JP5561774B2 - Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明に係る実施形態は、非水電解液二次電池の製造方法に関する。   Embodiments according to the present invention relate to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery.

ノート型パソコン、携帯電話、電気自動車などの急速な市場拡大に伴い、高エネルギー密度の二次電池が求められている。二次電池としては、特に、非水電解液二次電池やリチウムイオン二次電池の開発が進められている。高エネルギー密度の非水電解液二次電池を得る手段として、容量の大きな負極材料を用いる方法や、安定性に優れた非水電解液を使用する方法などが挙げられる。   With the rapid market expansion of notebook PCs, mobile phones, electric cars, etc., secondary batteries with high energy density are required. As secondary batteries, development of non-aqueous electrolyte secondary batteries and lithium ion secondary batteries is in progress. Examples of means for obtaining a high energy density non-aqueous electrolyte secondary battery include a method using a negative electrode material having a large capacity, a method using a non-aqueous electrolyte excellent in stability, and the like.

特許文献1には、ケイ素の酸化物またはケイ酸塩を二次電池の負極活物質に利用することが開示されている。特許文献2には、リチウムイオンを吸蔵放出し得る炭素材料粒子と、リチウムと合金可能な金属粒子と、リチウムイオンを吸蔵放出し得る酸化物粒子を含む活物質層を備えた二次電池用負極が開示されている。特許文献3には、ケイ素の微結晶がケイ素化合物に分散した構造を有する粒子の表面を炭素でコーティングした二次電池用負極材料が開示されている。   Patent Document 1 discloses that silicon oxide or silicate is used as a negative electrode active material of a secondary battery. Patent Document 2 discloses a negative electrode for a secondary battery including an active material layer including carbon material particles capable of occluding and releasing lithium ions, metal particles capable of being alloyed with lithium, and oxide particles capable of occluding and releasing lithium ions. Is disclosed. Patent Document 3 discloses a negative electrode material for a secondary battery in which the surface of particles having a structure in which silicon microcrystals are dispersed in a silicon compound is coated with carbon.

特許文献4および特許文献5には、負極活物質がケイ素を含む場合に、負極用結着剤としてポリイミドを用いることが記載されている。   Patent Document 4 and Patent Document 5 describe using polyimide as a binder for a negative electrode when the negative electrode active material contains silicon.

特許文献6には、電解液を注入し、注入口の封止工程より前に、少なくとも1回の充電工程を有するリチウムイオン二次電池の製造方法が開示されている。また、特許文献7には、注液後、充電し、静置し、放電し、2回目の注液を行うリチウムイオン二次電池の製造方法が開示されている。   Patent Document 6 discloses a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in which an electrolytic solution is injected and the charging step is performed at least once before the injection port sealing step. Patent Document 7 discloses a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in which after injection, the battery is charged, left standing, discharged, and injected for the second time.

特開平6−325765号公報JP-A-6-325765 特開2003−123740号公報JP 2003-123740 A 特開2004−47404号公報JP 2004-47404 A 特開2004−22433号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-22433 特開2007−95670号公報JP 2007-95670 A 特開2006−260864号公報JP 2006-260864 A 特開2009−199756号公報JP 2009-199756 A

しかしながら、特許文献1に記載されたケイ素の酸化物を負極活物質に利用した二次電池を45℃以上で充放電をさせると、充放電サイクルに伴う容量低下が著しく大きいという問題点があった。特許文献2に記載された二次電池用負極は、3種の成分の充放電電位の違いや膨張収縮率の違いにより、リチウムを吸蔵放出する際、負極全体としての体積変化を緩和させる効果があるが、非水電解液二次電池の製造方法に関する詳細な記述や、非水電解液二次電池を形成する上で不可欠な結着剤、電解液、電極素子構造、および外装体について、十分に検討されていない点が多く見られた。特許文献3に記載された二次電池用負極材料も、負極全体として体積変化を緩和させる効果があるが、非水電解液二次電池の製造方法に関する詳細な記述や、非水電解液二次電池を形成する上で不可欠な結着剤、電解液、電極素子構造、および外装体について、十分に検討されていない点が多く見られた。   However, when a secondary battery using a silicon oxide described in Patent Document 1 as a negative electrode active material is charged / discharged at 45 ° C. or higher, there is a problem that the capacity drop accompanying the charge / discharge cycle is remarkably large. . The negative electrode for a secondary battery described in Patent Document 2 has an effect of relaxing the volume change of the negative electrode as a whole when occluding and releasing lithium due to differences in charge / discharge potentials and expansion / contraction rates of the three components. However, a detailed description of the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery and the binder, electrolyte solution, electrode element structure, and exterior body that are indispensable for forming the nonaqueous electrolyte secondary battery are sufficient. Many points have not been examined. The negative electrode material for secondary batteries described in Patent Document 3 also has an effect of reducing volume change as a whole of the negative electrode. However, a detailed description on a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery and a nonaqueous electrolyte secondary battery In many cases, the binder, the electrolyte solution, the electrode element structure, and the outer package, which are indispensable for forming a battery, have not been sufficiently studied.

特許文献4および特許文献5では、負極活物質の状態に関する検討が不十分であることに加え、非水電解液二次電池の製造方法に関する詳細な記述や、非水電解液二次電池を形成する上で不可欠な電解液、電極素子構造、および外装体について、十分に検討されていない点が多く見られた。   In Patent Document 4 and Patent Document 5, in addition to insufficient studies regarding the state of the negative electrode active material, a detailed description of a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery are formed. In many cases, the electrolyte solution, the electrode element structure, and the exterior body, which are indispensable for doing so, have not been sufficiently studied.

特許文献6では、ガス発生による膨れを回避するために封止工程を遅らせているが、電極活物質に合わせた電解液量の最適化は行われていなかった。また、特許文献7では、一部の負極活物質を用いた系では一定の効果が得られたが、特定の負極活物質を用いた系において、2回目の注液工程で注液する電解液量が少なすぎて、目的とした効果が得られなかった。   In Patent Document 6, the sealing process is delayed in order to avoid blistering due to gas generation, but the amount of the electrolytic solution in accordance with the electrode active material has not been optimized. Further, in Patent Document 7, a certain effect was obtained in a system using some negative electrode active materials, but in a system using a specific negative electrode active material, an electrolytic solution to be injected in the second liquid injection step. The desired effect was not obtained because the amount was too small.

そこで、本発明に係る実施形態は、長寿命駆動が可能な非水電解液二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the embodiment according to the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of long-life driving.

本発明に係る実施形態は、正極および負極が対向配置された電極素子と、非水電解液と、前記電極素子および前記非水電解液を内包する外装体とを有し、前記負極が、負極結着剤と、充放電による体積変化率が異なる複数種の負極活物質を含み、かつ体積変化率の最も大きい負極活物質の割合が負極活物質全体の5質量部より多く95質量部より少ない非水電解液二次電池の製造方法であって、
前記電極素子を内包する前記外装体中に、前記非水電解液を注液する第1の工程と、
前記第1の工程で得られたセルを少なくとも1回充電する第2の工程と、
前記第2の工程の開始時刻から5時間以上経過させる第3の工程と、
前記第3の工程を経たセルの前記外装体中に、以下で規定されるA値の0.5〜2.0倍質量の前記非水電解液を注液する第4の工程と
を有することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法である。
A(g)=非水電解液の密度(g/ml)×[(第3の工程開始時のセル体積(ml))−(第1の工程終了時のセル体積(ml))]
An embodiment according to the present invention includes an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are arranged to face each other, a non-aqueous electrolyte, and an outer package that contains the electrode element and the non-aqueous electrolyte. The proportion of the negative electrode active material having a binder and a plurality of types of negative electrode active materials having different volume change rates due to charge and discharge and having the largest volume change rate is more than 5 parts by mass and less than 95 parts by mass of the whole negative electrode active material. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
A first step of injecting the non-aqueous electrolyte into the exterior body containing the electrode element;
A second step of charging the cell obtained in the first step at least once;
A third step in which 5 hours or more have elapsed from the start time of the second step;
A fourth step of injecting the non-aqueous electrolyte having a mass of 0.5 to 2.0 times the A value defined below into the exterior body of the cell that has undergone the third step. This is a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
A (g) = nonaqueous electrolyte density (g / ml) × [(cell volume at the start of the third step (ml)) − (cell volume at the end of the first step (ml))]

本発明に係る実施形態によれば、長寿命駆動が可能な非水電解液二次電池を提供できる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of long-life driving.

積層ラミネート型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an electrode element included in a laminated laminate type secondary battery.

以下、本実施形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, this embodiment will be described in detail.

