JP5482582B2 - Negative electrode active material - Google Patents

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Description

本発明は負極活物質材料に関する。より詳しくは、本発明は、リチウムイオン二次電池の長寿命化を達成するための改良に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material. More specifically, the present invention relates to an improvement for achieving a long life of a lithium ion secondary battery.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is eagerly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコンなどに使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して、極めて高い出力特性、および高いエネルギー密度を発揮することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to exhibit extremely high output characteristics and high energy density as compared with a consumer-use lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook computer, or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having the highest theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質などを集電体の表面に塗布した正極と、負極活物質などを集電体の表面に塗布した負極とが、電解液を含む電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to the surface of a current collector, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to the surface of the current collector through an electrolyte layer containing an electrolytic solution. Connected and housed in a battery case.

電解質層に含まれる電解液は、一般に、リチウム塩が非プロトン性極性溶媒(以下、単に「溶媒」とも称する)に溶解されてなり、ここで、溶媒はリチウムイオンの移動媒体として機能している。正負イオン間の静電引力は媒体の比誘電率に反比例するので、イオンの解離を促進する観点から、溶媒の誘電率は高い方が好ましい。一方、イオンの移動度は溶媒の粘度に反比例することから、溶媒の粘度は低い方が好ましい。しかしながら、単独の溶媒で高誘電率および低粘度を達成することは困難であるので、通常、高誘電率溶媒である環状炭酸エステルと、低粘度溶媒である鎖状炭酸エステルとの混合溶媒が用いられる(以下、「炭酸エステル」をカーボネート(carbonate)とも称する)。   The electrolyte solution contained in the electrolyte layer is generally formed by dissolving a lithium salt in an aprotic polar solvent (hereinafter also simply referred to as “solvent”), and the solvent functions as a lithium ion transfer medium. . Since the electrostatic attractive force between positive and negative ions is inversely proportional to the relative dielectric constant of the medium, it is preferable that the solvent has a higher dielectric constant from the viewpoint of promoting ion dissociation. On the other hand, since the mobility of ions is inversely proportional to the viscosity of the solvent, it is preferable that the viscosity of the solvent is low. However, since it is difficult to achieve a high dielectric constant and low viscosity with a single solvent, a mixed solvent of a cyclic carbonate that is a high dielectric constant solvent and a chain carbonate that is a low viscosity solvent is usually used. (Hereinafter, “carbonate ester” is also referred to as carbonate).

しかしながら、これらのカーボネート系溶媒は、充電時に負極活物質表面で還元分解され、これによりサイクル特性が低下することが知られている。このため、カーボネート系溶媒の分解を抑制するための技術が模索されている。   However, it is known that these carbonate-based solvents undergo reductive decomposition on the surface of the negative electrode active material during charging, thereby reducing cycle characteristics. For this reason, the technique for suppressing decomposition | disassembly of a carbonate type solvent is searched.

例えば、特許文献1では環状カーボネートであるプロピレンカーボネートと、鎖状カーボネートと含む電解液に、ビニレンカーボネートを添加する手法を提案している。ビニレンカーボネートはエチレンカーボネートのC−C結合部が二重結合になっており、初期充電時に電解重合のように重合して、負極活物質表面に固体電解質被膜(Solid Electrolyte Interface:SEI)を形成する。当該文献では、このSEIの形成により、プロピレンカーボネートの還元分解を抑制することができる、としている。   For example, Patent Document 1 proposes a method of adding vinylene carbonate to an electrolytic solution containing propylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and chain carbonate. Vinylene carbonate has a double bond at the C—C bond portion of ethylene carbonate, and is polymerized like electrolytic polymerization at the time of initial charge to form a solid electrolyte film (Solid Electrolyte Interface: SEI) on the surface of the negative electrode active material. . According to the document, the reductive decomposition of propylene carbonate can be suppressed by the formation of SEI.

特開平11−67266号公報JP-A-11-67266

しかしながら、カーボネート系溶媒のうち、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネートは、還元分解によりメタンやエタンなどのガスを発生させる。このようなガスの発生は、電池の膨張やサイクル特性の低下などを引き起こし、電池寿命を短くする原因となりうる。特許文献1の技術では、このような溶媒由来のガスの発生を初期充電時に十分に防ぐことができなかったことから、さらなる改良が望まれていた。   However, among carbonate solvents, chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate generate gases such as methane and ethane by reductive decomposition. Generation of such gas may cause expansion of the battery, deterioration of cycle characteristics, and the like, and may shorten the battery life. In the technology of Patent Document 1, since the generation of such a solvent-derived gas could not be sufficiently prevented during initial charging, further improvement has been desired.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池の電解液中の溶媒が還元分解されることによって起こるガスの発生を抑制することができる、負極活物質材料を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a negative electrode active material capable of suppressing the generation of gas that occurs when a solvent in an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery is reductively decomposed.

本発明の負極活物質材料は、負極活物質本体の表面の少なくとも一部が、下記化学式1で表されるカーボネート構造を有する重合体で被覆されてなる;   The negative electrode active material of the present invention is formed by coating at least part of the surface of the negative electrode active material main body with a polymer having a carbonate structure represented by the following chemical formula 1;

Figure 0005482582
Figure 0005482582

式中、nは2〜100の整数を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数2〜5のアルキレン基を表す。 In the formula, n represents an integer of 2 to 100, each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 independently represents an alkylene group having 2 to 5 carbon atoms. .

本発明の負極活物質材料によれば、負極活物質本体の表面を覆うカーボネート構造を有する重合体が初期充電時に溶媒よりも先に還元分解されるため、溶媒の還元分解が起こりにくくなる。カーボネート構造を有する重合体は還元分解されてもガスをほとんど生じずにSEIを形成する。そして、このSEIの形成によりさらなる溶媒の還元分解が抑制される。したがって、リチウムイオン二次電池の電解液中の溶媒が還元分解されることによって起こるガスの発生を効果的に抑制することができる。   According to the negative electrode active material of the present invention, the polymer having a carbonate structure that covers the surface of the negative electrode active material main body is reductively decomposed before the solvent at the time of initial charging. A polymer having a carbonate structure forms SEI with almost no gas even when reductively decomposed. The formation of SEI suppresses further reductive decomposition of the solvent. Therefore, it is possible to effectively suppress the generation of gas caused by the reductive decomposition of the solvent in the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態に係る負極活物質材料を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the negative electrode active material material which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の好ましい形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載により定められるべきものであり、以下の形態のみに限定されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, preferred modes of the present invention will be described. However, the technical scope of the present invention should be determined by the description of the scope of claims, and is not limited to the following modes. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

<負極活物質材料>
図1は、本発明の一実施形態に係る負極活物質材料を模式的に表す断面図である。図1の負極活物質材料1は、負極活物質としてのグラファイト3の表面全体がカーボネート構造を有する重合体5で被覆されている。以下、本形態の負極活物質材料を構成する各部材について説明する。
<Negative electrode active material>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a negative electrode active material according to an embodiment of the present invention. In the negative electrode active material 1 of FIG. 1, the entire surface of graphite 3 as a negative electrode active material is coated with a polymer 5 having a carbonate structure. Hereinafter, each member which comprises the negative electrode active material of this form is demonstrated.

