JP5919908B2 - Flat laminated battery - Google Patents
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Description
本発明は、平板積層型電池に関する。 The present invention relates to a flat plate type battery.
近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、および燃料電池車(FCV)の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池が適しており、特に高容量、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池が注目を集めている。 In recent years, the development of electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV) has been promoted against the background of the increasing environmental protection movement. A secondary battery that can be repeatedly charged and discharged is suitable as a power source for driving these motors, and a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery that can be expected to have a high capacity and a high output is attracting attention.
非水電解質二次電池は、集電体表面に形成された正極活物質(例えば、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2等)を含む正極活物質層を有する。また、非水電解質二次電池は、かかる集電体とは別の集電体表面に形成された負極活物質(例えば、金属リチウム、コークスや天然・人造黒鉛などの炭素質材料や、Sn、Si等の金属やその酸化物材料等)を含む負極活物質層を有する。さらに、非水電解質二次電池は、この正極活物質層および負極活物質層との間に設けられ、これらの正極活物質層および負極活物質層を分離する電解質を含む電解質層を有している。 The nonaqueous electrolyte secondary battery has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material (for example, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2, etc.) formed on the current collector surface. In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a negative electrode active material (for example, carbonaceous material such as metallic lithium, coke and natural / artificial graphite, Sn, A negative electrode active material layer including a metal such as Si or an oxide material thereof. Furthermore, the nonaqueous electrolyte secondary battery includes an electrolyte layer that is provided between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and includes an electrolyte that separates the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Yes.
このような非水電解質二次電池においては、高容量化につれ不安全化することが知られており、自動車等に使用する高容量電池を求める際には、特にこの安全性課題に重きをおかれている。安全性を確保するために、制御方法や、使用する活物質、電解液、添加剤など様々な角度からの解決策が講じられているが、自動車向けなどの高エネルギー化には根本的解決が不可欠であり、そのひとつとしてセル(単電池)構造を平板に構成し、かつ、ラミネート型(積層型)にする方法がある。ラミネート型は巻回型に比べて放熱性が格段に高いために電池の温度上昇に伴う劣化を抑制し、また、電池外装をフレキシブルなラミネート材にすることも可能であるため、異常時における初期段階でエネルギーを発散させることができ、電池の劣化を確実に抑制することが可能である。 Such non-aqueous electrolyte secondary batteries are known to become unsafe as capacity increases, and this safety issue is particularly important when seeking high-capacity batteries for use in automobiles and the like. It is. In order to ensure safety, solutions from various angles, such as control methods, active materials to be used, electrolytes, and additives, have been taken. One of them is a method in which a cell (single cell) structure is formed into a flat plate and is made into a laminate type (stacked type). The laminate type has much higher heat dissipation than the wound type, so it can suppress deterioration due to battery temperature rise, and the battery exterior can be made into a flexible laminate material. Energy can be dissipated in stages, and battery deterioration can be reliably suppressed.
二次電池を平板積層型に構成した従来技術としては、例えば、下記特許文献1が挙げられる。 As a prior art in which the secondary battery is configured in a flat plate type, for example, Patent Document 1 below can be cited.
しかしながら、平板積層型電池は、積層型であるために最大押しつけ圧は大気圧となることから、面内ばらつきや、膨れによるセル性能への影響感度がより高くなり、出力特性低下や寿命低下などの問題があった。特に、自動車搭載用の用途を想定すると、モーター駆動等に高出力を得る必要があり、平板型の二次電池を多数積層する、または、平板積層型の電池を同じ方向に多数並べて使用することが求められる。一方で、リチウムイオン二次電池等の非水電解二次電池の負極材料は、充放電によって膨張収縮し、わずかに膨れが発生することが知られている。個々のセルが充放電によりわずかに膨れると、車両に搭載した電池全体としては非常に大きな変形となる恐れがある。したがって、個々のセルを構成する負極電極においても、膨張収縮を抑制する技術が求められている。個々のセルで実現される膨れの抑制が、車両搭載した電池全体の変形を効果的に防止できると考えられるためである。 However, since the flat stacked battery is a stacked type, the maximum pressing pressure is atmospheric pressure, so the sensitivity to influence on cell performance due to in-plane variation and swelling is higher, and the output characteristics and life are reduced. There was a problem. In particular, assuming an application for mounting on automobiles, it is necessary to obtain high output for motor driving, etc., and a large number of flat-type secondary batteries are stacked, or a large number of flat-plate stacked batteries are used in the same direction. Is required. On the other hand, it is known that a negative electrode material of a non-aqueous electrolytic secondary battery such as a lithium ion secondary battery expands and contracts due to charging and discharging, and slightly expands. If individual cells swell slightly due to charging / discharging, there is a risk that the entire battery mounted on the vehicle will be greatly deformed. Therefore, a technique for suppressing expansion and contraction is also required for the negative electrode constituting each cell. This is because it is considered that the suppression of swelling realized by individual cells can effectively prevent deformation of the entire battery mounted on the vehicle.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、平板積層型電池において、充放電時の負極電極の膨張収縮に伴うセル膨れを抑制しうる手段を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the means which can suppress the cell swelling accompanying the expansion / contraction of the negative electrode at the time of charging / discharging in a flat laminated battery.
