JP5295664B2 - Nonaqueous electrolyte battery electrode and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte battery electrode and nonaqueous electrolyte battery Download PDF

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Abstract

An electrode for a non-aqueous electrolyte battery for reducing internal resistance includes a current collector formed of aluminum foil or aluminum alloy foil, and an active material-containing layer formed on a surface of the current collector and containing an active material, a conductive agent and a binder. The conductive agent comprises a carbon particle group containing first carbon particles each exhibiting an aspect ratio of more than one. A portion of each of the first carbon particles is embedded into the current collector to the depth corresponding to 20 to 50% of the thickness of the current collector. A major axis of each of the first carbon particles has a length of 1.05 to 1.50 times as large as the thickness of the active material-containing layer.

Description

本発明は非水電解質電池用電極および非水電解質電池に関する。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery electrode and a nonaqueous electrolyte battery.

大電流を流すことを目的とした高出力な非水電解質電池において、集電体と活物質含有層とからなる電極の内部抵抗を低減することが必要である。例えば、特許文献1には活物質含有層内に複数の集電体を配置することによって、集電体と活物質含有層の最大距離を短縮させた構造の電極が開示されている。この電極は、活物質含有層内の拡散抵抗の低減は期待できるが、電極内部抵抗のもう一つの要因である活物質含有層と集電体の界面抵抗の低減を図ることが困難である。この界面抵抗は集電体にアルミニウムのような表面に強固な酸化皮膜を形成するような金属を用いる場合において顕著である。   In a high-power nonaqueous electrolyte battery intended to flow a large current, it is necessary to reduce the internal resistance of an electrode composed of a current collector and an active material containing layer. For example, Patent Document 1 discloses an electrode having a structure in which the maximum distance between the current collector and the active material-containing layer is shortened by arranging a plurality of current collectors in the active material-containing layer. Although this electrode can be expected to reduce the diffusion resistance in the active material-containing layer, it is difficult to reduce the interface resistance between the active material-containing layer and the current collector, which is another factor of the electrode internal resistance. This interfacial resistance is remarkable when a metal that forms a strong oxide film on the surface such as aluminum is used for the current collector.

また、特許文献2には集電体と活物質含有層の間に電気抵抗の小さい導電層を配置した電極が開示されている。この電極は、前述の界面抵抗の低減は期待できるが、前述した拡散抵抗を低減する効果は得られない。   Patent Document 2 discloses an electrode in which a conductive layer having a low electrical resistance is disposed between a current collector and an active material-containing layer. Although this electrode can be expected to reduce the above-mentioned interface resistance, the effect of reducing the above-mentioned diffusion resistance cannot be obtained.

さらに、前記特許文献1、2に記載の電極はいずれも活物質含有層内に発電に寄与しない部材を新たに介在するため、この電極を備えた非水電解質電池の容積に対するエネルギー密度が低下する。
特開2006−286427 特開2000−277393
Furthermore, since the electrodes described in Patent Documents 1 and 2 both newly include a member that does not contribute to power generation in the active material-containing layer, the energy density with respect to the volume of the nonaqueous electrolyte battery including this electrode is reduced. .
JP 2006-286427 A JP 2000-277393 A

本発明は、内部抵抗が低減された非水電解質電池用電極、およびこの電極を備え、出力特性に優れた非水電解質電池を提供する。   The present invention provides a nonaqueous electrolyte battery electrode with reduced internal resistance, and a nonaqueous electrolyte battery that includes this electrode and has excellent output characteristics.

本発明の第1態様によると、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と、この集電体表面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む活物質含有層とを備え、
前記導電剤は、第1炭素粒子を含む炭素粒子群30〜60重量%と前記第1炭素粒子に比べて微細な炭素粉末40〜70重量%とからなり、
前記第1炭素粒子は、アスペクト比が1を超え、その一部が前記集電体にその集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没され、かつ
前記第1炭素粒子は、長軸が前記活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長さを有することを特徴とする非水電解質電池用電極が提供される。
According to the first aspect of the present invention, a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil, and an active material-containing layer formed on the current collector surface and containing an active material, a conductive agent, and a binder,
The conductive agent is composed of 30 to 60% by weight of carbon particles including the first carbon particles and 40 to 70% by weight of fine carbon powder compared to the first carbon particles,
The first carbon particles have an aspect ratio exceeding 1, and a part of the first carbon particles is buried in the current collector at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector, and the first carbon particles Provides a nonaqueous electrolyte battery electrode characterized in that the major axis has a length of 1.05 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer.

本発明の第2態様によると、前記非水電解質電池用電極を正極および負極のうちの少なくとも一方として備える非水電解質電池が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a nonaqueous electrolyte battery comprising the nonaqueous electrolyte battery electrode as at least one of a positive electrode and a negative electrode.

本発明によれば、内部抵抗が低減された非水電解質電池用電極を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode for nonaqueous electrolyte batteries with reduced internal resistance can be provided.

本発明によれば、前記電極を備えることによって出力特性に優れた非水電解質電池を提供できる。   According to the present invention, a nonaqueous electrolyte battery excellent in output characteristics can be provided by providing the electrode.

以下、本発明の実施形態に係る非水電解質電池用電極および非水電解質電池を詳細に説明する。   Hereinafter, a nonaqueous electrolyte battery electrode and a nonaqueous electrolyte battery according to embodiments of the present invention will be described in detail.

実施形態に係る非水電解質電池用電極は、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と、この集電体の片面もしくは両面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む活物質含有層とを備える。導電剤は、アスペクト比が1を超える第1炭素粒子を含む炭素粒子群を含有する。第1炭素粒子のその一部は、集電体にその集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没される前記第1炭素粒子は、長軸が活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長さを有する。第1炭素粒子は、例えば集電体に活物質含有層を形成するプレス時において、第1炭素粒子にその一部が集電体に食い込む力を作用させることによりその一部を集電体に埋没させることが可能になる。   An electrode for a non-aqueous electrolyte battery according to an embodiment includes a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil, and an active material formed on one or both sides of the current collector and including an active material, a conductive agent, and a binder A content layer. The conductive agent contains a carbon particle group including first carbon particles having an aspect ratio exceeding 1. A part of the first carbon particles is embedded in the current collector at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector. The length is 1.05-1.50 times the thickness. For example, during the press for forming the active material-containing layer on the current collector, the first carbon particles are partly applied to the current collector by applying a force that partially penetrates the current collector. It can be buried.

ここで、活物質含有層の厚さは集電体の片面側の活物質含有層の厚さを意味する。   Here, the thickness of the active material-containing layer means the thickness of the active material-containing layer on one side of the current collector.

第1炭素粒子の一部の集電体への埋没深さは、電子顕微鏡によって確認できる。すなわち、無作為に選んだ電極断面の電子顕微鏡視野内に集電体厚さに対してその一部が20〜50%の深さで埋没する炭素粒子が存在するか、否かによって確認した。   The embedded depth of a part of the first carbon particles in the current collector can be confirmed by an electron microscope. That is, it was confirmed by whether or not carbon particles partially embedded at a depth of 20 to 50% with respect to the current collector thickness exist in the electron microscope field of the electrode cross section selected at random.

集電体に埋没される第1炭素粒子の一部には、長軸方向に延びる向かい合う端(両端)の一方を含まれることが好ましい。この場合、第1炭素粒子は集電体に対して立設した状態となる。このような状態は、単位体積当たりのエネルギー密度が高めるために好ましい。   Part of the first carbon particles embedded in the current collector preferably includes one of opposing ends (both ends) extending in the long axis direction. In this case, the first carbon particles are erected with respect to the current collector. Such a state is preferable because the energy density per unit volume is increased.

ここで、第1炭素粒子の長軸は次のようにして決定することができる。すなわち、電子顕微鏡で電極断面を観察したときに、第1炭素粒子を包絡する円(すなわち外接円)のうち、直径が最小の円(最小外接円と称す)を描く。この最小外接円と炭素粒子の輪郭線が交わる接点をそれぞれ結んだ時に、最大の長さを有する線分を長軸とする。   Here, the major axis of the first carbon particles can be determined as follows. That is, when an electrode cross section is observed with an electron microscope, a circle having a minimum diameter (referred to as a minimum circumscribed circle) is drawn among circles enclosing the first carbon particles (that is, a circumscribed circle). When the minimum circumscribed circle and the contact point where the contour lines of the carbon particles intersect are connected, the longest segment is defined as the longest segment.

これを図5を参照して説明する。円Cは鱗片状の第1炭素粒子101の最小外接円である。この円Cは第1炭素粒子101の輪郭線と点P1〜P3において接している。点P1と点P2、点P2と点P3、点P3と点P1を結んだ直線の線分の長さをそれぞれL12、L23、L31とした時、これらの線分のうち最長のものはL12である。従って、図5に示す炭素粒子101の長軸は線分L12である。   This will be described with reference to FIG. A circle C is a minimum circumscribed circle of the scaly first carbon particles 101. The circle C is in contact with the contour line of the first carbon particle 101 at points P1 to P3. When the lengths of straight lines connecting points P1 and P2, points P2 and P3, and points P3 and P1 are L12, L23, and L31, respectively, the longest of these line segments is L12. is there. Therefore, the long axis of the carbon particle 101 shown in FIG. 5 is the line segment L12.

また、アスペクト比は次のように決定することができる。すなわち、前記方法で長軸を決定した後、この長軸に対して直交する直線が第1炭素粒子の輪郭線により区切られる線分の中で最大の長さを有する線分を短軸とする。   The aspect ratio can be determined as follows. That is, after the major axis is determined by the above-described method, the line segment having the maximum length among the segment segments in which the straight line perpendicular to the major axis is divided by the contour line of the first carbon particles is defined as the minor axis. .

このように短軸、長軸を決定したときに、アスペクト比は次の式で求めることができる。   Thus, when the short axis and the long axis are determined, the aspect ratio can be obtained by the following equation.

アスペクト比=(長軸)/(短軸)
図5において、長軸はL12、短軸はL4である。従って、アスペクト比はL12/L4として求めることができる。
Aspect ratio = (major axis) / (minor axis)
In FIG. 5, the major axis is L12 and the minor axis is L4. Therefore, the aspect ratio can be obtained as L12 / L4.

アスペクト比は1を超える(例えば1.5以上)ことが好ましい。アスペクト比が約1の場合、第1炭素粒子はほぼ球状となる。このような場合、単位体積当たりのエネルギー密度が極めて低くなる。このため、アスペクト比は1を超えるであることが求められる。一方、アスペクト比が100を超えると、第1炭素粒子が構造的に弱くなる。このため、プレス時に圧力をかけたとき、第1炭素粒子が構造的に破壊されるおそれがある。第1炭素粒子が破壊されると導電パスが断絶されることになり、課題を解決することが困難になる。したがって、アスペクト比は1.5〜100であることが好ましい。より好ましいアスペクト比は、1.5〜20である。   It is preferable that the aspect ratio exceeds 1 (for example, 1.5 or more). When the aspect ratio is about 1, the first carbon particles are almost spherical. In such a case, the energy density per unit volume is extremely low. For this reason, the aspect ratio is required to exceed 1. On the other hand, if the aspect ratio exceeds 100, the first carbon particles become structurally weak. For this reason, when a pressure is applied during pressing, the first carbon particles may be structurally destroyed. When the first carbon particles are destroyed, the conductive path is interrupted, making it difficult to solve the problem. Therefore, the aspect ratio is preferably 1.5 to 100. A more preferred aspect ratio is 1.5-20.