本実施形態に係る非水電解液二次電池は、正極および負極が対向配置された電極素子と、非水電解液とが外装体に内包されている。非水電解液二次電池の形状は、円筒型、扁平捲回角型、積層角型、コイン型、扁平捲回ラミネート型および積層ラミネート型のいずれでもよいが、積層ラミネート型が好ましい。以下、積層ラミネート型の非水電解液二次電池について説明する。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are arranged to face each other and a non-aqueous electrolyte are included in an exterior body. The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery may be any of a cylindrical type, a flat wound square type, a laminated square type, a coin type, a flat wound laminated type, and a laminated laminate type, and a laminated laminate type is preferable. Hereinafter, a laminated laminate type nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.

図1は、積層ラミネート型の非水電解液二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。この電極素子は、正極cの複数および負極aの複数が、セパレータbを挟みつつ交互に積み重ねられて形成されている。各正極cが有する正極集電体eは、正極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に正極端子fが溶接されている。各負極aが有する負極集電体dは、負極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に負極端子gが溶接されている。なお、正極端子fと負極端子gは、短絡しなければ積層体の4辺のうち同じ辺に位置していてもよい。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an electrode element included in a laminated laminate type nonaqueous electrolyte secondary battery. This electrode element is formed by alternately stacking a plurality of positive electrodes c and a plurality of negative electrodes a with a separator b interposed therebetween. The positive electrode current collector e of each positive electrode c is welded to and electrically connected to each other at an end portion not covered with the positive electrode active material, and a positive electrode terminal f is welded to the welded portion. The negative electrode current collector d of each negative electrode a is welded and electrically connected to each other at an end portion not covered with the negative electrode active material, and a negative electrode terminal g is welded to the welded portion. Note that the positive electrode terminal f and the negative electrode terminal g may be located on the same side of the four sides of the multilayer body as long as they are not short-circuited.

このような平面的な積層構造を有する電極素子は、Rの小さい部分(捲回構造の巻き芯に近い領域、あるいは、折り返す部位にあたる領域)がないため、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。すなわち、体積膨張を起こしやすい活物質を用いた電極素子として有効である。一方で、捲回構造を持つ電極素子では電極が湾曲しているため、体積変化が生じた場合にその構造が歪みやすい。特に、シリコンやシリコン酸化物のように充放電に伴う体積変化が大きい負極活物質を用いた場合、捲回構造を持つ電極素子を用いた非水電解液二次電池では、充放電に伴う容量低下が大きくなる場合が多い。   Since the electrode element having such a planar laminated structure does not have a portion with a small R (a region close to the winding core of the wound structure or a region corresponding to the folded portion), it has a comparison with an electrode element having a wound structure. There is an advantage that it is difficult to be adversely affected by the volume change of the electrode accompanying charging and discharging. That is, it is effective as an electrode element using an active material that easily causes volume expansion. On the other hand, in an electrode element having a wound structure, since the electrode is curved, the structure is easily distorted when a volume change occurs. In particular, when a negative electrode active material having a large volume change due to charging / discharging such as silicon or silicon oxide is used, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using an electrode element having a wound structure, the capacity accompanying charging / discharging The decline is often significant.

ところが、平面的な積層構造を持つ電極素子には、電極間にガスが発生した際に、その発生したガスが電極間に滞留しやすい問題点がある。これは、捲回構造を持つ電極素子の場合には電極に張力が働いているため電極間の間隔が広がりにくいのに対して、積層構造を持つ電極素子の場合には電極間の間隔が広がりやすいためである。外装体がアルミニウムラミネートフィルムであった場合、この問題は特に顕著となる。   However, the electrode element having a planar laminated structure has a problem that when the gas is generated between the electrodes, the generated gas tends to stay between the electrodes. This is because, in the case of an electrode element having a wound structure, the distance between the electrodes is difficult to widen because tension is applied to the electrodes, whereas in the case of an electrode element having a laminated structure, the distance between the electrodes is widened. This is because it is easy. This problem is particularly noticeable when the outer package is an aluminum laminate film.

また、外装体がアルミニウムラミネートフィルムである場合、非水電解液を多く入れすぎると、あふれた非水電解液が封止部に付着し、封止時にアルミニウムラミネート表面の絶縁樹脂を溶かし、アルミニウムラミネート内部のアルミニウム材同士の短絡を招くことがある。この短絡は、それだけで電池の直接的な短絡に繋がる訳ではないが、磨耗やキズといった要因で、電極素子がアルミニウムラミネート内部のアルミニウム材に接触した場合には電池の短絡に繋がるので、避けるべき現象である。そのため、非水電解液があふれないよう注意すべきであるが、仕様によっては必要とする非水電解液が多くなるため、1回の注液工程で十分な非水電解液を注液することは難しかった。   In addition, when the exterior body is an aluminum laminate film, if too much non-aqueous electrolyte is added, the overflowing non-aqueous electrolyte will adhere to the sealing part and melt the insulating resin on the surface of the aluminum laminate during sealing. A short circuit between internal aluminum materials may be caused. This short circuit alone does not directly lead to a short circuit of the battery, but if the electrode element contacts the aluminum material inside the aluminum laminate due to wear or scratches, it should be avoided. It is a phenomenon. Therefore, care should be taken not to overflow the non-aqueous electrolyte, but depending on the specifications, the amount of non-aqueous electrolyte required increases, so inject sufficient non-aqueous electrolyte in one injection process. Was difficult.

本実施形態では、充放電に伴う体積膨張の変化が大きい負極活物質を用いた場合は、充放電を伴う複数の注液工程により、十分な非水電解液を注液することが可能となることを見出した。換言するならば、上記の問題と解決方法に着目し、充放電に伴う体積膨張の変化が大きい負極活物質を用いた積層ラミネート型の非水電解液二次電池においても、長寿命駆動が可能となることを見出した。   In the present embodiment, when a negative electrode active material having a large change in volume expansion associated with charge / discharge is used, a sufficient non-aqueous electrolyte can be injected by a plurality of liquid injection processes involving charge / discharge. I found out. In other words, paying attention to the above-mentioned problems and solutions, long-life driving is possible even in laminated non-aqueous electrolyte secondary batteries using negative electrode active materials that have large changes in volume expansion due to charge and discharge. I found out that

以下、非水電解液二次電池およびその製造方法の詳細を説明する。   Hereinafter, details of the non-aqueous electrolyte secondary battery and the manufacturing method thereof will be described.

[1]負極
負極は、負極活物質が負極用結着剤によって負極集電体を覆うように結着されてなる。そして、本実施形態では、負極活物質として、充放電による体積変化率が異なる2種類以上の活物質を含み、かつ、その体積変化率の最も大きい負極活物質の割合が5質量部より多く95質量部より少ない。負極活物質として、リチウムと合金を作ることが可能なシリコンを用いることが好ましい。
[1] Negative electrode The negative electrode is formed by binding a negative electrode active material so as to cover a negative electrode current collector with a negative electrode binder. In this embodiment, as the negative electrode active material, the proportion of the negative electrode active material having two or more types of active materials having different volume change rates due to charge and discharge and having the largest volume change rate is more than 5 parts by mass. Less than part by mass. It is preferable to use silicon capable of forming an alloy with lithium as the negative electrode active material.

さらに、リチウムを吸蔵放出可能な炭素材料(a)と、リチウムと合金を作ることが可能な金属(b)と、リチウムを吸蔵放出可能な金属酸化物(c)とからなる負極活物質を用いることが好ましい。炭素材料(a)の割合は、炭素材料(a)、金属(b)および金属酸化物(c)の合計に対し、2質量%以上50質量%以下とすることが好ましく、2質量%以上30質量%以下とすることが好ましい。一般的に、金属(b)は充放電による体積変化率が他の成分に比べて大きく、この場合の金属(b)の割合は、炭素材料(a)、金属(b)および金属酸化物(c)の合計に対し、5質量%より多く95質量%より少なくするが、10質量%以上85質量%以下とすることが好ましい。金属酸化物(c)の割合は、炭素材料(a)、金属(b)および金属酸化物(c)の合計に対し、5質量%以上90質量%以下とすることが好ましく、5質量%以上70質量%以下とすることが好ましい。   Furthermore, a negative electrode active material comprising a carbon material (a) capable of occluding and releasing lithium, a metal (b) capable of forming an alloy with lithium, and a metal oxide (c) capable of occluding and releasing lithium is used. It is preferable. The proportion of the carbon material (a) is preferably 2% by mass or more and 50% by mass or less, and preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the total of the carbon material (a), the metal (b) and the metal oxide (c). It is preferable to set it as mass% or less. In general, metal (b) has a larger volume change rate due to charge and discharge than other components, and the ratio of metal (b) in this case is the carbon material (a), metal (b) and metal oxide ( Although it is more than 5 mass% and less than 95 mass% with respect to the sum total of c), it is preferable to set it as 10 to 85 mass%. The ratio of the metal oxide (c) is preferably 5% by mass or more and 90% by mass or less with respect to the total of the carbon material (a), the metal (b) and the metal oxide (c). It is preferable to set it to 70 mass% or less.

