JP5880964B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。詳しくは、正極合材層の水分量が制御された非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. Specifically, the present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the moisture content of the positive electrode mixture layer is controlled.

リチウム二次電池その他の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べ、小型、軽量かつ高エネルギー密度であって、出力密度にも優れる。このため、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や、ハイブリッド車両等の車両駆動用電源として好ましく用いられている。この種の非水電解質二次電池の典型的な構成では、正極と負極と電解液とが電池ケースに収容されている。正負の電極には対応する電極集電体上に電荷担体(典型的にはリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出し得る材料(活物質)を主体とする電極合材層(活物質)が備えられており、かかる電極間を電荷担体が行き来することによって充電および放電が行われる。   Lithium secondary batteries and other non-aqueous electrolyte secondary batteries are smaller, lighter, and have higher energy density and superior output density than existing batteries. For this reason, it is preferably used as a so-called portable power source such as a personal computer or a portable terminal, or a vehicle driving power source such as a hybrid vehicle. In a typical configuration of this type of nonaqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are accommodated in a battery case. Positive and negative electrodes have an electrode mixture layer (active material) mainly composed of a material (active material) capable of reversibly occluding and releasing charge carriers (typically lithium ions) on a corresponding electrode current collector. And charge and discharge are performed by charge carriers moving back and forth between the electrodes.

ところで、このような非水電解質二次電池では、外的要因(電池の製造工程における金属粉混入あるいは、使用時における落下等の衝撃や金属物の突き刺し等)やデンドライトの生成等により電池内部で短絡(内部短絡)が発生する場合がある。かかる場合、短絡した部分でジュール熱が発生することによって活物質等が発熱し、該電池の温度が急激に上昇する虞がある。とりわけ車両駆動用電源等に用いられるような高容量や高エネルギー密度の電池ではこのような温度上昇が顕著なため、高い信頼性が確保される必要がある。   By the way, in such a non-aqueous electrolyte secondary battery, internal factors such as contamination of metal powder in the battery manufacturing process, impact such as dropping during use or piercing of metal objects during use, generation of dendrites, etc. A short circuit (internal short circuit) may occur. In this case, Joule heat is generated at the short-circuited portion, so that the active material or the like generates heat, and the temperature of the battery may rapidly increase. In particular, such a temperature rise is remarkable in a battery having a high capacity and a high energy density used for a power source for driving a vehicle, and thus high reliability needs to be ensured.

上記のような温度上昇を抑制し得る技術としては、電極(正負極)間の抵抗差を大きくする手法が知られている。例えば特許文献1には、正負極のいずれか一方が電池ケースと電気的に導通されており、ケースに導通されていない側の電極が備える電極合材層の電気抵抗が他方よりも顕著に大きいことを特徴とするリチウム二次電池が開示されている。かかる構成によれば、内部短絡が発生した際の短絡電流を流れにくくすることができる。   A technique for increasing the resistance difference between electrodes (positive and negative electrodes) is known as a technique that can suppress the temperature rise as described above. For example, in Patent Document 1, one of the positive and negative electrodes is electrically connected to the battery case, and the electric resistance of the electrode mixture layer provided in the electrode on the side not connected to the case is significantly larger than the other. A lithium secondary battery characterized by the above is disclosed. According to this configuration, it is possible to make it difficult for a short-circuit current to flow when an internal short circuit occurs.

特開2011−096539号公報JP 2011-0965539 A 特開2011−034861号公報JP 2011-034861 A

しかしながら、上記技術では電極の抵抗を高くする必要があるため電池特性が低下する虞がある。加えて、非水電解質二次電池は近年より一層高容量化や高エネルギー密度化される傾向にあり、このような電池では内部短絡時に瞬間的に流れる短絡電流がこれまで以上に大きい。また、エネルギー密度を高めた電池では一般的に該電池の内部(例えば電極合材層内)に空隙が少ないため、放熱性が低くなっている。このため、内部短絡時の温度上昇の挙動が従来とは異なり、急激な温度上昇や局所的な温度上昇を生じる虞がある。   However, in the above technique, since it is necessary to increase the resistance of the electrode, the battery characteristics may be deteriorated. In addition, non-aqueous electrolyte secondary batteries tend to have higher capacities and higher energy densities in recent years, and in such batteries, the short-circuit current that instantaneously flows when an internal short circuit occurs is greater than ever. Further, in a battery with an increased energy density, heat dissipation is generally low because there are few voids inside the battery (for example, in the electrode mixture layer). For this reason, the behavior of the temperature rise at the time of an internal short circuit is different from the conventional one, and there is a risk of causing a rapid temperature rise or a local temperature rise.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた電池特性を維持しつつ、内部短絡時の不具合(温度上昇等)が抑制された信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することである。   The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is to maintain a highly reliable non-aqueous electrolyte secondary in which a malfunction (temperature increase or the like) at the time of an internal short circuit is suppressed while maintaining excellent battery characteristics. It is to provide a battery.

本発明者は、内部短絡時の局所的な温度上昇を抑制し得る手法について種々検討した結果、電極合材層に水分を含有させることに想到した。しかし、一般的には電池内に水分が含まれると充放電時にガスが発生したり電池特性が悪化したりするため、該電池の構築時に可能な限り水分を除去することが通例である。そこで、本発明者はさらに鋭意検討を重ね、電極合材層内に含有される水分の量を好適な範囲に調整することで優れた電池特性と高い信頼性(内部短絡時の耐性)とを両立し得ることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of various studies on techniques that can suppress a local temperature increase during an internal short circuit, the present inventor has conceived that the electrode mixture layer contains moisture. However, generally, if moisture is contained in a battery, gas is generated during charge / discharge or battery characteristics are deteriorated. Therefore, it is usual to remove moisture as much as possible when the battery is constructed. Therefore, the present inventor has further studied earnestly, and by adjusting the amount of moisture contained in the electrode mixture layer within a suitable range, excellent battery characteristics and high reliability (resistance at the time of internal short circuit) are achieved. The inventors found that they can be compatible, and completed the present invention.

本発明によれば、正極と負極とを備えた電極体と非水電解質とが所定の電池ケース内に収容された非水電解質二次電池が提供される。上記正極は、正極集電体と該集電体上に形成された正極活物質を含む正極合材層とを備えている。そして、上記正極合材層はカールフィッシャー法(典型的には水分気化法−電量滴定法)によって、120℃で30分経過後に検出される水分量が300ppm以下であり、300℃で30分経過後に検出される水分量が3000ppm以上10000ppm以下である。なお、本明細書において「ppm」とは、質量分率すなわちppm(質量/質量)をいう。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery by which the electrode body provided with the positive electrode and the negative electrode and the nonaqueous electrolyte were accommodated in the predetermined battery case is provided. The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material formed on the current collector. The positive electrode mixture layer has a water content of 300 ppm or less detected after 30 minutes at 120 ° C. by Karl Fischer method (typically moisture vaporization method-coulometric titration method), and 30 minutes at 300 ° C. The amount of water detected later is 3000 ppm or more and 10,000 ppm or less. In the present specification, “ppm” refers to mass fraction, that is, ppm (mass / mass).

上記構成の電池では120℃・30分の加熱条件で検出される正極合材層からの脱水量が300ppm以下である。すなわち、電池の通常使用温度域(典型的には100℃以下)における正極合材層中の水分量が低減されているため、通常使用時には抵抗の増大や電池特性の低下を招来することなく高い電池特性を発揮することができる。
また、上記構成の電池では、300℃・30分の加熱条件で検出される正極合材層からの脱水量が3000ppm以上である。このため、内部短絡によって電池内部の温度が上昇した(例えば200℃〜300℃の温度になった)際に、正極活物質層に含まれる水分が脱離し、電池温度の上昇を効果的に抑制することができる。さらに、この水分が相転移して水蒸気となる際に蒸発熱(気化熱)が必要となるため、かかる温度上昇をより一層効果的に抑制することができる。したがって、金属物の釘刺し等によって電池内部に短絡を生じ瞬間的に大電流が流れた場合であっても、急激な温度上昇を回避することができる。
このように、本発明によれば優れた電池特性を維持しつつ内部短絡時の温度上昇を抑制し得る、信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することができる。
In the battery having the above configuration, the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer detected under heating conditions of 120 ° C. for 30 minutes is 300 ppm or less. That is, since the amount of water in the positive electrode mixture layer in the normal use temperature range (typically 100 ° C. or lower) of the battery is reduced, it is high without causing an increase in resistance or a decrease in battery characteristics during normal use. Battery characteristics can be exhibited.
Further, in the battery having the above configuration, the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer detected under the heating condition of 300 ° C. for 30 minutes is 3000 ppm or more. For this reason, when the temperature inside the battery rises due to an internal short circuit (for example, a temperature of 200 ° C. to 300 ° C.), moisture contained in the positive electrode active material layer is desorbed, and the rise in battery temperature is effectively suppressed. can do. Furthermore, since heat of vaporization (heat of vaporization) is required when the moisture undergoes phase transition to become water vapor, the temperature rise can be more effectively suppressed. Therefore, even when a short circuit occurs in the battery due to a nail penetration of a metal object and a large current flows instantaneously, a rapid temperature rise can be avoided.
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress an increase in temperature during an internal short circuit while maintaining excellent battery characteristics.

ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記正極活物質は、一般式:Li1+δ(NiCoMn)O(ここで、Mは、遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上であり、δは、0≦δ≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり、a,b,c,dは、a+b+c+d≒1を満たし、a,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい。)で表されるリチウム遷移金属酸化物を含む。
上記酸化物は、その一部に該酸化物を構成する金属元素(例えばNi、Co、Mn)のオキシ水酸化物(例えばNiOOH、CoOOH、FeOOH)を含有し得る。このオキシ水酸化物は、凡そ200℃〜300℃程度の温度で分解して水を生じ得る。このため、上記酸化物を備えた電池では、内部短絡によって電池内部の温度が上昇した際に、更なる温度上昇を抑制することができる。さらに、上記酸化物はエネルギー密度が高いため、より一層高い電池特性(例えば電池容量)を実現することができる。したがって、優れた電池特性と内部短絡時の信頼性とをより一層高いレベルで両立することができる。
In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the positive electrode active material has a general formula: Li 1 + δ (Ni a Co b Mn c M d ) O 2 (where M is a transition metal element) , One or more selected from a typical metal element and boron (B), and δ is a value determined to satisfy the charge neutrality condition when 0 ≦ δ ≦ 0.2, and a, b, c , D satisfies a + b + c + d≈1, and at least one of a, b, and c is greater than 0.
The oxide may contain, in part, an oxyhydroxide (eg, NiOOH, CoOOH, FeOOH) of a metal element (eg, Ni, Co, Mn) constituting the oxide. This oxyhydroxide can decompose at a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. to produce water. For this reason, in the battery provided with the said oxide, when the temperature inside a battery rises by an internal short circuit, the further temperature rise can be suppressed. Furthermore, since the oxide has a high energy density, it is possible to achieve even higher battery characteristics (for example, battery capacity). Therefore, excellent battery characteristics and reliability at the time of internal short circuit can be achieved at a higher level.

ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記電極体は、長尺状の正極集電体上に、所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の正極と、長尺状の負極集電体上に、所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の負極と、を備え、上記長尺状の正極と、上記長尺状の負極とが対向した状態で積層され長手方向に捲回されてなる捲回電極体である。
上記構成によって、電池の高容量化を実現し得る。しかしながら、かかる構成ではとりわけ捲回軸方向における中央部分(捲回コア部)の放熱性が低いため、内部短絡が生じた際に捲回コア部で大電流移動に伴う温度上昇が発生しやすい。したがって、本発明の適用が特に有用である。
In a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the electrode body has a positive electrode mixture layer having a predetermined width in the longitudinal direction of the current collector on a long positive electrode current collector. A long positive electrode formed along the long negative electrode current collector, and a negative electrode mixture layer having a predetermined width is formed on the long negative electrode current collector along the longitudinal direction of the current collector. A negative electrode, and the long positive electrode and the long negative electrode are stacked in a state of facing each other and wound in the longitudinal direction.
With the above configuration, the capacity of the battery can be increased. However, particularly in such a configuration, the heat dissipation of the central portion (winding core portion) in the winding axis direction is low, and therefore, when an internal short circuit occurs, a temperature increase due to large current movement is likely to occur in the winding core portion. Therefore, the application of the present invention is particularly useful.

ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記正極合材層の密度は2.5g/cm以上4g/cm以下である。
正極合材層の密度が従来に比べて高い場合、該合材層内に空隙が少ない。このため、内部短絡時に発生した熱を発散させることが難しく、急激な温度上昇を生じやすい。したがって、上記構成の電池では本発明の適用が特に有用である。
In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the density of the positive electrode mixture layer is 2.5 g / cm 3 or more and 4 g / cm 3 or less.
When the density of the positive electrode mixture layer is higher than the conventional one, there are few voids in the mixture layer. For this reason, it is difficult to dissipate heat generated at the time of an internal short circuit, and a rapid temperature rise is likely to occur. Therefore, the application of the present invention is particularly useful for the battery having the above configuration.

また、本発明によると、正負極を備えた電極体と非水電解質とが所定の電池ケース内に収容された非水電解質二次電池の製造方法が提供される。かかる製造方法は、(1)少なくとも正極活物質とバインダと含む正極合材層形成用組成物を用意すること;(2)上記正極合材層形成用組成物を正極集電体上に付与して、正極合材層を備えた正極を作製すること;(3)上記正極を、水分が供給される環境下に置くこと;(4)上記水分が供給された正極を、50℃以上であって上記バインダの融点以下の温度で乾燥させること;(5)上記乾燥させた正極を用いて非水電解質二次電池を構築すること;を包含する。
かかる方法によれば、正極合材層の水分量を好適な範囲に調製することができる。したがって、優れた電池特性と高い信頼性(内部短絡時の耐性)とを兼ね備えた非水電解質二次電池を好ましく製造することができる。
In addition, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an electrode body having positive and negative electrodes and a non-aqueous electrolyte are accommodated in a predetermined battery case. The manufacturing method includes (1) preparing a composition for forming a positive electrode mixture layer containing at least a positive electrode active material and a binder; (2) applying the composition for forming a positive electrode mixture layer on a positive electrode current collector. And (3) placing the positive electrode in an environment where moisture is supplied; and (4) placing the positive electrode supplied with moisture at 50 ° C. or higher. And drying at a temperature not higher than the melting point of the binder; and (5) constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the dried positive electrode.
According to this method, the water content of the positive electrode mixture layer can be adjusted to a suitable range. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery having both excellent battery characteristics and high reliability (resistance during internal short circuit) can be preferably manufactured.

ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記正極への水分の供給は、相対湿度50%以上100%以下の環境に24時間以上240時間以下保持することによって行う。
かかる方法によれば、所定の湿度環境下に比較的短時間保持するという簡便な作業によって、正極(より具体的には正極合材層)に好適な量の水分を付与することができる。このため作業効率や製造コストの観点からも好ましい。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the moisture is supplied to the positive electrode by maintaining the environment in an environment with a relative humidity of 50% or more and 100% or less for 24 hours or more and 240 hours or less.
According to such a method, a suitable amount of moisture can be imparted to the positive electrode (more specifically, the positive electrode mixture layer) by a simple operation of holding the substrate in a predetermined humidity environment for a relatively short time. For this reason, it is preferable also from a viewpoint of work efficiency or manufacturing cost.

ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記水分が供給された正極の乾燥は、60℃以上120℃以下の乾燥炉で行う。
かかる方法によれば電池特性を悪化させる虞のある水分、すなわち電池の通常使用時に正極合材層に存在する水分を好適に低減することができる。加えて、内部短絡時の温度上昇を抑制し得る水分、すなわち電池の温度が200℃〜300℃程度になった場合に正極合材層に存在する水分を好適な範囲に調整することができる。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the positive electrode supplied with moisture is dried in a drying furnace at 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
According to such a method, moisture that may deteriorate battery characteristics, that is, moisture present in the positive electrode mixture layer during normal use of the battery can be suitably reduced. In addition, the moisture that can suppress the temperature rise at the time of an internal short circuit, that is, the moisture present in the positive electrode mixture layer when the battery temperature is about 200 ° C. to 300 ° C. can be adjusted to a suitable range.

ここで開示される製造方法の好ましい一態様では、上記正極活物質として、一般式:Li1+δ(NiCoMn)O(ここで、Mは、遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上であり、δは、0≦δ≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり、a,b,c,dは、a+b+c+d≒1を満たし、a,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい。)で表されるリチウム遷移金属酸化物を用いる。
リチウム遷移金属酸化物に含まれるオキシ水酸化物は、凡そ200℃〜300℃程度の温度で分解して水を生じ得る。このため、上記酸化物を正極活物質として用いた電池では、内部短絡時に温度上昇が生じた際に該オキシ水酸化物が分解して水を生成し更なる温度上昇が抑制され得る。また上記酸化物はエネルギー密度が高いため、より一層高い電池特性を実現することができる。したがって、上記構成の電池は、優れた電池特性と内部短絡時の信頼性とをより一層高いレベルで両立することができる。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the positive electrode active material has a general formula: Li 1 + δ (Ni a Co b Mn c M d ) O 2 (where M is a transition metal element, a typical metal element) And one or more selected from boron (B), δ is a value determined to satisfy the charge neutrality condition with 0 ≦ δ ≦ 0.2, and a, b, c, d are a + b + c + d≈1 is satisfied, and at least one of a, b, and c is greater than 0.)
The oxyhydroxide contained in the lithium transition metal oxide can decompose at a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. to generate water. For this reason, in a battery using the oxide as a positive electrode active material, when a temperature rise occurs during an internal short circuit, the oxyhydroxide is decomposed to generate water, and further temperature rise can be suppressed. Moreover, since the said oxide has a high energy density, it can implement | achieve still higher battery characteristics. Therefore, the battery having the above-described configuration can achieve both excellent battery characteristics and reliability at the time of an internal short circuit at an even higher level.

ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記非水電解質二次電池の電池容量は20Ah以上である。また、ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記非水電解質二次電池のエネルギー密度は230kWh/m以上である。
このような高容量および/または高エネルギー密度の非水電解質二次電池では、短絡箇所に瞬間的に大きな電流が流れ、かかる電流の移動に伴う不具合(例えば急激な温度上昇)が発生しやすい。このため、本発明の適用が特に有用である。
In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery is 20 Ah or more. In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery is 230 kWh / m 3 or more.
In such a high-capacity and / or high-energy density non-aqueous electrolyte secondary battery, a large current instantaneously flows through the short-circuited portion, and a problem (for example, a rapid temperature increase) easily occurs due to the movement of the current. For this reason, application of the present invention is particularly useful.

また、本発明によると、ここで開示される非水電解質二次電池(単電池)を複数組み合わせた組電池が提供される。
ここで開示される非水電解質二次電池は信頼性(典型的には内部短絡時の耐性)が向上しているため、該電池を直列および/または並列に複数個接続してなる組電池として好適に使用し得る。
In addition, according to the present invention, an assembled battery in which a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries (unit cells) disclosed herein are combined is provided.
Since the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein has improved reliability (typically resistance to internal short circuit), it is an assembled battery formed by connecting a plurality of such batteries in series and / or in parallel. It can be preferably used.

さらに、本発明によると、上記組電池を駆動用電源として備える車両が提供される。
ここで開示される組電池は優れた電池特性と内部短絡時の耐性とを高いレベルで両立し得る。したがって、高い電池特性や安全性が要求される用途で好適に使用し得る。かかる用途としては、例えば車両(典型的にはプラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車)に搭載されるモーター駆動のための動力源(駆動用電源)が挙げられる。
Furthermore, according to the present invention, there is provided a vehicle including the assembled battery as a driving power source.
The assembled battery disclosed here can achieve both excellent battery characteristics and resistance at the time of internal short circuit at a high level. Therefore, it can be suitably used in applications that require high battery characteristics and safety. Examples of such applications include a power source (driving power source) for driving a motor mounted on a vehicle (typically, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, or an electric vehicle).

図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing the outer shape of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1の非水電解質二次電池のII−II線における断面構造を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line II-II of the nonaqueous electrolyte secondary battery in FIG. 図3は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a wound electrode body of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池(単電池)を複数組み合わせた組電池を模式的に示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view schematically showing an assembled battery in which a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries (unit cells) according to an embodiment of the present invention are combined. 図5は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。FIG. 5 is a side view schematically showing a vehicle (automobile) provided with the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. 図6は、加熱温度120℃で検出される水分量(ppm)と電池容量(相対値)との関係を表すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of moisture (ppm) detected at a heating temperature of 120 ° C. and the battery capacity (relative value). 図7は、加熱温度120℃で検出される水分量(ppm)と電池抵抗(相対値)との関係を表すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of moisture (ppm) detected at a heating temperature of 120 ° C. and the battery resistance (relative value). 図8は、例1における釘刺し試験時の温度変化を表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing temperature changes during the nail penetration test in Example 1. 図9は、例2における釘刺し試験時の温度変化を表すグラフである。FIG. 9 is a graph showing temperature changes during the nail penetration test in Example 2. 図10は、例3における釘刺し試験時の温度変化を表すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the temperature change during the nail penetration test in Example 3. 図11は、例4における釘刺し試験時の温度変化を表すグラフである。FIG. 11 is a graph showing temperature changes during the nail penetration test in Example 4. 図12は、加熱温度300℃で検出される水分量(ppm)と、釘刺し試験時の最高到達温度(℃)との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of moisture (ppm) detected at a heating temperature of 300 ° C. and the maximum temperature reached (° C.) during the nail penetration test.

以下、ここで開示される非水電解質二次電池の好適な実施形態について説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。かかる構造の非水電解質二次電池は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。以下、リチウム二次電池である場合を典型例としてより詳しく説明する場合があるが、本発明の適用対象をかかる電池に限定する意図ではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein will be described. Matters necessary for implementation other than matters specifically mentioned in the present specification can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The non-aqueous electrolyte secondary battery having such a structure can be implemented based on the contents disclosed in the present specification and common technical knowledge in the field. Hereinafter, the case of a lithium secondary battery may be described in more detail as a typical example, but the application target of the present invention is not intended to be limited to such a battery.

本明細書において「非水電解質二次電池」とは、非水電解質(典型的には、非水溶媒中に支持塩を含む電解液)を備えた電池をいう。また、「リチウム二次電池」とは、非水電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンの移動(電荷の移動)により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタ等と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。また、本明細書において「活物質」とは、正極側又は負極側において電荷担体となる化学種(リチウム二次電池ではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出し得る物質(化合物)をいう。   In the present specification, the “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a battery including a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolytic solution containing a supporting salt in a non-aqueous solvent). The “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as non-aqueous electrolyte ions and is charged and discharged by movement of lithium ions (transfer of charges) between positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion secondary battery, a lithium polymer battery, a lithium ion capacitor, or the like is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. In the present specification, the “active material” refers to a substance (compound) capable of reversibly occluding and releasing chemical species (lithium ions in a lithium secondary battery) serving as a charge carrier on the positive electrode side or the negative electrode side.

ここで開示される非水電解質二次電池(典型的には、リチウムイオン二次電池)は、正極と負極を備えた電極体と、非水電解質と、が所定の電池ケース内に収容された構成である。
以下、該電池の構成要素について順に説明する。
A nonaqueous electrolyte secondary battery (typically, a lithium ion secondary battery) disclosed herein includes an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte housed in a predetermined battery case. It is a configuration.
Hereinafter, the components of the battery will be described in order.

ここで開示される非水電解質二次電池の正極は、正極集電体と、該正極集電体上に形成された少なくとも正極活物質を含む正極合材層と、を備えている。この実施形態では、正極活物質層は正極活物質と導電性を高めるための導電材とを含み、これらがバインダ(結着剤)によって上記正極集電体上に固着されている。
正極集電体としては、導電性の良好な金属(例えばアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性部材が好ましく用いられる。集電体の形状は構築される電池の形状等に応じて異なり得るため特に限定されないが、例えば棒状体、板状体、箔状体、網状体等を用いることができる。なお、後述する捲回電極体を備えた電池では、主に箔状体が用いられる。箔状集電体の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度のものを用いることができる。
The positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer including at least a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector. In this embodiment, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a conductive material for enhancing conductivity, and these are fixed on the positive electrode current collector by a binder (binder).
As the positive electrode current collector, a conductive member made of a metal having good conductivity (for example, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the current collector may be different depending on the shape of the battery to be constructed, and is not particularly limited. For example, a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body, a net-like body, or the like can be used. In addition, in the battery provided with the winding electrode body mentioned later, a foil-like body is mainly used. The thickness of the foil-like current collector is not particularly limited, but a thickness of about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be used in consideration of the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

正極活物質としては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。このような正極活物質としては、典型的には、一般式:
Li1+δ(NiCoMn)O
(ここで、Mは、遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上であり;δは、0≦δ≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり;a,b,c,dは、a+b+c+d≒1を満たし、a,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい。)
で表されるリチウム遷移金属酸化物が挙げられ、層状構造のものやスピネル構造のもの等を適宜選択して使用することができる。例えば、リチウムニッケル系酸化物(典型的にはLiNiO)、リチウムコバルト系酸化物(典型的にはLiCoO)、リチウムマンガン系酸化物(典型的にはLiMn)から選択される一種または二種以上のリチウム遷移金属酸化物を使用することができる。なお、本明細書において「a+b+c+d≒1」とは、概ね0.9≦a+b+c+d≦1.2(典型的には0.9<a+b+c+d<1.2、例えば0.95≦a+b+c+d≦1.1)であり得、例えばa+b+c+d=1である。
As the positive electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. Such a positive electrode active material typically has a general formula:
Li 1 + δ (Ni a Co b Mn c M d ) O 2
(Where M is one or more selected from transition metal elements, typical metal elements and boron (B); δ satisfies the charge neutrality condition with 0 ≦ δ ≦ 0.2. A, b, c, d satisfy a + b + c + d≈1, and at least one of a, b, c is greater than 0.)
And a layered structure or a spinel structure can be appropriately selected and used. For example, a kind selected from a lithium nickel-based oxide (typically LiNiO 2 ), a lithium cobalt-based oxide (typically LiCoO 2 ), and a lithium manganese-based oxide (typically LiMn 2 O 4 ). Alternatively, two or more lithium transition metal oxides can be used. In this specification, “a + b + c + d≈1” is generally 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.2 (typically 0.9 <a + b + c + d <1.2, for example, 0.95 ≦ a + b + c + d ≦ 1.1). For example, a + b + c + d = 1.

上記一般式に示すように、リチウム遷移金属複合酸化物は構成元素としてリチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)以外に他の少なくとも一種の金属元素Mを含んでもよい(すなわち、d<0となり得る。)し、含まなくてもよい(すなわち、d=0となり得る。)。該金属元素Mは、典型的にはNi、Co、Mn以外の遷移金属元素、典型金属元素等から選択される一種または二種以上であり得る。より具体的には、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pb)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)等が挙げられ、例えば、Zr、Mg、Caを好ましく採用し得る。なお、M元素の量(上記一般式におけるdの値)は特に限定されないが、例えば、0≦d≦0.02とすることができる。   As shown in the above general formula, the lithium transition metal composite oxide may contain at least one other metal element M in addition to lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) as a constituent element. It may be good (that is, d <0) or may not be included (that is, d = 0). The metal element M may be typically one or more selected from transition metal elements other than Ni, Co, and Mn, typical metal elements, and the like. More specifically, magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo) , Iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pb), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) , Tin (Sn), lanthanum (La), cerium (Ce), and the like. For example, Zr, Mg, and Ca can be preferably used. The amount of M element (the value of d in the above general formula) is not particularly limited, but can be, for example, 0 ≦ d ≦ 0.02.

また、上記一般式中のa,b,cは、a+b+c+d≒1、およびa,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい、という条件を満たす限りにおいて特に限定されず、a,b,cのうちどの数字が最も大きくなってもよい。換言すれば、Ni,Co,Mnのうちの第一元素(原子数基準で最も多く含まれる元素)は、Ni,CoおよびMnのいずれであってもよい。例えば、aは0.1以上(典型的には0.3以上)であって1未満(典型的には0.9以下、例えば0.6以下)となり得る。bは0以上(典型的には0.1以上、例えば0.3以上)であって0.6以下(典型的には0.5以下、例えば0.4以下)となり得る。cは0以上(典型的には0.1以上、例えば0.3以上)であって0.6以下(典型的には0.5以下、例えば0.4以下)となり得る。   Further, a, b, and c in the above general formula are not particularly limited as long as the conditions that a + b + c + d≈1 and at least one of a, b, and c is greater than 0 are satisfied. Any number of c may be the largest. In other words, the first element of Ni, Co, and Mn (the element that is contained most on the basis of the number of atoms) may be any of Ni, Co, and Mn. For example, a can be 0.1 or more (typically 0.3 or more) and less than 1 (typically 0.9 or less, such as 0.6 or less). b can be 0 or more (typically 0.1 or more, for example 0.3 or more) and 0.6 or less (typically 0.5 or less, for example 0.4 or less). c can be 0 or more (typically 0.1 or more, for example 0.3 or more) and 0.6 or less (typically 0.5 or less, for example 0.4 or less).