第1炭素粒子の長軸の長さも、電子顕微鏡によって確認できる。すなわち、無作為に選んだ電極断面の電子顕微鏡視野内に集電体への埋没深さが20〜50%で、活物質含有層厚さに対し1.05〜1.50倍の長軸を有する炭素粒子が存在するか、否かによって確認した。   The length of the long axis of the first carbon particles can also be confirmed by an electron microscope. That is, the embedded depth in the current collector is 20 to 50% within the electron microscope field of the electrode cross section selected at random, and the major axis is 1.05 to 1.50 times the active material containing layer thickness. It was confirmed by whether or not carbon particles were present.

前記アスペクト比を有する第1炭素粒子は、グラファイトまたはコークスから作られる鱗片状炭素粒子が好ましい。また第1炭素粒子は、ネットワーク構造を有する炭素粒子であることが好ましい。ネットワーク構造を有する第1炭素粒子は、構造の一部が破壊されても、他のネットワークにより導電パスが維持することが可能になる。   The first carbon particles having the aspect ratio are preferably scaly carbon particles made of graphite or coke. The first carbon particles are preferably carbon particles having a network structure. The first carbon particles having a network structure can maintain a conductive path by another network even when a part of the structure is destroyed.

第1炭素粒子の集電体への埋没深さを集電体の厚さに対して20%未満にすると、第1炭素粒子の一部が集電体に食い込むことによるアンカー効果、すなわち集電体と活物質含有層の界面抵抗の低減効果を十分に達成することが困難になる。一方、第1炭素粒子の集電体への埋没深さが集電体の厚さに対して50%を超えると、その埋没個所での集電体体積の減少に伴って集電体抵抗が増加する虞がある。より好ましい第1炭素粒子の集電体への埋没深さは、集電体の厚さに対して20〜40%である。ここで集電体の厚さとは、活物質含有層が形成されている集電体の平均厚さのことである。この平均厚さは例えばマイクロメータで20点測定し、その平均値から求めることができる。   When the buried depth of the first carbon particles in the current collector is less than 20% of the thickness of the current collector, the anchor effect, i.e., current collection, caused by part of the first carbon particles biting into the current collector. It becomes difficult to sufficiently achieve the effect of reducing the interface resistance between the body and the active material-containing layer. On the other hand, when the buried depth of the first carbon particles in the current collector exceeds 50% with respect to the thickness of the current collector, the current collector resistance decreases as the current collector volume decreases at the buried portion. May increase. More preferably, the buried depth of the first carbon particles in the current collector is 20 to 40% with respect to the thickness of the current collector. Here, the thickness of the current collector means the average thickness of the current collector on which the active material-containing layer is formed. This average thickness can be obtained, for example, by measuring 20 points with a micrometer and calculating the average value.

集電体への埋没深さが20〜50%の第1炭素粒子において、その長軸の長さを活物質含有層厚さの1.05倍未満にすると、導電パス長の短縮の効果および集電体と活物質含有層界面の抵抗減少の効果を得ることが困難になる虞がある。一方、集電体への埋没深さが20〜50%の第1炭素粒子において、その長軸の長さが活物質含有層厚さの1.50倍を超えると、第1炭素粒子が電極(活物質含有層)表面から浮き出るような形となり、セミショートが発生し易くなり、安全性の低下が懸念される。より好ましい第1炭素粒子の長軸の長さは、活物質含有層厚さの1.10〜1.45倍である。   In the first carbon particles having a buried depth of 20 to 50% in the current collector, when the length of the major axis is less than 1.05 times the thickness of the active material-containing layer, the effect of shortening the conductive path length and There is a possibility that it may be difficult to obtain the effect of reducing the resistance at the interface between the current collector and the active material-containing layer. On the other hand, when the length of the major axis of the first carbon particles having a buried depth of 20 to 50% in the current collector exceeds 1.50 times the thickness of the active material-containing layer, the first carbon particles are (Active material-containing layer) It becomes a shape that rises from the surface, a semi-short is likely to occur, and there is a concern about a decrease in safety. More preferably, the length of the major axis of the first carbon particles is 1.10 to 1.45 times the thickness of the active material-containing layer.

第1炭素粒子の一部が集電体に埋没した形態において、第1炭素粒子の埋没した一部に対し反対側の端の一部(以下、他部と称す)が活物質含有層の厚さの中間部位から表面側に位置することが好ましい。このように第1炭素粒子の他部を活物質含有層の厚さの中間部位から表面側に位置させることによって、導電パスの経路長を活物質と集電体の最短距離により近付けることが可能になり、更なる内部抵抗の低減効果を期待できる。   In a form in which a part of the first carbon particles is buried in the current collector, a part of the end opposite to the part of the first carbon particles buried (hereinafter referred to as the other part) is the thickness of the active material-containing layer. It is preferable to be located on the surface side from the intermediate portion. In this way, by positioning the other part of the first carbon particles on the surface side from the intermediate part of the thickness of the active material-containing layer, the path length of the conductive path can be made closer to the shortest distance between the active material and the current collector. Therefore, further reduction effect of internal resistance can be expected.

特に、第一炭素粒子の他部は活物質含有層の表面に達していることが好ましい。   In particular, the other part of the first carbon particles preferably reaches the surface of the active material-containing layer.

ここで、「表面に達している」とは、第1炭素粒子の他部が活物質層の表面(集電体と活物質層が接する面に対して反対の面)に位置することを意味する。   Here, “has reached the surface” means that the other part of the first carbon particles is located on the surface of the active material layer (the surface opposite to the surface where the current collector and the active material layer are in contact). To do.

また、第1炭素粒子は集電体に埋没される一部と反対側の他部が活物質層の表面(集電体と活物質層が接する面に対して反対の面)に達しない場合、他部はその表面から集電体に向けて活物質の平均粒径に相当する深さの範囲内(活物質含有層表面を除く)に位置することが好ましい。   In addition, when the first carbon particle does not reach the surface of the active material layer (the surface opposite to the surface where the current collector and the active material layer are in contact), the other side opposite to the portion embedded in the current collector The other part is preferably located within a depth range (excluding the active material-containing layer surface) corresponding to the average particle diameter of the active material from the surface toward the current collector.

第1炭素粒子の一部が集電体に埋没される箇所は、電極面積に対し1×103個/m2〜1×108個/m2であることが好ましい。このように第1炭素粒子の集電体に対する埋没箇所の個数を規定することによって、活物質層内のいずれの箇所においても反応を速やかに進めることが可能となる。 Position a portion of the first carbon particles are buried in the current collector is preferably to electrode area is 1 × 10 3 cells / m 2 ~1 × 10 8 cells / m 2. By defining the number of buried portions of the first carbon particles with respect to the current collector as described above, the reaction can be rapidly advanced at any location in the active material layer.

活物質層に存在する第1炭素粒子の好ましい形態は、第1炭素粒子の一部が集電体に電極面積を基準にして1×103個/m2〜1×108個/m2の割合で埋没され、かつそれらの第1炭素粒子の他部が活物質含有層の表面に達していることである。 A preferred form of the first carbon particles present in the active material layer, a portion of the first carbon particles, based on the electrode area on the current collector 1 × 10 3 cells / m 2 to 1 × 10 8 cells / m 2 And the other part of the first carbon particles reaches the surface of the active material-containing layer.

好ましい形態の導電剤は、グラファイト、コークスのようなアスペクト比が1を超える炭素粒子群と、第1炭素粒子より微細なカーボンブラック、繊維状炭素のような炭素粉末とからなる組成を有する。カーボンブラックは、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。導電剤中には、炭素粒子群30〜60重量%、炭素粉末40〜70重量%の割合で含有することが好ましい。このような組成の導電剤を含む活物質含有層は、後述する内部抵抗の低減化効果に加えて電極群の作製時の捲回等に耐える十分な強度を有する。   A preferable form of the conductive agent has a composition composed of a carbon particle group having an aspect ratio of more than 1 such as graphite and coke, and carbon powder such as carbon black finer than the first carbon particles and fibrous carbon. Carbon black is preferably acetylene black or ketjen black, for example. The conductive agent is preferably contained in a proportion of 30 to 60% by weight of carbon particle group and 40 to 70% by weight of carbon powder. The active material-containing layer containing the conductive agent having such a composition has sufficient strength to withstand the winding during the production of the electrode group in addition to the effect of reducing the internal resistance described later.

炭素粒子群は、アスペクト比が1を超え、長軸方向の一端が前記集電体にその集電体の厚さに対して20%未満の深さで埋没されるか、または長軸方向の一端が前記集電体に埋没されない第2炭素粒子をさらに含有することが好ましい。第2炭素粒子には、第1炭素粒子と同様な長軸が前記活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長さを有する炭素粒子および長軸が第1炭素粒子に比べて短い炭素粒子を含むことを許容する。このような第1、第2の炭素粒子を含む炭素粒子群において、第1炭素粒子は10〜80重量%、より好ましくは20〜60重量%の割合で含有することが望ましい。   The carbon particle group has an aspect ratio exceeding 1, and one end in the major axis direction is embedded in the current collector at a depth of less than 20% with respect to the thickness of the current collector, or in the major axis direction. It is preferable that one end further contains second carbon particles that are not buried in the current collector. The second carbon particles include carbon particles having a long axis similar to that of the first carbon particles having a length of 1.05 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer, and a long axis corresponding to the first carbon particles. In comparison, it is allowed to contain short carbon particles. In such a carbon particle group including the first and second carbon particles, the first carbon particles are desirably contained in a proportion of 10 to 80% by weight, more preferably 20 to 60% by weight.

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は、例えばエッチングにより粗面化されていることが好ましい。粗面化された集電体は、活物質含有層との接触面積が増大するため、界面抵抗を減少させることが可能になる。ただし、粗面化された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は粗面化されていないものよりも強固な酸化皮膜が表面に形成される。このため、集電体と活物質含有層との界面抵抗は十分に減少されない。実施形態に係る電極は、導電剤に含まれるアスペクト比が1を超える炭素粒子の一部が集電体にその集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没し、そのアンカー効果により酸化皮膜抵抗の影響を小さくすることが可能となるため、内部抵抗が低減される。   The current collector made of aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably roughened by etching, for example. The roughened current collector increases the contact area with the active material-containing layer, so that the interface resistance can be reduced. However, a current collector made of a roughened aluminum foil or aluminum alloy foil forms a stronger oxide film on the surface than a non-roughened current collector. For this reason, the interface resistance between the current collector and the active material-containing layer is not sufficiently reduced. In the electrode according to the embodiment, a part of carbon particles having an aspect ratio exceeding 1 contained in the conductive agent is buried in the current collector at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector. Since the anchor effect can reduce the influence of the oxide film resistance, the internal resistance is reduced.

粗面化のためのエッチングは、化学エッチング法または電解エッチング法を採用できる。電解エッチングは、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を陽極として60〜120℃に熱した塩化物イオンを含む電解浴に浸漬し、20〜1000Vの直流もしくは交流電圧を印加することで箔表面は平滑箔面積の数倍から120倍程度まで粗面化される。粗面化倍率はアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の静電容量を測定することで算出される。粗面化されたアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を金属電極で挟み込み、電圧(V[V])を印加すると、電圧に比例して下記式(1)に示す電荷(Q[C])が蓄えられる。   Etching for roughening can employ a chemical etching method or an electrolytic etching method. Electrolytic etching is performed by immersing the aluminum foil or aluminum alloy foil in an electrolytic bath containing chloride ions heated to 60 to 120 ° C. as an anode, and applying a DC or AC voltage of 20 to 1000 V, so that the foil surface has a smooth foil area. The surface is roughened from several times to 120 times. The roughening magnification is calculated by measuring the capacitance of the aluminum foil or aluminum alloy foil. When a roughened aluminum foil or aluminum alloy foil is sandwiched between metal electrodes and a voltage (V [V]) is applied, a charge (Q [C]) shown in the following formula (1) is stored in proportion to the voltage. .