[負極活物質]
負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。なお、本明細書においては、負極活物質がカーボネート構造を有する重合体(以下、「カーボネート重合体」とも略称する)で被覆されてなる負極活物質材料と区別するために、「負極活物質」を「負極活物質本体」と称する場合がある。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material has a composition capable of releasing ions during discharge and storing ions during charging. In this specification, in order to distinguish the negative electrode active material from a negative electrode active material coated with a polymer having a carbonate structure (hereinafter also abbreviated as “carbonate polymer”), “negative electrode active material” May be referred to as a “negative electrode active material body”.

負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または黒鉛(グラファイト)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium. Examples of the negative electrode active material include metals such as Si and Sn, TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or Metal oxides such as SiO 2 , SiO, SnO 2 , complex oxides of lithium and transition metals such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN, Li—Pb alloys, Li—Al alloys , Li, or carbon materials such as graphite (graphite), carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard carbon. Moreover, it is preferable that a negative electrode active material contains the element alloyed with lithium. By using an element that forms an alloy with lithium, it is possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a conventional carbon-based material. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Clなどが挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できるという観点から、炭素材料、ならびに/またはSi、Ge、Sn、Pb、Al、In、およびZnからなる群より選択される少なくとも1種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Si、またはSnの元素を含むことが特に好ましい。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The element alloying with lithium is not limited to the following, but specifically, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like. Among these, from the viewpoint that a battery excellent in capacity and energy density can be configured, at least one selected from the group consisting of carbon materials and / or Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, and Zn. It is preferable that a carbon material, Si, or Sn element is included. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、負極活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、負極活物質の形状は、その種類や製造方法などによって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the capacity, reactivity, and cycle durability of the negative electrode active material. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. In addition, when the negative electrode active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited to. However, it goes without saying that, depending on the manufacturing method, the negative electrode active material may not be a secondary particle formed by aggregation, lump or the like. As the particle size of the negative electrode active material and the particle size of the primary particles, the median diameter obtained using a laser diffraction method can be used. The shape of the negative electrode active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powdered shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Any shape can be used without any problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.

[カーボネート構造を有する重合体]
本形態におけるカーボネート構造を有する重合体(カーボネート重合体)は、負極活物質表面において、電解液中の溶媒の還元分解を抑制する機能を有する。
[Polymer having carbonate structure]
The polymer having a carbonate structure (carbonate polymer) in this embodiment has a function of suppressing reductive decomposition of the solvent in the electrolytic solution on the surface of the negative electrode active material.

カーボネート重合体は、下記化学式1で表される構造を有する。   The carbonate polymer has a structure represented by the following chemical formula 1.

Figure 0005482582
Figure 0005482582

式中、nは2〜100の整数を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数2〜5のアルキレン基を表す。この際、複数のRまたはRは、それぞれ、同一であってもあるいは異なるものであってもよい。 In the formula, n represents an integer of 2 to 100, each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 independently represents an alkylene group having 2 to 5 carbon atoms. . In this case, the plurality of R 1 or R 2 may be the same or different.

で表される炭素原子数1〜10のアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、1,3−ジメチルブチル基、1−イソプロピルプロピル基、1,2−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、1,4−ジメチルペンチル基、2−メチル−1−イソプロピルプロピル基、1−エチル−3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、およびn−デシル基などが挙げられる。このうち、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基であることが好ましく、なかでもより立体障害が大きい炭素原子数3または4のアルキル基であることがより好ましい。 The alkyl group having 1 to 10 carbon atoms represented by R 1 is not particularly limited. For example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, sec- Butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, 1,2-dimethylpropyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1-isopropylpropyl group, 1 , 2-dimethylbutyl group, n-heptyl group, 1,4-dimethylpentyl group, 2-methyl-1-isopropylpropyl group, 1-ethyl-3-methylbutyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, n -Nonyl group, n-decyl group, etc. are mentioned. Among these, R 1 is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 3 or 4 carbon atoms having a larger steric hindrance.

で表される炭素原子数2〜5のアルキレン基としては、特に制限はないが、例えば、エチレン基、トリメチレン基、メチルエチレン基、テトラメチレン基、1,2−ジメチルエチレン基、およびペンタメチレン基などが挙げられる。このうち、Rは、炭素原子数2または3のアルキレン基であることが好ましく、なかでもエチレン基であることがより好ましい。なお、これらのカーボネート重合体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わせて用いられても構わない。 The alkylene group having 2 to 5 carbon atoms represented by R 2 is not particularly limited, and examples thereof include an ethylene group, trimethylene group, methylethylene group, tetramethylene group, 1,2-dimethylethylene group, and pentane. A methylene group etc. are mentioned. Among these, R 2 is preferably an alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, and more preferably an ethylene group. In addition, these carbonate polymers may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be used in combination.

上記化学式1で表されるカーボネート重合体は、例えば、下記化学式2に示す反応によって製造することができる。   The carbonate polymer represented by the chemical formula 1 can be produced, for example, by a reaction represented by the following chemical formula 2.

Figure 0005482582
Figure 0005482582

なお、化学式2では、化学式1におけるRがイソプロピル基であり、Rがエチレン基である場合のカーボネート重合体の合成例を示す。 In Formula 2, R 1 in Chemical Formula 1 is an isopropyl group, synthesis examples of the carbonate polymer when R 2 is an ethylene group.

化学式2に示すように、まず、Pdなどの金属触媒存在下で、エチレングリコール(HO−CHCH−OH)と、一酸化炭素(CO)および酸素(O)とを接触させる。これにより、エチレングリコールがカーボネート結合を介して重合し、これに伴い水が副生する。そして、得られた反応溶液から触媒を濾過によって取り除いた後、濾液から副生した水を蒸留などによって除去することにより、末端にヒドロキシ基(−OH)を有するカーボネート骨格を有する重合体を得る。 As shown in Chemical Formula 2, first, ethylene glycol (HO—CH 2 CH 2 —OH) is contacted with carbon monoxide (CO) and oxygen (O 2 ) in the presence of a metal catalyst such as Pd. Thereby, ethylene glycol is polymerized via a carbonate bond, and water is by-produced accordingly. Then, after removing the catalyst from the obtained reaction solution by filtration, water produced as a by-product from the filtrate is removed by distillation or the like to obtain a polymer having a carbonate skeleton having a hydroxy group (—OH) at the terminal.

次に、当該重合体と、イソプロピルアルコール(i−PrOH)と、一酸化炭素および酸素とを、上記反応と同様にPdなどの金属触媒存在下で接触させる。当該反応により、上記重合体の末端にカーボネート基を介してi−Pr基が結合される。そして、得られた反応溶液から触媒を濾過によって取り除いた後、濾液から副生した水を蒸留などによって除去することにより、目的のカーボネート重合体を得ることができる。なお、反応に使用する各原料の添加量や反応条件などは特に制限はなく、公知の手法を適宜参照することができる。   Next, the polymer, isopropyl alcohol (i-PrOH), carbon monoxide, and oxygen are contacted in the presence of a metal catalyst such as Pd as in the above reaction. By this reaction, an i-Pr group is bonded to the end of the polymer via a carbonate group. And after removing a catalyst from the obtained reaction solution by filtration, the target carbonate polymer can be obtained by removing by-product water from the filtrate by distillation or the like. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the addition amount of each raw material used for reaction, reaction conditions, etc., A well-known method can be referred suitably.

