0.01 μm. These features are suitable for batteries that require high temperature conditions, high energy density, etc., for example, in-vehicle secondary batteries. For the same reason as the negative electrode current collector, the purity of aluminum is preferably 99.99% or more. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon is preferable. On the other hand, it is preferable that the content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium in aluminum and aluminum alloy is 100 ppm or less. The metal container can be sealed with a laser.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、正極端子が引き出されている方向と負極端子が引き出されている方向が同じになっている扁平型非水電解質電池を図1〜図3を参照して説明する。   First, a flat type nonaqueous electrolyte battery in which the direction in which the positive electrode terminal is drawn out and the direction in which the negative electrode terminal is drawn out is the same will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、扁平型の電極群1は、正極2及び負極3をその間にセパレータ4を介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。帯状の正極端子5は、正極2に電気的に接続されている。一方、帯状の負極端子6は、負極3に電気的に接続されている。この電極群1は、両方の長辺と一方の短辺に封止部8が形成されているラミネートフィルム製容器7内に収納されている。図1及び図2に示すように、正極端子5と負極端子6の先端は、容器7の短辺側の封止部8から引き出されている。   As shown in FIG. 1, the flat electrode group 1 has a structure in which a positive electrode 2 and a negative electrode 3 are wound into a flat shape with a separator 4 interposed therebetween. The strip-like positive electrode terminal 5 is electrically connected to the positive electrode 2. On the other hand, the strip-like negative electrode terminal 6 is electrically connected to the negative electrode 3. The electrode group 1 is housed in a laminate film container 7 in which a sealing portion 8 is formed on both long sides and one short side. As shown in FIGS. 1 and 2, the tips of the positive electrode terminal 5 and the negative electrode terminal 6 are drawn out from the sealing portion 8 on the short side of the container 7.

図3に示すように、正極2は、正極集電体2aと、正極集電体2aの一方もしくは両面に担持された正極活物質含有層2bとを含む。負極3は、負極集電体3aと、負極集電体3aの一方もしくは両面に担持された負極活物質含有層3bとを含む。セパレータ4は、正極活物質含有層2bと負極活物質含有層3bの間に介在されている。   As shown in FIG. 3, the positive electrode 2 includes a positive electrode current collector 2a and a positive electrode active material-containing layer 2b supported on one or both surfaces of the positive electrode current collector 2a. The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b supported on one or both surfaces of the negative electrode current collector 3a. The separator 4 is interposed between the positive electrode active material-containing layer 2b and the negative electrode active material-containing layer 3b.

次いで、正極端子が引き出されている方向と負極端子が引き出されている方向が互いに反対向きになっている扁平型非水電解質電池を図4〜図7を参照して説明する。   Next, a flat type nonaqueous electrolyte battery in which the direction in which the positive electrode terminal is drawn out and the direction in which the negative electrode terminal is drawn is opposite to each other will be described with reference to FIGS.

図4に示すように、扁平型の電極群1は、一方の短辺側端面から正極端子5が引き出されており、かつ他方の短辺側端面から負極端子6が引き出されている。正極端子5及び負極端子6は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの導電性材料から形成される。電極群1は、例えば、図4に示すように、セパレータ4が九十九に折られており、重なり合ったセパレータ間にシート状の正極2とシート状の負極3が交互に挿入されている。シート状の正極2は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に積層された正極活物質含有層とを含む。正極端子5は、図5に示すように、正極集電体の短辺の中央付近が長辺方向に突出したものである。正極端子5は、各正極2から引き出されており、溶接により一つに束ねられている。一方、シート状の負極3は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に積層された負極活物質含有層とを含む。負極端子6は、図4に示すように、負極集電体の短辺の中央付近が長辺方向に突出したものである。負極端子6は、各負極3から引き出されており、溶接により一つに束ねられている。   As shown in FIG. 4, in the flat electrode group 1, the positive electrode terminal 5 is drawn out from one short side end surface, and the negative electrode terminal 6 is drawn out from the other short side end surface. The positive electrode terminal 5 and the negative electrode terminal 6 are made of a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy, for example. In the electrode group 1, for example, as shown in FIG. 4, separators 4 are folded into ninety-nine, and sheet-like positive electrodes 2 and sheet-like negative electrodes 3 are alternately inserted between overlapping separators. The sheet-like positive electrode 2 includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer laminated on one or both surfaces of the positive electrode current collector. As shown in FIG. 5, the positive electrode terminal 5 is one in which the vicinity of the center of the short side of the positive electrode current collector projects in the long side direction. The positive terminal 5 is drawn from each positive electrode 2 and bundled together by welding. On the other hand, the sheet-like negative electrode 3 includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer laminated on one or both surfaces of the negative electrode current collector. As shown in FIG. 4, the negative electrode terminal 6 is one in which the vicinity of the center of the short side of the negative electrode current collector projects in the long side direction. The negative terminal 6 is pulled out from each negative electrode 3, and is bundled together by welding.