Q=CV …(1)
式(1)中の比例定数C[F]が静電容量となる。この静電容量Cは下記式(2)のような電極面積S、電極間距離t、誘電体の比誘電率ξ(アルミニウム酸化皮膜の場合7〜8)、真空の誘電率ξ0(=8.85×10-12)から表される。
Q = CV (1)
The proportionality constant C [F] in equation (1) is the capacitance. This capacitance C is defined by the following equation (2): electrode area S, interelectrode distance t, dielectric relative permittivity ξ (7 to 8 for aluminum oxide film), vacuum permittivity ξ 0 (= 8 .85 × 10 −12 ).

ξ0・ξ・(S/t) …(2)
式(2)から求めた電極面積Sを平滑面積sで除することにより粗面化倍率が算出される。粗面化倍率は、10〜120倍にすることが好ましい。
ξ 0 · ξ · (S / t) (2)
The surface roughening magnification is calculated by dividing the electrode area S obtained from the equation (2) by the smooth area s. The roughening magnification is preferably 10 to 120 times.

このようなアスペクト比が1を超え、長軸方向の一端が前記集電体にその集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没され、かつ長軸が前記活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長さを有する第1炭素粒子を導電剤の一成分として含む電極構造を図1、図2を参照してより具体的に説明する。図1、図2において、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1片面には活物質、導電剤および結着剤を含む活物質含有層2が形成されている。活物質含有層2の一成分である導電剤には、アスペクト比が1を超え、その長軸方向の一端が集電体1にその集電体1の厚さに対して20〜50%の深さで埋没している第1炭素粒子3を含む。第1炭素粒子3は、長軸の長さ(L)が活物質含有層2の厚さに対して1.05〜1.50倍である。炭素粒子3は、集電体1に埋没された長軸方向の一端と反対側の他端が活物質含有層2表面に達している。   Such an aspect ratio exceeds 1, one end in the major axis direction is buried in the current collector at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector, and the major axis contains the active material. An electrode structure including first carbon particles having a length of 1.05 to 1.50 times the thickness of the layer as one component of the conductive agent will be described more specifically with reference to FIGS. 1 and 2, an active material-containing layer 2 containing an active material, a conductive agent, and a binder is formed on one surface of a current collector 1 made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil. The conductive agent which is one component of the active material-containing layer 2 has an aspect ratio of more than 1, and one end in the major axis direction of the current collector 1 is 20 to 50% of the thickness of the current collector 1 The first carbon particles 3 buried at a depth are included. The first carbon particles 3 have a major axis length (L) of 1.05 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer 2. In the carbon particles 3, the other end opposite to one end in the long axis direction embedded in the current collector 1 reaches the surface of the active material containing layer 2.

実施形態に係る非水電解質電池は、前述した非水電解質電池用電極を正極および負極のうちの少なくとも一方として備える。非水電解質電池用電極が(1)正極および負極の両方に備える形態、(2)正極のみを備える形態、(3)負極のみを備える形態、について以下に詳述する。   The nonaqueous electrolyte battery according to the embodiment includes the above-described electrode for nonaqueous electrolyte battery as at least one of a positive electrode and a negative electrode. A non-aqueous electrolyte battery electrode will be described in detail below in terms of (1) a form provided for both the positive electrode and the negative electrode, (2) a form provided with only the positive electrode, and (3) a form provided with only the negative electrode.

(1)正極および負極の両方が前述した非水電解質電池用電極である形態
<正極>
正極は、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と、この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(前述した形態の第1炭素粒子を含む)および結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。この正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物(スラリー)を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
(1) A form in which both the positive electrode and the negative electrode are the electrodes for a non-aqueous electrolyte battery described above <Positive electrode>
The positive electrode is a current collector made of an aluminum foil or aluminum alloy foil, and is supported on one or both surfaces of the current collector. The positive electrode active material, the conductive agent (including the first carbon particles in the above-described form), and the binder And a positive electrode active material-containing layer. In this positive electrode, for example, a conductive agent and a binder are added to the positive electrode active material, these are suspended in an appropriate solvent, and the suspension (slurry) is applied to a current collector, dried and pressed to form a belt shape. It is produced by making an electrode.

集電体を構成するアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、50μm以下、より好ましくは30μm以下、更に好ましくは5μm以下の平均結晶粒径を有することが望ましい。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50μm以下にすることによって、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができる。このため、プレス時の圧力を高めて正極活物質含有層を高密度化して正極容量を増大させることが可能になる。   The aluminum foil or aluminum alloy foil constituting the current collector desirably has an average crystal grain size of 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and still more preferably 5 μm or less. By setting the average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil to 50 μm or less, the strength of the aluminum foil or aluminum alloy foil can be dramatically increased. For this reason, it is possible to increase the positive electrode capacity by increasing the pressure during pressing to increase the density of the positive electrode active material-containing layer.

平均結晶粒径は、次のように方法で求めることができる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で観察し、1mm×1mm内に存在する結晶粒の数(n)を求める。このnを用いてS=1×106/n(μm2)から平均結晶粒子面積Sを求める。得られたSの値から下記の式(3)により平均結晶粒子径d(μm)を算出する。 The average crystal grain size can be determined by the following method. The structure of the current collector surface is observed with an optical microscope, and the number (n) of crystal grains present within 1 mm × 1 mm is determined. Using this n, the average crystal grain area S is determined from S = 1 × 10 6 / n (μm 2 ). The average crystal particle diameter d (μm) is calculated from the obtained S value by the following formula (3).

d=2(S/π)1/2 …(3)
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は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。結晶粒径は、集電体の製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整することが可能である。
d = 2 (S / π) 1/2 (3)
The average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil changes under complex influences from a plurality of factors such as material structure, impurities, processing conditions, heat treatment history, and annealing conditions. The crystal grain size can be adjusted by combining the above factors in the production process of the current collector.

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、20μm以下、より好ましくは1.50μm以下であることが望ましい。アルミニウム箔は99%以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は1%重量以下にすることが好ましい。   The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is desirably 20 μm or less, more preferably 1.50 μm or less. The aluminum foil preferably has a purity of 99% or more. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon. Transition metals such as iron, copper, nickel and chromium contained as alloy components are preferably 1% by weight or less.

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、前述したように表面が粗面化されることが好ましい。   As described above, the surface of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably roughened.

正極活物質は、例えば二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、LiaMnO2、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiaNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(LiaCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物{例えばLiNi1-e-fCoeMfO2、ここでMはAl,CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素、0≦e≦0.5、0≦f≦0.1}、リチウムマンガンコバルト複合酸化物{例えばLiMn1-g-hCogh2、ここでMはAl,CrおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素、0≦g≦0.5、0≦h≦0.1}、リチウムマンガンニッケル複合化合物{例えばLiMnjNij1-2j2、ここでMはCo,Cr,AlおよびFeよりなる群より選択される少なくとも1つの元素、1/3≦j≦1/2、LiMn1/3Ni1/3Co1/32、LiMn1/2Ni1/22}、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物(LiaMn2-bb4、ここでMはAl,Cr,NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiaMn2-bNib4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(LiaFePO4、LiaFe1-bMnbPO4、LiaCoPO4など)、硫酸鉄(Fe2(SO43)、バナジウム酸化物(例えばV25)を挙げることができる。ここで、a、b、cは0〜1であることが好ましい。正極活物質は、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、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, Li a MnO 2 , lithium nickel composite oxide (eg, Li a NiO 2 ), and lithium cobalt composite oxide (Li a CoO 2). ), Lithium nickel cobalt composite oxide {for example, LiNi 1-ef Co e MfO 2 , where M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Fe, 0 ≦ e ≦ 0.5, 0 ≦ f ≦ 0.1}, lithium manganese cobalt composite oxide {for example, LiMn 1-gh Co g M h O 2 , where M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr and Fe, 0 ≦ g ≦ 0.5, 0 ≦ h ≦ 0.1}, lithium manganese nickel composite compound {for example, LiMn j Ni j M 1-2j O 2 , where M is a group consisting of Co, Cr, Al and Fe At least one element selected from 1/3 ≦ j ≦ 1/2, LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 1/2 Ni 1/2 O 2 }, spinel type lithium manganese Complex oxide (Li a Mn 2-b M b O 4 , where M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr, Ni and Fe), spinel type lithium manganese nickel complex oxide (Li a Mn 2-b Ni b O 4 ), lithium phosphorous oxide having an olivine structure (such as Li a FePO 4 , Li a Fe 1-b Mn b PO 4 , Li a CoPO 4 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 3 ) and vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ). Here, a, b, and c are preferably 0 to 1. Examples of the positive electrode active material include conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide polymer materials, sulfur (S), organic materials such as carbon fluoride, and inorganic materials.

より好ましい正極活物質は、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、リチウムマンガンニッケル複合化合物、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、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、リチウムリン酸鉄を用いることができる。これら正極活物質によると、高い電池電圧が得られる。スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、リチウムリン酸鉄は、自身の電気抵抗が大きいためにさらに好ましい。   More preferable positive electrode active materials are lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium manganese nickel composite compound, spinel type lithium manganese composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, lithium Manganese cobalt composite oxide and lithium iron phosphate can be used. According to these positive electrode active materials, a high battery voltage can be obtained. Spinel type lithium manganese composite oxide and lithium iron phosphate are more preferable because of their large electric resistance.

結着剤は、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)、フッ素系ゴムを用いることができる。   For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), or fluorine-based rubber can be used as the binder.

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73〜95重量%、導電剤3〜20重量%、結着剤2〜7重量%にすることが好ましい。   The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably 73 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.

<負極>
この負極は、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と、この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(前述した形態の第1炭素粒子を含む)および結着剤を含む負極活物質含有層とを有する。この負極は、例えば粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物(スラリー)を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
<Negative electrode>
The negative electrode includes a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil, a negative electrode active material, a conductive agent (including the first carbon particles having the form described above) and a binder supported on one or both sides of the current collector. And a negative electrode active material-containing layer containing an agent. In this negative electrode, for example, a conductive agent and a binder are added to a powdered negative electrode active material, these are suspended in an appropriate solvent, and this suspension (slurry) is applied to a current collector, dried and pressed. It is produced by forming a strip electrode.

集電体を構成するアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、50μm以下、より好ましくは30μm以下、更に好ましくは5μm以下の平均結晶粒径を有することが望ましい。平均結晶粒径は、前述した方法で求めることができる。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50μm以下にすることによって、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができる。このため、プレス時の圧力を高めて負極活物質含有層を高密度化して負極容量を増大させることが可能になる。また、高温環境下(40℃以上)における過放電サイクルでの集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができる。このため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。   The aluminum foil or aluminum alloy foil constituting the current collector desirably has an average crystal grain size of 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and still more preferably 5 μm or less. The average crystal grain size can be determined by the method described above. By setting the average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil to 50 μm or less, the strength of the aluminum foil or aluminum alloy foil can be dramatically increased. For this reason, it is possible to increase the negative electrode capacity by increasing the pressure during pressing to increase the density of the negative electrode active material-containing layer. Further, it is possible to prevent the current collector from being dissolved and corroded in an overdischarge cycle under a high temperature environment (40 ° C. or higher). For this reason, an increase in negative electrode impedance can be suppressed. Furthermore, output characteristics, quick charge, and charge / discharge cycle characteristics can also be improved.