負極活物質の表面を覆うカーボネート重合体は、初期充電時に還元分解され、SEIとなる。一般的に、SEIは負極活物質表面において薄く、緻密に形成されることが好ましく、また短時間で形成されることが好ましい。よって、必要量のカーボネート重合体によって負極活物質表面が均一に覆われることが好ましい。   The carbonate polymer that covers the surface of the negative electrode active material undergoes reductive decomposition during initial charging and becomes SEI. In general, the SEI is preferably thin and dense on the surface of the negative electrode active material, and is preferably formed in a short time. Therefore, it is preferable that the surface of the negative electrode active material is uniformly covered with a necessary amount of the carbonate polymer.

具体的には、負極活物質を覆うカーボネート重合体の量は、負極活物質の全質量に対して、1〜10質量%であることが好ましい。被覆量が1質量%以上であると、ガスの発生を効果的に防ぐことができる。一方、被覆量が10質量%以下であると、電池抵抗の上昇を防ぐことができる。   Specifically, the amount of the carbonate polymer covering the negative electrode active material is preferably 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material. Generation | occurrence | production of gas can be effectively prevented as the coating amount is 1 mass% or more. On the other hand, when the coating amount is 10% by mass or less, an increase in battery resistance can be prevented.

また、ガスの発生を効果的に防ぐという観点から、負極活物質本体の表面積のより広い範囲をカーボネート重合体が覆っていることが好ましい。具体的には、カーボネート重合体が覆う面積は、負極活物質の表面積に対して、好ましくは70〜100%、より好ましくは90〜100%、さらに好ましくは、95〜100%である。   Further, from the viewpoint of effectively preventing gas generation, it is preferable that the carbonate polymer covers a wider range of the surface area of the negative electrode active material body. Specifically, the area covered by the carbonate polymer is preferably 70 to 100%, more preferably 90 to 100%, and still more preferably 95 to 100% with respect to the surface area of the negative electrode active material.

本形態の負極活物質材料は、上記負極活物質をカーボネート重合体で被覆することによって製造される。被覆の方法は特に制限はなく、一例を挙げると、カーボネート重合体を適当な溶媒で希釈したカーボネート重合体溶液を作製し、当該カーボネート重合体溶液と負極活物質とを混合後、余分なカーボネート重合体溶液を除去し、乾燥させることによって得ることができる。負極活物質材料へのカーボネート重合体の被覆量は、カーボネート重合体溶液の濃度や、上記被覆操作を繰り返し行うことによって調節することができる。   The negative electrode active material of this embodiment is produced by coating the negative electrode active material with a carbonate polymer. The coating method is not particularly limited. For example, a carbonate polymer solution prepared by diluting a carbonate polymer with an appropriate solvent is prepared, and after mixing the carbonate polymer solution and the negative electrode active material, an excess carbonate weight is prepared. It can be obtained by removing the combined solution and drying. The coating amount of the carbonate polymer on the negative electrode active material can be adjusted by repeatedly performing the concentration of the carbonate polymer solution and the above coating operation.

本形態の負極活物質材料は、負極活物質の表面の少なくとも一部がカーボネート重合体が被覆されてなることにより、電解液を構成する溶媒の分解を抑制し、ガスの発生を防ぐことができる。従来の、カーボネート重合体により被覆されていない負極活物質を用いた場合、下記化学式3に示すように、初期充電時に負極活物質表面で溶媒が還元分解され、R−O結合が開裂し、RとROCOOLiとが形成される。ROCOOLiは溶媒に不溶であるので、負極活物質表面でSEIを形成する。また、ROCOOLiはさらに還元分解されて、RとLiOCOOLi(炭酸リチウム)とを形成しうる。炭酸リチウムもまた溶媒に不溶であるので、負極活物質表面でSEIを形成する。また、溶媒の還元分解により生じたRは系内の水素(H)と反応してRHを生じたり、2つのR同士が反応してR−Rを生じたりする。RHまたはR−Rは気体であるので、これらのガスによって電池の膨張が起こりうる。 In the negative electrode active material of this embodiment, at least a part of the surface of the negative electrode active material is coated with a carbonate polymer, so that decomposition of the solvent constituting the electrolytic solution can be suppressed and gas generation can be prevented. . When a conventional negative electrode active material not coated with a carbonate polymer is used, as shown in the following chemical formula 3, the solvent is reduced and decomposed on the surface of the negative electrode active material during initial charging, and the R—O bond is cleaved. * And ROCOOLi are formed. Since ROCOOLi is insoluble in the solvent, SEI is formed on the surface of the negative electrode active material. ROCOOOLi can be further reduced and decomposed to form R * and LiOCOOLi (lithium carbonate). Since lithium carbonate is also insoluble in the solvent, SEI is formed on the surface of the negative electrode active material. Further, R * generated by reductive decomposition of the solvent reacts with hydrogen (H 2 ) in the system to generate RH, or two R * s react to generate RR. Since RH or RR is a gas, the expansion of the battery can occur due to these gases.

Figure 0005482582
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一方、本形態の負極活物質材料を用いた場合、下記化学式4に示すように、初期充電時に負極活物質表面に被覆されたカーボネート重合体が溶媒よりも先に還元分解される。この際、R−O結合またはR−O結合が開裂する可能性があるが、カーボネート重合体1分子中にはR−O結合よりもR−O結合の数の方が多いため、末端のR−O結合よりもR−O結合が開裂する確率の方が高く、R−O結合はほとんど開裂しない。R−O結合が開裂すると、化学式4中のAで表されるリチウム塩と、化学式4中のBで表されるカーボネート重合体とが生じる。化学式4中のBで表されるカーボネート重合体は、水素などと反応したとしても分子量が大きいためにガスとはならないため、電池の膨張を防ぐことができる。また、溶媒の還元分解による劣化を防ぐことができるので、サイクル特性の低下も抑制できる。なお、一度負極活物質の表面がSEIで覆われると、負極活物質の表面で溶媒が還元分解されなくなるので、初期充電時以降も、ガスの発生が抑制できるとともにサイクル特性の低下も防ぐことができる。 On the other hand, when the negative electrode active material of this embodiment is used, as shown in the following chemical formula 4, the carbonate polymer coated on the surface of the negative electrode active material during initial charging is reduced and decomposed before the solvent. At this time, the R 1 —O bond or the R 2 —O bond may be cleaved, but the number of R 2 —O bonds is larger than the R 1 —O bond in one molecule of the carbonate polymer. The probability of cleavage of the R 2 —O bond is higher than that of the terminal R 1 —O bond, and the R 1 —O bond is hardly cleaved. When the R 2 —O bond is cleaved, a lithium salt represented by A in Chemical Formula 4 and a carbonate polymer represented by B in Chemical Formula 4 are produced. Even if the carbonate polymer represented by B in Chemical Formula 4 reacts with hydrogen or the like, it does not turn into a gas because of its large molecular weight, and thus can prevent battery expansion. In addition, since deterioration due to reductive decomposition of the solvent can be prevented, deterioration of cycle characteristics can also be suppressed. In addition, once the surface of the negative electrode active material is covered with SEI, the solvent is not reduced and decomposed on the surface of the negative electrode active material, so that the generation of gas can be suppressed and the deterioration of cycle characteristics can be prevented even after the initial charge. it can.