炭素材料(a)としては、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物を用いることができる。ここで、結晶性の高い黒鉛は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる正極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。そのため、高出力・高エネルギーの二次電池を設計する上で有利である。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。そのため、長寿命・高ロバスト性の二次電池を設計する上で有利である。   As the carbon material (a), graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon nanotube, or a composite thereof can be used. Here, graphite with high crystallinity has high electrical conductivity, and is excellent in adhesiveness and voltage flatness with a positive electrode current collector made of a metal such as copper. Therefore, it is advantageous in designing a high output / high energy secondary battery. On the other hand, since amorphous carbon having low crystallinity has a relatively small volume expansion, it has a high effect of relaxing the volume expansion of the entire negative electrode, and deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects hardly occurs. Therefore, it is advantageous in designing a long-life / high-robustness secondary battery.

金属(b)としては、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La、またはこれらの2種以上の合金を用いることができる。特に、金属(b)としてシリコン(Si)を含むことが好ましい。   As the metal (b), Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, or an alloy of two or more of these can be used. . In particular, silicon (Si) is preferably included as the metal (b).

金属酸化物(c)としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物を用いることができる。特に、金属酸化物(c)として、金属(b)を構成する金属の酸化物を含むことが好ましく、酸化シリコンを含むことがより好ましい。これは、酸化シリコンは、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、金属酸化物(c)に、窒素、ホウ素およびイオウの中から選ばれる一種または二種以上の元素を、例えば0.1〜5質量%添加することもできる。こうすることで、金属酸化物(c)の電気伝導性を向上させることができる。   As the metal oxide (c), silicon oxide, tin oxide, aluminum oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, or a composite thereof can be used. In particular, the metal oxide (c) preferably includes an oxide of a metal constituting the metal (b), and more preferably includes silicon oxide. This is because silicon oxide is relatively stable and hardly causes a reaction with other compounds. Moreover, 0.1-5 mass% of 1 type, or 2 or more types of elements chosen from nitrogen, boron, and sulfur can also be added to a metal oxide (c). By carrying out like this, the electrical conductivity of a metal oxide (c) can be improved.

金属酸化物(c)は、その全部または一部がアモルファス構造を有することが好ましい。アモルファス構造の金属酸化物(c)は、他の負極活物質である炭素材料(a)や金属(b)の体積膨張を抑制することができ、非水電解液の分解を抑制することもできる。このメカニズムは明確ではないが、金属酸化物(c)がアモルファス構造であることにより、炭素材料(a)と非水電解液の界面への皮膜形成に何らかの影響があるものと推定される。また、アモルファス構造は、結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する要素が比較的少ないと考えられる。なお、金属酸化物(c)の全部または一部がアモルファス構造を有することは、エックス線回折測定(一般的なXRD測定)にて確認することができる。具体的には、金属酸化物(c)がアモルファス構造を有しない場合には、金属酸化物(c)に固有のピークが観測されるが、金属酸化物(c)の全部または一部がアモルファス構造を有する場合は、金属酸化物(c)に固有ピークがブロードとなって観測される。   All or part of the metal oxide (c) preferably has an amorphous structure. The amorphous metal oxide (c) can suppress the volume expansion of the carbon material (a) and the metal (b), which are other negative electrode active materials, and can also suppress the decomposition of the non-aqueous electrolyte. . Although this mechanism is not clear, it is presumed that the formation of a film on the interface between the carbon material (a) and the non-aqueous electrolyte has some influence due to the amorphous structure of the metal oxide (c). The amorphous structure is considered to have relatively few elements due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects. In addition, it can be confirmed by X-ray diffraction measurement (general XRD measurement) that all or part of the metal oxide (c) has an amorphous structure. Specifically, when the metal oxide (c) does not have an amorphous structure, a peak specific to the metal oxide (c) is observed, but all or part of the metal oxide (c) is amorphous. When it has a structure, the intrinsic peak is observed as a broad in the metal oxide (c).

また、金属(b)は、その全部または一部が金属酸化物(c)中に分散していることが好ましい。金属(b)の少なくとも一部を金属酸化物(c)中に分散させることで、負極全体としての体積膨張をより抑制することができ、非水電解液の分解も抑制することができる。なお、金属(b)の全部または一部が金属酸化物(c)中に分散していることは、透過型電子顕微鏡観察(一般的なTEM観察)とエネルギー分散型X線分光法測定(一般的なEDX測定)を併用することで確認することができる。具体的には、金属粒子(b)を含むサンプルの断面を観察し、金属酸化物(c)中に分散している金属粒子(b)の酸素濃度を測定し、金属粒子(b)を構成している金属が酸化物となっていないことを確認することができる。   Moreover, it is preferable that all or part of the metal (b) is dispersed in the metal oxide (c). By dispersing at least a part of the metal (b) in the metal oxide (c), the volume expansion of the whole negative electrode can be further suppressed, and the decomposition of the non-aqueous electrolyte can also be suppressed. Note that all or part of the metal (b) is dispersed in the metal oxide (c) because it is observed with a transmission electron microscope (general TEM observation) and energy dispersive X-ray spectroscopy (general). This can be confirmed by using a combination of a standard EDX measurement. Specifically, the cross section of the sample containing the metal particles (b) is observed, the oxygen concentration of the metal particles (b) dispersed in the metal oxide (c) is measured, and the metal particles (b) are configured. It can be confirmed that the metal being used is not an oxide.

このような炭素材料(a)と金属(b)と金属酸化物(c)との複合体において、金属酸化物(c)の全部または一部がアモルファス構造であり、金属(b)の全部または一部が金属酸化物(c)中に分散しているような負極活物質は、例えば、特許文献3で開示されているような方法で作製することができる。すなわち、金属酸化物(c)をメタンガスなどの有機物ガスを含む雰囲気下でCVD処理を行うことで、金属酸化物(c)中の金属(b)がナノクラスター化し、かつ表面が炭素材料(a)で被覆された複合体を得ることができる。この複合体を負極活物質として用いることができる。   In such a composite of the carbon material (a), the metal (b), and the metal oxide (c), all or part of the metal oxide (c) has an amorphous structure, and all or part of the metal (b) A negative electrode active material in which a part is dispersed in the metal oxide (c) can be produced by a method disclosed in Patent Document 3, for example. That is, by performing a CVD process on the metal oxide (c) in an atmosphere containing an organic gas such as methane gas, the metal (b) in the metal oxide (c) is nanoclustered and the surface is a carbon material (a ) Can be obtained. This composite can be used as a negative electrode active material.

負極用結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド等を用いることができる。なかでも、結着性が強いことから、ポリイミドまたはポリアミドイミドが好ましい。負極における負極用結着剤の含有量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質100質量部に対して、5〜25質量部が好ましい。   As the binder for the negative electrode, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, Polyimide, polyamideimide, or the like can be used. Of these, polyimide or polyamideimide is preferred because of its high binding properties. The content of the negative electrode binder in the negative electrode is 5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “higher energy” that are in a trade-off relationship. preferable.

負極集電体としては、電気化学的な安定性から、銅、ニッケル、銀、およびそれらの合金が好ましい。その形状としては、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。   As the negative electrode current collector, copper, nickel, silver, and alloys thereof are preferable in view of electrochemical stability. Examples of the shape include foil, flat plate, and mesh.

負極活物質として炭素材料(a)を含む負極活物質層や、負極活物質として炭素材料(a)と金属(b)と金属酸化物(c)との複合体を含む負極活物質層は、一般的なスラリー塗布法で形成することができる。すなわち、負極集電体に、炭素材料(a)を含む負極スラリーを塗布・乾燥し、圧縮・成型することで形成することができる。負極スラリーは、炭素材料(a)や他の負極活物質を、負極結着剤とともに、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤中に分散混練することで得ることができる。負極スラリーの塗布方法としては、ドクターブレード法、ダイコーター法などが挙げられる。このとき、負極活物質層は、負極活物質が負極用結着剤によって負極集電体を覆うように結着されてなる。   A negative electrode active material layer containing a carbon material (a) as a negative electrode active material and a negative electrode active material layer containing a composite of a carbon material (a), a metal (b) and a metal oxide (c) as a negative electrode active material, It can be formed by a general slurry coating method. That is, the negative electrode current collector can be formed by applying and drying a negative electrode slurry containing the carbon material (a), and compressing and molding the negative electrode slurry. The negative electrode slurry can be obtained by dispersing and kneading the carbon material (a) and other negative electrode active materials together with a negative electrode binder in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Examples of the method for applying the negative electrode slurry include a doctor blade method and a die coater method. At this time, the negative electrode active material layer is formed such that the negative electrode active material covers the negative electrode current collector with the negative electrode binder.