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は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。結晶粒径は、集電体の製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整することが可能である。   The average crystal grain size of the aluminum foil or aluminum alloy foil changes under complex influences from a plurality of factors such as material structure, impurities, processing conditions, heat treatment history, and annealing conditions. The crystal grain size can be adjusted by combining the above factors in the production process of the current collector.

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、20μm以下、より好ましくは1.50μm以下であることが望ましい。アルミニウム箔は99%以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は1重量%以下にすることが好ましい。   The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is desirably 20 μm or less, more preferably 1.50 μm or less. The aluminum foil preferably has a purity of 99% or more. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon. Transition metals such as iron, copper, nickel and chromium contained as alloy components are preferably 1% by weight or less.

アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、前述したように表面が粗面化されることが好ましい。   As described above, the surface of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably roughened.

負極活物質は、例えば炭素質物または金属化合物が用いられる
炭素質物は、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物は、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、X線回折による(002)面の面間隔d002が0.340nm以下であることが好ましい。
As the negative electrode active material, for example, a carbonaceous material or a metal compound is used. Examples of the carbonaceous material include natural graphite, artificial graphite, coke, vapor-grown carbon fiber, mesophase pitch-based carbon fiber, spherical carbon, and resin-fired carbon. . More preferable carbonaceous materials include vapor grown carbon fiber, mesophase pitch carbon fiber, and spherical carbon. The carbonaceous material preferably has a (002) plane spacing d 002 of 0.340 nm or less by X-ray diffraction.

金属化合物は、例えば金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。   As the metal compound, for example, a metal oxide, a metal sulfide, or a metal nitride can be used.

金属酸化物は、例えばチタン含有金属複合酸化物、例えばSnB0.40.63.1などのアモルファススズ酸化物、例えばSnSiO3などのスズ珪素酸化物、例えばSiOなどの酸化珪素、例えばWO3などのタングステン酸化物を挙げることができる。中でも、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。チタン含有金属複合酸化物としては、例えばラムステライド型Li2+fTi37(−1≦f≦3)、TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、TiO2−P25、TiO2−V25、TiO2−P25−SnO2、TiO2−P25−MeO(MeはCu、NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素)を挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相が共存もしくはアモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造の金属複合酸化物は、サイクル性能を大幅に向上させることができる。中でも、リチウムチタン酸化物、TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素を含有する金属複合酸化物が好ましい。 The metal oxide is, for example, a titanium-containing metal composite oxide, for example, an amorphous tin oxide such as SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 , a tin silicon oxide such as SnSiO 3 , a silicon oxide such as SiO, or a tungsten oxide such as WO 3. You can list things. Of these, titanium-containing metal composite oxides are preferable. The titanium-containing metal composite oxide is selected from the group consisting of ramsteride type Li 2 + f Ti 3 O 7 (−1 ≦ f ≦ 3), Ti and P, V, Sn, Cu, Ni and Fe, for example. Examples thereof include metal composite oxides containing at least one element. Examples of the metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ti and P, V, Sn, Cu, Ni and Fe include TiO 2 —P 2 O 5 , TiO 2 —V 2. O 5 , TiO 2 —P 2 O 5 —SnO 2 , TiO 2 —P 2 O 5 —MeO (Me is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni and Fe). This metal complex oxide has a low crystallinity and preferably has a microstructure in which a crystal phase and an amorphous phase coexist or exist alone. Such a microstructured metal composite oxide can greatly improve the cycle performance. Among these, lithium titanium oxide, metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ti and P, V, Sn, Cu, Ni, and Fe are preferable.

金属硫化物は、例えばTiS2のような硫化チタン、例えばMoS2のような硫化モリブデン、例えばFeS、FeS2、LixFeS2のような硫化鉄を用いることができる。 As the metal sulfide, titanium sulfide such as TiS 2 , molybdenum sulfide such as MoS 2 , and iron sulfide such as FeS, FeS 2 , and LixFeS 2 can be used.

金属窒化物は、例えばリチウムコバルト窒化物(例えばLisCotN、0<s<4,0<t<0.5)を用いることができる。   As the metal nitride, for example, lithium cobalt nitride (for example, LisCotN, 0 <s <4, 0 <t <0.5) can be used.

スピネル型チタン酸リチウムは、それ自身の電気抵抗が大きいためにより好ましい。   Spinel type lithium titanate is more preferable because of its large electric resistance.

結着剤は、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、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, and styrene butadiene rubber.

負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質73〜96重量%、導電剤2〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。   The blending ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 73 to 96% by weight of the negative electrode active material, 2 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.

(2)正極のみが前述した非水電解質電池用電極である形態
<正極>
正極は、前記(1)で説明したものと同様なものが用いられる。
(2) Form in which only the positive electrode is the electrode for a non-aqueous electrolyte battery described above <Positive electrode>
The positive electrode is the same as that described in (1) above.

<負極>
負極は、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と、この集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質および結着剤を含む負極活物質含有層とを有する。この負極は、例えば粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物(スラリー)を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
<Negative electrode>
The negative electrode includes a current collector made of an aluminum foil or an aluminum alloy foil, and a negative electrode active material-containing layer that is supported on one or both sides of the current collector and includes a negative electrode active material and a binder. In this negative electrode, for example, a conductive agent and a binder are added to a powdered negative electrode active material, these are suspended in an appropriate solvent, and this suspension (slurry) is applied to a current collector, dried and pressed. It is produced by forming a strip electrode.

集電体および結着剤は、前記(1)で説明したものと同様なものが用いられる。   The current collector and the binder are the same as those described in (1) above.

負極活物質は、例えばリチウム金属またはリチウム合金を用いることができる。   As the negative electrode active material, for example, lithium metal or a lithium alloy can be used.

リチウム合金は、例えばリチウムアルミニウム合金、リチウム亜鉛合金、リチウムマグネシウム合金、リチウム珪素合金、リチウム鉛合金などが挙げられる。リチウム合金箔を用いる場合は、そのまま合金箔を負極として用いてもよい。   Examples of the lithium alloy include a lithium aluminum alloy, a lithium zinc alloy, a lithium magnesium alloy, a lithium silicon alloy, and a lithium lead alloy. When using lithium alloy foil, you may use alloy foil as a negative electrode as it is.

負極活物質は、導電剤と併用する場合、前記(1)で説明した炭素質物または金属化合物を用いることができる。この導電剤は、前記(1)で説明した導電剤(前述した形態の第1炭素粒子を含む)と異なる形態を有する、例えばカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい)、グラファイト、コークス、繊維状カーボン等を挙げることができる。   When the negative electrode active material is used in combination with a conductive agent, the carbonaceous material or metal compound described in (1) above can be used. This conductive agent has a different form from the conductive agent described in the above (1) (including the first carbon particles having the form described above), for example, carbon black (acetylene black and ketjen black are preferred), graphite, coke, Examples thereof include fibrous carbon.

負極活物質、導電剤および結着剤の配合比は、負極活物質73〜98重量%、導電剤0〜20重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。   The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 73 to 98% by weight of the negative electrode active material, 0 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.

(3)負極のみが前述した非水電解質電池用電極である形態
<正極>
正極は、前記(1)で説明した導電剤(前述した形態の第1炭素粒子を含む)と異なる形態を有する、例えばカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい)、グラファイト、コークス、繊維状カーボン等からなる導電剤を用いた以外、本質的に前記(1)で説明したものと同様な組成、構造を有する。
(3) Form in which only the negative electrode is the electrode for a non-aqueous electrolyte battery described above <Positive electrode>
The positive electrode has a different form from the conductive agent described in (1) (including the first carbon particles having the form described above), such as carbon black (acetylene black and ketjen black are preferred), graphite, coke, and fibrous. Except for using a conductive agent made of carbon or the like, it has essentially the same composition and structure as described in (1) above.

<負極>
負極は、前記(1)で説明したものと同様なものが用いられる。
<Negative electrode>
The negative electrode is the same as that described in (1) above.

実施形態に係る非水電解質電池は、前述した非水電解質電池用電極を正極および負極のうちの少なくとも一方として備え、かつ充電深度(State of charge:SOC)50%の状態において電池抵抗[mΩ]と電池容量[Ah]を掛けた値、すなわち(電池抵抗)[mΩ]×(電池容量)[Ah]、が10mΩAh未満であることが好ましい。   The non-aqueous electrolyte battery according to the embodiment includes the above-described non-aqueous electrolyte battery electrode as at least one of a positive electrode and a negative electrode, and battery resistance [mΩ] at a state of charge (SOC) of 50%. And (battery resistance) [mΩ] × (battery capacity) [Ah] are preferably less than 10 mΩAh.

(電池抵抗)[mΩ]×(電池容量)[Ah]の値が10mΩAhを超えると、電極抵抗以外の抵抗成分が大きいことと意味し、大電流充放電時に電極抵抗以外の抵抗成分が大電流を流すときの障害になって出力特性を低下させる虞がある。電極抵抗成分以外の抵抗成分は、例えばセパレータ抵抗、集電体と電流取り出した部分の抵抗、非水電解質抵抗、集電体と活物質の界面抵抗、正極と負極の層間距離に起因する抵抗を挙げることができる。   When the value of (battery resistance) [mΩ] × (battery capacity) [Ah] exceeds 10 mΩAh, it means that the resistance component other than the electrode resistance is large, and the resistance component other than the electrode resistance is a large current during large current charge / discharge. There is a risk that the output characteristics may be deteriorated due to an obstacle to the flow. The resistance component other than the electrode resistance component includes, for example, a separator resistance, a resistance of the current collector and a current extraction part, a nonaqueous electrolyte resistance, an interface resistance between the current collector and the active material, and a resistance caused by an interlayer distance between the positive electrode and the negative electrode. Can be mentioned.

このような非水電解質電池(角型非水電解質電池)を図3および図4を参照して詳細に説明する。図3は、実施形態に係る非水電解質電池を示す部分切欠斜視図、図4は図3のA部の拡大断面図である。   Such a nonaqueous electrolyte battery (rectangular nonaqueous electrolyte battery) will be described in detail with reference to FIG. 3 and FIG. FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing the nonaqueous electrolyte battery according to the embodiment, and FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG.

例えばアルミニウム製の有底矩形筒体11の開口部にはアルミニウム製の矩形蓋体12が取り付けられている。扁平状の電極群13は、有底矩形筒体11内に収納されている。電極群13は、図4に示すように正極14および負極15をセパレータ16を挟んでかつ外周面にセパレータ16が位置するように渦巻状に捲回し、プレス成型することにより作製される。正極14は、例えば集電体14aと、この集電体14aの両面に形成された正極活物質含有層14bとから構成されている。正極リードタブ17は、正極14の集電体14aに一体的に接続されている。負極15は、例えば集電体15aと、この集電体15aの両面に形成された負極活物質含有層15bとから構成されている。負極リードタブ18は、集電体15aに一体的に接続されている。非水電解液は、有底矩形筒体11内に収容されている。   For example, an aluminum rectangular lid 12 is attached to an opening of a bottomed rectangular cylinder 11 made of aluminum. The flat electrode group 13 is accommodated in the bottomed rectangular cylinder 11. As shown in FIG. 4, the electrode group 13 is produced by winding the positive electrode 14 and the negative electrode 15 in a spiral shape so that the separator 16 is positioned on the outer peripheral surface with the separator 16 interposed therebetween, and press molding. The positive electrode 14 includes, for example, a current collector 14a and a positive electrode active material-containing layer 14b formed on both surfaces of the current collector 14a. The positive electrode lead tab 17 is integrally connected to the current collector 14 a of the positive electrode 14. The negative electrode 15 includes, for example, a current collector 15a and a negative electrode active material-containing layer 15b formed on both surfaces of the current collector 15a. The negative electrode lead tab 18 is integrally connected to the current collector 15a. The nonaqueous electrolytic solution is accommodated in the bottomed rectangular cylinder 11.