Figure 0005482582
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<リチウムイオン二次電池>
次に、本形態のリチウムイオン二次電池について説明する。本形態のリチウムイオン二次電池は、先述の本形態の負極活物質材料を含むことを特徴とする。
<Lithium ion secondary battery>
Next, the lithium ion secondary battery of this embodiment will be described. The lithium ion secondary battery of this embodiment includes the above-described negative electrode active material.

図2は、本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図2に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素17を収納し密封した構成を有している。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment, a substantially rectangular power generation element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 that is a battery exterior material. It has a structure. Specifically, the power generation element 17 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate film as a battery exterior material and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.

発電要素17は、負極集電体11の両面(発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ)に負極活物質層12が配置された負極と、電解質層13と、正極集電体14の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層12とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層13を介して対向するようにして、負極、電解質層13、正極がこの順に積層されている。   The power generation element 17 includes a negative electrode in which the negative electrode active material layer 12 is disposed on both sides of the negative electrode current collector 11 (only one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element), an electrolyte layer 13, and a positive electrode current collector 14. And a positive electrode in which the positive electrode active material layer 15 is disposed on both sides. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer 13 and the positive electrode are laminated in this order so that one negative electrode active material layer 12 and the positive electrode active material layer 15 adjacent to the negative electrode active material layer 15 face each other with the electrolyte layer 13 therebetween. Yes.

これにより、隣接する負極、電解質層13および正極は、1つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層16の外周には、隣接する負極集電体11と正極集電体14との間を絶縁するためのシール部(絶縁層)(図示せず)が設けられていてもよい。発電要素17の両最外層に位置する最外層負極集電体11aには、いずれも片面のみに負極活物質層12が配置されている。なお、図2とは負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素17の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Thus, the adjacent negative electrode, electrolyte layer 13 and positive electrode constitute one single cell layer 16. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Further, a seal portion (insulating layer) (not shown) for insulating between the adjacent negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 may be provided on the outer periphery of the unit cell layer 16. . The negative electrode active material layer 12 is disposed only on one side of the outermost layer negative electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element 17. Note that the arrangement of the negative electrode and the positive electrode is reversed from that in FIG. 2 so that the outermost positive electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 17, and the positive electrode is formed on only one side of the outermost layer positive electrode current collector. An active material layer may be arranged.

負極集電体11および正極集電体14には、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板18および正極集電板19がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム22の端部に挟まれるようにラミネートフィルム22の外部に導出される構造を有している。負極集電板18および正極集電板19は、必要に応じて負極端子リード20および正極端子リード21を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい(図2にはこの形態を示す)。ただし、負極集電体11が延長されて負極集電板18とされ、ラミネートフィルム22から導出されていてもよい。同様に、正極集電体14が延長されて正極集電板19とされ、同様に電池外装材22から導出される構造としてもよい。   The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 are attached with a negative electrode current collector plate 18 and a positive electrode current collector plate 19 that are electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode), and are sandwiched between ends of the laminate film 22. Thus, it has a structure led out of the laminate film 22. The negative electrode current collector 18 and the positive electrode current collector 19 are connected to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 of each electrode by ultrasonic welding or resistance via a negative electrode terminal lead 20 and a positive electrode terminal lead 21 as necessary. It may be attached by welding or the like (this form is shown in FIG. 2). However, the negative electrode current collector 11 may be extended to form the negative electrode current collector plate 18 and may be led out from the laminate film 22. Similarly, the positive electrode current collector 14 may be extended to form a positive electrode current collector plate 19, which may be similarly derived from the battery exterior material 22.

また、リチウムイオン二次電池の他の一形態として、双極型リチウムイオン二次電池が挙げられる。双極型リチウムイオン二次電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され、集電体の他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が、電解質層を介して積層されてなる発電要素を有する。上記リチウムイオン二次電池10と双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しては、双方の電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なることを除いては、基本的には同様である。よって、上記したリチウムイオン二次電池10の各構成要件を中心に、以下説明する。ただし、双極型リチウムイオン二次電池の各構成要件および製造方法に関しても、同様の構成要件および製造方法を適宜利用して構成ないし製造することができることはいうまでもない。   Another example of the lithium ion secondary battery is a bipolar lithium ion secondary battery. A bipolar lithium ion secondary battery has a bipolar electrode in which a positive electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer is formed on the other surface of the current collector, with an electrolyte layer interposed therebetween. The power generation element is laminated. With respect to the constituent requirements and the manufacturing method of the lithium ion secondary battery 10 and the bipolar lithium ion secondary battery, basically, except that the electrical connection form (electrode structure) in both batteries is different. Is the same. Therefore, it demonstrates below centering on each component of the lithium ion secondary battery 10 mentioned above. However, it goes without saying that the constituent elements and the manufacturing method of the bipolar lithium ion secondary battery can be configured or manufactured by appropriately using the same constituent elements and manufacturing method.

以下、本形態のリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態も同様に採用されうる。   Hereinafter, although the member which comprises the lithium ion secondary battery of this form is demonstrated easily, it is not restrict | limited only to the following form, A conventionally well-known form may be employ | adopted similarly.

(集電体)
集電体は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が配置されて電池の電極を構成する。
(Current collector)
The current collector is made of a conductive material, and active material layers are arranged on both sides thereof to constitute a battery electrode.

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属を組み合わせためっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅が好ましい。   There is no particular limitation on the material constituting the current collector. For example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be employed. Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material combining these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、およびポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   Examples of non-conductive polymer materials include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide ( PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), Examples include polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. The conductive carbon is not particularly limited, but is at least selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable that 1 type is included. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は1〜100μm程度である。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. Although there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of a collector, Usually, it is about 1-100 micrometers.

(正極活物質層)
正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、LiCoOなどのLi・Co系複合酸化物、LiNiOなどのLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMnなどのLi・Mn系複合酸化物、LiFeOなどのLi・Fe系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したものなどが使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記正極活物質としては、LiFePOなどの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物;V、MnO、TiS、MoS、MoOなどの遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOHなど、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material has a composition that occludes ions during discharging and releases ions during charging. A preferable example is a lithium-transition metal composite oxide that is a composite oxide of a transition metal and lithium. Specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, Li · such LiFeO 2 Fe-based composite oxides and those obtained by replacing some of these transition metals with other elements can be used. These lithium-transition metal composite oxides are excellent in reactivity and cycle characteristics, and are low-cost materials. Therefore, it is possible to form a battery having excellent output characteristics by using these materials for electrodes. In addition, examples of the positive electrode active material include transition metal oxides such as LiFePO 4 and lithium phosphate compounds and sulfuric acid compounds; transition metal oxides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 , and sulfides. Materials; PbO 2 , AgO, NiOOH, etc. can also be used. The positive electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

なお、正極活物質の粒子径や形状は、特に制限されず、上述の負極活物質と同様の形態を取りうるので、ここでは詳細な説明を省略する。   In addition, the particle diameter and shape of the positive electrode active material are not particularly limited, and can take the same form as the above-described negative electrode active material, and thus detailed description thereof is omitted here.