負極活物質としての金属(b)からなる負極活物質層は、前述したスラリー塗布法に加え、融液冷却方式、液体急冷方式、アトマイズ方式、真空蒸着方式、スパッタリング方式、プラズマCVD方式、光CVD方式、熱CVD方式、ゾル−ゲル方式などの方式で形成することができる。また、負極活物質としての金属酸化物(c)からなる負極活物質層は、前述したスラリー塗布法に加え、蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの方式で形成することができる。さらに、あらかじめ負極活物質層を形成した後に、蒸着、スパッタ等の方法で負極集電体となる金属の薄膜を形成するような方法で複合負極を作製することもできる。   In addition to the slurry coating method described above, the negative electrode active material layer made of metal (b) as the negative electrode active material is a melt cooling method, a liquid quenching method, an atomizing method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, and a photo CVD method. It can be formed by a method such as a method, a thermal CVD method, or a sol-gel method. Further, the negative electrode active material layer made of the metal oxide (c) as the negative electrode active material can be formed by a method such as a vapor deposition method, a CVD method, or a sputtering method in addition to the slurry coating method described above. Furthermore, after forming a negative electrode active material layer beforehand, a composite negative electrode can also be produced by a method of forming a metal thin film that becomes a negative electrode current collector by a method such as vapor deposition or sputtering.

[2]正極
正極は、例えば、正極活物質が正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着されてなる。
[2] Positive Electrode The positive electrode is formed, for example, by binding a positive electrode active material so as to cover the positive electrode current collector with a positive electrode binder.

正極活物質としては、LiMnO2、LixMn24(0<x<2)等の層状構造を持つマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム;LiCoO2、LiNiO2またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの;LiNi1/3Co1/3Mn1/32などの特定の遷移金属が半数を超えないリチウム遷移金属酸化物;これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもLiを過剰にしたもの等が挙げられる。特に、LiαNiβCoγAlδ2(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)、LiαNiβCoγMnδ2(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6、γ≦0.2)、またはLiαNiβCoγMnδAlεMgζ2(1≦α≦1.2、β+γ+δ+ε+ζ=1、β≧0.5、0≦γ≦0.2、0.01≦δ≦0.49、0≦γ≦0.3、0≦γ≦0.1)が好ましい。正極活物質は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。 As the positive electrode active material, lithium manganate having a layered structure such as LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure; LiCoO 2 , LiNiO 2 or a transition metal thereof Lithium transition metal oxides in which a specific transition metal such as LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 does not exceed half; Lithium transition metal oxides In which Li is made excessive in comparison with the stoichiometric composition. In particular, Li α Ni β Co γ Al δ O 2 (1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.7, γ ≦ 0.2), Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.6, γ ≦ 0.2) or Li α Ni β Co γ Mn δ Al ε Mg ζ O 2 (1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ + ε + ζ = 1, β ≧ 0.5, 0 ≦ γ ≦ 0.2, 0.01 ≦ δ ≦ 0.49, 0 ≦ γ ≦ 0.3, and 0 ≦ γ ≦ 0.1) are preferable. A positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものと用いることができる。なかでも、汎用性や低コストの観点から、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質100質量部に対して、2〜10質量部が好ましい。   As the positive electrode binder, the same binder as the negative electrode binder can be used. Among these, polyvinylidene fluoride is preferable from the viewpoint of versatility and low cost. The amount of the binder for the positive electrode to be used is preferably 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “high energy” which are in a trade-off relationship. .

正極集電体としては、電気化学的な安定性から、アルミニウム、ニッケル、銀、SUS、バルブメタル、およびそれらの合金を使用することができ、特に、アルミニウムが好ましい。   As the positive electrode current collector, aluminum, nickel, silver, SUS, valve metal, and alloys thereof can be used from the viewpoint of electrochemical stability, and aluminum is particularly preferable.

正極活物質を含む正極活物質層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。   A conductive auxiliary material may be added to the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material for the purpose of reducing impedance. Examples of the conductive auxiliary material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black.

[3]非水電解液
非水電解液としては、非水系溶媒に支持塩を溶解したものを用いる。
[3] Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving a supporting salt in a non-aqueous solvent is used.

非水系溶媒は、非水電解液の溶媒として通常よく用いられるものであり、例えばカーボネート類、塩素化炭化水素、エーテル類、ケトン類、エステル類、ニトリル類等を用いることができる。非水系溶媒は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。なかでも、非水系溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、およびそれらをフッ素置換したもの等の高誘電率の非水系溶媒の少なくとも一種と、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン以外のエステル類(特にリン酸エステル類)、エーテル類、およびそれらをフッ素置換したもの等の低誘電率の非水系溶媒の少なくとも一種を混合した混合液を用いることが好ましく、(ECもしくはPC、またはEC+PC)+(DEC、EMCおよびDMCからなる群より選ばれた1種、2種もしくは3種の混合液、またはそれらにフッ素化エーテルもしくはリン酸エステル類を混合したもの)が好ましい。   Nonaqueous solvents are commonly used as solvents for nonaqueous electrolytes. For example, carbonates, chlorinated hydrocarbons, ethers, ketones, esters, nitriles, and the like can be used. A non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Among these, as the non-aqueous solvent, at least one of high-dielectric constant non-aqueous solvents such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), and those substituted with fluorine, and diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), esters other than γ-butyrolactone (particularly phosphate esters), ethers, and non-aqueous low dielectric constants such as those substituted with fluorine It is preferable to use a mixed liquid in which at least one solvent is mixed, (EC or PC, or EC + PC) + (one, two or three mixed liquids selected from the group consisting of DEC, EMC, and DMC, or Also mixed with fluorinated ethers or phosphate esters Of) is preferred.

フッ素化エーテルとしては、下記式(1):
H−(CX12−CX34n−CH2O−CX56−CX78−H (1)
[式(1)中、nは1、2、3または4であり、X1〜X8はそれぞれ独立にフッ素原子または水素原子である。ただし、X1〜X4の少なくとも1つはフッ素原子であり、X5〜X8の少なくとも1つはフッ素原子である。また、式(1)の化合物に結合しているフッ素原子と水素原子の原子比〔(フッ素原子の総数)/(水素原子の総数)〕≧1である。]
で表される化合物が好ましく、下記式(2):
H−(CF2−CF2n−CH2O−CF2−CF2−H (2)
[式(2)中、nは1または2である。]
がより好ましい。フッ素化エーテルは、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
As the fluorinated ether, the following formula (1):
H- (CX 1 X 2 -CX 3 X 4) n -CH 2 O-CX 5 X 6 -CX 7 X 8 -H (1)
Wherein (1), n is 1, 2, 3 or 4, X 1 ~X 8 are each independently a fluorine atom or a hydrogen atom. However, at least one of X 1 to X 4 is a fluorine atom, and at least one of X 5 to X 8 is a fluorine atom. Further, the atomic ratio of fluorine atoms to hydrogen atoms bonded to the compound of formula (1) [(total number of fluorine atoms) / (total number of hydrogen atoms)] ≧ 1. ]
A compound represented by the following formula (2):
H- (CF 2 -CF 2) n -CH 2 O-CF 2 -CF 2 -H (2)
[In Formula (2), n is 1 or 2. ]
Is more preferable. A fluorinated ether can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

リン酸エステル類としては、トリエチルフォスフェート、トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスフェートを用いることができる。   As phosphoric acid esters, triethyl phosphate and tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate can be used.

支持塩としては、LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC49SO3、Li(CF3SO22、LiN(CF3SO22等のリチウム塩を用いることができる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) Lithium salt such as 2 can be used. The supporting salt can be used alone or in combination of two or more.

[4]セパレータ
セパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の多孔質フィルムや不織布を用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。
[4] Separator As the separator, a porous film such as polypropylene or polyethylene or a nonwoven fabric can be used. Moreover, what laminated | stacked them can also be used as a separator.

[5]電極素子構造
電極素子構造としては、円筒型捲回構造、偏平型捲回構造、つづら折構造、積層構造などが挙げられるが、特に、積層構造が好ましい。平面的な積層構造を有する電極素子は、Rの小さい部分(捲回構造の巻き芯に近い領域または折り返す部位にあたる領域)がないため、充放電に伴う体積変化が大きい活物質を用いた場合、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。
[5] Electrode element structure Examples of the electrode element structure include a cylindrical wound structure, a flat wound structure, a zigzag folded structure, and a laminated structure. A laminated structure is particularly preferable. Since the electrode element having a planar laminated structure does not have a portion with a small R (region close to the winding core of the wound structure or region corresponding to the folded portion), when an active material having a large volume change due to charge / discharge is used, Compared to an electrode element having a wound structure, there is an advantage that it is less likely to be adversely affected by the volume change of the electrode accompanying charge / discharge.