図4の電極群1が収納される容器を図6に示す。図6に示すように、容器9は、ラミネートフィルムに例えば深絞り加工あるいはプレス加工を施すことにより形成された矩形状の凹部からなる電極群収納部10と、ラミネートフィルムのうちの加工が施されていない平板部からなる矩形状の蓋体11とを有する。ラミネートフィルムを点線に沿って容器側に折り返すと、電極群収納部10に蓋体11を被せることができる。蓋体11の内面は、電極群収納部10の開口部周縁の三辺12a〜12cと例えば熱融着により接合される。図7は、蓋体11が電極群収納部10の開口部周縁の三辺12a〜12cに接合され、蓋体11を下にして配置された状態を示している。ラミネートフィルムには、例えば、熱可塑性樹脂層と樹脂層との間に金属層が配置されたラミネートフィルムを使用することができる。熱可塑性樹脂層が電極群収納部10及び蓋体11の内面に位置することによって、電極群収納部10に蓋体11を熱融着により接合することができる。熱可塑性樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等から形成される。金属層は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。また、樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子から形成することができる。   A container in which the electrode group 1 of FIG. 4 is housed is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the container 9 is formed by subjecting the laminate film to an electrode group housing portion 10 composed of a rectangular recess formed by, for example, deep drawing or pressing, and processing of the laminate film. And a rectangular lid body 11 made of a flat plate portion. When the laminate film is folded back along the dotted line toward the container, the electrode group storage unit 10 can be covered with the lid 11. The inner surface of the lid 11 is joined to the three sides 12a to 12c at the periphery of the opening of the electrode group storage unit 10 by, for example, heat sealing. FIG. 7 shows a state in which the lid 11 is joined to the three sides 12 a to 12 c at the periphery of the opening of the electrode group storage unit 10 and is arranged with the lid 11 facing down. As the laminate film, for example, a laminate film in which a metal layer is disposed between a thermoplastic resin layer and a resin layer can be used. Since the thermoplastic resin layer is positioned on the inner surfaces of the electrode group housing part 10 and the lid body 11, the lid body 11 can be joined to the electrode group housing part 10 by thermal fusion. The thermoplastic resin layer is made of, for example, polypropylene (PP) or polyethylene (PE). The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The resin layer is used to reinforce the metal layer and can be formed from a polymer such as nylon or polyethylene terephthalate (PET).

電極群1は非水電解質を保持した状態で容器9の電極群収納部10に収納される。図7に示すように、正極端子5は、電極群収納部10の開口部周縁の短辺12aと蓋体11との間から外部に引き出されている。負極端子6は、電極群収納部10の開口部周縁の反対側の短辺12bと蓋体11との間から外部に引き出される。電極群収納部10の開口部周縁の長辺12cと蓋体11は、熱融着により接合された後、ほぼ垂直に折り曲げられている。   The electrode group 1 is housed in the electrode group housing portion 10 of the container 9 while holding the nonaqueous electrolyte. As shown in FIG. 7, the positive terminal 5 is drawn out from between the short side 12 a of the periphery of the opening of the electrode group storage unit 10 and the lid 11. The negative electrode terminal 6 is drawn out from between the short side 12 b on the opposite side of the periphery of the opening of the electrode group storage unit 10 and the lid 11. The long side 12c at the periphery of the opening of the electrode group housing portion 10 and the lid 11 are bent substantially vertically after being joined by thermal fusion.