活物質層には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダなどが含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   The active material layer may contain other materials if necessary. For example, a conductive aid, a binder, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)などの種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive assistant include carbon powders such as acetylene black, carbon black, ketjen black, and graphite, various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF; registered trademark), expanded graphite, and the like. However, it goes without saying that the conductive aid is not limited to these.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、PTFE、SBR、合成ゴム系バインダなどが挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。また、バインダとゲル電解質として用いるマトリックスポリマーとが同じ場合には、バインダを使用する必要はない。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide, PTFE, SBR, and a synthetic rubber binder. However, it goes without saying that the binder is not limited to these. When the binder and the matrix polymer used as the gel electrolyte are the same, it is not necessary to use a binder.

活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより調整されうる。活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、好ましくは10〜100μm程度であり、より好ましくは20〜50μmである。活物質層が10μm程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層が100μm程度以下であれば、電極深部(集電体側)にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。   The compounding ratio of the components contained in the active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the lithium ion secondary battery. The thickness of the active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the lithium ion secondary battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the active material layer is preferably about 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm. If the active material layer is about 10 μm or more, the battery capacity can be sufficiently secured. On the other hand, if the active material layer is about 100 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of the problem of an increase in internal resistance due to the difficulty in diffusing lithium ions in the electrode deep part (current collector side).

集電体表面上への正極活物質層(または負極活物質層)の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が同様にして使用できる。例えば、上記したように、正極活物質(または負極活物質材料)、ならびに必要であれば、イオン伝導性を高めるための電解質塩、電子伝導性を高めるための導電助剤、およびバインダを、適当な溶剤に分散、溶解などして、正極活物質スラリー(または負極活物質スラリー)を調製する。これを集電体上に塗布、乾燥して溶剤を除去した後、プレスすることによって、正極活物質層(または負極活物質層)が集電体上に形成される。この際、溶剤としては、特に制限されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサンなどが用いられうる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The method for forming the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) on the current collector surface is not particularly limited, and known methods can be used in the same manner. For example, as described above, a positive electrode active material (or a negative electrode active material), and if necessary, an electrolyte salt for increasing ionic conductivity, a conductive auxiliary agent for increasing electronic conductivity, and a binder are appropriately used. A positive electrode active material slurry (or a negative electrode active material slurry) is prepared by dispersing or dissolving in an appropriate solvent. This is applied onto a current collector, dried to remove the solvent, and then pressed to form a positive electrode active material layer (or negative electrode active material layer) on the current collector. In this case, the solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane and the like can be used. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

上記方法において、正極活物質スラリー(または負極活物質材料スラリー)を集電体上に塗布・乾燥した後、プレスする。この際、プレス条件を調節することにより、正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が制御されうる。   In the above method, the positive electrode active material slurry (or the negative electrode active material material slurry) is applied onto the current collector, dried, and then pressed. At this time, the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) can be controlled by adjusting the pressing conditions.

プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の正極活物質層(または負極活物質層)の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。   Specific means and press conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the porosity of the positive electrode active material layer (or the negative electrode active material layer) after the press treatment becomes a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the pressing conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.

[電解質層]
電解質層は、電極間でリチウムイオンが移動する際の媒体としての機能を有する。電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質(電解液)および高分子ゲル電解質などが適宜用いられうる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer functions as a medium when lithium ions move between the electrodes. There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises an electrolyte layer, A liquid electrolyte (electrolytic solution), a polymer gel electrolyte, etc. can be used suitably.

液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、特に制限はないが、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)などの鎖状カーボネート系溶媒;エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)などの環状カーボネート系溶媒;プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、酢酸メチル(MA)、酢酸エチル(EA)などのエステル系溶媒などが挙げられる。これらのカーボネート系溶媒またはエステル系溶媒は負極活物質表面での還元分解によるガスの発生が顕著であるので、これらの溶媒を使用する場合に本形態の負極活物質材料を使用すると、より一層顕著な効果が得られうる。これらの溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。   The liquid electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as a supporting salt in a solvent. The solvent is not particularly limited. For example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC) ), Etc .; cyclic carbonate solvents such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC); methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), methyl acetate (MA), ethyl acetate ( And ester solvents such as EA). Since these carbonate-based solvents or ester-based solvents generate a significant amount of gas due to reductive decomposition on the surface of the negative electrode active material, the use of the negative electrode active material of this embodiment when using these solvents is even more prominent. Effects can be obtained. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more.

また、液体電解質には必要に応じてビニレンカーボネート(VC)、プロパンスルトン(PS)、フルオロエチレンカーボネート、ホスファゼン、またはリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)などの添加剤が添加されても良い。これらの添加剤は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   In addition, additives such as vinylene carbonate (VC), propane sultone (PS), fluoroethylene carbonate, phosphazene, or lithium bisoxalate borate (LiBOB) may be added to the liquid electrolyte as necessary. These additives may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

支持塩(リチウム塩)としては、特に制限はないが、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiSbF、LiAlCl、Li10Cl10、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCNなどの無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、LiBOB(リチウムビスオキサレートボレート)、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(CSONとも記載)などの有機酸陰イオン塩などが挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 The supporting salt (lithium salt) is not particularly limited, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl , LiHF 2 , LiSCN, and other inorganic acid anion salts, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiBOB (lithium bisoxalate borate), LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); Li Organic acid anion salts such as (also described as (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N). These electrolyte salts may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

一方、高分子ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF−HFP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリ(メチルアクリレート)(PMA)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)などが挙げられる。また、上記のポリマーなどの混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。これらのうち、PEO、PPOおよびそれらの共重合体、PVdF、PVdF−HFPを用いることが望ましい。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩がよく溶解しうる。また、マトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。   On the other hand, the polymer gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include a polymer having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), a polymer having polypropylene oxide in the main chain or side chain (PPO), polyethylene glycol (PEG), poly Acrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), poly (methyl acrylate) (PMA), poly (Methyl methacrylate) (PMMA) etc. are mentioned. In addition, mixtures such as the above polymers, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, and the like can also be used. Among these, it is desirable to use PEO, PPO and their copolymers, PVdF, PVdF-HFP. In such a matrix polymer, a lithium salt can be well dissolved. In addition, the matrix polymer can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure.

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)などの炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。   In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene, hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

[集電板]
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板(正極集電板および負極集電板)が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
[Current collector]
In a lithium ion secondary battery, for the purpose of extracting current outside the battery, a current collector plate (a positive current collector plate and a negative current collector plate) electrically connected to a current collector is external to the laminate film. Has been taken out.

集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。   The material which comprises a current collector plate is not specifically limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the same material may be used for the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, or different materials may be used.

[正極端子および負極端子リード]
図2に示すリチウムイオン二次電池10においては、負極端子リード20および正極端子リード21をそれぞれ介して、集電体は集電板と電気的に接続されている。
[Positive terminal and negative terminal lead]
In the lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2, the current collector is electrically connected to the current collector plate via the negative electrode terminal lead 20 and the positive electrode terminal lead 21.

正極および負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器など)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   As a material of the positive electrode and the negative electrode terminal lead, a lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. In addition, the parts removed from the battery exterior material must be heat-insulating so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

[外装材]
外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図2に示すようなラミネートフィルム22を外装材として用いて、発電要素17をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。
[Exterior material]
A conventionally known metal can case can be used as the exterior material. In addition, the power generation element 17 may be packed using a laminate film 22 as shown in FIG. The laminate film can be configured as a three-layer structure in which, for example, polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order.