なかでも、a,b,c>0である(Ni,Co,Mnの全ての元素を含む)、層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を好ましく用いることができる。好ましい一態様では、a>bかつa>c(換言すれば、第一元素がNi)である。また、好ましい他の一態様では、a,b,c(すなわち、Ni,Co,Mnの量)が概ね同程度である。例えばa=b=cかつd=0である、LiNi1/3Co1/3Mn1/3を好ましく用いることができる。かかる酸化物は、他の化合物に比べて理論エネルギー密度が高いため、本発明の適用が特に有用である。 Among them, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a layered structure in which a, b, c> 0 (including all elements of Ni, Co, and Mn) can be preferably used. In a preferred embodiment, a> b and a> c (in other words, the first element is Ni). In another preferred embodiment, a, b, and c (that is, amounts of Ni, Co, and Mn) are approximately the same. For example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 in which a = b = c and d = 0 can be preferably used. Since such an oxide has a higher theoretical energy density than other compounds, the application of the present invention is particularly useful.

また、例えば、一般式:
xLi[Li1/3Mn2/3]O・(1−x)LiMeO
(ここで、Meは1種または2種以上の遷移金属であり、xは0<x≦1を満たす。)
で表されるような、いわゆる固溶型のリチウム過剰遷移金属酸化物を用いることもできる。
Also, for example, the general formula:
xLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2. (1-x) LiMeO 2
(Here, Me is one or more transition metals, and x satisfies 0 <x ≦ 1.)
It is also possible to use a so-called solid solution type lithium-excess transition metal oxide represented by

さらに、例えば、一般式:
LiMAO
(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnから成る群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVから成る群から選択される元素である。)
で表されるポリアニオン型化合物を用いることができる。より具体的には、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等を用いることができる。
Further, for example, the general formula:
LiMAO 4
(Here, M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is an element selected from the group consisting of P, Si, S and V). )
The polyanion type compound represented by these can be used. More specifically, lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or the like can be used.

このような化合物は、その一部に該酸化物を構成する金属元素(例えばNi、Co、Mn)のオキシ水酸化物(例えばNiOOH、CoOOH、FeOOH)を含有し得る。かかるオキシ水酸化物は凡そ200℃〜300℃程度の温度で分解し、水を生じ得る。より具体的には、例えばオキシ水酸化ニッケルは220℃〜230℃付近で、4NiOOH→4NiO+2HO+Oの反応により水を生じ得る。このため、上記酸化物を備えた電池では、内部短絡時に温度上昇が生じた際に該オキシ水酸化物が分解して水を生じることで、更なる温度上昇を抑制し得る。 Such a compound may contain an oxyhydroxide (eg, NiOOH, CoOOH, FeOOH) of a metal element (eg, Ni, Co, Mn) constituting the oxide in a part thereof. Such oxyhydroxide can decompose at a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. to produce water. More specifically, for example, nickel oxyhydroxide can generate water by a reaction of 4NiOOH → 4NiO + 2H 2 O + O 2 at around 220 ° C. to 230 ° C. For this reason, in the battery provided with the oxide, when the temperature rises during an internal short circuit, the oxyhydroxide is decomposed to generate water, so that further temperature rise can be suppressed.

このような化合物は、従来公知の方法で調製して用意することができる。例えば、目的の正極活物質の組成に応じて選択される原料化合物(例えばリチウム源と遷移金属元素源と)を所定の割合で混合し、その混合物を適切な手段によって焼成する。これを適宜粉砕、造粒、分級することによって、正極活物質を構成する所望の化合物を調製することができる。   Such a compound can be prepared and prepared by a conventionally known method. For example, raw material compounds (for example, a lithium source and a transition metal element source) selected according to the composition of the target positive electrode active material are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is fired by an appropriate means. The desired compound which comprises a positive electrode active material can be prepared by grind | pulverizing, granulating, and classifying this suitably.

また、このような化合物は典型的には粒子状(粉末状)である。該粒子の性状は特に限定されないが、例えば粒径を20μm以下(典型的には0.1μm以上20μm以下、例えば0.5μm以上15μm以下、好ましくは1μm以上10μm以下)とすることができる。また、例えば該粒子の比表面積は0.1m/g以上(典型的には0.5m/g以上、例えば1m/g以上)であって、30m/g以下(典型的には20m/g以下、例えば10m/g以下)とすることができる。正極活物質粒子の性状が上記範囲にある場合、緻密で導電性の高い正極合材層を作製し得る。また該正極合材層内に適度な空隙を保持することができるため、非水電解質が浸漬し易く、電池抵抗を低減することができる。
なお、本明細書において「粒径」とは、一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布において、微粒子側からの累積50%に相当する粒径(D50粒径、メジアン径ともいう。)を示す。また、本明細書において「比表面積」とは、窒素ガスを用いたBET法(好ましくはBET多点法)によって測定された比表面積(BET比表面積)を言う。
Such a compound is typically in the form of particles (powder). Although the properties of the particles are not particularly limited, for example, the particle size can be 20 μm or less (typically 0.1 μm to 20 μm, for example 0.5 μm to 15 μm, preferably 1 μm to 10 μm). For example, the specific surface area of the particles is 0.1 m 2 / g or more (typically 0.5 m 2 / g or more, for example 1 m 2 / g or more), and 30 m 2 / g or less (typically 20 m 2 / g or less, for example, 10 m 2 / g or less). When the properties of the positive electrode active material particles are in the above range, a dense and highly conductive positive electrode mixture layer can be produced. Moreover, since a moderate space | gap can be hold | maintained in this positive electrode compound material layer, a non-aqueous electrolyte can be easily immersed and battery resistance can be reduced.
In this specification, “particle size” means a particle size corresponding to 50% cumulative from the fine particle side in a volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on a general laser diffraction / light scattering method. D 50 particle diameter, also referred to as median diameter). Further, in this specification, the “specific surface area” refers to a specific surface area (BET specific surface area) measured by a BET method (preferably a BET multipoint method) using nitrogen gas.

正極合材層全体に占める正極活物質の割合は特に限定されないが、50質量%以上(典型的には70質量%以上100質量%未満、例えば80質量%以上99質量%以下)であることが好ましい。   The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode mixture layer is not particularly limited, but may be 50% by mass or more (typically 70% by mass or more and less than 100% by mass, for example, 80% by mass or more and 99% by mass or less). preferable.

導電材としては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック等)、コークス、活性炭、黒鉛(天然黒鉛およびその改質体、人造黒鉛)、炭素繊維(PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維)、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン等の炭素材料から選択される、一種または二種以上であり得る。なかでも、比較的粒径が小さく比表面積が大きいカーボンブラック(典型的には、アセチレンブラック)を好ましく用いることができる。あるいは金属繊維(例えばAl繊維、ステンレス鋼(SUS)繊維等)、導電性金属粉末(例えばAg、Ni、Cu等の金属粉末)、金属酸化物(例えばZnO、SnO等)、金属で表面被覆した合成繊維等であってもよい。
正極合材層全体に占める導電材の割合は特に限定されないが、例えば0.1質量%以上15質量%以下(典型的には1質量%以上10質量%以下、例えば2質量%以上7質量%以下)とすることができる。
As the conductive material, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, carbon black (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, thermal black, etc.), coke, activated carbon, graphite (natural graphite and its modified products, artificial graphite), carbon fiber (PAN) Carbon fiber, pitch-based carbon fiber), carbon nanotubes, fullerenes, graphene, and other carbon materials. Among these, carbon black (typically acetylene black) having a relatively small particle size and a large specific surface area can be preferably used. Or metal fibers (e.g. Al fibers, stainless steel (SUS) fibers), conductive metal powder (e.g. Ag, Ni, metal powder such as Cu), metal oxides (e.g. ZnO, SnO 2, etc.), metal surface coating Synthetic fibers or the like may be used.
The proportion of the conductive material in the entire positive electrode mixture layer is not particularly limited, but is, for example, 0.1% by mass to 15% by mass (typically 1% by mass to 10% by mass, for example, 2% by mass to 7% by mass). Below).

バインダとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、有機溶剤系のスラリー(分散媒の主成分が有機溶媒である溶剤系スラリー)を用いて正極合材層を形成する場合には、有機溶剤に分散または溶解するポリマー材料を好ましく採用し得る。かかるポリマー材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。あるいは、水系のスラリーを用いて正極合材層を形成する場合には、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル系ポリマー;ポリウレタン等のウレタン系ポリマー;等が挙げられる。また、水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のビニル系重合体;ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のエチレン系ポリマー;テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等のゴム類;等が挙げられる。
正極合材層全体に占めるバインダの割合は特に限定されないが、例えば0.1質量%以上10質量%以下(典型的には1質量%以上7質量%以下)とすることができる。
As the binder, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, when the positive electrode mixture layer is formed using an organic solvent-based slurry (a solvent-based slurry in which the main component of the dispersion medium is an organic solvent), a polymer material that is dispersed or dissolved in the organic solvent can be preferably used. . Examples of such a polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVdC), and polyethylene oxide. Alternatively, when the positive electrode mixture layer is formed using an aqueous slurry, a polymer material that is dissolved or dispersed in water can be preferably used. Examples of water-soluble (water-soluble) polymer materials include cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), and hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC); polyvinyl alcohol (PVA) ), Acrylic polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA); urethane polymers such as polyurethane; and the like. Examples of polymer materials that are dispersed in water (water-dispersible) include vinyl polymers such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); ethylene polymers such as polyethylene oxide (PEO) and polytetrafluoroethylene (PTFE). Polymers: Fluororesin such as tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA); vinyl acetate copolymer; styrene butadiene rubber (SBR), Rubbers such as acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex); and the like.
The ratio of the binder in the entire positive electrode composite material layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1% by mass or more and 10% by mass or less (typically 1% by mass or more and 7% by mass or less).

また、ここで調製される正極合材スラリーには、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、各種添加剤を添加することもできる。かかる一例として、過充電時(充電深度(SOC)が100%を超えた状態)にガスを発生させる無機化合物や分散剤として機能し得る材料等が挙げられる。分散剤としては、疎水性鎖と親水性基をもつ高分子化合物(例えばアルカリ塩、典型的にはナトリウム塩);硫酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩等を有するアニオン性化合物;アミン等のカチオン性化合物;等を用いることができる。より具体的には、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ブチラール、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ等を用いることができる。   Various additives can be added to the positive electrode mixture slurry prepared here as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As an example of this, an inorganic compound that generates gas during overcharge (a state where the depth of charge (SOC) exceeds 100%), a material that can function as a dispersant, or the like can be given. Examples of the dispersant include polymer compounds having a hydrophobic chain and a hydrophilic group (for example, alkali salts, typically sodium salts); anionic compounds having sulfates, sulfonates, phosphates, etc .; amines, etc. Cationic compounds; etc. can be used. More specifically, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, butyral, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphoric acid starch, etc. may be used. it can.

ここで開示される正極の作製方法は特に限定されないが、例えば、
(S1)正極活物質と導電材とバインダとを適当な溶媒中で混合してスラリー状(ペースト状、インク状のものを包含する、以下同様。)の組成物を調製すること;
(S2)上記調製したスラリーを正極集電体上に塗布して、正極合材層を備えた正極を作製すること;
(S3)上記正極合材層を備えた正極を、水分が供給される環境下に置くこと;
(S4)上記水分が供給された正極を、50℃以上であって上記バインダの融点以下の温度で乾燥させること、
によって作製することができる。
Although the manufacturing method of the positive electrode disclosed here is not particularly limited, for example,
(S1) A positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed in an appropriate solvent to prepare a slurry-like composition (including paste-like and ink-like ones, and so on);
(S2) Applying the prepared slurry onto a positive electrode current collector to produce a positive electrode provided with a positive electrode mixture layer;
(S3) placing the positive electrode including the positive electrode mixture layer in an environment where moisture is supplied;
(S4) drying the positive electrode supplied with moisture at a temperature of 50 ° C. or higher and lower than the melting point of the binder;
Can be produced.

<S1;正極合材スラリーの調製>
まず、上述したような正極活物質と導電材とバインダとを用いて、これらを適当な溶媒中で混合し、スラリー状の組成物(以下、「正極合材スラリー」という。)を調製する。かかる調製には、例えばボールミル、ミキサー、ディスパー、ニーダ等の従来公知の種々の攪拌・混合装置を適宜用いることができる。
<S1; Preparation of positive electrode mixture slurry>
First, using a positive electrode active material, a conductive material, and a binder as described above, these are mixed in an appropriate solvent to prepare a slurry-like composition (hereinafter referred to as “positive electrode mixture slurry”). For such preparation, various conventionally known stirring / mixing devices such as a ball mill, a mixer, a disper, and a kneader can be appropriately used.

なお、特許文献2には、カールフィッシャー法を用いて300℃で検出される水分量が0.2質量%以下(2000ppm以下)である正極活物質(リチウム複合酸化物)が記載されている。水分量を上記範囲としたのは、電極合材層形成用スラリーを調製する際に該正極活物質に含まれる水分が多いとスラリー調製用の溶媒(有機溶媒)等と反応してゲル化を引き起こす虞があるためである(特許文献2の段落0039)。上記の通り、正極合材層を形成する際(典型的には、上記スラリーの調製時)には正極活物質に含まれる水分が問題となり得る。したがって、本発明に記載されるような水分が含まれる正極活物質は、一般にはそのまま用いられることはない。また、たとえ用いられたとしても、正極合材層の形成の過程(例えば、上記S1およびS2の工程)でその水分が保持されることは考え難い。そこで、ここで開示されるような正極合材層を得るためには該正極合材層の形成後に何らかの特別な工程(例えば、S3)を経ることが必要となる。   Patent Document 2 describes a positive electrode active material (lithium composite oxide) having a moisture content of 0.2% by mass or less (2000 ppm or less) detected at 300 ° C. using the Karl Fischer method. The amount of water was set in the above range because when the slurry for forming an electrode mixture layer was prepared, if the water contained in the positive electrode active material was large, it reacted with a slurry preparation solvent (organic solvent) or the like to cause gelation. This is because there is a risk of causing it (paragraph 0039 of Patent Document 2). As described above, when the positive electrode mixture layer is formed (typically, when the slurry is prepared), moisture contained in the positive electrode active material can be a problem. Therefore, the positive electrode active material containing moisture as described in the present invention is generally not used as it is. Even if it is used, it is unlikely that the moisture is retained in the process of forming the positive electrode mixture layer (for example, steps S1 and S2). Therefore, in order to obtain the positive electrode mixture layer as disclosed herein, it is necessary to perform some special process (for example, S3) after the formation of the positive electrode mixture layer.