例えば帯状の正極端子19は、蓋体12に挿着されている。有底矩形筒体11内に位置する正極端子19の端部付近には、正極リードタブ17が接続されている。例えば帯状の負極端子20は、蓋体12に例えばガラス材21を介在するハーメティックシールにより挿着されている。有底矩形筒体11内に位置する負極端子20の端部付近には、負極リードタブ18が接続されている。なお、負極端子20は、蓋体12にガラス材の代わりに樹脂を介してかしめにより挿着してもよい。   For example, the belt-like positive electrode terminal 19 is inserted into the lid body 12. A positive lead tab 17 is connected to the vicinity of the end of the positive terminal 19 located in the bottomed rectangular cylinder 11. For example, the strip-like negative electrode terminal 20 is inserted into the lid 12 by a hermetic seal with a glass material 21 interposed, for example. A negative electrode lead tab 18 is connected near the end of the negative electrode terminal 20 located in the bottomed rectangular cylinder 11. The negative electrode terminal 20 may be attached to the lid 12 by caulking through a resin instead of a glass material.

前記セパレータおよび非水電解質について以下に詳述する。   The separator and non-aqueous electrolyte will be described in detail below.

セパレータは、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン(PFA)、ポリヘキサフルオロプロピレン(HFP)、ポリテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)、ポリエチレンーテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド、ポリイミド、セルロース、セルロースポリエチレン、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)のような有機高分子を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布、またはガラス繊維製不織布を用いることができる。   Examples of the separator include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polytetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene (PFA), polyhexafluoropropylene (HFP), and polytetrafluoroethylene-hexafluoro. Porous films and synthetic resins containing organic polymers such as propylene (FEP), polyethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), polyethylene terephthalate (PET), polyamide, polyimide, cellulose, cellulose polyethylene, polyvinylidene fluoride (PVdF) A nonwoven fabric made of glass or a nonwoven fabric made of glass fiber can be used.

非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。   The nonaqueous electrolyte includes a nonaqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. The non-aqueous solvent may contain a polymer.

電解質塩は、例えばLiPF6、LiBF4、Li(CF3SO22N(ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム;通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C25SO22N(ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム;通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、ビスオキサラトホウ酸リチウム(LiB(C242(通称LiBOB))、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム(LiBF2(OCOOC(CF32)(通称LiBF2(HHIB)))のようなリチウム塩を用いることができる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。特にLiPF6、LiBF4が好ましい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N (bistrifluoromethanesulfonylamide lithium; commonly known as LiTFSI), LiCF 3 SO 3 (commonly known as LiTFS), and Li (C 2 F 5 SO 2 ). 2 N (bis pentafluoroethanesulfonyl amide lithium; called LiBETI), LiClO 4, LiAsF 6 , LiSbF 6, bisoxalato Lato lithium borate (LiB (C 2 O 4) 2 ( known as LiBOB)), difluoro (tri-fluoro-2 - oxide-2-trifluoromethyl - methylpropionate diisocyanatohexane (2 -) - 0,0) lithium borate (LiBF2 (OCOOC (CF 3) 2) ( aka LiBF 2 (HHIB))) lithium salt be used, such as Can do. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more. Particularly preferred are LiPF 6 and LiBF 4 .

電解質塩濃度は、1.0〜3モル/Lにすることが好ましい。このような電解質濃度の規定によって、電解質塩濃度の上昇による粘度増加の影響を抑えつつ、高負荷電流を流した場合の性能をより向上することが可能になる。   The electrolyte salt concentration is preferably 1.0 to 3 mol / L. Such regulation of the electrolyte concentration makes it possible to further improve the performance when a high load current is passed while suppressing the influence of an increase in viscosity due to an increase in the electrolyte salt concentration.

非水溶媒は、特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeHF)、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル(AN)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、メチルエチルカーボネイト(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)を用いることができる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。非水溶媒は、熱安定性を重要視する場合、γ−ブチロラクトンが好ましい。また、非水溶媒は熱安定性とともに低温性能も必要とする場合、EC、PCおよびGBLの3成分を全て含むことが好ましい。環状カーボネート系の3つの溶媒(EC、PCおよびGBL)をすべて含むことによって、高い熱安定性と、エントロピーの増加に伴うと考えられる低温性能の向上とが期待できる。環状カーボネートは、鎖状カーボネートに比べて粘度が大きいため、環状カーボネートからなる非水溶媒を用いる場合のサイクル特性を大幅に改善することができる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited. For example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran (THF), 2 -Use methyltetrahydrofuran (2-MeHF), 1,3-dioxolane, sulfolane, acetonitrile (AN), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate (DPC) Can do. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The non-aqueous solvent is preferably γ-butyrolactone when the thermal stability is important. In addition, when the non-aqueous solvent requires thermal stability as well as low temperature performance, it preferably contains all three components of EC, PC, and GBL. By including all three cyclic carbonate-based solvents (EC, PC and GBL), high thermal stability and improvement in low-temperature performance considered to be associated with increased entropy can be expected. Since the cyclic carbonate has a higher viscosity than the chain carbonate, the cycle characteristics when using a non-aqueous solvent comprising the cyclic carbonate can be greatly improved.

非水電解質には、添加剤が加えられてもよい。添加剤は、特に限定されるものではないが、例えばビニレンカーボネイト(VC)、ビニレンアセテート(VA)、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、カテコールカーボネートを用いることができる。添加剤の配合量は、非水電解質に対して外率で0.1〜3重量%、さらに好ましくは0.5〜1重量%である。   An additive may be added to the non-aqueous electrolyte. Although an additive is not specifically limited, For example, vinylene carbonate (VC), vinylene acetate (VA), vinylene butyrate, vinylene hexanate, vinylene crotonate, catechol carbonate can be used. The amount of the additive is 0.1 to 3% by weight, more preferably 0.5 to 1% by weight, based on the nonaqueous electrolyte.

以上説明した実施形態に係る非水電解質電池用電極は、従来の電極に比べて内部抵抗を大幅に低減することができる。   The non-aqueous electrolyte battery electrode according to the embodiment described above can significantly reduce the internal resistance as compared with the conventional electrode.

すなわち、集電体であるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は表面に強固な酸化皮膜が形成されているため、活物質含有層と集電体の界面抵抗が大きくなる。   That is, since the aluminum foil or aluminum alloy foil that is the current collector has a strong oxide film formed on the surface, the interface resistance between the active material-containing layer and the current collector is increased.

実施形態によれば、導電剤はアスペクト比が1を超え、その長軸方向の一端を集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没する第1炭素粒子を含むことによって、第1炭素粒子が集電体に食い込む、いわゆる高いアンカー効果を発揮できる。このため、電極内部抵抗のもう一つ要因である活物質含有層と集電体界面の界面抵抗を低減することが可能になる。   According to the embodiment, the conductive agent includes first carbon particles having an aspect ratio of more than 1 and embedded in one end of the major axis direction at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector. The so-called high anchor effect that the first carbon particles bite into the current collector can be exhibited. For this reason, it becomes possible to reduce the interface resistance between the active material-containing layer and the current collector interface, which is another factor of the electrode internal resistance.

また、従来の電極は活物質表面をカーボンブラックのような微粉末の導電剤で覆った構成になっているため、大電流充放電時の活物質から集電体への導電パスは活物質表面を伝達する経路になる。その結果、導電パスの経路長は活物質から集電体への最短距離より長くなる。   In addition, since the conventional electrode has a structure in which the active material surface is covered with a fine powder conductive agent such as carbon black, the conductive path from the active material to the current collector during large current charge / discharge is the active material surface. It becomes a path to transmit. As a result, the path length of the conductive path is longer than the shortest distance from the active material to the current collector.

実施形態によれば、導電剤中の前記第1炭素粒子が活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長軸長さを有することによって、この第1炭素粒子が主に導電パスとして作用する。このため、導電パスの経路長を従来の電極よりも活物質と集電体の最短距離に近付けることができる。その結果、内部抵抗の要因の一つである電子移動における拡散抵抗を低減することが可能になる。   According to the embodiment, the first carbon particles in the conductive agent mainly have a major axis length of 1.05 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer. Acts as a conductive path. For this reason, the path length of the conductive path can be made closer to the shortest distance between the active material and the current collector than the conventional electrode. As a result, it becomes possible to reduce the diffusion resistance in the electron transfer which is one of the factors of the internal resistance.

したがって、実施形態によれば活物質含有層の構成成分である導電剤中の第1炭素粒子の寸法を制御するだけで、電子移動における拡散抵抗を低減でき、かつ活物質含有層と集電体界面の界面抵抗を低減できる。その結果、従来の電極のように新たな部材、例えば導電層追加が不用になるため、実効的なエネルギー密度を低下させることなく、内部抵抗の低減を実現した非水電解質電池用電極を得ることが可能になる。   Therefore, according to the embodiment, the diffusion resistance in electron transfer can be reduced only by controlling the size of the first carbon particles in the conductive agent that is a constituent component of the active material-containing layer, and the active material-containing layer and the current collector can be reduced. The interface resistance of the interface can be reduced. As a result, a new member, such as a conductive layer, becomes unnecessary as in the case of conventional electrodes, so that an electrode for a nonaqueous electrolyte battery that achieves a reduction in internal resistance without reducing effective energy density is obtained. Is possible.

また実施形態によれば、前述した内部抵抗が低減された非水電解質電池用電極を正極および負極のうちの少なくとも一方として備えることによって、大電流放電特性の優れた非水電解質電池を実現することができる。特に、電池抵抗[mΩ]と電池容量[Ah]を掛けた値を10mΩAh未満にすることによって、大電流放電特性がより一層優れた非水電解質電池を実現することができる。   In addition, according to the embodiment, a nonaqueous electrolyte battery having excellent large current discharge characteristics can be realized by providing the electrode for a nonaqueous electrolyte battery with reduced internal resistance as at least one of the positive electrode and the negative electrode. Can do. In particular, by making the value obtained by multiplying the battery resistance [mΩ] and the battery capacity [Ah] less than 10 mΩAh, a non-aqueous electrolyte battery with even more excellent large current discharge characteristics can be realized.

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。   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>
正極活物質としてLiCoO2(d50:5.5μm)、導電剤としてグラファイトおよびアセチレンブラック(d50:35nm)、結着剤としてPVdF、を用意した。使用したグラファイトは、レーザー粒度分布計によりd50:12μm、d90:32μmの粒度分布を有するものであった。また、グラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.2であった。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 (d50: 5.5 μm) was prepared as the positive electrode active material, graphite and acetylene black (d50: 35 nm) as the conductive agent, and PVdF as the binder. The graphite used had a particle size distribution of d50: 12 μm and d90: 32 μm by a laser particle size distribution meter. Moreover, the average value of the aspect ratio of the graphite was 3.2 by image analysis of the scanning electron microscope image.