本形態のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層に上記負極活物質材料を用いることにより、電解質に含まれる溶媒の還元分解によるガスの発生が抑制される。よって、密封後の電池の膨張や、溶媒の分解によるサイクル特性の低下を効果的に防ぐことができ、電池の寿命を延ばすことができる。   In the lithium ion secondary battery of this embodiment, generation of gas due to reductive decomposition of the solvent contained in the electrolyte is suppressed by using the negative electrode active material in the negative electrode active material layer. Therefore, expansion of the battery after sealing and deterioration of cycle characteristics due to decomposition of the solvent can be effectively prevented, and the life of the battery can be extended.

本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effect of this invention is demonstrated using a following example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

<リチウムイオン二次電池の作製>
[実施例1]
(カーボネート重合体の合成)
1LのSUS製の攪拌式オートクレーブに、エチレングリコール(110mmol)、Pd/Cu触媒(触媒量)を投入した。これらを150℃で攪拌しながら、一酸化炭素(120mmol)と酸素(60mmol)とを、滴下ボンベを用いて、オートクレーブ内の圧力が0.5MPa以下となるように調整しながら等モルずつ加えた。一酸化炭素および酸素を全量投入してから10時間攪拌した後、温度を25℃まで下げ、オートクレーブ内の未反応のガスを抜き、反応溶液を取り出した。そして、この反応溶液を蒸留して水分を除去することにより、末端がヒドロキシ基(−OH)であるカーボネート骨格を有する重合体を得た。
<Production of lithium ion secondary battery>
[Example 1]
(Synthesis of carbonate polymer)
Ethylene glycol (110 mmol) and a Pd / Cu catalyst (catalytic amount) were charged into a 1 L SUS stirred autoclave. While stirring these at 150 ° C., carbon monoxide (120 mmol) and oxygen (60 mmol) were added equimolarly while adjusting the pressure in the autoclave to 0.5 MPa or less using a dropping cylinder. . After the entire amount of carbon monoxide and oxygen was added and stirred for 10 hours, the temperature was lowered to 25 ° C., the unreacted gas in the autoclave was removed, and the reaction solution was taken out. Then, the reaction solution was distilled to remove moisture, thereby obtaining a polymer having a carbonate skeleton having a hydroxyl group (—OH) at the end.

次に、当該重合体、メタノール(24mmol)、およびPd/Cu触媒(触媒量)を攪拌式オートクレーブに投入した。そして上記と同様に、150℃で攪拌しながら、一酸化炭素(24mmol)と酸素(12mmol)とを、滴下ボンベを用いて、オートクレーブ内の圧力が0.5MPa以下となるように調整しながら等モルずつ加えた。反応終了後、濾過によりPd/Cu触媒を除去し、ろ液を蒸留して水分を除去することによりカーボネート重合体(化学式1において、Rはメチル基であり、Rはエチレン基である)を得た。なお、当該カーボネートの数平均分子量は1000(平均重合度n=10)であった。数平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した。 Next, the polymer, methanol (24 mmol), and Pd / Cu catalyst (catalytic amount) were charged into a stirring autoclave. And as above, while stirring at 150 ° C., carbon monoxide (24 mmol) and oxygen (12 mmol) were adjusted using a dropping cylinder so that the pressure in the autoclave was 0.5 MPa or less. Mole was added. After completion of the reaction, the Pd / Cu catalyst is removed by filtration, and the filtrate is distilled to remove water to remove the carbonate polymer (in Chemical Formula 1, R 1 is a methyl group and R 2 is an ethylene group). Got. The number average molecular weight of the carbonate was 1000 (average polymerization degree n = 10). The number average molecular weight was measured by GPC (gel permeation chromatography) using polystyrene as a standard substance.

(負極活物質材料の作製)
上記カーボネート重合体1質量部をアセトニトリル10質量部で希釈したカーボネート重合体溶液を用意した。負極活物質としてのグラファイト(平均粒子径:10μm)50gと、上記ポリカーネート溶液100gとを混合した。混合物中の粉末成分を濾過により回収し、粉末成分に付着した過剰のカーボネート重合体およびアセトニトリルを除去することによって、グラファイト表面にカーボネート重合体を被覆した。得られた粉末成分の質量を測定し、被覆前のグラファイト95質量部に対してカーボネート重合体が5質量部被覆するまで、上記被覆操作を繰り返した。その後、粉末成分を80℃で8時間真空乾燥することにより負極活物質材料を得た。
(Preparation of negative electrode active material)
A carbonate polymer solution was prepared by diluting 1 part by mass of the above carbonate polymer with 10 parts by mass of acetonitrile. 50 g of graphite (average particle size: 10 μm) as a negative electrode active material and 100 g of the above polycarbonate solution were mixed. The powder component in the mixture was recovered by filtration, and the carbonate polymer was coated on the graphite surface by removing excess carbonate polymer and acetonitrile adhering to the powder component. The mass of the obtained powder component was measured, and the above coating operation was repeated until 5 parts by mass of the carbonate polymer was coated on 95 parts by mass of graphite before coating. Then, the negative electrode active material was obtained by vacuum-drying the powder component at 80 ° C. for 8 hours.

(負極の作製)
上記負極活物質材料90質量%、およびバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)10質量%からなる固形分を用意した。この固形分にスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを作製した。得られた負極活物質スラリーを、負極集電体である銅箔(厚さ:10μm)の一方の面に塗布し乾燥させた後、プレス処理を施した。これにより、集電体の一方の面に負極活物質層を有する負極(最外層負極)を作製した。またこれとは別に、銅箔の一方の面に負極活物質スラリーを塗布し乾燥させた後、他方の面にも負極活物質スラリーを塗布し乾燥させ、その後プレス処理を施して、集電体の両方の面に負極活物質層を有する負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
A solid content composed of 90% by mass of the negative electrode active material and 10% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a negative electrode active material slurry. The obtained negative electrode active material slurry was applied to one surface of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector, dried, and then pressed. This produced the negative electrode (outermost layer negative electrode) which has a negative electrode active material layer in the one surface of a collector. Separately, after applying and drying the negative electrode active material slurry on one surface of the copper foil, the negative electrode active material slurry is also applied to the other surface and dried, followed by press treatment, A negative electrode having a negative electrode active material layer on both surfaces was prepared.

(正極の作製)
正極活物質としてLiMnO(平均粒子径:10μm)85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック(平均粒子径:0.1μm)5質量%、およびバインダとしてPVdF10質量%からなる固形分を用意した。この固形分にスラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、正極活物質スラリーを作製した。得られた正極活物質スラリーを、正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ:10μm)の一方の面側に塗布し乾燥させた後、もう片方の面にも塗布し乾燥させ、プレス処理を施して、正極活物質層を両面に有する正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
A solid content of 85% by mass of LiMnO 2 (average particle size: 10 μm) as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black (average particle size: 0.1 μm) as a conductive additive, and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of NMP, which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a positive electrode active material slurry. The obtained positive electrode active material slurry was applied to one side of an aluminum foil (thickness: 10 μm) as a positive electrode current collector and dried, and then applied to the other side and dried, followed by press treatment. To produce a positive electrode having a positive electrode active material layer on both sides.