溶媒としては、スラリー形成に用いる材料を均一に分散または溶解し得る限りにおいて特に限定されないが、例えば従来から非水電解質二次電池の製造に用いられている溶媒のうち一種または二種以上を用いることができる。かかる溶媒は、有機溶剤と水系溶媒とに大別される。有機溶剤としては、例えば、アミド系溶剤、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アミン系溶剤、エーテル系溶剤、ニトリル系溶剤、環状エーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。より具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−プロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、酢酸メチル、酢酸エチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、アセトニトリル、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン等が挙げられ、典型的にはNMPを用いることができる。水系溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒であることが好ましい。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。例えば、該水系溶媒の80質量%以上(より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上)が水である水系溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる水系溶媒(例えば水)が挙げられる。
スラリー調製時の固形分濃度(NV)は特に限定されないが、例えば50質量%〜80質量%(好ましくは55質量%〜65質量%、より好ましくは55質量%〜60質量%)とすることができる。
The solvent is not particularly limited as long as the material used for forming the slurry can be uniformly dispersed or dissolved. For example, one or more of the solvents conventionally used in the production of nonaqueous electrolyte secondary batteries are used. be able to. Such solvents are roughly classified into organic solvents and aqueous solvents. Examples of the organic solvent include amide solvents, alcohol solvents, ketone solvents, ester solvents, amine solvents, ether solvents, nitrile solvents, cyclic ether solvents, and aromatic hydrocarbon solvents. . More specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 2-propanol, ethanol, methanol, acetone, methyl acetate, ethyl acetate, methyl acrylate , Diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, acetonitrile, ethylene oxide, tetrahydrofuran, dioxane, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene dimethyl sulfoxide, dichloromethane, trichloromethane, dichloroethane, etc., typically using NMP Can do. The aqueous solvent is preferably water or a mixed solvent mainly composed of water. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. For example, it is preferable to use an aqueous solvent in which 80% by mass or more (more preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more) of the aqueous solvent is water. A particularly preferable example is an aqueous solvent (for example, water) substantially consisting of water.
The solid content concentration (NV) at the time of slurry preparation is not particularly limited, but may be, for example, 50% by mass to 80% by mass (preferably 55% by mass to 65% by mass, more preferably 55% by mass to 60% by mass). it can.

<S2;正極合材層の形成>
次に、上記調製したスラリーを既に上述したような正極集電体の表面に塗布し、正極合材層(正極活物質層ともいう。)を形成する。これにより正極合材層を備えた正極を作製することができる。かかる正極合材層の形成には、例えばスリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、グラビアコーター、ディップコーター等の従来公知の塗布装置を用いることができる。正極合材スラリーの塗布は、正極集電体の表裏(両面)に行ってもよいし、いずれか一方の面(片面)に行ってもよい。単位面積当たりに塗布する正極合材スラリーの質量(片面あたりの質量)は特に限定されないが、10mg/cm〜50mg/cm程度(典型的には10mg/cm〜40mg/cm、例えば15mg/cm〜30mg/cm)とすることができる。
<S2: Formation of positive electrode composite material layer>
Next, the prepared slurry is applied to the surface of the positive electrode current collector as described above to form a positive electrode mixture layer (also referred to as a positive electrode active material layer). Thereby, the positive electrode provided with the positive electrode compound material layer can be produced. For forming such a positive electrode mixture layer, for example, a conventionally known coating apparatus such as a slit coater, a die coater, a comma coater, a gravure coater, or a dip coater can be used. The application of the positive electrode mixture slurry may be performed on the front and back surfaces (both surfaces) of the positive electrode current collector, or may be performed on any one surface (single surface). But are not limited to the mass of the positive electrode mixture slurry for coating (weight per side) is a unit area, 10mg / cm 2 ~50mg / cm 2 about (typically 10mg / cm 2 ~40mg / cm 2 , for example, 15mg / cm 2 ~30mg / cm 2 ) and can be.

上記正極合材層を付与した正極を適当な乾燥手法で乾燥し、溶媒等の余分な成分を除去する。乾燥手法としては、例えば熱風装置、低湿風装置、真空装置、各種赤外線装置、電磁誘導装置、マイクロ波装置等の適当な乾燥装置や、送風機等の乾燥促進手段を単独または組み合わせて用いることができる。乾燥の条件(例えば乾燥温度や所要時間)は、正極合材スラリーの固形分率や該正極合材層の形成厚み等に応じて適宜決定することが好ましい。   The positive electrode provided with the positive electrode mixture layer is dried by an appropriate drying method to remove excess components such as a solvent. As a drying method, for example, an appropriate drying device such as a hot air device, a low-humidity air device, a vacuum device, various infrared devices, an electromagnetic induction device, a microwave device, or a drying promoting means such as a blower can be used alone or in combination. . It is preferable that the drying conditions (for example, drying temperature and required time) are appropriately determined according to the solid content ratio of the positive electrode mixture slurry, the formation thickness of the positive electrode mixture layer, and the like.

そして、典型的には上記正極に適宜プレス処理を施すことによって、正極合材層の厚みや密度を調整することができる。プレス処理には、例えばロールプレス法、平板プレス法等、従来公知の各種プレス方法を採用することができる。プレス処理後の正極合材層の厚み(正極集電体の両面に正極合材層を有する構成では片面あたりの厚み)は、例えば40μm以上(典型的には45μm以上)であって、100μm以下(典型的には80μm以下)とすることができる。また、プレス処理後の正極合材層の密度は、例えば2g/cm以上(典型的には2.5g/cm以上)であって、4g/cm以下(典型的には3.5g/cm以下)とすることができる。上記範囲を満たす正極合材層は、高い電池特性(例えば高いエネルギー密度や出力密度)を実現し得るため好ましい。また、正極合材層の密度が従来に比べて高い場合、該合材層内に空隙が少ない。このため、内部短絡等で発生した熱を発散させることが難しく、急激な温度上昇を生じやすい。したがって、このような電池では本発明の適用が特に有用である。 Then, typically, the thickness and density of the positive electrode mixture layer can be adjusted by appropriately pressing the positive electrode. For the press treatment, various conventionally known press methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed. The thickness of the positive electrode mixture layer after the press treatment (thickness per side in the structure having the positive electrode mixture layer on both surfaces of the positive electrode current collector) is, for example, 40 μm or more (typically 45 μm or more), and 100 μm or less. (Typically 80 μm or less). The density of the positive electrode mixture layer after the press treatment is, for example, 2 g / cm 3 or more (typically 2.5 g / cm 3 or more), and 4 g / cm 3 or less (typically 3.5 g). / Cm 3 or less). A positive electrode mixture layer satisfying the above range is preferable because high battery characteristics (for example, high energy density and output density) can be realized. Further, when the density of the positive electrode mixture layer is higher than that of the conventional material, there are few voids in the mixture layer. For this reason, it is difficult to dissipate heat generated by an internal short circuit or the like, and a rapid temperature rise is likely to occur. Therefore, the application of the present invention is particularly useful for such a battery.

<S3;正極への水分の供給>
次に、上記作製した正極を、水分が供給される環境下に一定期間保持する。一般的には、非水電解質二次電池の容器内に水分が含まれると充放電時にガスが発生したり電池特性が悪化したりするため好ましくない。とりわけ、多孔質構造からなる正極合材層を有する正極は、容器内に水分を持ち込む大きな原因となりがちである。このため従来、上記S2工程後は高度な乾燥条件下(例えば、露点温度−30℃以下の環境)で正極を取り扱い、容器内に収容される水分量をできるだけ少なくした状態で電池を構築することが通例であった。したがって、本工程はここで開示される製造方法において特徴的なものである。すなわち、ここで開示される正極を得るためには、本工程のような何らかの特別な工程を経ることが必要不可欠である。
<S3: Supply of moisture to the positive electrode>
Next, the produced positive electrode is held for a certain period in an environment where moisture is supplied. In general, if moisture is contained in the container of the non-aqueous electrolyte secondary battery, gas is generated at the time of charge / discharge or battery characteristics are deteriorated. In particular, a positive electrode having a positive electrode mixture layer having a porous structure tends to be a major cause of bringing moisture into the container. For this reason, conventionally, after the step S2, the positive electrode is handled under highly dry conditions (for example, an environment having a dew point temperature of −30 ° C. or lower), and the battery is constructed in a state where the amount of water contained in the container is minimized. Was customary. Therefore, this process is characteristic in the manufacturing method disclosed here. That is, in order to obtain the positive electrode disclosed here, it is indispensable to go through some special process such as this process.

正極への水分の供給方法は特に限定されないが、例えば一定の湿度に保たれた恒温恒湿槽内に該正極を一定時間保持することによって行うことができる。かかる方法によれば、所定の湿度環境下に所定の時間保持(放置)するという簡便な作業によって、正極(より具体的には正極合材層)に好適な量の水分を付与することができる。あるいは、正極合材層の表面に直接水を噴霧(スプレー)した後に一定時間保持する方法を採用することもできる。   The method for supplying moisture to the positive electrode is not particularly limited. For example, the moisture can be supplied by holding the positive electrode in a constant temperature and humidity chamber maintained at a constant humidity for a certain period of time. According to such a method, a suitable amount of moisture can be applied to the positive electrode (more specifically, the positive electrode mixture layer) by a simple operation of holding (leaving) for a predetermined time in a predetermined humidity environment. . Or the method of hold | maintaining for a fixed time after spraying (spraying) water directly on the surface of a positive electrode compound-material layer is also employable.

ここで、「正極に水分が供給される環境」とは、少なくとも上記S2工程後の正極合材層以上に水分濃度の高い(水分のある)環境を指す。より具体的には、湿度が10%RH以上(典型的には30%RH以上、例えば40%RH以上、好ましくは50%RH以上)であって、100%RH以下(典型的には95%RH以下、例えば90%RH以下)の環境であり得る。換言すれば、露点温度が−10℃以上(典型的には5℃以上、例えば10℃以上)であって、25℃以下(典型的には24℃以下、例えば23℃以下)の環境であり得る。そして、かかる環境下で保持する時間を適宜調節することにより、目標の水分量となるように水分を含ませる(加湿する)ことができる。好適な保持時間は、正極の曝される湿度や正極合材層を構成する材料の親水性の度合い、該正極合材層の厚みや密度等によっても異なり得る。したがって水分の供給に要する時間は、実際に正極合材層からサンプルを採取して従来公知の手法によって水分量を測定し決定することが好ましい。あるいは、簡単な予備実験等を行うことにより適切な保持時間を予測することができる。なお、水分の供給に際しては、かかる供給を促進し得るような操作(例えば、真空引き等による圧力の付与や加熱)を適宜併用することもできる。   Here, the “environment in which moisture is supplied to the positive electrode” refers to an environment having a higher water concentration (having moisture) than at least the positive electrode mixture layer after the step S2. More specifically, the humidity is 10% RH or more (typically 30% RH or more, such as 40% RH or more, preferably 50% RH or more), and 100% RH or less (typically 95% RH or less, for example, 90% RH or less). In other words, the environment has a dew point temperature of −10 ° C. or higher (typically 5 ° C. or higher, eg, 10 ° C. or higher) and 25 ° C. or lower (typically 24 ° C. or lower, eg, 23 ° C. or lower). obtain. Then, by appropriately adjusting the holding time in such an environment, moisture can be included (humidified) so as to achieve a target moisture content. The suitable holding time may vary depending on the humidity to which the positive electrode is exposed, the degree of hydrophilicity of the material constituting the positive electrode mixture layer, the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and the like. Therefore, it is preferable to determine the time required for supplying water by actually collecting a sample from the positive electrode mixture layer and measuring the water content by a conventionally known method. Alternatively, an appropriate holding time can be predicted by performing a simple preliminary experiment or the like. In addition, when supplying moisture, an operation capable of promoting such supply (for example, application of pressure by vacuuming or heating or heating) can be used in combination as appropriate.

ここで開示される好ましい一態様では、上記正極への水分の供給は湿度50%RH以上100%RH以下(露点温度5℃以上25℃以下)の環境に、24時間以上240時間以下(好ましくは24時間以上120時間)保持することによって行う。かかる方法によれば、所定の湿度環境下に比較的短時間保持するという簡便な作業によって、正極(より具体的には正極合材層)に好適な量の水分を付与することができる。このため作業効率や製造コストの観点からも好ましい。   In a preferred embodiment disclosed herein, water is supplied to the positive electrode in an environment having a humidity of 50% RH to 100% RH (dew point temperature of 5 ° C. to 25 ° C.) for 24 hours to 240 hours (preferably 24 hours or more and 120 hours). According to such a method, a suitable amount of moisture can be imparted to the positive electrode (more specifically, the positive electrode mixture layer) by a simple operation of holding the substrate in a predetermined humidity environment for a relatively short time. For this reason, it is preferable also from a viewpoint of work efficiency or manufacturing cost.

<S4;正極の乾燥>
そして、上記水分が供給された正極を、所定の温度で乾燥させる。かかる乾燥には既に上述した手法を適宜用いることができ、なかでも上記乾燥装置のうち加熱機能を有するものを好ましく用いることができる。かかる乾燥温度は、バインダの融点以下であれば特に限定されないが、典型的には40℃以上(例えば50℃以上、好ましくは60℃以上)であって200℃以下(例えば170℃以下、好ましくは140℃以下、より好ましくは120℃以下)であり得る。なお、バインダの融点は、例えばJIS K 7121の規定に準じた示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry;DSC)により把握することができる。乾燥に要する時間は、正極合材層の厚みや密度、上記S3における正極合材層への水分供給量等によっても異なり得る。このため、実際に正極合材層からサンプルを採取して従来公知の手法によって水分量を測定し決定することが好ましいが、例えば2時間以上(典型的には5時間以上、例えば10時間以上)であって、240時間以下(典型的には120時間以上、例えば100時間以下)とすることができる。なお、乾燥を促進し得るような操作(例えば、真空引き等による圧力の付与や風速1〜15m/秒程度の送風)を適宜併用することもできる。
<S4: Drying of positive electrode>
Then, the positive electrode supplied with the moisture is dried at a predetermined temperature. For such drying, the above-described method can be used as appropriate, and among these drying apparatuses, those having a heating function can be preferably used. The drying temperature is not particularly limited as long as it is not higher than the melting point of the binder, but is typically 40 ° C. or higher (eg 50 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher) and 200 ° C. or lower (eg 170 ° C. or lower, preferably 140 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower). In addition, melting | fusing point of a binder can be grasped | ascertained by the differential scanning calorimetry (DSC) according to the prescription | regulation of JISK7121, for example. The time required for drying may vary depending on the thickness and density of the positive electrode mixture layer, the amount of moisture supplied to the positive electrode mixture layer in S3, and the like. For this reason, it is preferable to actually collect a sample from the positive electrode mixture layer and measure and determine the moisture content by a conventionally known method. For example, it is 2 hours or more (typically 5 hours or more, for example, 10 hours or more). Thus, it can be 240 hours or less (typically 120 hours or more, for example, 100 hours or less). In addition, operations that can accelerate drying (for example, application of pressure by evacuation or blowing of air at a wind speed of about 1 to 15 m / sec) can be used in combination as appropriate.