次いで、LiCoO288重量部、グラファイト3重量部、アセチレンブラック4重量部およびPVdF5重量部をN−メチルピロリドン(NMP)の溶媒に分散してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔の集電体の両面に塗布、乾燥し、さらにプレス成型し、片面の厚さが28μmの活物質含有層が集電体の両面に形成された正極を作製した。 Next, 88 parts by weight of LiCoO 2 , 3 parts by weight of graphite, 4 parts by weight of acetylene black and 5 parts by weight of PVdF were dispersed in a solvent of N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a slurry. This slurry was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil current collector, dried, and press-molded to produce a positive electrode in which an active material-containing layer having a thickness of 28 μm on one side was formed on both sides of the current collector. did.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、アスペクト比が1を超えるグラファイトの長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大28%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜28%のグラファイトの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.09〜1.32倍であった。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of graphite having an aspect ratio exceeding 1 was embedded in the aluminum foil current collector at a depth of up to 28% of the current collector thickness. It was done. The major axis length of graphite having a buried depth of 20 to 28% in the current collector was 1.09 to 1.32 times the thickness of the active material-containing layer.

長軸の一端が集電体にその厚さの20〜28%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり1×104〜1×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The portion of the graphite where one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 28% of its thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is the electrode area of 1 m 2 from the value of the particle size distribution of the graphite. Per 1 × 10 4 to 1 × 10 7 points are expected.

<負極の作製>
負極活物質としてLi4Ti512、導電剤としてグラファイト、結着剤としてPVdFを用意した。使用したグラファイトは、レーザー粒度分布計によりd50:19μm、d90:41μmの粒度分布を有するものであった。また、グラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.4でった。
<Production of negative electrode>
Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material, graphite as a conductive agent, and PVdF as a binder were prepared. The graphite used had a particle size distribution of d50: 19 μm and d90: 41 μm by a laser particle size distribution meter. Moreover, the average value of the aspect ratio of the graphite was 3.4 by image analysis of the scanning electron microscope image.

次いで、Li4Ti51289重量部、グラファイト6重量部およびPVdF5重量部をN−メチルピロリドン(NMP)の溶媒に分散してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔の集電体の両面に塗布、乾燥し、さらにプレス成型し、片面の厚さが35μmの活物質含有層が集電体の両面に形成された負極を作製した。 Next, 89 parts by weight of Li 4 Ti 5 O 12 , 6 parts by weight of graphite and 5 parts by weight of PVdF were dispersed in a solvent of N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a slurry. This slurry was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil current collector, dried, and press-molded to produce a negative electrode in which an active material-containing layer having a thickness of 35 μm on one side was formed on both sides of the current collector. did.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、アスペクト比が1を超えるグラファイトの長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大24%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜24%のグラファイトの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.07〜1.33倍であった。   The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of graphite having an aspect ratio exceeding 1 was embedded in an aluminum foil current collector at a depth of up to 24% of the current collector thickness. It was done. The major axis length of graphite having an embedded depth of 20 to 24% in the current collector was 1.07 to 1.33 times the thickness of the active material-containing layer.

長軸の一端が集電体にその厚さの20〜24%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり1×104〜1×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The portion of the graphite where one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 24% of the thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is the electrode area of 1 m 2 from the value of the particle size distribution of the graphite. Per 1 × 10 4 to 1 × 10 7 points are expected.

<非水電解質の調製>
ECとPCとGBLを体積比で1:1:4の割合で混合された混合溶媒に2MのLiBF4を混合して非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous electrolyte was prepared by mixing 2M LiBF 4 in a mixed solvent in which EC, PC, and GBL were mixed at a volume ratio of 1: 1: 4.

<電池の組み立て>
厚さ0.3mmのアルミニウムからなる有底矩形状筒体の容器と、正極端子が挿着されるとともに負極端子が絶縁性の樹脂を介してかしめにより挿着されたアルミニウム製の蓋体を用意した。非水電解質をポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータに含浸した後、このセパレータで正極を覆い、負極をセパレータを介して正極と対向するように重ねて渦巻状に捲回し、正極および負極からそれぞれ延出したリードタブを有する渦巻状の電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。扁平状に成形した電極群の正極リードタブを蓋体の正極端子の一端に接続し、負極リードタブを負極端子の一端に接続し、電極群を蓋体と共に容器の開口部を通してその内部に挿入し、蓋体を容器の開口部に溶接した。これらの工程により、前述した図1に示す構造を有し、厚さ3.0mm、幅35mm、高さ62mm、容量700mAhの角型非水電解質電池を製造した。
<Battery assembly>
A container with a bottomed rectangular tube made of aluminum with a thickness of 0.3 mm and an aluminum lid with a positive electrode terminal inserted and a negative electrode terminal inserted by caulking through an insulating resin are prepared. did. After impregnating a separator made of a polyethylene porous film with a non-aqueous electrolyte, the positive electrode is covered with this separator, and the negative electrode is overlapped with the separator so as to face the positive electrode and wound in a spiral shape, extending from the positive electrode and the negative electrode, respectively. A spiral electrode group having a lead tab was prepared. This electrode group was pressed into a flat shape. Connect the positive electrode lead tab of the electrode group formed into a flat shape to one end of the positive electrode terminal of the lid, connect the negative electrode lead tab to one end of the negative electrode terminal, insert the electrode group into the interior through the opening of the container together with the lid body, The lid was welded to the opening of the container. Through these steps, a prismatic nonaqueous electrolyte battery having the structure shown in FIG. 1 and having a thickness of 3.0 mm, a width of 35 mm, a height of 62 mm, and a capacity of 700 mAh was manufactured.

(実施例2)
正負極の集電体として平滑面積に対し約80倍に粗面化されたアルミニウム箔を用いた以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。
(Example 2)
A non-aqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured, except that an aluminum foil roughened about 80 times the smooth area was used as the positive and negative electrode current collector.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、実施例1で説明した炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大35%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, one end in the major axis direction of the carbon particles described in Example 1 has a portion that is buried in the aluminum foil current collector at a depth of up to 35% with respect to the current collector thickness. confirmed.

また、得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、実施例1で説明した炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大33%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   Moreover, the cross section of the obtained negative electrode was observed with the electron microscope. As a result, one end in the major axis direction of the carbon particles described in Example 1 has a portion embedded in the current collector thickness of the aluminum foil at a depth of up to 33% with respect to the current collector thickness. confirmed.

さらに、正極および負極において長軸の一端が集電体にその厚さのそれぞれ20〜35%、20〜33%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、実施例1と同様であるものと予想される。   Furthermore, in the positive electrode and the negative electrode, one end of the major axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 35% and 20 to 33% of the thickness, respectively, and the other portion of the graphite reaching the surface of the active material containing layer is This is expected to be the same as in Example 1.

(実施例3)
正負極の作製に用いたスラリーとして実施例1に比べNMP量を減らし固形分比を3重量%増加させたものを用いた以外、実施例1と同様の非水電解質電池を製造した。
(Example 3)
A non-aqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured, except that the slurry used for the production of the positive and negative electrodes was a slurry whose NMP amount was reduced and the solid content ratio was increased by 3% by weight as compared with Example 1.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、実施例1で説明した炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大27%の深さで埋没し、さらに埋没した一端と反対側の他端が活物質含有層の表面まで達している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, one end in the major axis direction of the carbon particles described in Example 1 was buried in the aluminum foil current collector at a depth of up to 27% with respect to the thickness of the current collector, and further opposite to the buried one end. It was confirmed that the other end of the side had a part reaching the surface of the active material-containing layer.

また、得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、実施例1で説明した炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大33%の深さで埋没し、さらに埋没した一端と反対側の他端が活物質含有層の表面まで達している部位を有することが確認された。   Moreover, the cross section of the obtained negative electrode was observed with the electron microscope. As a result, one end in the major axis direction of the carbon particles described in Example 1 was buried in the aluminum foil current collector at a depth of up to 33% with respect to the thickness of the current collector, and further opposite to the buried one end. It was confirmed that the other end of the side had a part reaching the surface of the active material-containing layer.

さらに、正極および負極において長軸の一端が集電体にその厚さのそれぞれ20〜27%、20〜33%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、実施例1と同様であるものと予想される。   Further, in the positive electrode and the negative electrode, one end of the major axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 27% and 20 to 33% of the thickness, respectively, and the other portion of the graphite reaching the surface of the active material containing layer is This is expected to be the same as in Example 1.

(実施例4)
正極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:24μm、d90:56μmのものを用い、正極の活物質含有層の厚さを52μmとし、負極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:26μm、d90:65μmのものを用い、負極の活物質含有層の厚さを65μmとした以外、実施例1と同様な非水電解質電池を作製した。使用した各グラファイトは、走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.5でった。
Example 4
The graphite in the positive electrode conductive agent is a value measured by a laser particle size distribution meter, d50: 24 μm, d90: 56 μm, the thickness of the active material containing layer of the positive electrode is 52 μm, and the graphite in the negative electrode conductive agent is a laser particle size distribution meter. A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was prepared except that the thickness of the active material-containing layer of the negative electrode was set to 65 μm, and the values of d50: 26 μm and d90: 65 μm were used. Each graphite used had an average aspect ratio of 3.5 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、アスペクト比が1を超えるグラファイトの長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大25%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜25%のグラファイトの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.05〜1.15倍であった。また、長軸の一端が集電体にその厚さの20〜25%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり1×104〜1×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of graphite having an aspect ratio exceeding 1 was embedded in the aluminum foil current collector at a depth of up to 25% of the current collector thickness. It was done. The major axis length of graphite having an embedding depth of 20 to 25% in the current collector was 1.05 to 1.15 times the thickness of the active material-containing layer. The portion of the graphite in which one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 25% of the thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is determined from the value of the particle size distribution of the graphite. It is expected to exist in the range of 1 × 10 4 to 1 × 10 7 points per 1 m 2 .

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、前記炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大22%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜22%のグラファイトの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.06〜1.18倍であった。また、長軸の一端が集電体にその厚さの20〜22%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するグラファイトの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり1×104〜1×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the long axis direction of the carbon particles had a portion buried in the aluminum foil current collector at a depth of 22% at the maximum with respect to the current collector thickness. The major axis length of graphite having a buried depth of 20 to 22% in the current collector was 1.06 to 1.18 times the thickness of the active material-containing layer. The portion of the graphite where one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 22% of the thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is determined from the value of the particle size distribution of the graphite. It is expected to exist in the range of 1 × 10 4 to 1 × 10 7 points per 1 m 2 .

(実施例5)
正極導電剤中のグラファイトの代わりにコークス(レーザー粒度分布計による値、d50:24μm、d90:56μm)を用い、負極導電剤中のグラファイトの代わりにコークス(レーザー粒度分布計による値、d50:26μm、d90:65μm)を用いた以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。
(Example 5)
Coke (value by laser particle size distribution meter, d50: 24 μm, d90: 56 μm) is used instead of graphite in the positive electrode conductive agent, and coke (value by laser particle size distribution meter, d50: 26 μm) instead of graphite in the negative electrode conductive agent. , D90: 65 μm), a non-aqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured.