扁平型の電極群は、前述した図1に例示されるように正極と負極をセパレータを介して扁平形状に捲回したものでも、図4に例示されるように九十九状に折り重ねられたセパレータの間に正極と負極を交互に介在させたものでも良い。あるいは、正極、負極およびセパレータを積層するものであっても良い。セパレータの形状は、袋状あるいはシート状にすることができる。さらには、正極、負極およびセパレータを渦巻状に捲回した電極群を2個以上積層させるものであっても良い。正極および負極を積層する場合、歩留まりという点からセパレータを九十九状に折ることが好ましい。   The flat type electrode group is folded in a ninety nine shape as illustrated in FIG. 4 even when the positive electrode and the negative electrode are wound into a flat shape through a separator as illustrated in FIG. Alternatively, a positive electrode and a negative electrode may be alternately interposed between the separators. Or you may laminate | stack a positive electrode, a negative electrode, and a separator. The shape of the separator can be a bag or a sheet. Furthermore, two or more electrode groups in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound in a spiral shape may be stacked. When laminating the positive electrode and the negative electrode, it is preferable to fold the separator into ninety nines from the viewpoint of yield.

セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。   As a separator, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, etc. can be used, for example.

[実施例]
以下、本発明の実施例について、前述した図面を参照して説明する。なお、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings described above. It should be noted that the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

(実施例1)
<負極の作製>
負極活物質として、Li吸蔵電位が1.55V(vs.Li/Li+)で、Li4Ti512で表され、スピネル構造を有し、下記表1に示す平均粒径のチタン酸リチウム粉末を用意した。
Example 1
<Production of negative electrode>
As a negative electrode active material, Li occlusion potential is 1.55 V (vs. Li / Li + ), Li 4 Ti 5 O 12 , a spinel structure, and lithium titanate having an average particle diameter shown in Table 1 below. Powder was prepared.

負極活物質の粒子径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所 型番SALD−300)を用いた。まず、ビーカー等に試料約0.1gを入れた後、界面活性剤と1〜2mLの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入した。2秒間隔で、64回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が50%の粒径(D50)を平均粒径とした。   A laser diffraction particle size distribution analyzer (Shimadzu Corporation, model number SALD-300) was used to measure the particle size of the negative electrode active material. First, about 0.1 g of a sample was put in a beaker or the like, and then a surfactant and 1 to 2 mL of distilled water were added and stirred sufficiently, and poured into a stirred water tank. The light intensity distribution was measured 64 times at intervals of 2 seconds, the particle size distribution data was analyzed, and the particle size (D50) having a cumulative frequency distribution of 50% was defined as the average particle size.

この負極活物質と、導電剤として平均粒径0.4μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で90:7:3となるように配合し、これらをn-メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。   This negative electrode active material, a carbon powder having an average particle diameter of 0.4 μm as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were blended in a weight ratio of 90: 7: 3, and these were mixed. -A slurry was prepared by dispersing in a methylpyrrolidone (NMP) solvent.

一方、厚さ15μmで、純度99.99%で、下記表1に示す平均結晶粒径を有するアルミニウム箔を負極集電体として用意した。   On the other hand, an aluminum foil having a thickness of 15 μm and a purity of 99.99% and having an average crystal grain size shown in Table 1 below was prepared as a negative electrode current collector.

得られた負極集電体にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより、負極集電体に負極活物質含有層を担持させ、負極を作製した。   The slurry was applied to the obtained negative electrode current collector, dried, and then pressed to support the negative electrode active material-containing layer on the negative electrode current collector, thereby producing a negative electrode.

<正極の作製>
活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比で87:8:5となるように配合し、これらをn-メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ15μmで、純度99.99%で、下記表1に示す平均結晶粒径を有するアルミニウム箔にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより、正極集電体に正極活物質含有層を担持させ、正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as an active material, graphite powder as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are blended in a weight ratio of 87: 8: 5, and these are mixed. -A slurry was prepared by dispersing in a methylpyrrolidone (NMP) solvent. A slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm and a purity of 99.99% and having an average crystal grain size shown in Table 1 below, dried, and then pressed to include a positive electrode active material in the positive electrode current collector. The layer was supported to produce a positive electrode.

容器(外装部材)の形成材料として、厚さが0.1mmのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートのアルミニウム層は膜厚約0.03mmであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリプロピレンを使用した。このラミネートフィルムを熱融着で貼り合わせることにより、容器(外装部材)を得た。   An aluminum-containing laminate film having a thickness of 0.1 mm was prepared as a material for forming the container (exterior member). The aluminum layer of this aluminum-containing laminate had a thickness of about 0.03 mm. Polypropylene was used as the resin for reinforcing the aluminum layer. The laminate film was bonded by heat sealing to obtain a container (exterior member).