ここで開示される好ましい一態様では、上記水分が供給された正極の乾燥は、50℃以上(典型的には60℃以上)120℃以下の乾燥炉で行う。かかる方法によれば、電池特性を悪化させる虞のある水分(換言すればカールフィッシャー法によって120℃・30分の加熱条件で検出される正極合材層からの脱水量)を好適に低減することができる。このため、通常使用温度域で正極合材層内に存在する水分量を好適に低減することができる。また、かかる方法によれば内部短絡時に温度上昇を抑制し得る水分(換言すれば、カールフィッシャー法によって300℃・30分の加熱条件で検出される正極合材層からの脱水量)を好適な範囲に調整することができる。このため、内部短絡等によって電池内部の温度が上昇した(例えば電池内部が200℃〜300℃になった)際に、正極活物質層から水分が脱離し温度上昇を抑制することができる。したがって、かかる方法によれば、通常使用時における抵抗の増大や電池特性の低下がなく、かつ内部短絡時の耐性を備えた電池を製造することができる。   In a preferred embodiment disclosed herein, the positive electrode supplied with moisture is dried in a drying furnace at 50 ° C. or higher (typically 60 ° C. or higher) and 120 ° C. or lower. According to such a method, moisture that may deteriorate the battery characteristics (in other words, the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer detected under the heating condition of 120 ° C. for 30 minutes by the Karl Fischer method) is suitably reduced. Can do. For this reason, the amount of moisture present in the positive electrode mixture layer in the normal use temperature range can be suitably reduced. Further, according to such a method, moisture that can suppress the temperature rise at the time of an internal short circuit (in other words, the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer detected by the Karl Fischer method under heating conditions of 300 ° C. for 30 minutes) is suitable. Can be adjusted to the range. For this reason, when the temperature inside the battery rises due to an internal short circuit or the like (for example, the inside of the battery becomes 200 ° C. to 300 ° C.), moisture is desorbed from the positive electrode active material layer, and the temperature rise can be suppressed. Therefore, according to such a method, it is possible to manufacture a battery that does not have an increase in resistance or a decrease in battery characteristics during normal use, and that has a resistance against an internal short circuit.

ここで開示される正極合材層は、カールフィッシャー法(典型的には水分気化法−電量滴定法)によって120℃で30分経過後に検出される水分量が300ppm以下である。正極合材層からの脱水量がかかる値以下に抑制されている場合、電池の通常使用温度域(典型的には100℃以下)において正極合材層中に存在する水分量が低減されている。このため、通常使用時には抵抗の増大や電池特性の低下を招来することなく、高い電池特性を発揮することができる。
また、ここで開示される正極合材層は、カールフィッシャー法(典型的には水分気化法−電量滴定法)によって300℃で30分経過後に検出される水分量が3000ppm以上10000ppm以下(典型的には3000ppm以上7000ppm以下、例えば3000ppm以上5000ppm以下)である。正極合材層からの脱水量が3000ppm以上と従来に比べて多い場合、内部短絡等によって電池温度が上昇した(例えば200℃〜300℃の温度になった)際に、正極活物質層に含まれる水分が脱離する。そして、該水分によって電池の内部が冷やされ、電池温度の上昇を効果的に抑制することができる。さらに、この水分が相転移して水蒸気となる際に蒸発熱(気化熱)が必要となるため、かかる温度上昇をより一層効果的に抑制することができる。したがって、金属物の釘刺し等によって電池内部に短絡を生じ瞬間的に大電流が流れた場合であっても、急激な温度上昇を回避することができる。
The positive electrode mixture layer disclosed herein has a water content of 300 ppm or less detected after 30 minutes at 120 ° C. by the Karl Fischer method (typically the water vaporization method-coulometric titration method). When the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer is suppressed below this value, the amount of water present in the positive electrode mixture layer is reduced in the normal use temperature range of the battery (typically 100 ° C. or less). . For this reason, high battery characteristics can be exhibited without causing an increase in resistance or a decrease in battery characteristics during normal use.
In addition, the positive electrode mixture layer disclosed herein has a water content of 3000 ppm or more and 10,000 ppm or less (typical) detected after 30 minutes at 300 ° C. by the Karl Fischer method (typically, the water vaporization method-coulometric titration method). Is 3000 ppm or more and 7000 ppm or less, for example 3000 ppm or more and 5000 ppm or less. When the amount of dehydration from the positive electrode mixture layer is 3000 ppm or more compared to the conventional case, it is included in the positive electrode active material layer when the battery temperature rises due to an internal short circuit or the like (for example, a temperature of 200 ° C. to 300 ° C.). Moisture is released. And the inside of a battery is cooled with this water | moisture content, and the raise of battery temperature can be suppressed effectively. Furthermore, since heat of vaporization (heat of vaporization) is required when the moisture undergoes phase transition to become water vapor, the temperature rise can be more effectively suppressed. Therefore, even when a short circuit occurs in the battery due to a nail penetration of a metal object and a large current flows instantaneously, a rapid temperature rise can be avoided.

なお、水分の検出方法としてここではカールフィッシャー法を用いたが、例えば従来公知の示差熱−熱重量同時測定(Thermogravimetry−Differential Thermal Analysis;TG−DTA)の手法によっても、概ね同等の値を得ることができる。より具体的には、一般的なTG−DTAの装置を用いて、酸素ガス(O)雰囲気下において所定の昇温速度(例えば10℃/min)で測定対象(正極合材層)を昇温し、かかる際の重量減少(ppm(重量比))から水分以外の要因(例えばバインダの分解)に係る重量減少分を差し引くことで、水分(脱水)量を算出することができる。 The Karl Fischer method is used here as the moisture detection method. However, for example, substantially the same value can be obtained also by a conventionally known method of differential thermal-thermogravimetric measurement (TG-DTA). be able to. More specifically, using a general TG-DTA apparatus, the measurement target (positive electrode mixture layer) is raised at a predetermined temperature increase rate (for example, 10 ° C./min) in an oxygen gas (O 2 ) atmosphere. The amount of water (dehydration) can be calculated by subtracting the amount of weight reduction related to factors other than moisture (for example, decomposition of the binder) from the weight reduction (ppm (weight ratio)) at such time.

次に、ここで開示される非水電解質二次電池の負極は、負極集電体と、該負極集電体上に形成された少なくとも負極活物質を含む負極合材層と、を備えている。この実施形態では負極活物質層は負極活物質を含み、バインダによって上記負極集電体上に固着されている。
負極集電体としては、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性材料が好ましく用いられる。また負極集電体の形状は正極集電体の形状と同様であり得る。
Next, the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer including at least a negative electrode active material formed on the negative electrode current collector. . In this embodiment, the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and is fixed on the negative electrode current collector by a binder.
As the negative electrode current collector, a conductive material made of a metal having good conductivity (for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the negative electrode current collector can be the same as the shape of the positive electrode current collector.

負極活物質としては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上の材料を特に限定することなく使用することができる。特に限定されるものではないが、具体的には、天然黒鉛(石墨)、人造黒鉛、ハードカーボン(難黒鉛化炭素)、ソフトカーボン(易黒鉛化炭素)、カーボンナノチューブ等の炭素材料;酸化ケイ素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化ニオブ、酸化錫、リチウムケイ素複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物(Lithium Titanium Composite Oxide:LTO、例えばLiTi12、LiTi、LiTi)、リチウムバナジウム複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム錫複合酸化物等の金属酸化物材料;窒化リチウム、リチウムコバルト複合窒化物、リチウムニッケル複合窒化物等の金属窒化物材料;スズ、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、リチウム等の金属もしくはこれらの金属元素を主体とする金属合金からなる金属材料;等が挙げられる。なかでも、高いエネルギー密度が得られることから、黒鉛系の材料(典型的にはグラファイト)を好ましく使用することができる。
負極合材層全体に占める負極活物質の割合は特に限定されないが、通常は凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは90質量%以上以下99質量%(例えば95質量%以上99質量%以下)である。
As the negative electrode active material, one kind or two or more kinds of materials conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. Specific examples include, but are not limited to, carbon materials such as natural graphite (graphite), artificial graphite, hard carbon (non-graphitizable carbon), soft carbon (graphitizable carbon), and carbon nanotubes; silicon oxide , Titanium oxide, vanadium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, niobium oxide, tin oxide, lithium silicon composite oxide, lithium titanium composite oxide (LTO, for example, Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 O 4 , Li 2 Ti 3 O 7 ), metal oxide materials such as lithium vanadium composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium tin composite oxide; lithium nitride, lithium cobalt composite nitride, lithium nickel composite nitride Metal nitride materials such as tin, silicon, aluminum, zinc, lithium, etc. And the like; metal material comprising a et of metal elements from metal alloy mainly. Especially, since a high energy density is obtained, a graphite-type material (typically graphite) can be used preferably.
The proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode mixture layer is not particularly limited, but it is usually suitably about 50% by mass or more, and preferably 90% by mass or more and 99% by mass (eg, 95% by mass or more and 99% by mass). Mass% or less).

バインダとしては、上記正極合材層用のバインダとして例示したポリマー材料から適当なものを選択することができる。具体的には、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が例示される。
負極合材層全体に占めるバインダの割合は特に限定されないが、例えば1質量%以上10質量%以下(好ましくは2質量%以上5質量%以下)とすることができる。
その他、既に上述した各種添加剤(例えば、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC))や導電材等を適宜使用することもできる。
As the binder, an appropriate material can be selected from the polymer materials exemplified as the binder for the positive electrode mixture layer. Specifically, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like are exemplified.
The ratio of the binder in the entire negative electrode composite material layer is not particularly limited, but may be, for example, 1% by mass or more and 10% by mass or less (preferably 2% by mass or more and 5% by mass or less).
In addition, the above-mentioned various additives (for example, carboxymethyl cellulose (CMC) as a dispersant), a conductive material, and the like can be used as appropriate.

ここで開示される負極の作製方法は特に限定されないが、例えば、負極活物質とバインダとを適当な溶媒中で混合してスラリー状の組成物を調製すること;上記調製したスラリーを負極集電体上に塗布して、負極合材層を備えた負極を作製すること;によって作製することができる。
より具体的には、まず上述したような負極活物質とバインダとを用いて、これらを適当な溶媒中で混合し、スラリー状の組成物(以下、「負極合材スラリー」という。)を調製する。負極合材スラリーの調製方法等は、上述した正極の場合と同様の手法であり得る。該スラリーの固形分濃度(NV)は特に限定されないが、例えば40質量%〜65質量%(好ましくは45質量%〜55質量%、より好ましくは45質量%〜50質量%)とすることができる。次に、上記調製したスラリーを既に上述したような負極集電体の表面に塗布・乾燥し、負極合材層(負極活物質層ともいう。)を形成する。これにより負極合材層を備えた負極を作製することができる。負極合材層の形成方法や乾燥方法は、上述した正極の場合と同様の手法であり得る。単位面積当たりに塗布する負極合材スラリーの質量(負極集電体の両面に負極合材層を有する構成では片面の質量)は特に限定されないが、5mg/cm〜30mg/cm程度(典型的には5mg/cm〜20mg/cm)程度とすることができる。
The method for producing the negative electrode disclosed herein is not particularly limited. For example, a negative electrode active material and a binder are mixed in an appropriate solvent to prepare a slurry composition; the prepared slurry is used as a negative electrode current collector. It is produced by applying on a body and producing a negative electrode provided with a negative electrode mixture layer.
More specifically, first, a negative electrode active material and a binder as described above are mixed in an appropriate solvent to prepare a slurry-like composition (hereinafter referred to as “negative electrode mixture slurry”). To do. The method for preparing the negative electrode mixture slurry may be the same as that for the positive electrode described above. Although the solid content concentration (NV) of the slurry is not particularly limited, it can be, for example, 40% by mass to 65% by mass (preferably 45% by mass to 55% by mass, more preferably 45% by mass to 50% by mass). . Next, the prepared slurry is applied to the surface of the negative electrode current collector as described above and dried to form a negative electrode mixture layer (also referred to as negative electrode active material layer). Thereby, the negative electrode provided with the negative electrode compound material layer can be produced. The method for forming the negative electrode mixture layer and the drying method may be the same as those for the positive electrode described above. It is not particularly restricted but (one surface of the mass on both sides of the negative electrode current collector in a configuration having a mixture layer) weight of the negative electrode mixture slurry is applied per unit area, 5mg / cm 2 ~30mg / cm 2 about (typically specifically the may be 5mg / cm 2 ~20mg / cm 2 ) degree.

そして、典型的には上記負極に適宜プレス処理を施すことによって、負極合材層の厚みや密度を調整することができる。プレス処理後の負極合材層の厚み(負極集電体の両面に負極合材層を有する構成では片面あたりの厚み)は、例えば40μm以上(典型的には50μm以上)であって、100μm以下(典型的には80μm以下)とすることができる。また、プレス処理後の負極合材層の密度は特に限定されないが、例えば1.0g/cm以上(典型的には1.1g/cm以上)であって、2.0g/cm以下(典型的には1.5g/cm以下)とすることができる。上記範囲を満たす場合、従来に比べ高いエネルギー密度を実現することができる。 Then, typically, the thickness and density of the negative electrode mixture layer can be adjusted by appropriately pressing the negative electrode. The thickness of the negative electrode mixture layer after the press treatment (thickness per side in the configuration having the negative electrode mixture layer on both sides of the negative electrode current collector) is, for example, 40 μm or more (typically 50 μm or more), and 100 μm or less. (Typically 80 μm or less). Further, the density of the negative electrode mixture layer after the press treatment is not particularly limited, but is, for example, 1.0 g / cm 3 or more (typically 1.1 g / cm 3 or more) and 2.0 g / cm 3 or less. (Typically 1.5 g / cm 3 or less). When satisfy | filling the said range, a high energy density is realizable compared with the past.

上記のように作製した正極と負極とを積層して、電極体を作製する。かかる電極体の形状は特に限定されないが、例えば、長尺状の正極集電体上に所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の上記正極と、長尺状の負極集電体上に所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の上記負極と、が積層され捲回されてなる捲回電極体とすることができる。上記構成により高容量化を実現し得る。また、かかる電池では内部短絡時に大電流移動に伴う温度上昇が発生しやすいため、本発明の適用が特に有用である。   The positive electrode and the negative electrode prepared as described above are laminated to prepare an electrode body. The shape of the electrode body is not particularly limited. For example, the electrode body layer having a predetermined width is formed on the long positive electrode current collector along the longitudinal direction of the current collector. The positive electrode and the long negative electrode in which a negative electrode mixture layer having a predetermined width is formed on the long negative electrode current collector along the longitudinal direction of the current collector are laminated and wound. Thus, a wound electrode body can be obtained. High capacity can be realized by the above configuration. In addition, the application of the present invention is particularly useful because such a battery is liable to increase in temperature due to a large current transfer during an internal short circuit.