なお、正極導電剤に使用したコークスは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が4.1であった。また、負極導電剤に使用したコークスは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が4.5であった。   The coke used for the positive electrode conductive agent had an average aspect ratio of 4.1 by image analysis of a scanning electron microscope image. The coke used for the negative electrode conductive agent had an average aspect ratio of 4.5 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、前記炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大27%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜27%のコークスの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.10〜1.50倍であった。また、長軸の一端が集電体にその厚さの20〜27%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するコークスの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり2×104〜2×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of the carbon particles had a portion embedded in the current collector thickness of the aluminum foil at a maximum depth of 27% with respect to the current collector thickness. The major axis length of coke having a buried depth of 20 to 27% in the current collector was 1.10 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer. Further, the portion of the coke in which one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 27% of the thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is the electrode area from the value of the particle size distribution of graphite. It is expected to be present in a range of 1 m 2 per 2 × 10 4 ~2 × 10 7 points.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、前記炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大25%の深さで埋没している部位を有することが確認された。集電体への埋没深さが20〜25%のコークスの長軸長さは、活物質含有層厚さの1.12〜1.48倍であった。また、長軸の一端が集電体にその厚さの20〜27%の深さで埋没し、他端が活物質含有層表面に達するコークスの部位は、グラファイトの粒度分布の値から電極面積1m2あたり2×104〜2×107ポイントの範囲で存在するものと予想される。 The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of the carbon particles had a portion buried in the current collector thickness of the aluminum foil at a maximum depth of 25% with respect to the current collector thickness. The major axis length of coke having a buried depth of 20 to 25% in the current collector was 1.12 to 1.48 times the thickness of the active material-containing layer. Further, the portion of the coke in which one end of the long axis is buried in the current collector at a depth of 20 to 27% of the thickness and the other end reaches the surface of the active material containing layer is the electrode area from the value of the particle size distribution of graphite. It is expected to be present in a range of 1 m 2 per 2 × 10 4 ~2 × 10 7 points.

(実施例6)
負極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:12μm、d90:32μmのものを用いた以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。なお、負極導電剤に使用したグラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.0であった。
(Example 6)
A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was produced except that graphite in the negative electrode conductive agent had values of d50: 12 μm and d90: 32 μm as measured by a laser particle size distribution meter. In addition, the average value of the aspect ratio of the graphite used for the negative electrode conductive agent was 3.0 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して0.94倍の長軸長さを持つグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大1%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, graphite having a major axis length of 0.94 times the thickness of the active material-containing layer is a current collector having an aluminum foil at one end in the major axis direction. It was confirmed to have a portion buried at a depth of%.

(実施例7)
正極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:9μm、d90:20μmを用いた以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。なお、正極導電剤に使用したグラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.1であった。
(Example 7)
A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was produced except that the graphite in the positive electrode conductive agent used the values measured by a laser particle size distribution meter, d50: 9 μm, d90: 20 μm. In addition, the average value of the aspect ratio of the graphite used for the positive electrode conductive agent was 3.1 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して最大0.75倍の長軸長さを持つグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大2%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, graphite having a major axis length of 0.75 times the maximum of the thickness of the active material-containing layer is a maximum of the collector thickness of the aluminum foil at one end in the major axis direction with respect to the current collector thickness. It was confirmed to have a portion buried at a depth of 2%.

(実施例8)
正極の作製に用いたスラリーとして実施例1に比べNMP量を増やし固形分比を2重量%増加させたものを用いた以外、実施例1と同様の非水電解質電池を製造した。
(Example 8)
A non-aqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured, except that the slurry used for the production of the positive electrode was used in which the amount of NMP was increased and the solid content ratio was increased by 2% by weight compared to Example 1.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、グラファイトは長軸方向の一端と異なる一部がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大22%の深さで埋没していた。さらに、グラファイトはその一部と反対側の他部が活物質含有層の表面まで達している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, the graphite was partially buried in the aluminum foil current collector at a depth of 22% at maximum with respect to the current collector thickness. Furthermore, it was confirmed that the graphite has a part where the other part on the opposite side reaches the surface of the active material containing layer.

(実施例9)
正極導電剤として、レーザー粒度分布計により粒度分布がd50:9μm、d90:30μmの粒度分布を有するグラファイトを用いた以外は実施例1と同様の非水電解質電池を製造した。得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、炭素粒子の長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大24%の深さで埋没し、さらに炭素粒子の長軸の他端が活物質含有層表面から5μmの位置にある部位を有することが確認された。
Example 9
A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured except that graphite having a particle size distribution of d50: 9 μm and d90: 30 μm was used as a positive electrode conductive agent by a laser particle size distribution meter. The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, one end of the long axis direction of the carbon particle is buried in the current collector of aluminum foil at a depth of up to 24% with respect to the thickness of the current collector, and the other end of the long axis of the carbon particle is the active material. It was confirmed to have a site at a position of 5 μm from the surface of the containing layer.

(比較例1)
正極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:9μm、d90:20μmを用い、負極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:12μm、d90:32μmのものを用いた以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。なお、正極導電剤に使用したグラファイトは、走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.1であった。また、負極導電剤に使用したグラファイトは、走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.0であった。
(Comparative Example 1)
Graphite in the positive electrode conductive agent was a value measured by a laser particle size distribution meter, d50: 9 μm, d90: 20 μm, and graphite in the negative electrode conductive agent was a value measured by a laser particle size distribution meter, d50: 12 μm, d90: 32 μm. A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured. In addition, the average value of the aspect ratio of the graphite used for the positive electrode conductive agent was 3.1 by image analysis of a scanning electron microscope image. The graphite used for the negative electrode conductive agent had an average aspect ratio of 3.0 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して最大0.75倍の長軸長さを持つグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大2%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, graphite having a major axis length of 0.75 times the maximum of the thickness of the active material-containing layer is a maximum of the collector thickness of the aluminum foil at one end in the major axis direction with respect to the current collector thickness. It was confirmed to have a portion buried at a depth of 2%.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して0.94倍の長軸長さを持つグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大1%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, graphite having a major axis length of 0.94 times the thickness of the active material-containing layer is a current collector having an aluminum foil at one end in the major axis direction. It was confirmed to have a portion buried at a depth of%.

(比較例2)
正負極の集電体として平滑面積に対し約80倍に粗面化されたアルミニウム箔を用いた以外、比較例1と同様な非水電解質電池を製造した。
(Comparative Example 2)
A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Comparative Example 1 was produced, except that an aluminum foil roughened about 80 times the smooth area was used as the current collector for the positive and negative electrodes.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して最大0.75倍の長軸長さを持つ比較例1で説明したグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大12%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, the graphite described in Comparative Example 1 having a major axis length of 0.75 times the maximum of the thickness of the active material-containing layer is a collector whose aluminum axis is one end in the major axis direction. It was confirmed to have a portion buried at a depth of a maximum of 12% with respect to the thickness.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、活物質含有層の厚さに対して0.94倍の長軸長さを持つ比較例1で説明したグラファイトは長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大11%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, the graphite described in Comparative Example 1 having a major axis length of 0.94 times the thickness of the active material-containing layer is a collector with an aluminum foil at one end in the major axis direction. It was confirmed to have a portion buried at a maximum depth of 11% with respect to the thickness.

(比較例3)
正極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:18μm、d90:45μmのものを用い、正極の活物質含有層の厚さを52μmとし、負極導電剤中のグラファイトがレーザー粒度分布計による値、d50:20μm、d90:50μmのものを用い、負極の活物質含有層の厚さを65μmとした以外、実施例1と同様な非水電解質電池を製造した。なお、正極導電剤に使用したグラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.2であった。また、負極導電剤に使用したグラファイトは走査電子顕微鏡像の画像解析によりアスペクト比の平均値が3.6であった。
(Comparative Example 3)
Graphite in the positive electrode conductive agent is a value measured by a laser particle size distribution meter, d50: 18 μm, d90: 45 μm, and the thickness of the active material-containing layer of the positive electrode is 52 μm. A nonaqueous electrolyte battery similar to that of Example 1 was manufactured, except that the values of d50: 20 μm and d90: 50 μm were used, and the thickness of the negative electrode active material-containing layer was set to 65 μm. In addition, the average value of the aspect ratio of the graphite used for the positive electrode conductive agent was 3.2 by image analysis of a scanning electron microscope image. Moreover, the average value of the aspect ratio of the graphite used for the negative electrode conductive agent was 3.6 by image analysis of a scanning electron microscope image.

得られた正極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、グラファイトの長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大1%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained positive electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of the graphite had a portion buried in the current collector thickness of the aluminum foil at a maximum depth of 1% with respect to the current collector thickness.

得られた負極の断面を電子顕微鏡により観察した。その結果、グラファイトの長軸方向の一端がアルミニウム箔の集電体にその集電体厚さに対して最大1%の深さで埋没している部位を有することが確認された。   The cross section of the obtained negative electrode was observed with an electron microscope. As a result, it was confirmed that one end in the major axis direction of the graphite had a portion buried in the current collector thickness of the aluminum foil at a maximum depth of 1% with respect to the current collector thickness.

実施例1〜9および比較例1〜3により得られた非水電解質電池について、以下の方法で充電深度50%の抵抗値を測定した。   About the nonaqueous electrolyte battery obtained by Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3, the resistance value of 50% of charge depth was measured with the following method.

すなわち、電池を満充電状態まで充電した後、電池容量の半分を放電して充電深度を50%の状態にした。0.2C電流値I0.2[A]で0.2秒の放電を行い、このときの電圧値E1「V]を読み取った。1分間の開回路状態の後に電池容量の0.2Cで0.2秒の充電を行い、さらに1分間の開回路状態の後に電池容量の10C電流値I10[A]で0.2秒の放電を行い、このときの電圧値E2[V]を読み取った。これらの電流値および電圧値を下記式(4)に代入することにより電池抵抗を求めた。 That is, after charging the battery to a fully charged state, half of the battery capacity was discharged to bring the charging depth to 50%. The discharge was performed for 0.2 seconds at a current value of 0.2 C at 0.2 C, and the voltage value E 1 “V” at this time was read. After an open circuit state for 1 minute, 0 at a battery capacity of 0.2 C. .Charge for 2 seconds, and after an open circuit state for 1 minute, discharge for 10 seconds with 10C current value I 10 [A] of the battery capacity, and read voltage value E 2 [V] at this time The battery resistance was determined by substituting these current values and voltage values into the following equation (4).

電池抵抗[Ω]=(E1−E2)/(I10−I0.2)…(4)
また、実施例1〜9および比較例1〜3で得られた非水電解質電池について、以下の方法で出力を測定した。
Battery resistance [Ω] = (E 1 −E 2 ) / (I 10 −I 0.2 ) (4)
Moreover, about the nonaqueous electrolyte battery obtained in Examples 1-9 and Comparative Examples 1-3, the output was measured with the following method.

すなわち、最初に電池抵抗測定と同様の手法で電池の状態を充電深度50%とした後、1Cで10秒の放電を実施し、このときの電圧Ea[V]を測定した。容量補償の充電を行った後、10Cで10秒の放電を実施し、このときの電圧Eb[V]を測定した。これらの結果から電流−電圧の相関図を作成し、外挿法により電池電圧が1Vに達する際の電流値Ia[A]を算出し、下記式(5)に代入することにより出力を算出した。   That is, first, after the battery state was set to a charge depth of 50% by the same method as the battery resistance measurement, discharging was performed at 1C for 10 seconds, and the voltage Ea [V] at this time was measured. After charging for capacity compensation, discharging at 10 C for 10 seconds was performed, and the voltage Eb [V] at this time was measured. Based on these results, a current-voltage correlation diagram was created, the current value Ia [A] when the battery voltage reached 1 V was calculated by extrapolation, and the output was calculated by substituting it into the following equation (5). .