[6]外装体
外装体としては、非水電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、アルミニウムを主材とした缶、鉄やステンレスを取材とした缶、ラミネート樹脂などを用いることができる。特に、ラミネート樹脂が好ましい。ラミネート樹脂を外装体に用いた非水電解液二次電池の場合の外装体としては、アルミニウム、シリカをコーティングしたポリプロピレン、ポリエチレン等のラミネートフィルムを用いることができる。特に、汎用性やコスト面などの観点から、アルミニウムラミネートフィルムを用いることが好ましい。
[6] Exterior Body The exterior body can be appropriately selected as long as it is stable to the non-aqueous electrolyte and has a sufficient water vapor barrier property. For example, a can made of aluminum as a main material, a can made of iron or stainless steel, a laminate resin, or the like can be used. In particular, a laminate resin is preferable. As the exterior body in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a laminate resin as the exterior body, a laminate film such as aluminum or silica-coated polypropylene or polyethylene can be used. In particular, an aluminum laminate film is preferably used from the viewpoints of versatility and cost.

本実施形態では複数回に分けて非水電解液を注液するので、開封、注液および再封止が容易なラミネートフィルム外装体を用いることが特に好ましい。なお、開封作業の方法としては、(1)穴をあける、(2)予備部分を切断する、(3)2回目以降の注液口をあらかじめ用意しておきその注液口を開封する、などの方法が挙げられる。   In this embodiment, since the non-aqueous electrolyte is injected into a plurality of times, it is particularly preferable to use a laminate film outer package that is easy to open, inject, and reseal. In addition, as a method of opening work, (1) opening a hole, (2) cutting a preliminary | backup part, (3) preparing the liquid injection port after the 2nd time in advance, opening the liquid injection port, etc. The method is mentioned.

[7]製造方法
本実施形態に係る非水電解液二次電池の製造方法は、4つの工程を含む。以下、それらの詳細を説明する。
[7] Manufacturing Method The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment includes four steps. Details thereof will be described below.

まず、電極素子を内包する外装体中に、非水電解液を注液する(第1の工程)。第1の工程では、1種類の非水電解液を1度に注液してもよく、複数種類の非水電解液を1度に注液してもよく、1種類の非水電解液を複数回に分けて注液してもよく、複数種類の非水電解液を複数回に分けて注液してもよい。複数回の注液作業を行う際には、その間隔を数秒から数時間あけてもよい。   First, a nonaqueous electrolytic solution is injected into an exterior body that encloses an electrode element (first step). In the first step, one type of non-aqueous electrolyte may be injected at a time, a plurality of types of non-aqueous electrolytes may be injected at a time, and one type of non-aqueous electrolyte may be injected. You may inject in multiple times, and you may inject several types of non-aqueous electrolyte in multiple times. When performing the liquid injection work a plurality of times, the interval may be several seconds to several hours.

次いで、第1の工程で得られたセルを少なくとも1回充電する(第2の工程)。第2の工程では、1度で満充電状態まで充電してもよく、複数回に分けて満充電状態まで充電してもよい。満充電状態は電圧で規定され、具体的には4.0〜4.4Vが好ましく、4.1V〜4.25Vがより好ましい。充電方法は、定電流定電圧充電が好ましい。その際の定電流値は、二次電池内に含まれる正極活物質の全てを1時間で充電できる電流値を1C電流値としたときに1C以下の電流値とすることが好ましく、0.02〜0.3Cの電流値とすることがより好ましい。また、充電を行う時間は、1〜20時間程度が好ましく、5〜12時間程度がより好ましい。充電後放電してもよいが、放電後は再度充電することが好ましい。   Next, the cell obtained in the first step is charged at least once (second step). In the second step, the battery may be charged to a fully charged state at one time, or may be charged to a fully charged state in a plurality of times. The fully charged state is defined by voltage, specifically 4.0 to 4.4V is preferable, and 4.1V to 4.25V is more preferable. The charging method is preferably constant current constant voltage charging. The constant current value at that time is preferably a current value of 1 C or less when a current value that can charge all of the positive electrode active material contained in the secondary battery in 1 hour is a 1 C current value. More preferably, the current value is -0.3C. Further, the time for charging is preferably about 1 to 20 hours, and more preferably about 5 to 12 hours. Although it may discharge after charge, it is preferable to charge again after discharge.

次いで、第2の工程の開始時刻から5時間以上経過させる(第3の工程)。具体的には、第2の工程を経たセルを所定時間放置すればよい。このときのセルは、充電状態でもよく放電状態でもよいが、満充電状態で放置されることが好ましく、満充電状態で充電のための電流が流れない状態で放置されることがより好ましい。第2の工程の開始時刻から経過させる時間は、5時間以上であればよいが、24〜504時間とすることが好ましく、168〜336時間とすることがより好ましい。セル放置時の環境温度は、20〜60℃が好ましい。なお第2の工程の開始時刻から5時間以上の時間が確保されていれば、セル放置時の環境温度が高いほど、短い放置時間で目的とした効果を得られる。   Next, 5 hours or more have elapsed from the start time of the second step (third step). Specifically, the cell that has undergone the second step may be left for a predetermined time. The cell at this time may be in a charged state or a discharged state, but is preferably left in a fully charged state, and more preferably left in a state where no current for charging flows in the fully charged state. The time elapsed from the start time of the second step may be 5 hours or more, preferably 24 to 504 hours, and more preferably 168 to 336 hours. The ambient temperature when the cell is left is preferably 20 to 60 ° C. If the time of 5 hours or more from the start time of the second step is secured, the target effect can be obtained in a shorter standing time as the environmental temperature at the time of leaving the cell is higher.

次いで、第3の工程を経たセルの外装体中に、非水電解液を再度注液する(第4の工程)。第4の工程では、1種類の非水電解液を1度に注液してもよく、複数種類の非水電解液を1度に注液してもよく、1種類の非水電解液を複数回に分けて注液してもよく、複数種類の非水電解液を複数回に分けて注液してもよい。複数回の注液作業を行う際には、その間隔を数秒から数時間あけてもよい。第4の工程は、第3の工程後すぐに行ってもよいが、第3の工程での環境温度によっては、当該電池の温度が室温になるまで待ってから行ってもよい。第4の工程は、セルが満充電状態のまま行ってもよいが、放電させてから行ってもよい。   Next, the nonaqueous electrolytic solution is injected again into the outer package of the cell that has undergone the third step (fourth step). In the fourth step, one type of non-aqueous electrolyte may be injected at a time, a plurality of types of non-aqueous electrolytes may be injected at a time, and one type of non-aqueous electrolyte may be injected. You may inject in multiple times, and you may inject several types of non-aqueous electrolyte in multiple times. When performing the liquid injection work a plurality of times, the interval may be several seconds to several hours. The fourth step may be performed immediately after the third step, but may be performed after waiting for the temperature of the battery to reach room temperature depending on the environmental temperature in the third step. The fourth step may be performed after the cell is fully charged, or may be performed after discharging.

ただし、第4の工程で注液する非水電解液の量を、以下で規定されるA値の0.5〜2.0倍質量とする。より好ましくは、0.8〜1.2倍質量とする。なお、セル体積は、例えばアルキメデス法で測定することができる。
A(g)=非水電解液の密度(g/ml)×[(第4の工程開始時のセル体積(ml))−(第1の工程終了時のセル体積(ml))]
充放電による体積変化率が異なる複数種の負極活物質を含み、かつ、その体積変化率の最も大きい物質の割合が5質量部より多く95質量部より少ない場合、第2の工程により、電極内に空隙が発生しやすい。具体的には、体積変化率の異なる2種類の粒子がもたらす膨張・収縮に伴う電極内の粒子配列のズレによる空隙が発生しやすい。その後、第3の工程により、電極内の空隙に非水電解液が十分に拡散し、空隙に対し非水電解液が均一に配置される。そして、第4の工程により、非水電解液があふれることなく、外装体内に十分な量の非水電解液を具備する非水電解液二次電池が得られる。
However, the amount of the nonaqueous electrolytic solution to be injected in the fourth step is 0.5 to 2.0 times the mass of the A value defined below. More preferably, the mass is 0.8 to 1.2 times. The cell volume can be measured by, for example, the Archimedes method.
A (g) = nonaqueous electrolyte density (g / ml) × [(cell volume at the start of the fourth step (ml)) − (cell volume at the end of the first step (ml))]
When a plurality of types of negative electrode active materials having different volume change rates due to charge and discharge are included and the ratio of the material having the largest volume change rate is more than 5 parts by mass and less than 95 parts by mass, Voids are likely to be generated. Specifically, voids are likely to occur due to misalignment of the particle arrangement in the electrode due to expansion / contraction caused by two types of particles having different volume change rates. Thereafter, in the third step, the non-aqueous electrolyte is sufficiently diffused into the gaps in the electrodes, and the non-aqueous electrolyte is uniformly arranged in the gaps. In the fourth step, the nonaqueous electrolyte secondary battery having a sufficient amount of nonaqueous electrolyte in the exterior body is obtained without overflowing the nonaqueous electrolyte.