なお、ここで開示される典型的な構成では、正極と負極との間にセパレータが介在される。該セパレータとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられるものと同様の各種多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(polyethylene:PE)、ポリプロピレン(polypropylene:PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム、不織布等)が挙げられる。かかる多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造であってもよい。例えば、総厚みが5〜30μm程度であって、PE層の両面にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP)の多孔質セパレータシートを好ましく用いることができる。なお、固体状の非水電解質を用いた二次電池(リチウムポリマー電池)では、上記非水電解質がセパレータを兼ねる構成としてもよい。   In the typical configuration disclosed here, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, various porous sheets similar to those conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, polyethylene (PE), polypropylene (polypropylene: PP), polyester, cellulose, Examples thereof include a porous resin sheet (film, nonwoven fabric, etc.) made of a resin such as polyamide. Such a porous resin sheet may have a single-layer structure or a plurality of structures of two or more layers. For example, a porous separator sheet having a total thickness of about 5 to 30 μm and a three-layer structure (PP / PE / PP) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer can be preferably used. In addition, in the secondary battery (lithium polymer battery) using a solid nonaqueous electrolyte, it is good also as a structure where the said nonaqueous electrolyte serves as a separator.

そして、上記捲回電極体を非水電解質とともに電池ケース内に収容し、電池ケースの開口部を封止することにより、非水電解質二次電池が構築される。
電池ケースとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられる材料や形状を用いることができる。該ケースの材質としては、例えば、アルミニウム、スチール等の金属材料;ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料;が挙げられる。なかでも、放熱性向上やエネルギー密度を高める目的から、比較的軽量な金属(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金)を好ましく採用し得る。また、該ケースの形状(容器の外形)は特に限定されず、例えば、円形(円筒形、コイン形、ボタン形)、六面体形(直方体形、立方体形)、袋体形、およびそれらを加工し変形させた形状等であり得る。また、該ケースには電流遮断機構(電池の過充電時に、内圧の上昇に応じて電流を遮断し得る機構)等の安全機構を設けることもできる。
And the non-aqueous electrolyte secondary battery is constructed | assembled by accommodating the said winding electrode body in a battery case with a non-aqueous electrolyte, and sealing the opening part of a battery case.
As a battery case, the material and shape conventionally used for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Examples of the material of the case include metal materials such as aluminum and steel; resin materials such as polyphenylene sulfide resin and polyimide resin. Among them, a relatively light metal (for example, aluminum or aluminum alloy) can be preferably employed for the purpose of improving heat dissipation and increasing energy density. Further, the shape of the case (outer shape of the container) is not particularly limited. For example, the shape (cylindrical shape, coin shape, button shape), hexahedron shape (cuboid shape, cube shape), bag shape, and the like are processed and deformed. It can be a shape or the like. In addition, the case can be provided with a safety mechanism such as a current interruption mechanism (a mechanism capable of interrupting current in response to an increase in internal pressure when the battery is overcharged).

非水電解質としては、少なくとも支持塩を含むものが用いられる。かかる非水電解質は、典型的には適当な非水溶媒中に支持塩(リチウム二次電池ではリチウム塩。)を含有させた組成を有するが、例えば液状の非水電解質にポリマーが添加され固体状(典型的には、いわゆるゲル状)となったものであってもよい。   As the nonaqueous electrolyte, one containing at least a supporting salt is used. Such a non-aqueous electrolyte typically has a composition in which a supporting salt (a lithium salt in a lithium secondary battery) is contained in a suitable non-aqueous solvent. For example, a polymer is added to a liquid non-aqueous electrolyte to form a solid. It may be in a shape (typically a so-called gel).

非水溶媒としては、従来から非水電解質二次電池に用いられるもののうち一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。典型的には、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒が挙げられる。より具体的には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコール、ジメチルエーテル、エチレングリコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。例えば、カーボネート類を主体とする非水溶媒は、初回充電処理において負極活物質表面に好適に被膜を形成し得るため、好ましい。なかでも比誘電率の高いECや、酸化電位が高い(電位窓の広い)DMCやEMC等を好適に用いることができる。例えば、非水溶媒として一種または二種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水溶媒を好ましく用いることができる。   As the non-aqueous solvent, one or two or more of those conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without particular limitation. Typically, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones and lactones can be mentioned. More specifically, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy Examples include ethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol, dimethyl ether, ethylene glycol, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and γ-butyrolactone. It is done. For example, a nonaqueous solvent mainly composed of carbonates is preferable because a film can be suitably formed on the surface of the negative electrode active material in the initial charge treatment. Among them, EC having a high relative dielectric constant, DMC, EMC, or the like having a high oxidation potential (wide potential window) can be preferably used. For example, the nonaqueous solvent contains one or more carbonates, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, and further preferably 90% by volume) of the total volume of the nonaqueous solvent. That is, it may be substantially 100% by volume.) A non-aqueous solvent can be preferably used.

支持塩としては、非水電解質二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種の材料を適宜採用することができる。例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiCSO、LiC(SOCF、LiClO等の各種のリチウム塩から選択される一種または二種以上を用いることができ、なかでもLiPFを好ましく用いることができる。かかる支持塩の濃度は特に制限されないが、極端に低すぎると電解質に含まれる電荷担体(典型的にはリチウムイオン)の量が不足し、イオン伝導性が低下する傾向がある。また極端に高すぎると、室温以下の温度域(例えば0℃〜30℃)において電解質の粘度が高くなり、内部抵抗が増大する傾向がある。このため、支持塩の濃度は、例えば0.1mol/L以上2mol/L以下(好ましくは、0.8mol/L以上1.5mol/L以下)とすることが好ましい。 As the supporting salt, various materials known to be able to function as a supporting electrolyte for nonaqueous electrolyte secondary batteries can be appropriately employed. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 One or two or more selected from various lithium salts such as LiClO 4 can be used, and among them, LiPF 6 can be preferably used. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but if it is too low, the amount of charge carriers (typically lithium ions) contained in the electrolyte is insufficient, and the ionic conductivity tends to decrease. On the other hand, if it is too high, the viscosity of the electrolyte increases in a temperature range below room temperature (for example, 0 ° C. to 30 ° C.), and the internal resistance tends to increase. For this reason, it is preferable that the density | concentration of a support salt shall be 0.1 mol / L or more and 2 mol / L or less (preferably 0.8 mol / L or more and 1.5 mol / L or less), for example.

ここで開示される技術における非水電解質は、本発明の効果を大きく損なわない限度で、上述した支持塩やガス発生剤、非水溶媒以外の成分を適宜含有することもできる。かかる任意成分の一例として、例えばビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等の被膜形成剤;ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等の過充電時にガスを発生させ得る化合物;カルボキシメチルセルロース(CMC)等の分散剤;増粘剤;等の各種添加剤が挙げられる。   The non-aqueous electrolyte in the technique disclosed herein can appropriately contain components other than the above-described supporting salt, gas generating agent, and non-aqueous solvent as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As an example of such an optional component, for example, a film forming agent such as vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), or fluoroethylene carbonate (FEC); gas at the time of overcharging such as biphenyl (BP) or cyclohexylbenzene (CHB) Various additives such as compounds that can be generated; dispersants such as carboxymethylcellulose (CMC); thickeners;

なお、電解液の注液方法や電池ケースの封止方法等は、従来の非水電解質二次電池と同様にして行うことができる。その後、該電池のコンディショニング(初期充放電)、ガス抜き、品質検査等の操作を必要に応じて適宜行うことができる。   In addition, the injection method of electrolyte solution, the sealing method of a battery case, etc. can be performed similarly to the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery. Thereafter, operations such as conditioning (initial charge / discharge), degassing, and quality inspection of the battery can be appropriately performed as necessary.

特に限定することを意図したものではないが、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の概略構成として、扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と、非水電解質と、を扁平な直方体形(角形)の容器に収容した形態の非水電解質二次電池(単電池)を例とし、図1〜3にその概略構成を示す。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、実際の寸法関係を反映するものではない。   Although not intended to be particularly limited, as a schematic configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, a flatly wound electrode body (winding electrode body), and a nonaqueous electrolyte Is taken as an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery (unit cell) in a flat rectangular parallelepiped (rectangular) container, and FIGS. In the following drawings, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. The dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each figure does not reflect the actual dimensional relationship.

図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池100の外形を模式的に示す斜視図である。また図2は、上記図1に示した非水電解質二次電池のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す図である。本実施形態に係る非水電解質二次電池100は、捲回電極体80と、電池ケース(外容器)50とを備える。この電池ケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(角形)の電池ケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。電池ケース50の上面(すなわち蓋体54)には、捲回電極体80の正極シートと電気的に接続する正極端子70、および該電極体の負極シートと電気的に接続する負極端子72が設けられている。また、蓋体54には電池ケース内部で発生したガスをケースの外部に排出するための安全弁55が備えられている。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing an outer shape of a nonaqueous electrolyte secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line II-II of the nonaqueous electrolyte secondary battery shown in FIG. The nonaqueous electrolyte secondary battery 100 according to this embodiment includes a wound electrode body 80 and a battery case (outer container) 50. The battery case 50 includes a flat rectangular parallelepiped (square) battery case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. On the upper surface (that is, the lid body 54) of the battery case 50, a positive electrode terminal 70 electrically connected to the positive electrode sheet of the wound electrode body 80 and a negative electrode terminal 72 electrically connected to the negative electrode sheet of the electrode body are provided. It has been. The lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas generated inside the battery case to the outside of the case.

図2に示すように、電池ケース50の内部には、長尺状の正極シート10と長尺状の負極シート20とが長尺状のセパレータシート40を介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)80が、(図示しない)非水電解質とともに収容されている。正極シート10は、その長手方向に沿う一方の端部において正極合材層14が設けられておらず(あるいは除去されて)、正極集電体12が露出するよう形成されている。同様に、捲回される負極シート20は、その長手方向に沿う一方の端部において負極合材層24が設けられておらず(あるいは除去されて)、負極集電体22が露出するように形成されている。   As shown in FIG. 2, in the battery case 50, a long positive electrode sheet 10 and a long negative electrode sheet 20 are wound flatly via a long separator sheet 40. An electrode body (rolled electrode body) 80 is accommodated together with a non-aqueous electrolyte (not shown). The positive electrode sheet 10 is formed such that the positive electrode mixture layer 14 is not provided (or removed) at one end portion along the longitudinal direction, and the positive electrode current collector 12 is exposed. Similarly, the negative electrode sheet 20 to be wound is not provided with (or removed from) the negative electrode mixture layer 24 at one end portion along the longitudinal direction so that the negative electrode current collector 22 is exposed. Is formed.

図3は、捲回電極体80を組み立てる前段階における長尺状のシート構造(電極シート)を模式的に示す図である。長尺状の正極集電体12の片面または両面(典型的には両面)に長手方向に沿って正極合材層14が形成された正極シート10と、長尺状の負極集電体22の片面または両面(典型的には両面)に長手方向に沿って負極合材層24が形成された負極シート20とを、長尺状のセパレータシート40とともに重ね合わせて長尺方向に捲回し、捲回電極体を作製する。このとき、正極シート10の正極合材層非形成部分と負極シート20の負極合材層非形成部分とがセパレータシート40の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート10と負極シート20とを幅方向にややずらして重ね合わせる。かかる捲回電極体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状の捲回電極体80が得られる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a long sheet structure (electrode sheet) in a stage before assembling the wound electrode body 80. Of the positive electrode sheet 10 in which the positive electrode mixture layer 14 is formed along the longitudinal direction on one or both surfaces (typically both surfaces) of the long positive electrode current collector 12, and the long negative electrode current collector 22. The negative electrode sheet 20 on which the negative electrode mixture layer 24 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (typically both sides) is overlapped with the long separator sheet 40 and wound in the longitudinal direction. A rotating electrode body is produced. At this time, the positive electrode sheet 10 and the negative electrode sheet 20 are formed so that the positive electrode mixture layer non-formed portion of the positive electrode sheet 10 and the negative electrode composite material layer non-formed portion of the negative electrode sheet 20 protrude from both sides of the separator sheet 40 in the width direction. Are overlapped slightly in the width direction. A flat wound electrode body 80 is obtained by squashing and winding the wound electrode body from the side surface direction.

捲回電極体80の捲回軸方向における中央部分には、捲回コア部分82(すなわち正極シート10の正極合材層14と負極シート20の負極合材層24とセパレータシート40とが密に積層された部分)が形成される。また、捲回電極体80の捲回軸方向の両端部には、正極シート10および負極シート20の電極合材層非形成部分がそれぞれ捲回コア部分82から外方にはみ出ている。かかる正極側のはみ出し部分(すなわち正極合材層14の非形成部分)および負極側のはみ出し部分(すなわち負極合材層24の非形成部分)には、正極集電板および負極集電板がそれぞれ付設されており、上述の正極端子70および負極端子72とそれぞれ電気的に接続されている。   A wound core portion 82 (that is, the positive electrode mixture layer 14 of the positive electrode sheet 10, the negative electrode mixture layer 24 of the negative electrode sheet 20, and the separator sheet 40 is densely formed in the central portion of the wound electrode body 80 in the winding axis direction. Laminated portions) are formed. Moreover, the electrode composite material layer non-formation part of the positive electrode sheet 10 and the negative electrode sheet 20 protrudes outward from the winding core part 82 at both ends in the winding axis direction of the wound electrode body 80, respectively. The protruding portion on the positive electrode side (that is, the portion where the positive electrode mixture layer 14 is not formed) and the protruding portion on the negative electrode side (that is, the portion where the negative electrode mixture layer 24 is not formed) are respectively provided with a positive electrode current collector plate and a negative electrode current collector plate. Attached and electrically connected to the positive terminal 70 and the negative terminal 72 described above.

図4は、非水電解質二次電池(単電池)100が直列および/または並列に接続されてなる組電池200の一例を示す。ここで開示される電池(単電池)は従来の電池に比べ優れた電池特性を維持しつつ、信頼性(内部短絡時の耐性)が向上していることを特徴とする。したがって、これら単電池を複数個相互に(典型的には直列に)接続してなる組電池では、一層高い電池特性を発揮し得る。図4に示す形態では、組電池200は複数個(典型的には10個以上、好ましくは10〜30個程度、例えば20個)の非水電解質二次電池(単電池)100を、それぞれの正極端子70および負極端子72が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ、電池ケース50の幅広な面が対向する方向(積層方向)に配列されている。そして、当該配列された単電池100の間には所定形状の冷却板110が挟み込まれている。この冷却板110は、使用時に各単電池100内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、好ましくは単電池100の間に冷却用流体(典型的には空気)を導入可能な形状(例えば、長方形状の冷却板の一辺から垂直に延びて対向する辺に至る複数の平行な溝が表面に設けられた形状)を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板が好適である。   FIG. 4 shows an example of a battery pack 200 in which nonaqueous electrolyte secondary batteries (unit cells) 100 are connected in series and / or in parallel. The battery (single cell) disclosed herein is characterized by improved reliability (resistance during internal short-circuiting) while maintaining excellent battery characteristics as compared with conventional batteries. Therefore, an assembled battery formed by connecting a plurality of these single cells to each other (typically in series) can exhibit even higher battery characteristics. In the form shown in FIG. 4, the assembled battery 200 includes a plurality of (typically 10 or more, preferably about 10 to 30, for example, 20) non-aqueous electrolyte secondary batteries (unit cells) 100. The wide surfaces of the battery case 50 are arranged in the facing direction (stacking direction) while being reversed one by one so that the positive electrode terminals 70 and the negative electrode terminals 72 are alternately arranged. A cooling plate 110 having a predetermined shape is sandwiched between the arranged unit cells 100. The cooling plate 110 functions as a heat dissipating member for efficiently dissipating heat generated in each unit cell 100 during use, and preferably a cooling fluid (typically between the unit cells 100). Air) (for example, a shape in which a plurality of parallel grooves extending vertically from one side of the rectangular cooling plate to the opposite side are provided on the surface). A cooling plate made of metal having good thermal conductivity or lightweight and hard polypropylene or other synthetic resin is suitable.