次いで、正極に帯状の正極端子を電気的に接続すると共に、負極に帯状の負極端子を電気的に接続した。厚さ約20μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極に密着させて被覆した。セパレータで被覆された正極に負極を対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。容器(外装部材)に扁平状に成形した電極群を挿入した。   Next, the belt-like positive electrode terminal was electrically connected to the positive electrode, and the belt-like negative electrode terminal was electrically connected to the negative electrode. A separator made of a polyethylene porous film having a thickness of about 20 μm was coated in close contact with the positive electrode. The positive electrode covered with the separator was overlapped with the negative electrode so as to face each other, and these were wound in a spiral shape to produce an electrode group. This electrode group was pressed into a flat shape. An electrode group formed into a flat shape was inserted into a container (exterior member).

ECとPCとGBLが体積比で1:1:1の割合で混合された有機溶媒に、リチウム塩のLiBF4を1.5mol/L溶解させ、非水電解液を調製した。得られた非水電解液を容器内に注液し、図1に示すような、扁平型のリチウム二次電池を作製した。 A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1.5 mol / L of lithium salt LiBF 4 in an organic solvent in which EC, PC, and GBL were mixed at a volume ratio of 1: 1: 1. The obtained non-aqueous electrolyte was poured into a container to produce a flat lithium secondary battery as shown in FIG.

なお、作製した電池において、電池容量1Ahに対する有機溶媒重量(有機溶媒重量比)および有機溶媒重量1gに対する正極活物質含有層と負極活物質含有層の対向面積(対向面積比)が下記表1に示す値となるように電解液量および正負極の対向面積を設定した。   In the fabricated battery, the organic solvent weight (organic solvent weight ratio) with respect to the battery capacity 1Ah and the facing area (facing area ratio) of the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer with respect to 1 g of the organic solvent are shown in Table 1 below. The amount of the electrolyte and the opposing area of the positive and negative electrodes were set so as to be the values shown.

(実施例2〜11及び比較例1〜5)
有機溶媒の種類、有機溶媒重量比、対向面積比、平均結晶粒径、平均粒径を下記表1に示す値に設定すること以外は、実施例1で説明したのと同様な構成のリチウム二次電池を作製した。なお、実施例12で使用した有機溶媒の組成は、ECとPCが体積比1:1で混合されたものであり、実施例13で使用した有機溶媒の組成は、ECとGBLが体積比1:1で混合されたもので、比較例1で使用した有機溶媒の組成は、ECとPCとGBLが体積比1:1:1で混合されたものであった。
(Examples 2-11 and Comparative Examples 1-5)
Except for setting the type of organic solvent, the organic solvent weight ratio, the opposing area ratio, the average crystal grain size, and the average grain size to the values shown in Table 1 below, lithium 2 having the same configuration as described in Example 1 was used. A secondary battery was produced. In addition, the composition of the organic solvent used in Example 12 is a mixture of EC and PC at a volume ratio of 1: 1, and the composition of the organic solvent used in Example 13 is a volume ratio of EC and GBL of 1. The composition of the organic solvent used in Comparative Example 1 was a mixture of EC, PC, and GBL at a volume ratio of 1: 1: 1.

得られた電池において、25℃にて20Cの急速充電を2.8Vまで行い、充電時間を計測した。ここで、充電時間とは、充電状態から25℃にて1Cのレートで2.0Vまで放電を行なった時の放電容量を100%とし、充電容量が前記放電容量に対して80%に達するまでの時間とする。   In the obtained battery, rapid charging at 20 C at 25 ° C. was performed up to 2.8 V, and the charging time was measured. Here, the charging time is defined as 100% discharge capacity when discharged from a charged state to 2.0 V at a rate of 1C at 25 ° C., until the charge capacity reaches 80% of the discharge capacity. Time.

また、サイクル試験では、25℃にて20Cで2.8Vまでの急速充電を10分間行った後、25℃にて1Cで2.0Vまで放電を行なう充放電サイクルを繰り返し行った。この時の1サイクル目の放電容量を100%とした時、放電容量の維持率が80%になるまでのサイクル数を示す。

Figure 0005165875
Moreover, in the cycle test, after performing quick charge to 25V and 20C at 2.8V for 10 minutes, the charge / discharge cycle which discharges to 25V at 1C and 2.0V was repeated. When the discharge capacity at the first cycle at this time is 100%, the number of cycles until the discharge capacity maintenance rate reaches 80% is shown.
Figure 0005165875