なお、本実施形態に係る製造方法は、リチウムイオン二次電池に限らず、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、アルミニウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池にも応用できる。   The manufacturing method according to the present embodiment is not limited to a lithium ion secondary battery, but a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a sodium ion secondary battery, a magnesium ion secondary battery, an aluminum ion secondary battery, or a calcium ion secondary battery. It can also be applied to secondary batteries.

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be specifically described by way of examples.

(実施例1)
金属(b)としての平均粒径5μmのシリコンと、金属酸化物(c)としての平均粒径13μmの非晶質酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)とを、32:68の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得た。なお、この負極活物質において、金属(b)であるシリコンは、金属酸化物(c)である酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)中に分散している。また、シリコンは、非晶質酸化シリコンより充放電による体積変化が大きい。得られた負極活物質(平均粒径D50=5μm)と、負極用結着剤としてのPVdF(株式会社クレハ製、商品名:KFポリマー#9210)とを、80:20の質量比で計量し、それらをn−メチルピロリドンと混合して、負極スラリーとした。負極スラリーを厚さ15μmの銅箔に1cm2当たり2.5mgの量となるように塗布した後に乾燥・プレスし、170mm×88mmに切断することで、負極を作製した。
Example 1
Mass of 32:68 with silicon having an average particle size of 5 μm as metal (b) and amorphous silicon oxide (SiO x , 0 <x ≦ 2) with an average particle size of 13 μm as metal oxide (c) The negative electrode active material was obtained by measuring by ratio and mixing by so-called mechanical milling for 24 hours. In this negative electrode active material, silicon as the metal (b) is dispersed in silicon oxide (SiO x , 0 <x ≦ 2) as the metal oxide (c). Silicon has a larger volume change due to charge and discharge than amorphous silicon oxide. The obtained negative electrode active material (average particle size D50 = 5 μm) and PVdF (trade name: KF polymer # 9210, manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a negative electrode binder were weighed at a mass ratio of 80:20. These were mixed with n-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was applied to a copper foil having a thickness of 15 μm so as to have an amount of 2.5 mg per 1 cm 2 , dried and pressed, and cut into 170 mm × 88 mm to produce a negative electrode.

正極活物質としてのニッケル酸リチウム(LiNi0.80Co0.15Al0.152)と、導電補助材としてのカーボンブラックと、正極用結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、90:5:5の質量比で計量し、それらをn−メチルピロリドンと混合して、正極スラリーとした。正極スラリーを厚さ20μmのアルミ箔に1cm2当たり20mgの量となるように塗布した後に乾燥・プレスし、166mm×84mmに切断することで、正極を作製した。 A mass ratio of lithium nickelate (LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.15 O 2 ) as the positive electrode active material, carbon black as the conductive auxiliary material, and polyvinylidene fluoride as the positive electrode binder is 90: 5: 5 And mixed with n-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm so as to have an amount of 20 mg per 1 cm 2 , dried and pressed, and cut into 166 mm × 84 mm to produce a positive electrode.

得られた正極の8層と負極の9層を、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質フィルムを挟みつつ交互に重ねた。正極活物質に覆われていない正極集電体および負極活物質に覆われていない負極集電体の端部をそれぞれ溶接し、さらにその溶接箇所に、アルミニウム製の正極端子およびニッケル製の負極端子をそれぞれ溶接して、平面的な積層構造を有する電極素子を得た。この電極素子を、外装体としてのアルミニウムラミネートフィルムで包み、タブが出ている2辺を熱シール機で封止した。1辺はアルミニウムラミネートの折り返し部のため、封止はしていない。   The obtained 8 layers of the positive electrode and 9 layers of the negative electrode were alternately stacked while sandwiching a polypropylene porous film as a separator. The ends of the positive electrode current collector that is not covered with the positive electrode active material and the negative electrode current collector that is not covered with the negative electrode active material are welded, and the positive electrode terminal made of aluminum and the negative electrode terminal made of nickel are further welded to the welded portions. Were respectively welded to obtain an electrode element having a planar laminated structure. This electrode element was wrapped with an aluminum laminate film as an outer package, and the two sides where the tabs came out were sealed with a heat sealing machine. One side is not sealed because it is a folded portion of aluminum laminate.

次に、第1の工程として、外装体中に非水電解液を20g注液した。非水電解液としては、LiPF6を1モル/Lの濃度で含むEC/PC/DMC/EMC/DEC/HF2C−CF2−CH2−O−CF2−CF2H=10/10/10/10/20/40(体積比)の混合溶媒を用いた。この非水電解液の密度は、1.3g/mlであった。その後、真空包装機(TOSPAC製、商品名:V305GII)を用いて、0.1気圧以下まで減圧しつつ封止することで、非水電解液二次電池を作製した。 Next, as a first step, 20 g of a nonaqueous electrolytic solution was injected into the exterior body. As the non-aqueous electrolyte, EC / PC / DMC / EMC / DEC / HF 2 C—CF 2 —CH 2 —O—CF 2 —CF 2 H = 10/10 containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. A mixed solvent of / 10/10/20/40 (volume ratio) was used. The density of this non-aqueous electrolyte was 1.3 g / ml. Then, the non-aqueous-electrolyte secondary battery was produced by sealing using a vacuum packaging machine (product name: V305GII, made by TOSPAC) while reducing the pressure to 0.1 atm or less.

次に、第2の工程として、当該電池を定電流定電圧充電(1回目)した。この時の充電電流は、当該電池内に含まれる正極活物質の全てを1時間で充電できる電流値を1C電流値とした場合における0.1C電流値とし、充電時間を10時間とした。その後1C電流値で放電し、1C電流値で満充電状態まで再充電した。第2の工程は室温で行った。   Next, as a second step, the battery was charged with constant current and constant voltage (first time). The charging current at this time was set to a 0.1 C current value when a current value capable of charging all of the positive electrode active materials contained in the battery in 1 hour was a 1 C current value, and a charging time was set to 10 hours. Thereafter, the battery was discharged at a 1C current value and recharged to a fully charged state at a 1C current value. The second step was performed at room temperature.

次に、第3の工程として、第2の工程の開始時刻から15時間(管理時間)が経過するまで当該電池を放置した。第3の工程は、60℃環境下で行った。   Next, as the third step, the battery was left until 15 hours (management time) had elapsed from the start time of the second step. The third step was performed in a 60 ° C. environment.

次に、第4の工程として、再度外装体中に非水電解液を注液した。なお、当該電池の体積変化量((第4の工程開始時のセル体積(ml))−(第1の工程終了時のセル体積(ml))、以下同様)は5mlであったので、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。なお、電池の体積は、アルキメデス法にて測定した。   Next, as a fourth step, the nonaqueous electrolytic solution was injected again into the exterior body. Since the volume change amount of the battery ((cell volume at the start of the fourth step (ml)) − (cell volume at the end of the first step (ml)), the same applies hereinafter) was 5 ml. 6.5 g of the non-aqueous electrolyte solution, which is one time the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte solution, was injected. The volume of the battery was measured by the Archimedes method.

(実施例2)
負極用結着剤としてポリイミド(宇部興産株式会社製、商品名:UワニスA)を用い、負極スラリーを塗布した後に乾燥し、さらに窒素雰囲気下350℃の熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 2)
Except that polyimide (Ube Industries, Ltd., trade name: U Varnish A) was used as the negative electrode binder, the negative electrode slurry was applied and then dried, and further heat treatment was performed at 350 ° C. in a nitrogen atmosphere. 1 was carried out. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例3)
一般式SiOで表される酸化シリコン粉末(酸化シリコンとシリコンとの混合物)を、メタンガスを含む雰囲気下1150℃で6時間CVD処理を行うことで、酸化シリコン中のシリコンがナノクラスター化し、かつ表面がカーボンで被覆されたシリコン−酸化シリコン−カーボン複合体(負極活物質)を得た。また、シリコンは、酸化シリコンおよびカーボンより充放電による体積変化が大きい。得られた負極活物質(平均粒径D50=5μm)と、負極用結着剤としてのポリイミド(宇部興産株式会社製、商品名:UワニスA)とを、80:20の質量比で計量し、それらをn−メチルピロリドンと混合して、負極スラリーとした。負極スラリーを厚さ10μmの銅箔の表面に1cm2当たり2.5mgの量となるように塗布した後に乾燥し、同様に裏面にも塗布・乾燥し、さらに窒素雰囲気下350℃の熱処理を行うことで、負極を作製した。
(Example 3)
Silicon oxide powder (mixture of silicon oxide and silicon) represented by the general formula SiO is subjected to CVD treatment at 1150 ° C. for 6 hours in an atmosphere containing methane gas, so that silicon in silicon oxide is nanoclustered and the surface A silicon-silicon oxide-carbon composite (negative electrode active material) coated with carbon was obtained. Silicon has a larger volume change due to charging and discharging than silicon oxide and carbon. The obtained negative electrode active material (average particle diameter D50 = 5 μm) and polyimide as a negative electrode binder (made by Ube Industries, trade name: U varnish A) were weighed at a mass ratio of 80:20. These were mixed with n-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was applied to the surface of a copper foil having a thickness of 10 μm so as to have an amount of 2.5 mg per 1 cm 2 and then dried. Similarly, the negative electrode slurry was also applied to the back surface and dried, followed by heat treatment at 350 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thus, a negative electrode was produced.