上記配列させた単電池100および冷却板110の両端には、一対のエンドプレート(拘束板)120が配置されている。また、上記冷却板110とエンドプレート120との間には、長さ調整手段としてのシート状スペーサ部材150を一枚又は複数枚挟み込んでいてもよい。上記配列された単電池100、冷却板110およびスペーサ部材150は、両エンドプレートの間を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド130によって、該積層方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。より詳しくは、拘束バンド130の端部をビス155によりエンドプレート120に締付且つ固定することによって、上記単電池等は、その配列方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。これにより、各単電池100の電池ケース50の内部に収容されている捲回電極体80にも拘束圧がかかる。そして、隣接する単電池100間において、一方の正極端子70と他方の負極端子72とが、接続部材(バスバー)140によって電気的に接続されている。このように各単電池100を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池200が構築されている。   A pair of end plates (restraint plates) 120 are arranged at both ends of the unit cells 100 and the cooling plate 110 arranged as described above. One or a plurality of sheet-like spacer members 150 as length adjusting means may be sandwiched between the cooling plate 110 and the end plate 120. The unit cell 100, the cooling plate 110, and the spacer member 150 arranged in the above manner are applied with a predetermined restraining pressure in the stacking direction by a fastening restraint band 130 attached so as to bridge between both end plates. It is restrained. More specifically, by tightening and fixing the end portion of the restraining band 130 to the end plate 120 with screws 155, the unit cells and the like are restrained so that a predetermined restraining pressure is applied in the arrangement direction. Thereby, restraint pressure is also applied to the wound electrode body 80 housed in the battery case 50 of each unit cell 100. Then, between the adjacent unit cells 100, one positive terminal 70 and the other negative terminal 72 are electrically connected by a connecting member (bus bar) 140. Thus, the assembled battery 200 of the desired voltage is constructed | assembled by connecting each cell 100 in series.

ここで開示される技術の好ましい適用対象として、電池容量が20Ah以上という比較的高容量タイプの非水電解質二次電池(典型的にはリチウム二次電池)が挙げられる。例えば、電池容量が20Ah以上(典型的には25Ah以上、例えば30Ah以上)であって、100Ah以下の非水電解質二次電池が例示される。あるいは、他の好ましい適用対象として、エネルギー密度が230kWh/m以上の非水電解質二次電池(典型的にはリチウム二次電池)が挙げられる。例えば、エネルギー密度が230kWh/m以上(典型的には250kWh/m以上、例えば300kWh/m以上)であって、500kWh/m以下の非水電解質二次電池が例示される。このような高容量タイプの非水電解質二次電池では、短絡箇所に瞬間的に大きな電流が流れ、かかる電流の移動に伴う不具合(例えば急激な温度上昇)が発生しやすい。このため、本発明の適用が特に有用である。 As a preferable application target of the technology disclosed herein, there is a relatively high capacity type non-aqueous electrolyte secondary battery (typically a lithium secondary battery) having a battery capacity of 20 Ah or more. For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a battery capacity of 20 Ah or more (typically 25 Ah or more, for example, 30 Ah or more) and 100 Ah or less is exemplified. Alternatively, another preferable application object is a non-aqueous electrolyte secondary battery (typically a lithium secondary battery) having an energy density of 230 kWh / m 3 or more. For example, a nonaqueous electrolyte secondary battery having an energy density of 230 kWh / m 3 or more (typically 250 kWh / m 3 or more, for example, 300 kWh / m 3 or more) and 500 kWh / m 3 or less is exemplified. In such a high-capacity type non-aqueous electrolyte secondary battery, a large current instantaneously flows through the short-circuited portion, and a problem (for example, a rapid temperature increase) easily occurs due to the movement of the current. For this reason, application of the present invention is particularly useful.

ここで開示される電池は、上記のとおり内部短絡時における耐性が高く、且つ良好な電池特性(例えば電池容量)を示すことから、高い電池特性や信頼性が要求される用途で好適に使用され得る。かかる用途として、例えば自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源が挙げられる。したがって本発明により、例えば図5に模式的に示すように、かかる非水電解質二次電池(特にリチウム二次電池)を複数接続してなる組電池200を電源として備える車両1が提供される。車両1の種類は特に限定されないが、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、電気トラック、原動機付自転車、電動アシスト自転車、電動車いす、電気鉄道等が例示される。なお、ここでは単電池100が直列および/または並列に複数個接続されてなる組電池200を用いたが、勿論、単電池100を単独で使用することも可能である。   As described above, the battery disclosed herein has high resistance at the time of an internal short circuit and exhibits good battery characteristics (for example, battery capacity). Therefore, the battery disclosed herein is preferably used in applications that require high battery characteristics and reliability. obtain. Examples of such applications include power supplies for motors (electric motors) mounted on vehicles such as automobiles. Therefore, according to the present invention, for example, as schematically shown in FIG. 5, there is provided a vehicle 1 provided with a battery pack 200 formed by connecting a plurality of such nonaqueous electrolyte secondary batteries (particularly lithium secondary batteries) as a power source. The type of the vehicle 1 is not particularly limited, and examples thereof include plug-in hybrid vehicles (PHV), hybrid vehicles (HV), electric vehicles (EV), electric trucks, motorbikes, electric assist bicycles, electric wheelchairs, electric railways and the like. Is done. Here, the assembled battery 200 in which a plurality of unit cells 100 are connected in series and / or in parallel is used, but it is of course possible to use the unit cell 100 alone.

以下、本発明に関するいくつかの例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described. However, the present invention is not intended to be limited to the specific examples.

<正極シートの作製>
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(NCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これら材料の質量比率がNCM:AB:PVdF=91:6:3となるよう混練機に投入し、固形分濃度(NV)が50質量%となるようにN−メチルピロリドン(NMP)で粘度を調製しながら混練し、正極活物質スラリーを調製した。このスラリーを、厚み15μmの長尺シート状のアルミニウム箔(正極集電体)に目付(両面)27.0mg/cmで帯状に塗布して乾燥(乾燥温度80℃、5分間)することによって、正極集電体の両面に正極合材層が設けられた正極シートを計4枚作製した。そして、作製した正極シートを圧延プレスして、正極合材層の密度が2.6〜3.0g/cmとなるよう調整した。なお、圧延プレス後の正極合材層の厚みは片面あたり凡そ50μm(両面で100μm)だった。
上記作製した正極シートをそれぞれ表1に示す環境下に一定期間保持した後、例1および例3については表1に示す条件で乾燥させた。
<Preparation of positive electrode sheet>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, these materials The mass ratio of NCM: AB: PVdF = 91: 6: 3 is charged into a kneader and the viscosity is adjusted with N-methylpyrrolidone (NMP) so that the solid content concentration (NV) is 50% by mass. While mixing, a positive electrode active material slurry was prepared. By applying this slurry in a strip shape to a long sheet-like aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm at a basis weight (both sides) of 27.0 mg / cm 2 and drying (drying temperature 80 ° C., 5 minutes) A total of four positive electrode sheets in which a positive electrode mixture layer was provided on both surfaces of the positive electrode current collector were produced. And the produced positive electrode sheet was roll-pressed and it adjusted so that the density of a positive electrode compound-material layer might be 2.6-3.0 g / cm < 3 >. The thickness of the positive electrode mixture layer after the rolling press was about 50 μm per side (100 μm on both sides).
Each of the prepared positive electrode sheets was held for a certain period in the environment shown in Table 1, and then Example 1 and Example 3 were dried under the conditions shown in Table 1.

[正極合材層の水分含有量測定]
正極シート(例1〜4)を表1のような条件で処理した後、この正極シートから正極合材層を一部削り取って、一般的なカールフィッシャー法(水分気化法−電量滴定法)により、かかるサンプルに含まれる水分量を測定した。測定条件は以下の通りである。結果を表2の該当欄に示す。
測定条件;(1)加熱条件:120℃で30分
(2)加熱条件:300℃で30分
[Measurement of water content of positive electrode mixture layer]
After the positive electrode sheets (Examples 1 to 4) were treated under the conditions shown in Table 1, a part of the positive electrode mixture layer was scraped off from the positive electrode sheet, and a general Karl Fischer method (moisture vaporization method-coulometric titration method) was used. The amount of water contained in the sample was measured. The measurement conditions are as follows. The results are shown in the corresponding column of Table 2.
Measurement conditions: (1) Heating conditions: 30 minutes at 120 ° C
(2) Heating conditions: 30 minutes at 300 ° C

表2に示す水分含有量測定の結果より、正極の保管環境の湿度が50%RHと高かった(すなわち、正極合材層に水分が供給され得る環境にあった)例1,2では、加熱温度:300℃において検出される水分量が相対的に多く、3000ppm以上だった。また、湿度が50%RHの環境下で保管した後に乾燥を行った例1および保管環境の湿度が1%程度と低かった例3,4では、加熱温度:120℃において検出される水分量が相対的に少なく、300ppm以下(典型的には250ppm以下、例えば100ppm以上300ppm以下)だった。   According to the results of the moisture content measurement shown in Table 2, the humidity in the storage environment of the positive electrode was as high as 50% RH (that is, in the environment where water can be supplied to the positive electrode mixture layer). Temperature: The amount of water detected at 300 ° C. was relatively large and was 3000 ppm or more. In Example 1 where drying was performed after storage in an environment where the humidity was 50% RH and Examples 3 and 4 where the humidity in the storage environment was as low as about 1%, the amount of water detected at a heating temperature of 120 ° C. It was relatively low and was 300 ppm or less (typically 250 ppm or less, for example, 100 ppm or more and 300 ppm or less).

<負極シートの作製>
次に、負極活物質としてのアモルファスコートグラファイト(C、粒径25μm、比表面積2.5m/g)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比がC:SBR:CMC=98:1:1となるよう混練機に投入し、固形分濃度(NV)が45質量%となるようにイオン交換水で粘度を調製しながら混練し、負極活物質スラリーを調製した。このスラリーを、厚み10μmの長尺シート状の長尺状銅箔(負極集電体)に目付(両面)14.7mg/cmで帯状に塗布して乾燥(乾燥温度80℃、5分間)することにより、負極集電体の両面に負極合材層が設けられた負極シートを計4枚作製した。そして、作製した負極シートを圧延プレスして、負極合材層の密度が1.1〜1.3g/cmとなるように調整した。なお、圧延プレス後の負極合材層の厚みは、片面あたり凡そ60μm(両面で120μm)だった。
<Preparation of negative electrode sheet>
Next, amorphous coated graphite (C, particle size 25 μm, specific surface area 2.5 m 2 / g) as the negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as the binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as the thickener In a kneader so that the mass ratio of these materials is C: SBR: CMC = 98: 1: 1, and the viscosity is adjusted with ion-exchanged water so that the solid content concentration (NV) is 45 mass%. While kneading, a negative electrode active material slurry was prepared. The slurry was applied to a long sheet-like long copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm in a band shape with a basis weight (both sides) of 14.7 mg / cm 2 and dried (drying temperature 80 ° C., 5 minutes). As a result, a total of four negative electrode sheets in which the negative electrode mixture layers were provided on both surfaces of the negative electrode current collector were produced. And the produced negative electrode sheet was rolling-pressed and adjusted so that the density of a negative electrode compound-material layer might be 1.1-1.3 g / cm < 3 >. Note that the thickness of the negative electrode mixture layer after the rolling press was approximately 60 μm per side (120 μm on both sides).

<非水電解質二次電池の構築>
上記作製した正極シートと負極シートとを、2枚のセパレータシート(ここでは、ポリエチレン(PE)層の両面にポリプロピレン(PP)層が積層された三層構造の多孔質シート(総厚み20μm)を用いた。)を介して対面に配置し捲回した後、扁平形状に成形して捲回電極体を作製した。該電極体の正極集電体端部(正極合材層の未塗工部)に正極端子を、負極集電体の端部(負極合材層の未塗工部)に負極端子を、それぞれ溶接により接合した。かかる電極体を角形の電池ケースに収容し、非水電解質(ここでは、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。)を注入した。そして、該電池ケースを封口(密閉)して、角形の非水電解質二次電池(例1〜4)を構築した。
<Construction of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The produced positive electrode sheet and negative electrode sheet are divided into two separator sheets (here, a three-layer porous sheet (total thickness 20 μm) in which a polypropylene (PP) layer is laminated on both sides of a polyethylene (PE) layer). And wound on the opposite side, and formed into a flat shape to produce a wound electrode body. A positive electrode terminal is provided at the positive electrode current collector end of the electrode body (uncoated portion of the positive electrode mixture layer), and a negative electrode terminal is provided at the end of the negative electrode current collector (uncoated portion of the negative electrode mixture layer). Joined by welding. Such an electrode body is accommodated in a rectangular battery case, and a non-aqueous electrolyte (here, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) are EC: DMC: EMC = 3: 4: 3). In a mixed solvent containing a volume ratio of 1), LiPF 6 as a supporting salt dissolved at a concentration of 1 mol / L was used. Then, the battery case was sealed (sealed) to construct a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery (Examples 1 to 4).