表1から明らかな通りに、有機溶媒重量比については、6〜8g/Ahの実施例1,2の方が、有機溶媒重量比が6g/Ah未満の比較例1に比して充電時間が短く、急速充電サイクル特性にも優れていた。また、対向面積比が130〜290cm2/gである場合に有機溶媒重量比が8g/Ahを超えていると、電極群に含浸されない過剰な電解液が容器内に残った。よって、エネルギー密度を損なうことなく急速充電性能を向上させるために、有機溶媒重量比は6〜8g/Ahの範囲にすることが望ましい。 As is clear from Table 1, with respect to the organic solvent weight ratio, Examples 1 and 2 having 6 to 8 g / Ah had a charging time as compared with Comparative Example 1 having an organic solvent weight ratio of less than 6 g / Ah. It was short and had excellent quick charge cycle characteristics. Further, when the weight ratio of the organic solvent exceeded 8 g / Ah when the facing area ratio was 130 to 290 cm 2 / g, an excessive electrolyte solution that was not impregnated in the electrode group remained in the container. Therefore, the organic solvent weight ratio is desirably in the range of 6 to 8 g / Ah in order to improve the quick charge performance without impairing the energy density.

対向面積比については、130〜290cm2/gの実施例3,4,8,9の方が、対向面積比が130cm2/g未満の比較例2に比して充電時間が短くなった。また、有機溶媒重量比が6〜8g/Ahである場合に対向面積比が290cm2/gを超えていると、セパレータ量や集電体量の増加によって電池厚さが増加した。よって、エネルギー密度を損なうことなく急速充電性能を向上させるために、対向面積比は130〜290cm2/gの範囲にすることが好ましい。また、対向面積比が150cm2/g以上の実施例8の方が、対向面積比が130cm2/gの実施例3よりもサイクル寿命が長かった。 Regarding the facing area ratio, Examples 3 , 4, 8, and 9 with 130 to 290 cm 2 / g had shorter charging times than Comparative Example 2 with the facing area ratio of less than 130 cm 2 / g. Further, when the weight ratio of the organic solvent was 6 to 8 g / Ah and the facing area ratio exceeded 290 cm 2 / g, the battery thickness increased due to the increase in the separator amount and the current collector amount. Therefore, in order to improve the quick charge performance without impairing the energy density, the facing area ratio is preferably in the range of 130 to 290 cm 2 / g. In addition, Example 8 having an opposing area ratio of 150 cm 2 / g or more had a longer cycle life than Example 3 having an opposing area ratio of 130 cm 2 / g.

実施例5,6及び比較例3,4の比較から、有機溶媒重量比が6〜8g/Ahで、かつ対向面積比が130〜290cm2/gの範囲内であっても、平均結晶粒径が0.01〜50μmの範囲から外れていると、充電時間が長くなることがわかった。一方、実施例1,7及び比較例5の比較から、負極活物質の平均粒径が1μmを超えている場合にも、有機溶媒重量比と対向面積比の特定による効果が得られないことを確認した。 From the comparison of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4, even if the organic solvent weight ratio is 6 to 8 g / Ah and the facing area ratio is in the range of 130 to 290 cm 2 / g, the average crystal grain size It has been found that the charging time becomes longer when the value is out of the range of 0.01 to 50 μm. On the other hand, from the comparison of Examples 1 and 7 and Comparative Example 5, even when the average particle diameter of the negative electrode active material exceeds 1 μm, the effect of specifying the organic solvent weight ratio and the opposed area ratio cannot be obtained. confirmed.

よって、優れた急速充電性能を得るために、負極集電体の平均結晶粒径を0.01〜50μm、リチウムチタン酸化物粒子の平均粒径を1μm以下、有機溶媒重量比を6〜8g/Ah、同時に対向面積比を130〜290cm2/gにすることが望ましい。 Therefore, in order to obtain excellent quick charge performance, the average crystal particle size of the negative electrode current collector is 0.01 to 50 μm, the average particle size of the lithium titanium oxide particles is 1 μm or less, and the weight ratio of the organic solvent is 6 to 8 g / Ah, it is desirable that the facing area ratio is 130 to 290 cm 2 / g at the same time.

さらに、実施例10,11の結果から、有機溶媒の種類をECとPCの混合溶媒あるいはECとGBLの混合溶媒に変更しても、十分な急速充電性能を得られることを確認することができた。   Furthermore, from the results of Examples 10 and 11, it can be confirmed that sufficient rapid charging performance can be obtained even if the type of organic solvent is changed to a mixed solvent of EC and PC or a mixed solvent of EC and GBL. It was.