上記のように作製した負極を用いたこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。   It implemented like Example 1 except having used the negative electrode produced as mentioned above. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(比較例1)
黒鉛材料(平均粒径D50=20μm)と、負極用結着剤としてのポリイミド(宇部興産株式会社製、商品名:UワニスA)とを、80:20の質量比で計量し、それらをn−メチルピロリドンと混合して、負極スラリーとした。負極スラリーを厚さ15μmの銅箔に1cm2当たり18.0mgの量となるように塗布した後に乾燥・プレスし、さらに窒素雰囲気下350℃の熱処理を行った後、170mm×88mmに切断することで、負極を作製した。
(Comparative Example 1)
Graphite material (average particle diameter D50 = 20 μm) and polyimide as a binder for negative electrode (Ube Industries, Ltd., trade name: U Varnish A) are weighed at a mass ratio of 80:20, and they are n -It mixed with methylpyrrolidone and it was set as the negative electrode slurry. The negative electrode slurry is applied to a copper foil having a thickness of 15 μm so as to have an amount of 18.0 mg per 1 cm 2 , dried and pressed, further heat-treated at 350 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then cut into 170 mm × 88 mm. Thus, a negative electrode was produced.

上記のように作製した負極を用いたこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は2.5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる3.25gの非水電解液を注液した。   It implemented like Example 1 except having used the negative electrode produced as mentioned above. Since the volume change amount of the battery was 2.5 ml, in the fourth step, 3.25 g of non-aqueous electrolyte, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte, is used. A water electrolyte was injected.

(実施例4)
第2の工程として、1回目の充電のみ行い、放電および再度の充電を行わなかったこと以外は、実施例3と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 4)
The second step was carried out in the same manner as in Example 3 except that only the first charge was performed and the discharge and recharge were not performed. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例5)
第2の工程での1回目の充電を0.5C電流値で行い、充電時間を1時間とし、第3の工程で当該電池を放置する時間を第2の工程の開始時刻から第4の工程の開始時刻までの時間が5時間となるように調整したこと以外は、実施例3と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 5)
The first charge in the second step is performed at a current value of 0.5 C, the charging time is 1 hour, and the time for which the battery is left in the third step is the fourth step from the start time of the second step. This was carried out in the same manner as in Example 3 except that the time until the start time was adjusted to 5 hours. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例6)
第3の工程を60℃環境下で行うこととし、第3の工程で当該電池を放置する時間を第2の工程の開始時刻から第4の工程の開始時刻までの時間が168時間となるように調整したこと以外は、実施例3と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 6)
The third step is performed in an environment of 60 ° C., and the time for which the battery is left in the third step is 168 hours from the start time of the second step to the start time of the fourth step. The same procedure as in Example 3 was performed except that the adjustment was made. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例7)
第4の工程において、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の0.5倍となる3.25gの非水電解液を注液したこと以外は、実施例3と同様に実施した。
(Example 7)
In Example 4, except that 3.25 g of the nonaqueous electrolyte solution, which is 0.5 times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the nonaqueous electrolyte solution, was injected. It carried out similarly.

(実施例8)
第4の工程において、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の2倍となる13gの非水電解液を注液したこと以外は、実施例3と同様に実施した。
(Example 8)
In the fourth step, the same procedure as in Example 3 was performed except that 13 g of the nonaqueous electrolyte solution, which was twice the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the nonaqueous electrolyte solution, was injected. .

(実施例9)
負極用結着剤としてポリアミドイミド(東洋紡績株式会社製、商品名:バイロマックス(登録商標))を用いたこと以外は、実施例3と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
Example 9
The same procedure as in Example 3 was performed except that polyamideimide (manufactured by Toyobo Co., Ltd., trade name: Viromax (registered trademark)) was used as the binder for the negative electrode. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(比較例2)
第2の工程での1回目の充電を0.5C電流値で行い、充電時間を1時間とし、第3の工程で当該電池を放置する時間を第2の工程の開始時刻から第4の工程の開始時刻までの時間が4時間となるように調整したこと以外は、実施例3と同様に実施した。ただし、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の0.25倍となる1.625gの非水電解液を注液した。
(Comparative Example 2)
The first charge in the second step is performed at a current value of 0.5 C, the charging time is 1 hour, and the time for which the battery is left in the third step is the fourth step from the start time of the second step. This was carried out in the same manner as in Example 3 except that the time until the start time was adjusted to 4 hours. However, since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 1.625 g of non-aqueous electrolyte was 0.25 times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. A water electrolyte was injected.

(比較例3)
第2の工程を行わなわずに、第3の工程として、第1の工程の終了時刻から15時間が経過するまで当該電池を放置したこと以外は、実施例3と同様に実施した。ただし、当該電池の体積変化量は1mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の0.25倍となる0.325gの非水電解液を注液した。
(Comparative Example 3)
The third step was carried out in the same manner as in Example 3 except that the battery was left until 15 hours passed from the end time of the first step without performing the second step. However, since the volume change of the battery was 1 ml, in the fourth step, 0.325 g of non-aqueous electrolyte, which is 0.25 times the value obtained by multiplying the volume change of the battery by the density of the nonaqueous electrolyte, is used. A water electrolyte was injected.

(比較例4)
第2の工程を行わなわずに、第3の工程として、第1の工程の終了時刻から4時間が経過するまで当該電池を放置したこと以外は、実施例3と同様に実施した。ただし、当該電池は体積変化を起こしていなかった(0ml)ので、第4の工程での非水電解液の注液も行わなかった(注液量:0g)。
(Comparative Example 4)
Without performing the second step, the third step was performed in the same manner as in Example 3 except that the battery was left until 4 hours passed from the end time of the first step. However, since the volume of the battery did not change (0 ml), the nonaqueous electrolyte solution was not injected in the fourth step (injection amount: 0 g).

(比較例5)
第2の工程を行わなわずに、第3の工程として、第1の工程の終了時刻から15時間が経過するまで当該電池を放置したこと以外は、実施例3と同様に実施した。ただし、当該電池は体積変化を起こしていなかった(0ml)ので、第4の工程での非水電解液の注液も行わなかった(注液量:0g)。
(Comparative Example 5)
The third step was carried out in the same manner as in Example 3 except that the battery was left until 15 hours passed from the end time of the first step without performing the second step. However, since the volume of the battery did not change (0 ml), the nonaqueous electrolyte solution was not injected in the fourth step (injection amount: 0 g).

(比較例6)
第2の工程での1回目の充電を0.5C電流値で行い、充電時間を1時間とし、第3の工程で当該電池を放置する時間を第2の工程の開始時刻から第4の工程の開始時刻までの時間が4時間となるように調整したこと以外は、実施例3と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Comparative Example 6)
The first charge in the second step is performed at a current value of 0.5 C, the charging time is 1 hour, and the time for which the battery is left in the third step is the fourth step from the start time of the second step. This was carried out in the same manner as in Example 3 except that the time until the start time was adjusted to 4 hours. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(比較例7)
第4の工程において、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の0.25倍となる1.625gの非水電解液を注液したこと以外は、実施例3と同様に実施した。
(Comparative Example 7)
In Example 4, except that 1.625 g of the non-aqueous electrolyte solution, which was 0.25 times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte solution, was injected. It carried out similarly.

(比較例8)
第4の工程において、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の2.5倍となる16.25gの非水電解液を注液したこと以外は、実施例3と同様に実施した。
(Comparative Example 8)
In Example 4, except that 16.25 g of the non-aqueous electrolyte, which is 2.5 times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte, was injected. It carried out similarly.

(実施例10)
平均粒径5μmのシリコンと平均粒径13μmの非晶質酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)とを、25:75の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得たこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 10)
Silicon having an average particle diameter of 5 μm and amorphous silicon oxide having an average particle diameter of 13 μm (SiO x , 0 <x ≦ 2) are weighed at a mass ratio of 25:75, and mixed by so-called mechanical milling for 24 hours. It implemented like Example 1 except having obtained the negative electrode active material. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例11)
平均粒径5μmのシリコンと平均粒径13μmの非晶質酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)とを、85:15の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得たこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Example 11)
Silicon having an average particle diameter of 5 μm and amorphous silicon oxide (SiO x , 0 <x ≦ 2) having an average particle diameter of 13 μm are weighed at a mass ratio of 85:15 and mixed by so-called mechanical milling for 24 hours. It implemented like Example 1 except having obtained the negative electrode active material. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例12)
金属(b)としての平均粒径5μmのスズと、金属酸化物(c)としての平均粒径13μmの非晶質酸化スズ(SnOx、0<x≦2)とを、85:15の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得たこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。また、スズは、非晶質酸化スズより充放電による体積変化が大きい。
(Example 12)
A mass of 85:15 of tin having an average particle diameter of 5 μm as the metal (b) and amorphous tin oxide (SnO x , 0 <x ≦ 2) having an average particle diameter of 13 μm as the metal oxide (c) The measurement was carried out in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was obtained by weighing by ratio and mixing by so-called mechanical milling for 24 hours. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured. Tin has a larger volume change due to charging and discharging than amorphous tin oxide.