(電解液の作製)
溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(40:60(体積比))を用意した。この溶媒に、リチウム塩であるLiPFを1.0Mの濃度で添加して、電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
As a solvent, a mixed solvent (40:60 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) was prepared. To this solvent, LiPF 6 as a lithium salt was added at a concentration of 1.0 M to prepare an electrolytic solution.

(電池の組み立て)
上記で作製した正極および負極を、活物質層どうしが向き合うように、セパレータ(ポリエチレン微多孔膜、厚さ:25μm)を介して、最外層負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極・・・正極、セパレータ、最外層負極の順で積層した。これにより単電池層が10層積層されてなる積層体(正極5枚、負極4枚、最外層負極2枚)を得た。
(Battery assembly)
The positive electrode and the negative electrode prepared above are arranged so that the active material layers face each other through a separator (polyethylene microporous film, thickness: 25 μm), the outermost layer negative electrode, separator, positive electrode, separator, negative electrode... Positive electrode, The separator and the outermost layer negative electrode were laminated in this order. As a result, a laminated body (5 positive electrodes, 4 negative electrodes, 2 outermost negative electrodes) in which 10 unit cell layers were laminated was obtained.

得られた積層体の正極および負極のそれぞれに集電板を溶接し、アルミラミネートフィルムからなる外装中に密封した。これを乾燥させた後、上記で作製した電解液を注液し、真空シールをして、積層型のリチウムイオン二次電池を完成させた。   A current collector plate was welded to each of the positive electrode and the negative electrode of the obtained laminate, and sealed in an exterior made of an aluminum laminate film. After drying this, the electrolytic solution prepared above was injected and vacuum-sealed to complete a stacked lithium ion secondary battery.

[実施例2]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えてエタノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがメチル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1000(平均重合度n=10)であった。
[Example 2]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is a methyl group, having the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1000 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例3]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、n−プロパノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがn−プロピル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1000(平均重合度n=10)であった。
[Example 3]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that n-propanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is a n- propyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1000 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例4]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、イソプロパノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがイソプロピル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1000(平均重合度n=10)であった。
[Example 4]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that isopropanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is an isopropyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1000 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例5]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、n−ブタノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがn−ブチル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 5]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that n-butanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is an n- butyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1100 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例6]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、イソブタノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがイソブチル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 6]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that isobutanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is isobutyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1100 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例7]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、sec−ブタノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがsec−ブチル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 7]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that sec-butanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is a sec- butyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1100 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例8]
(カーボネート重合体の合成)において、メタノールに代えて、tert−ブタノールを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがtert−ブチル基であり、Rがエチレン基である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 8]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that tert-butanol was used instead of methanol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is a tert- butyl group, has the structure R 2 is an ethylene group, a number average molecular weight of 1100 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例9]
(カーボネート重合体の合成)において、エチレングリコールに代えて、1,2−プロパンジオールを用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがイソプロピル基であり、Rがメチルエチレン基(−CH(CH)CH−)である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 9]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that 1,2-propanediol was used instead of ethylene glycol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is an isopropyl group, R 2 is a methyl ethylene group (-CH (CH 3) CH 2 -) has a structure that is, the number-average molecular weight of 1100 (average polymerization Degree n = 10).

[実施例10]
(カーボネート重合体の合成)において、エチレングリコールに代えて、1,3−プロパンジオールを用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。なお、カーボネート重合体は、化学式1におけるRがイソプロピル基であり、Rがトリメチレン基(−CHCHCH−)である構造を有し、数平均分子量が1100(平均重合度n=10)であった。
[Example 10]
In (Synthesis of carbonate polymer), a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that 1,3-propanediol was used instead of ethylene glycol. Incidentally, carbonate polymers, R 1 in Chemical Formula 1 is an isopropyl group, R 2 is a trimethylene group (-CH 2 CH 2 CH 2 - ) has a structure that is, the number-average molecular weight of 1100 (average degree of polymerization n = 10).

[実施例11]
(電解液の作製)において、エチルメチルカーボネート(EMC)に代えて、ジエチルカーボネート(DEC)を用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 11]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that diethyl carbonate (DEC) was used instead of ethyl methyl carbonate (EMC) in (Preparation of electrolyte solution).

[実施例12]
(電解液の作製)において、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(40:60(体積比))に代えて、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチルメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(40:30:30(体積比))を用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 12]
(Preparation of electrolytic solution) In place of a mixed solvent (40:60 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that a mixed solvent (40:30:30 (volume ratio)) with ethyl methyl carbonate (DMC) was used.

[実施例13]
(電解液の作製)において、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(40:60(体積比))に代えて、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(40:30:30(体積比))を用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 13]
(Preparation of electrolytic solution) In place of a mixed solvent (40:60 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that a mixed solvent (40:30:30 (volume ratio)) with diethyl carbonate (DEC) was used.

[実施例14]
(電解液の作製)において、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(40:60(体積比))に代えて、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(40:20:20:20(体積比))を用いたことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 14]
(Preparation of electrolyte) In place of a mixed solvent (40:60 (volume ratio)) of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that a mixed solvent of methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) (40: 20: 20: 20 (volume ratio)) was used. Was made.

[実施例15]
(電解液の作製)において作製した電解液に、ビニレンカーボネート(VC)1質量%をさらに添加したことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 15]
A lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that 1% by mass of vinylene carbonate (VC) was further added to the electrolyte prepared in (Preparation of electrolyte).

[実施例16]
(電解液の作製)において作製した電解液に、プロパンスルトン(PS)1質量%をさらに添加したことを除いては、実施例4と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 16]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that 1% by mass of propane sultone (PS) was further added to the electrolyte produced in (Production of Electrolyte).

[比較例1]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbonate polymer was not coated in (Production of negative electrode).

[比較例2]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例11と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In (Preparation of negative electrode), a lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 11 except that the carbonate polymer was not coated.

[比較例3]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例12と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 3]
In (Preparation of negative electrode), a lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 12 except that the carbonate polymer was not coated.

[比較例4]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例13と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 4]
In (Preparation of negative electrode), a lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 13 except that the carbonate polymer was not coated.

[比較例5]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例15と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 5]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 15 except that in (Production of negative electrode), the carbonate polymer was not coated.

[比較例6]
(負極の作製)において、カーボネート重合体を被覆しなかったことを除いては、実施例16と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 6]
In (Preparation of negative electrode), a lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 16 except that the carbonate polymer was not coated.

<電池性能の評価>
(初期放電容量測定)
上記実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池について、0.1Cにて20時間充電(CCCV、上限電圧4.2V)することにより初充電を行った後、0.1Cで放電(CC、下限電圧2.5V)を行った。この初充電の際に、負極活物質表面に被覆したカーボネート重合体が還元分解され、負極活物質表面にSEIが形成される。
<Evaluation of battery performance>
(Initial discharge capacity measurement)
About the lithium ion secondary battery produced by the said Example and the comparative example, after performing initial charge by charging for 20 hours (CCCV, upper limit voltage 4.2V) at 0.1C, it discharges at 0.1C (CC , Lower limit voltage 2.5V). During this initial charge, the carbonate polymer coated on the surface of the negative electrode active material is reduced and decomposed, and SEI is formed on the surface of the negative electrode active material.