出力[W]=1[V]×Ia[A]…(5)
実施例1〜9および比較例1〜3の非水電解質電池の抵抗値および出力を下記表1に示す。また、下記表1には正極および負極の活物質含有層の厚さ、正極および負極における集電体へのグラファイトまたはコークスの最大埋没深さ[単に“集電体への炭素粒子の最大埋没深さ”と言う]を併記する。

Figure 0005295664
Output [W] = 1 [V] × Ia [A] (5)
The resistance values and outputs of the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below. Table 1 below shows the thicknesses of the active material-containing layers of the positive electrode and the negative electrode, the maximum embedment depth of graphite or coke in the current collector in the positive electrode and the negative electrode [simply “maximum embedment depth of carbon particles in the current collector” Say "Sa"].
Figure 0005295664

前記表1から明らかなように実施例1、5と比較例1を比較すると、アスペクト比が1を超え、アルミニウム箔の集電体にその厚さに対し20〜50%の深さで埋没し、活物質含有層厚さに対して1.05〜1.50倍の長軸長さを持つ炭素粒子(グラファイトまたはコークス)を含む導電剤を活物質含有層に含有した構造の正極および負極を備える実施例1、5の電池は集電体への埋没深さが浅いかつ長軸長さが短い形態の炭素粒子を導電剤として含む比較例1の電池に比べて出力特性が向上することがわかる。   As apparent from Table 1, when Examples 1 and 5 were compared with Comparative Example 1, the aspect ratio exceeded 1, and the aluminum foil current collector was buried at a depth of 20 to 50% with respect to its thickness. A positive electrode and a negative electrode having a structure in which a conductive agent containing carbon particles (graphite or coke) having a major axis length of 1.05 to 1.50 times the active material-containing layer thickness is contained in the active material-containing layer. The batteries of Examples 1 and 5 provided have improved output characteristics as compared with the battery of Comparative Example 1 containing carbon particles having a shallow buried depth in the current collector and a short major axis length as a conductive agent. Recognize.

実施例1および実施例2の電池を比較すると、集電体として粗面化されたアルミニウム箔を用いた実施例2の電池の方が低抵抗でかつ主力が高くなることがわかる。   Comparing the batteries of Example 1 and Example 2, it can be seen that the battery of Example 2 using a roughened aluminum foil as the current collector has lower resistance and higher main force.

実施例1と実施例3の電池を比較すると、集電体に埋没した炭素粒子の長軸方向の一端と反対側の他端が前記活物質含有層表面まで達する形態の実施例3の電池の方が低抵抗でかつ出力が高くなることがわかる。   When the batteries of Example 1 and Example 3 are compared, the battery of Example 3 in a form in which the other end of the carbon particle embedded in the current collector is opposite to the other end in the long axis direction reaches the surface of the active material-containing layer. It can be seen that the resistance is lower and the output is higher.

実施例1と比較例1の関係(正極および負極の活物質含有層の厚さがそれぞれ28μm、35μm)と実施例4と比較例3の関係(正極および負極の活物質含有層の厚さがそれぞれ52μm、65μm)の比較から、(電池抵抗)[mΩ]×(電池容量)[Ah]の値が10[mΩAh]より小さい電池の方が高出力であることがわかる。   The relationship between Example 1 and Comparative Example 1 (the thickness of the active material-containing layer of the positive electrode and the negative electrode is 28 μm and 35 μm, respectively) and the relationship between Example 4 and Comparative Example 3 (the thickness of the active material-containing layer of the positive electrode and the negative electrode is From the comparison of 52 μm and 65 μm, respectively, it can be seen that a battery with a value of (battery resistance) [mΩ] × (battery capacity) [Ah] smaller than 10 [mΩAh] has a higher output.

実施例1、8と比較例1を比較すると、炭素粒子の長軸の一端が集電体に埋没していることが電池の高出力化のためには好ましいが、長軸の一端を含まない一部が埋没していてもほぼ同様の効果が得られることがわかる。   When Examples 1 and 8 are compared with Comparative Example 1, it is preferable for one end of the long axis of the carbon particles to be buried in the current collector to increase the output of the battery, but one end of the long axis is not included. It can be seen that substantially the same effect can be obtained even if part of the structure is buried.

実施例1、9と比較例1を比較すると、炭素粒子の一部は活物質含有層の表面まで達していることが好ましいが、活物質粒径に相当する深さ沈んでいても、ほぼ同様の電池の高出力化が達成できることがわかる。   When Examples 1 and 9 are compared with Comparative Example 1, it is preferable that a part of the carbon particles reach the surface of the active material-containing layer, but the same is true even if the depth corresponding to the active material particle size is submerged. It can be seen that higher output of the battery can be achieved.

実施形態に係る電極を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the electrode which concerns on embodiment. 実施形態に係る電極を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the electrode which concerns on embodiment. 本発明に係わる非水電解質電池の一例を示す部分切欠側面図。The partial notch side view which shows an example of the nonaqueous electrolyte battery concerning this invention. 図3のA部の拡大断面図。The expanded sectional view of the A section of FIG. 第1炭素粒子の長軸を決めるための説明図。Explanatory drawing for determining the long axis of a 1st carbon particle.

符号の説明Explanation of symbols

1…集電体、2…活物質含有層、3…炭素粒子、11…有底矩形筒体、12…矩形蓋体、13…電極群、15…正極、15a…集電体、15b…正極活物質含有層、16…負極、16a…集電体、16b…負極活物質含有層、17…セパレータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current collector, 2 ... Active material containing layer, 3 ... Carbon particle, 11 ... Bottomed rectangular cylinder, 12 ... Rectangular lid, 13 ... Electrode group, 15 ... Positive electrode, 15a ... Current collector, 15b ... Positive electrode Active material containing layer, 16 ... negative electrode, 16a ... current collector, 16b ... negative electrode active material containing layer, 17 ... separator.

Claims (16)

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と、この集電体表面に形成され、活物質、導電剤および結着剤を含む活物質含有層とを備え、
前記導電剤は、第1炭素粒子を含む炭素粒子群30〜60重量%と前記第1炭素粒子に比べて微細な炭素粉末40〜70重量%とからなり、
前記第1炭素粒子は、アスペクト比が1を超え、その一部が前記集電体にその集電体の厚さに対して20〜50%の深さで埋没され、かつ
前記第1炭素粒子は、長軸が前記活物質含有層の厚さの1.05〜1.50倍の長さを有することを特徴とする非水電解質電池用電極。
A current collector made of aluminum foil or aluminum alloy foil, and an active material-containing layer formed on the surface of the current collector and containing an active material, a conductive agent and a binder;
The conductive agent is composed of 30 to 60% by weight of carbon particles including the first carbon particles and 40 to 70% by weight of fine carbon powder compared to the first carbon particles,
The first carbon particles have an aspect ratio exceeding 1, and a part of the first carbon particles is buried in the current collector at a depth of 20 to 50% with respect to the thickness of the current collector, and the first carbon particles Has a length of 1.05 to 1.50 times the thickness of the active material-containing layer.
前記集電体に埋没される前記第1炭素粒子の一部は、前記第1炭素粒子の長軸方向に延びる向かい合う端の一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の非水電解質電池用電極。   2. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a part of the first carbon particles embedded in the current collector includes one of opposing ends extending in a major axis direction of the first carbon particles. Electrode. 前記第1炭素粒子は、前記集電体に埋没される一部と反対側の一部が前記活物質含有層表面まで達していることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質電池用電極。   3. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a part of the first carbon particles opposite to a part embedded in the current collector reaches the surface of the active material containing layer. 4. Electrode. 前記集電体に埋没される前記第1炭素粒子の一部が長軸方向に延びる向かい合う端の一方を含み、長軸方向に延びる向かい合う端の他方が前記活物質含有層表面に達していることを特徴とする請求項1ないし3いずれか記載の非水電解質電池用電極。   A part of the first carbon particles embedded in the current collector includes one of opposing ends extending in the major axis direction, and the other of the opposing ends extending in the major axis direction reaches the surface of the active material containing layer. The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3. 前記第1炭素粒子は、前記集電体に埋没される一部に対して反対側の一部が前記活物質含有層表面から前記集電体に向けて前記活物質の平均粒径に相当する深さの範囲内に位置することを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の非水電解質電池用電極。 Wherein the first carbon particles, a portion of the opposite side corresponds to an average particle size of the active material toward the collector from the active material-containing layer surface against a portion to be buried in the collector The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode is located within a depth range. 前記活物質含有層が形成される前記集電体の表面は、粗面化されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれか記載の非水電解質電池用電極。   6. The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a surface of the current collector on which the active material-containing layer is formed is roughened. 前記集電体の粗面化倍率は、10〜120倍であることを特徴とする請求項6記載の非水電解質電池用電極。   The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 6, wherein a roughening ratio of the current collector is 10 to 120 times. 前記炭素粒子群は、アスペクト比が1を超え、長軸方向の一端が前記集電体にその集電体の厚さに対して20%未満の深さで埋没されるか、または長軸方向の一端が前記集電体に埋没されない第2炭素粒子をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし7いずれか記載の非水電解質電池用電極。   The carbon particle group has an aspect ratio exceeding 1, and one end in the major axis direction is buried in the current collector at a depth of less than 20% with respect to the thickness of the current collector, or the major axis direction 8. The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, further comprising second carbon particles that are not embedded in the current collector. 前記炭素粒子群がグラファイトまたはコークス、前記炭素粉末がカーボンブラックであることを特徴とする請求項記載の非水電解質電池用電極。 The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to claim 8, wherein the carbon particle group is graphite or coke, and the carbon powder is carbon black. 前記第1炭素粒子のアスペクト比は、1.5〜100であることを特徴とする請求項1ないしいずれか記載の非水電解質電池用電極。 The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the aspect ratio of the first carbon particles is 1.5 to 100. 前記集電体に対する前記第1炭素粒子の埋没深さが、前記集電体の厚さに対して20〜40%であることを特徴とする請求項1ないし8,10いずれか記載の非水電解質電池用電極。 Nonaqueous of the buried depth of the first carbon particles, according to any one of claims 1 to 8 and 10, characterized in that from 20 to 40% of the thickness of the current collector relative to the current collector Electrode battery electrode. 前記第1炭素粒子の長軸は、前記活物質含有層の厚さの1.10〜1.45倍であることを特徴とする請求項1ないし8,10いずれか記載の非水電解質電池用電極。 The long axis of the first carbon particles, for a non-aqueous electrolyte battery according to any one of the active claims 1, wherein the material is 1.10 to 1.45 times the thickness of the layer containing 8,10 electrode. 前記電極が正極で、この正極の活物質が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、リチウムマンガンニッケル複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、またはリチウムリン酸鉄から選択されることを特徴とする請求項1ないし12いずれか記載の非水電解質電池用電極。 The electrode is a positive electrode, and the active material of the positive electrode is lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium manganese nickel composite oxide, spinel type lithium manganese composite oxide, lithium manganese cobalt composite The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 12 , wherein the electrode is selected from an oxide or lithium iron phosphate. 前記電極が負極で、この負極の活物質がリチウムチタン酸化物、またはTiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeよりなる群から選択される少なくとも1つの元素を含有する金属複合酸化物から選択されることを特徴とする請求項1ないし12いずれか記載の非水電解質電池用電極。 The electrode is a negative electrode, and the active material of the negative electrode is lithium titanium oxide or a metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ti and P, V, Sn, Cu, Ni and Fe. It claims 1 to 12 non-aqueous electrolyte battery electrode according to any one characterized in that it is selected. 請求項1ないし14いずれか記載の非水電解質電池用電極を正極および負極のうちの少なくとも一方として備えることを特徴とする非水電解質電池。 At least a non-aqueous electrolyte battery characterized by comprising as one of claims 1 to 14 or a non-aqueous electrolyte electrode The positive electrode and the negative electrode for battery according. 電池抵抗[mΩ]と電池容量[Ah]を掛けた値が10mΩAh未満であることを特徴とする請求項15記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 15 , wherein a value obtained by multiplying the battery resistance [mΩ] and the battery capacity [Ah] is less than 10 mΩAh.
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