(比較例9)
平均粒径5μmのシリコンと平均粒径13μmの非晶質酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)とを、5:95の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得たこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Comparative Example 9)
Silicon having an average particle diameter of 5 μm and amorphous silicon oxide (SiO x , 0 <x ≦ 2) having an average particle diameter of 13 μm are weighed at a mass ratio of 5:95 and mixed by so-called mechanical milling for 24 hours. It implemented like Example 1 except having obtained the negative electrode active material. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(比較例10)
平均粒径5μmのシリコンと平均粒径13μmの非晶質酸化シリコン(SiOx、0<x≦2)とを、95:5の質量比で計量し、いわゆるメカニカルミリングで24時間混合して、負極活物質を得たこと以外は、実施例1と同様に実施した。なお、当該電池の体積変化量は5mlであったので、第4の工程では、当該電池の体積変化量に非水電解液の密度をかけた値の1倍となる6.5gの非水電解液を注液した。
(Comparative Example 10)
Silicon having an average particle diameter of 5 μm and amorphous silicon oxide having an average particle diameter of 13 μm (SiO x , 0 <x ≦ 2) are weighed at a mass ratio of 95: 5 and mixed by so-called mechanical milling for 24 hours. It implemented like Example 1 except having obtained the negative electrode active material. Since the volume change amount of the battery was 5 ml, in the fourth step, 6.5 g of non-aqueous electrolysis, which is one times the value obtained by multiplying the volume change amount of the battery by the density of the non-aqueous electrolyte. The liquid was poured.

(実施例13)
HF2C−CF2−CH2−O−CF2−CF2Hをトリエチルフォスフェート(PO(OCH2CH33)に変更したこと以外は、実施例1と同様に実施した。
(Example 13)
The same procedure as in Example 1 was performed except that HF 2 C—CF 2 —CH 2 —O—CF 2 —CF 2 H was changed to triethyl phosphate (PO (OCH 2 CH 3 ) 3 ).

<評価>
作製した非水電解液二次電池に対し、60℃に保った恒温槽中で、2.5Vから4.1Vの電圧範囲で充放電を繰り返すサイクル試験を行い、容量維持率および体積変化を評価した。その試験結果を表1に示す。なお、表1中の「60℃50サイクル維持率」は、(50サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)(単位:%)を表す。また「60℃50サイクル体積変化」は、(50サイクル後のアルキメデス法による当該電池の体積)/(1サイクル前のアルキメデス法による当該電池の体積)(単位:%)を表す。なお、非水電解液のあふれが激しく、設定通りの非水電解液を注液することができなかった非水電解液二次電池は、NG品としてサイクル評価は行わなかった。
<Evaluation>
The produced non-aqueous electrolyte secondary battery is subjected to a cycle test in which charging and discharging are repeated in a voltage range of 2.5 V to 4.1 V in a thermostat kept at 60 ° C., and the capacity maintenance ratio and the volume change are evaluated. did. The test results are shown in Table 1. In Table 1, “60 ° C. 50 cycle maintenance ratio” represents (discharge capacity at the 50th cycle) / (discharge capacity at the first cycle) (unit:%). Further, “60 ° C., 50 cycle volume change” represents (volume of the battery by Archimedes method after 50 cycles) / (volume of the battery by Archimedes method before 1 cycle) (unit:%). In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the non-aqueous electrolyte solution was so overflowing that it was not possible to inject the non-aqueous electrolyte solution as set was not subjected to cycle evaluation as an NG product.

Figure 0005561774
Figure 0005561774

表1に示すように、実施例1乃至13で作製した非水電解液二次電池の60℃50サイクル維持率と60℃50サイクル体積変化は、比較例1乃至10で作製した非水電解液二次電池のそれらよりも優れていた。この結果から、本実施形態により、長寿命駆動が可能な非水電解液二次電池を提供することが明らかとなった。   As shown in Table 1, the 60 ° C. 50 cycle maintenance ratio and the 60 ° C. 50 cycle volume change of the nonaqueous electrolyte secondary batteries produced in Examples 1 to 13 are the nonaqueous electrolyte solutions produced in Comparative Examples 1 to 10. It was better than those of secondary batteries. From this result, it became clear that the present embodiment provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be driven for a long life.

本実施形態は、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源;電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源;UPSなどのバックアップ電源;太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備;などに、利用することができる。   This embodiment can be used in all industrial fields that require a power source, and in industrial fields related to the transport, storage, and supply of electrical energy. Specifically, power supplies for mobile devices such as mobile phones and notebook computers; power supplies for transportation and transportation media such as trains, satellites, and submarines, including electric vehicles such as electric cars, hybrid cars, electric bikes, and electric assist bicycles A backup power source such as a UPS; a power storage facility for storing power generated by solar power generation, wind power generation, etc .;

a 負極
b セパレータ
c 正極
d 負極集電体
e 正極集電体
f 正極端子
g 負極端子
a negative electrode b separator c positive electrode d negative electrode current collector e positive electrode current collector f positive electrode terminal g negative electrode terminal

Claims (8)

正極および負極が対向配置された電極素子と、非水電解液と、前記電極素子および前記非水電解液を内包する外装体とを有し、前記負極が、負極結着剤と、充放電による体積変化率が異なる複数種の負極活物質を含み、かつ、その体積変化率の最も大きい負極活物質の割合が負極活物質全体の5質量部より多く95質量部より少ない非水電解液二次電池の製造方法であって、
前記電極素子を内包する前記外装体中に、前記非水電解液を注液する第1の工程と、
前記第1の工程で得られたセルを少なくとも1回充電する第2の工程と、
前記第2の工程の開始時刻から5時間以上経過させる第3の工程と、
前記第3の工程を経たセルの前記外装体中に、以下で規定されるA値の0.5〜2.0倍質量の前記非水電解液を注液する第4の工程と
を有することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
A(g)=非水電解液の密度(g/ml)×[(第4の工程開始時のセル体積(ml))−(第1の工程終了時のセル体積(ml))]
An electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are arranged to face each other, a non-aqueous electrolyte, and an outer package containing the electrode element and the non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode is formed by a negative electrode binder and charge / discharge Non-aqueous electrolyte secondary containing a plurality of types of negative electrode active materials having different volume change rates, and the proportion of the negative electrode active material having the largest volume change rate is more than 5 parts by mass and less than 95 parts by mass of the whole negative electrode active material A battery manufacturing method comprising:
A first step of injecting the non-aqueous electrolyte into the exterior body containing the electrode element;
A second step of charging the cell obtained in the first step at least once;
A third step in which 5 hours or more have elapsed from the start time of the second step;
A fourth step of injecting the non-aqueous electrolyte having a mass of 0.5 to 2.0 times the A value defined below into the exterior body of the cell that has undergone the third step. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
A (g) = nonaqueous electrolyte density (g / ml) × [(cell volume at the start of the fourth step (ml)) − (cell volume at the end of the first step (ml))]
前記体積変化率の最も大きい負極活物質が、リチウムと合金を作ることが可能なシリコンであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池の製造方法。   The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material having the largest volume change rate is silicon capable of forming an alloy with lithium. 前記負極活物質が、リチウムを吸蔵放出可能な炭素材料(a)と、リチウムと合金を作ることが可能な金属(b)と、リチウムを吸蔵放出可能な金属酸化物(c)とからなることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解液二次電池の製造方法。   The negative electrode active material comprises a carbon material (a) capable of occluding and releasing lithium, a metal (b) capable of forming an alloy with lithium, and a metal oxide (c) capable of occluding and releasing lithium. The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 1 or 2 characterized by these. 前記金属酸化物(c)が、前記金属(b)を構成する金属の酸化物であることを特徴とする請求項3に記載の非水電解液二次電池の製造方法The said metal oxide (c) is a metal oxide which comprises the said metal (b), The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記負極結着剤が、ポリイミドまたはポリアミドイミドであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the negative electrode binder is polyimide or polyamideimide. 前記外装体が、アルミニウムラミネートフィルムであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the outer package is an aluminum laminate film. 前記電極素子が、平面的な積層構造を有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electrode element has a planar laminated structure. 前記非水電解液が、フッ素化エーテルまたはリン酸エステルを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池の製造方法The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated ether or a phosphate ester.
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