<電池特性測定>
上記構築した例1〜4の二次電池に対して、25℃の温度環境下において、適当なコンディショニング処理(ここでは、1Cの定電流で正負極の端子間電圧が4.1Vに到達するまで充電した後、5分間休止し、1.5時間の定電圧充電を行う操作。)を行った。そして、該電池を0.3Cの定電流で正負極の端子間電圧が3Vに到達するまで放電させ、初期容量(mAh/g)を確認した。結果を図6および表2の「初期容量」の欄に示す。なお、表2中の「初期容量」の欄において、「○」は目標とする電池容量が得られたことを、「×」は目標とする電池容量が得られなかったことを、それぞれ表している。
次に、該電池の入出力特性(IV抵抗)を評価した。具体的には、25℃の温度環境下において、まず上記例1〜4の電池に対して1Cの定電流でSOC20%まで定電流充電した後、2時間の定電圧充電を行ってSOCを調整した。そして、この電池を5Cの定電流で放電し、10秒後の電圧降下からIV抵抗を求めた。結果を図7および表2の「入出力特性」の欄に示す。なお、表2中の「入出力特性」の欄において、「○」は目標とする電池抵抗よりも低かったことを、「×」は目標とする電池抵抗よりも高かったことを、それぞれ表している。また、SOCとは、可逆的に充放電可能な電圧範囲において、その上限となる電圧(ここでは4.1V)が得られる充電状態を100%とし、下限となる電圧(ここでは3.0V)が得られる充電状態を0%としたときの充電状態を示すものである。
<Battery characteristics measurement>
For the secondary batteries of Examples 1 to 4 constructed as described above, an appropriate conditioning process (here, until the voltage between the positive and negative terminals reaches 4.1 V at a constant current of 1 C under a temperature environment of 25 ° C.) After charging, an operation of resting for 5 minutes and performing constant voltage charging for 1.5 hours was performed. The battery was discharged at a constant current of 0.3 C until the voltage between the positive and negative terminals reached 3 V, and the initial capacity (mAh / g) was confirmed. The result is shown in the column of “initial capacity” in FIG. In the column of “Initial capacity” in Table 2, “◯” represents that the target battery capacity was obtained, and “×” represents that the target battery capacity was not obtained. Yes.
Next, the input / output characteristics (IV resistance) of the battery were evaluated. Specifically, in a temperature environment of 25 ° C., the batteries of Examples 1 to 4 are first charged at a constant current of 1 C to a SOC of 20%, and then the SOC is adjusted by performing a constant voltage charge for 2 hours. did. Then, this battery was discharged at a constant current of 5 C, and the IV resistance was obtained from the voltage drop after 10 seconds. The results are shown in the column of “input / output characteristics” in FIG. In the column of “input / output characteristics” in Table 2, “◯” represents that the battery resistance was lower than the target, and “×” represents that it was higher than the target battery resistance. Yes. In addition, the SOC is 100% of the state of charge in which a voltage (4.1 V here) can be obtained in the reversibly chargeable / dischargeable voltage range, and a voltage (3.0 V here) which is the lower limit. This shows the state of charge when the state of charge obtained is 0%.

図6、図7および表2から明らかなように、例2の電池は目標とする電池特性に達しなかった。この原因として、電池内(典型的には正極合材層内)に存在する水分が電解質等と反応して炭酸リチウムとなり、正極合材層表面に高抵抗の被膜を形成したことが考えられる。これに対し、例1,3,4の電池では目標とする電池特性を満足していた。したがって、加熱温度120℃で検出される水分量が300ppm以下(典型的には250ppm以下)と相対的に少ない場合、すなわち電池の通常使用温度域(典型的には100℃以下)において正極合材層に存在する水分の量が低減されている場合、抵抗の増大や電池特性の低下を招来することなく高い電池特性を発揮することができることが示された。   As apparent from FIGS. 6 and 7 and Table 2, the battery of Example 2 did not reach the target battery characteristics. As a cause of this, it is conceivable that moisture present in the battery (typically in the positive electrode mixture layer) reacts with the electrolyte or the like to form lithium carbonate, thereby forming a high-resistance coating on the surface of the positive electrode mixture layer. In contrast, the batteries of Examples 1, 3, and 4 satisfied the target battery characteristics. Therefore, when the moisture content detected at a heating temperature of 120 ° C. is relatively low, ie, 300 ppm or less (typically 250 ppm or less), that is, in the normal use temperature range (typically 100 ° C. or less) of the battery, It was shown that when the amount of moisture present in the layer is reduced, high battery characteristics can be exhibited without causing an increase in resistance or a decrease in battery characteristics.

<釘刺し試験>
上記例1〜4の非水電解質二次電池に対し、まず上記理論容量を5時間で供給し得る電流値(1/5C)で充電上限電圧(4.2V)まで定電流充電を行い、さらに初期の電流値の1/10になるまで定電圧充電を行った。そして、上記充電後の非水電解質二次電池に対して釘刺し試験を行った。釘刺し試験は、25℃の試験温度で、充電後の非水電解質二次電池の中央付近(図1の×で示す部位)に直径3mmの鉄製の釘を10mm/secの速度で貫通させた。また、電池ケースの外表面に2枚の熱電対を貼り付けて、各試験実施時の電池温度(最高到達温度)を測定した。
<Nail penetration test>
For the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 4, first, the above-described theoretical capacity is charged at a current value (1/5 C) that can be supplied in 5 hours to a charging upper limit voltage (4.2 V), and further, Constant voltage charging was performed until 1/10 of the initial current value. And the nail penetration test was done with respect to the non-aqueous electrolyte secondary battery after the said charge. In the nail penetration test, an iron nail having a diameter of 3 mm was penetrated at a speed of 10 mm / sec near the center of the non-aqueous electrolyte secondary battery after charging (portion indicated by x in FIG. 1) at a test temperature of 25 ° C. . Further, two thermocouples were attached to the outer surface of the battery case, and the battery temperature (maximum temperature reached) at the time of each test was measured.

結果を図8〜図12に示す。図8は例1の結果、図9は例2の結果、図10は例3の結果、図11は例4の結果、をそれぞれ示している。また、図12は300℃で検出される水分量(ppm)と、釘刺し試験時の最高到達温度(℃)との関係を示している。なお、図8〜図11中に示す矢印は、釘を貫通させた地点を表している。さらに、試験時に測定された電池温度の変化や最高到達温度等に基づいて、本発明の効果の有無を検討した。結果を表2の「釘刺し試験」の欄に示す。なお、表2中の「釘刺し試験−判定」の欄において、「○」は効果が認められた(典型的には、最高到達温度が400℃未満に抑えられた)ことを、「×」は効果が認められなかった(典型的には、最高到達温度が400℃以上に達した)ことを、それぞれ表している。   The results are shown in FIGS. 8 shows the results of Example 1, FIG. 9 shows the results of Example 2, FIG. 10 shows the results of Example 3, and FIG. 11 shows the results of Example 4. FIG. 12 shows the relationship between the amount of moisture (ppm) detected at 300 ° C. and the maximum temperature reached (° C.) during the nail penetration test. In addition, the arrow shown in FIGS. 8-11 represents the point which penetrated the nail. Furthermore, the presence or absence of the effect of the present invention was examined based on the change in battery temperature, the maximum temperature reached, and the like measured during the test. The results are shown in the “nail penetration test” column of Table 2. In addition, in the column of “nail penetration test-judgment” in Table 2, “◯” indicates that an effect was recognized (typically, the maximum temperature reached was less than 400 ° C.), and “×” Indicates that the effect was not recognized (typically, the maximum temperature reached 400 ° C. or higher).

図12および表2から明らかなように、正極合材層の形成後に湿度の高い環境下に曝さなかった(すなわち、正極合材層に水分を供給しなかった)例3,4の電池では、最高到達温度が400℃以上と高かった。これに対し、例1,2の電池では最高温度が400℃以下に抑えられていた。この理由としては、電池内部の温度が上昇した(例えば200℃〜300℃の温度になった)際に正極活物質層に含まれる水分が脱離し、その水分によって電池温度の上昇が好適に抑制されたことが考えられる。したがって、加熱温度300℃で検出される水分量が3000ppm以上と従来に比べ相対的に多い場合には、内部短絡時の温度上昇を抑制し得ることが示された。
このように、本発明によれば、優れた電池特性を維持しつつ内部短絡時の温度上昇を抑制し得る、信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することができる。
As is clear from FIG. 12 and Table 2, in the batteries of Examples 3 and 4 that were not exposed to a high humidity environment after the formation of the positive electrode mixture layer (that is, water was not supplied to the positive electrode mixture layer), The maximum temperature reached was as high as 400 ° C or higher. On the other hand, in the batteries of Examples 1 and 2, the maximum temperature was suppressed to 400 ° C. or lower. This is because moisture contained in the positive electrode active material layer is desorbed when the temperature inside the battery rises (for example, 200 ° C. to 300 ° C.), and the rise in battery temperature is suitably suppressed by the moisture. It is thought that it was done. Therefore, it was shown that when the amount of water detected at the heating temperature of 300 ° C. is 3000 ppm or more, which is relatively large compared to the conventional case, the temperature increase during the internal short circuit can be suppressed.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress an increase in temperature during an internal short circuit while maintaining excellent battery characteristics.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 自動車(車両)
10 正極シート(正極)
12 正極集電体
14 正極合材層
20 負極シート(負極)
22 負極集電体
24 負極合材層
40 セパレータシート(セパレータ)
50 電池ケース
52 電池ケース本体
54 蓋体
55 安全弁
70 正極端子
72 負極端子
80 捲回電極体
82 捲回コア部分
100 非水電解質二次電池
110 冷却板
120 エンドプレート
130 拘束バンド
140 接続部材
150 スペーサ部材
155 ビス
200 組電池
1 Automobile (vehicle)
10 Positive electrode sheet (positive electrode)
12 Positive electrode current collector 14 Positive electrode mixture layer 20 Negative electrode sheet (negative electrode)
22 Negative electrode current collector 24 Negative electrode mixture layer 40 Separator sheet (separator)
50 Battery Case 52 Battery Case Body 54 Lid 55 Safety Valve 70 Positive Terminal 72 Negative Electrode 80 Winding Electrode Body 82 Winding Core Part 100 Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery 110 Cooling Plate 120 End Plate 130 Restraint Band 140 Connection Member 150 Spacer Member 155 screw 200 battery pack

Claims (12)

正極と負極とを備えた電極体と、非水電解質と、が所定の電池ケース内に収容された非水電解質二次電池であって、
前記正極は、正極集電体と、該集電体上に形成された正極活物質を含む正極合材層と、を備え、
前記正極合材層は、カールフィッシャー法によって、
120℃で30分経過後に検出される水分量が300ppm以下であり、
300℃で30分経過後に検出される水分量が3000ppm以上10000ppm以下であることを特徴とする、非水電解質二次電池。
An electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte are non-aqueous electrolyte secondary batteries housed in a predetermined battery case,
The positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material formed on the current collector,
The positive electrode mixture layer is formed by a Karl Fischer method.
The amount of water detected after 30 minutes at 120 ° C. is 300 ppm or less,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a water content detected after 30 minutes at 300 ° C. is 3000 ppm or more and 10,000 ppm or less.
前記正極活物質は、一般式(1):
Li1+δ(NiCoMn)O (1)
(ここで、Mは、遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上であり、δは、0≦δ≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり、a,b,c,dは、0.9≦a+b+c+d≦1.2を満たし、a,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい。)
で表されるリチウム遷移金属酸化物を含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
The positive electrode active material has the general formula (1):
Li 1 + δ (Ni a Co b Mn c M d ) O 2 (1)
(Here, M is one or more selected from a transition metal element, a typical metal element, and boron (B), and δ satisfies the charge neutrality condition with 0 ≦ δ ≦ 0.2. (A, b, c, d satisfy 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.2, and at least one of a, b, c is greater than 0.)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 1 containing the lithium transition metal oxide represented by these.
前記電極体は、
長尺状の正極集電体上に、所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の正極と、
長尺状の負極集電体上に、所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の負極と、を備え、
前記長尺状の正極と、前記長尺状の負極とが対向した状態で積層され長手方向に捲回されてなる捲回電極体である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
The electrode body is
On a long positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer having a predetermined width is formed along the longitudinal direction of the current collector, and
On the long negative electrode current collector, a negative electrode mixture layer having a predetermined width is formed along the longitudinal direction of the current collector.
The nonaqueous electrolyte secondary according to claim 1, wherein the secondary electrode is a wound electrode body that is laminated in a state where the elongated positive electrode and the elongated negative electrode face each other and wound in the longitudinal direction. battery.
前記正極合材層の密度は2.5g/cm以上4g/cm以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 4. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a density of the positive electrode mixture layer is 2.5 g / cm 3 or more and 4 g / cm 3 or less. 正極と負極とを備えた電極体と、非水電解質と、が所定の電池ケース内に収容された非水電解質二次電池を製造する方法であって:
少なくとも正極活物質とバインダと含む正極合材層形成用組成物を用意すること;
前記正極合材層形成用組成物を正極集電体上に付与して、正極合材層を備えた正極を作製すること;
前記正極を、水分が供給される環境下に置くこと;
前記水分が供給された正極を、50℃以上であって前記バインダの融点以下の温度で乾燥させること;
前記乾燥させた正極を用いて非水電解質二次電池を構築すること;
を包含する、非水電解質二次電池の製造方法。
A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode and a non-aqueous electrolyte are accommodated in a predetermined battery case, comprising:
Preparing a composition for forming a positive electrode mixture layer containing at least a positive electrode active material and a binder;
Applying the composition for forming a positive electrode mixture layer on a positive electrode current collector to produce a positive electrode provided with a positive electrode mixture layer;
Placing the positive electrode in an environment where moisture is supplied;
Drying the positive electrode supplied with moisture at a temperature of 50 ° C. or higher and lower than the melting point of the binder;
Constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the dried positive electrode;
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記正極への水分の供給は、相対湿度50%以上100%以下の環境に24時間以上240時間以下保持することによって行う、請求項5に記載の製造方法。   The production method according to claim 5, wherein the supply of moisture to the positive electrode is performed by maintaining the environment in a relative humidity of 50% or more and 100% or less for 24 hours or more and 240 hours or less. 前記水分が供給された正極の乾燥は、60℃以上120℃以下の乾燥炉で行う、請求項5または6に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein drying of the positive electrode supplied with moisture is performed in a drying furnace of 60 ° C or higher and 120 ° C or lower. 前記正極活物質として、一般式(1):
Li1+δ(NiCoMn)O (1)
(ここで、Mは、遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上であり、δは、0≦δ≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり、a,b,c,dは、0.9≦a+b+c+d≦1.2を満たし、a,b,cのうち少なくとも一つは0よりも大きい。)
で表されるリチウム遷移金属酸化物を用いる、請求項5から7のいずれか一項に記載の製造方法。
As the positive electrode active material, the general formula (1):
Li 1 + δ (Ni a Co b Mn c M d ) O 2 (1)
(Here, M is one or more selected from a transition metal element, a typical metal element, and boron (B), and δ satisfies the charge neutrality condition with 0 ≦ δ ≦ 0.2. (A, b, c, d satisfy 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.2, and at least one of a, b, c is greater than 0.)
The manufacturing method as described in any one of Claim 5 to 7 using the lithium transition metal oxide represented by these.
前記非水電解質二次電池の電池容量は20Ah以上である、請求項1から4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous battery capacity of electrolyte secondary battery is not less than 20 Ah, nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 to 4. 前記非水電解質二次電池のエネルギー密度は230kWh/m以上である、請求項1から4,9のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous energy density of electrolyte secondary battery is 230kWh / m 3 or more, the non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 4, 9. 請求項1から4,9,10のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池を複数個組み合わせた組電池。 Battery pack that combines a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 4, 9, 10. 請求項11に記載の組電池を駆動用電源として備える車両。
A vehicle comprising the assembled battery according to claim 11 as a driving power source.
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