本実施例のLiBF4以外にも前述の様に電解質には、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)、LiN(C25SO22、Li(CF3SO23C、LiB[(OCO)22などが挙げられ、1種類または2種類以上の電解質を用いることができる。 In addition to LiBF 4 of this example, the electrolyte includes LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, LiB [(OCO) 2 ] 2 and the like can be mentioned, and one type or two or more types of electrolytes can be used.

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.

本発明の実施形態に係る非水電解質電池の部分切欠斜視図。The partial notch perspective view of the nonaqueous electrolyte battery which concerns on embodiment of this invention. 図1の非水電解質電池を電池厚さ方向に切断した際に得られる断面図。Sectional drawing obtained when the nonaqueous electrolyte battery of FIG. 1 is cut | disconnected in the battery thickness direction. 図2のA部の拡大断面図。The expanded sectional view of the A section of FIG. 本発明の別な実施形態に係る非水電解質電池で用いられる電極群を模式的に示した斜視図。The perspective view which showed typically the electrode group used with the nonaqueous electrolyte battery which concerns on another embodiment of this invention. 図4の電極群の平面図。The top view of the electrode group of FIG. 図4の電極群が収納される容器の斜視図。The perspective view of the container in which the electrode group of FIG. 4 is accommodated. 本発明の別な実施形態に係る非水電解質電池を示す斜視図。The perspective view which shows the nonaqueous electrolyte battery which concerns on another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…電極群、2…正極、3…負極、4…セパレータ、5…正極端子、6…負極端子、7,9…容器、8,12a〜12c…封止部、10…電極群収納部、11…蓋体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode group, 2 ... Positive electrode, 3 ... Negative electrode, 4 ... Separator, 5 ... Positive electrode terminal, 6 ... Negative electrode terminal, 7, 9 ... Container, 8, 12a-12c ... Sealing part, 10 ... Electrode group accommodating part, 11: Lid.

Claims (3)

正極集電体と、前記正極集電体に担持された正極活物質含有層とを含む正極と、
平均結晶粒径が0.01〜50μmのアルミニウム箔または平均結晶粒径が0.01〜50μmのアルミニウム合金箔よりなる負極集電体と、前記負極集電体に担持され、平均粒径が1μm以下のリチウムチタン酸化物粒子を含有する負極活物質含有層とを含む負極と、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びγ―ブチロラクトンよりなる群から選択される少なくとも1種類の溶媒からなる有機溶媒を含む非水電解質と
を具備する非水電解質電池であって、
電池容量1Ahに対する前記有機溶媒の量が6〜8g/Ahの範囲であり、且つ前記正極活物質含有層と前記負極活物質含有層の対向面積が前記有機溶媒1gに対して130〜290cm2/gの範囲であることを特徴とする非水電解質電池。
A positive electrode comprising a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer carried on the positive electrode current collector;
A negative electrode current collector made of an aluminum foil having an average crystal grain size of 0.01 to 50 μm or an aluminum alloy foil having an average crystal grain size of 0.01 to 50 μm, and supported on the negative electrode current collector, and having an average particle diameter of 1 μm A negative electrode including a negative electrode active material-containing layer containing the following lithium titanium oxide particles;
A nonaqueous electrolyte battery comprising a nonaqueous electrolyte containing an organic solvent composed of at least one solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and γ-butyrolactone ,
The amount of the organic solvent to the battery capacity 1Ah is in the range of 6-8 g / Ah, and the 130~290cm with respect to the positive electrode active the the material containing layer facing area of the negative electrode active material-containing layer is the organic solvent 1 g 2 / A nonaqueous electrolyte battery characterized by being in the range of g.
電池容量1Ahに対する前記有機溶媒の量が6.5〜7.5g/Ahの範囲であり、且つ前記正極活物質含有層と前記負極活物質含有層の対向面積が前記有機溶媒1gに対して150〜250cm2/gの範囲であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電池。 The amount of the organic solvent with respect to the battery capacity 1Ah is in the range of 6.5 to 7.5 g / Ah, and the opposing area of the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode active material-containing layer is 150 with respect to 1 g of the organic solvent. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, which is in a range of ˜250 cm 2 / g. 前記リチウムチタン酸化物はスピネル構造を有することを特徴する請求項1〜いずれか1項記載の非水電解質電池。 The lithium titanium oxide is non-aqueous electrolyte battery according to claim 1-2 any one of claims to characterized by having a spinel structure.
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