そして、25℃で24時間放置後、0.2Cにて8時間充電(CCCV、上限電圧4.2V)を行なった後、0.2Cで放電(CC、下限電圧2.5V)を行い、この際の放電容量を測定して、これを初期放電容量とした。   After 24 hours at 25 ° C., charge for 8 hours at 0.2 C (CCCV, upper limit voltage 4.2 V), then discharge at 0.2 C (CC, lower limit voltage 2.5 V), The discharge capacity at the time was measured, and this was used as the initial discharge capacity.

また、電池体積をアルキメデス法により測定し、初期電池体積とした。   Moreover, the battery volume was measured by the Archimedes method and set as the initial battery volume.

(電池抵抗測定)
上記リチウムイオン二次電池を充電状態(SOC:State of charge)50%に充電し、1Cで10秒間放電した際の電位差ΔEを、流れた電流値で除して、得られた値に正極と負極とが対向する部分の面積をかけた値を電池抵抗とした。なお、電池抵抗測定は、−20℃で実施した。
(Battery resistance measurement)
The lithium ion secondary battery is charged to a state of charge (SOC) of 50%, and the potential difference ΔE when discharged at 1 C for 10 seconds is divided by the value of the flowing current. The value obtained by multiplying the area of the portion facing the negative electrode was defined as the battery resistance. The battery resistance measurement was performed at -20 ° C.

(サイクル試験)
上記リチウムイオン二次電池について、55℃に設定した恒温槽において、1Cにて2.5時間充電(CCCV、上限4.2V)を行なった後、10分休止し、1Cにて放電(CC、下限2.5V)を行った。この操作を1サイクルとして、300サイクル繰り返すことによりサイクル試験を行った。
(Cycle test)
About the said lithium ion secondary battery, in the thermostat set to 55 degreeC, after charging 2.5 hours at 1C (CCCV, upper limit 4.2V), it rests for 10 minutes, and discharges at 1C (CC, The lower limit was 2.5V). The cycle test was performed by repeating this operation as one cycle for 300 cycles.

この後、25℃で24時間放置後、0.2Cにて8時間充電(CCCV、上限電圧4.2V)を行った後、0.2Cで放電(CC、下限電圧2.5V)を行い、サイクル試験後の放電容量を測定した。そして、初期放電容量に対するサイクル試験後の放電容量の割合を百分率で表し、容量維持率とした。   Then, after 24 hours at 25 ° C., after charging for 8 hours at 0.2 C (CCCV, upper limit voltage 4.2 V), discharging at 0.2 C (CC, lower limit voltage 2.5 V), The discharge capacity after the cycle test was measured. And the ratio of the discharge capacity after the cycle test with respect to the initial discharge capacity was expressed as a percentage and used as the capacity maintenance rate.

また、サイクル試験後の電池体積をアルキメデス法により測定し、初期電池体積に対するサイクル試験後の体積の割合を百分率で表し、体積膨張率(セルの膨れ度合い)とした。結果を表1に示す。   Moreover, the battery volume after the cycle test was measured by the Archimedes method, and the ratio of the volume after the cycle test to the initial battery volume was expressed as a percentage, which was defined as the volume expansion rate (the degree of cell swelling). The results are shown in Table 1.

Figure 0005482582
Figure 0005482582

表1によると、負極活物質表面をカーボネート重合体で被覆してなる負極活物質材料を使用した実施例1〜16では、カーボネート重合体での被覆を行わなかった比較例1〜6と比べて、体積膨張率が低く、容量維持率が高いことが示された。これは、初期充電時に負極活物質表面を覆うカーボネート重合体が溶媒よりも先に還元分解されてSEIを形成することにより、溶媒の還元分解が防がれ、ガスの発生が抑制されたことによるものと考えられた。   According to Table 1, in Examples 1-16 using the negative electrode active material material which coat | covers the surface of a negative electrode active material with a carbonate polymer, compared with Comparative Examples 1-6 which did not perform the coating with a carbonate polymer. It was shown that the volume expansion rate was low and the capacity retention rate was high. This is because the carbonate polymer that covers the surface of the negative electrode active material during initial charging is reductively decomposed before the solvent to form SEI, thereby preventing reductive decomposition of the solvent and suppressing gas generation. It was considered a thing.

また、化学式1におけるRが炭素原子数3または4のアルキル基である実施例3〜16では、Rがメチル基またはエチル基である実施例1または2と比較して、より優れた体積膨張率および容量維持率が得られた。 The volume R 1 in Formula 1 in which Examples 3-16 alkyl group having a carbon number of 3 or 4, compared R 1 is as in Example 1 or 2 is a methyl group or an ethyl group, more excellent An expansion rate and a capacity maintenance rate were obtained.

1 負極活物質材料、
3 負極活物質、
5 カーボネート構造を有する重合体、
10 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
11a 最外層負極集電体、
12 負極活物質層、
13 電解質層、
14 正極集電体、
15 正極活物質層、
16 単電池層、
17 発電要素、
18 負極集電板、
19 正極集電板、
20 負極端子リード、
21 正極端子リード、
22 ラミネートフィルム。
1 negative electrode active material,
3 negative electrode active material,
5 a polymer having a carbonate structure;
10 Lithium ion secondary battery,
11 negative electrode current collector,
11a outermost layer negative electrode current collector,
12 negative electrode active material layer,
13 electrolyte layer,
14 positive electrode current collector,
15 positive electrode active material layer,
16 cell layer,
17 Power generation elements,
18 negative electrode current collector plate,
19 positive current collector,
20 Negative terminal lead,
21 positive terminal lead,
22 Laminated film.

Claims (4)

負極活物質本体の表面の少なくとも一部が、下記化学式1で表されるカーボネート構造を有する重合体で被覆されてなる、負極活物質材料;
Figure 0005482582
式中、nは2〜100の整数を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数2〜5のアルキレン基を表す。
A negative electrode active material, wherein at least a part of the surface of the negative electrode active material body is coated with a polymer having a carbonate structure represented by the following chemical formula 1;
Figure 0005482582
In the formula, n represents an integer of 2 to 100, each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 independently represents an alkylene group having 2 to 5 carbon atoms. .
前記化学式1中、Rはそれぞれ独立して炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Rはそれぞれ独立して炭素原子数2または3のアルキレン基を表す、請求項1に記載の負極活物質材料。 2. The negative electrode according to claim 1, wherein in Formula 1, each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and each R 2 independently represents an alkylene group having 2 or 3 carbon atoms. Active material. 前記化学式1中、Rはそれぞれ独立して炭素原子数3または4のアルキル基を表し、Rはエチレン基を表す、請求項2に記載の負極活物質材料。 3. The negative electrode active material according to claim 2, wherein in Chemical Formula 1, R 1 independently represents an alkyl group having 3 or 4 carbon atoms, and R 2 represents an ethylene group. 集電体と、
前記集電体の表面に形成されてなる正極活物質層と、
前記集電体の表面に形成されてなる負極活物質層と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する、電解液を含む電解質層と、が積層されてなる発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極活物質層が、請求項1〜3のいずれか1項に記載の負極活物質材料を含む、リチウムイオン二次電池。
A current collector,
A positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector;
A negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector;
A lithium ion secondary battery having a power generation element formed by laminating an electrolyte layer containing an electrolyte solution interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
The lithium ion secondary battery in which the said negative electrode active material layer contains the negative electrode active material material of any one of Claims 1-3.
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