本発明の平板積層型電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する電解質層と、を有する平板積層型電池であって、前記負極が負極活物質として炭素粉末を含有し、前記炭素粉末のXRD測定により得られる黒鉛結晶の(110)面のピーク強度(I110)と(004)面のピーク強度(I110)との比I110/I004が0.6以上である点に特徴を有する。 A flat plate type battery according to the present invention is a flat plate type battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the negative electrode contains carbon powder as a negative electrode active material. The ratio I110 / I004 of the peak intensity (I110) of the (110) plane and the peak intensity (I110) of the (004) plane of the graphite crystal obtained by XRD measurement of the carbon powder is 0.6 or more It has the characteristics.
本発明の平板積層型電池によれば、電池の充放電時の負極電極の膨張収縮を抑制することができるため、セル膨れを抑制することができる。その結果、平板積層型電池の電池全体の変形が効果的に防止される。 According to the flat laminate type battery of the present invention, since the expansion and contraction of the negative electrode during charging / discharging of the battery can be suppressed, cell swelling can be suppressed. As a result, the deformation of the whole battery of the flat plate type battery is effectively prevented.
以下、本発明の実施の形態を説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定はされない。 Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
[平板積層型電池]
本発明の一実施形態は、正極と、負極と、当該正極と当該負極との間に介在する電解質層とを有する平板積層型電池であって、好ましくは平板積層型のリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池の構造および形態は、双極型積層電池、双極型でない積層型電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。以下、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構造について説明する。
[Flat plate battery]
One embodiment of the present invention is a flat plate type battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, preferably a flat plate type lithium ion secondary battery. is there. The structure and form of the lithium ion secondary battery are not particularly limited, such as a bipolar stacked battery or a non-bipolar stacked battery, and can be applied to any conventionally known structure. Hereinafter, the structure of the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention will be described.
図1は、双極型のリチウムイオン二次電池(双極型電池)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery).
図1に示す本実施形態の双極型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートシートを電池の外装として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素21を収納し密封した構成を有している。
The
図1に示すように、本実施形態の双極型電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、前記集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極を有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。
As shown in FIG. 1, the
隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部31が配置されている。該シール部31を設けることで、隣接する集電体11間を絶縁し、隣接する電極間の接触による短絡を防止することもできる。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層13が形成されてもよい。
The adjacent positive electrode
さらに、図1に示す双極型電池10では、正極側最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートシート29から導出している。
Further, in the
図2は、双極型でない積層型のリチウムイオン二次電池(積層型電池)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked lithium ion secondary battery (stacked battery) that is not bipolar.
図2に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池10’は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。
As shown in FIG. 2, the lithium ion
発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、正極、電解質層および負極がこの順に積層されている。
The
これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層12が配置されている。なお、図2とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面のみに負極活物質層が配置されているようにしてもよい。
Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one
正極集電体11および負極集電体12には、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板25および負極集電板27がそれぞれ取り付けられている。そして、これらの集電板(25、27)はそれぞれ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出されている。正極集電板25および負極集電板27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。
The positive electrode
本実施形態の平板積層型電池は自動車積載用に適しており、モーター駆動用に高出力を得るため、双極型であっても非双極型であっても、多数を平板の面を重ねるように並べて積載し、使用することができる。例えば、本実施形態の平板積層型電池は、好ましくは10以上、より好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上、最も好ましくは200以上を積層して使用することができる。本実施形態の平板積層型電池は、後述するように負極電極が膨張収縮時の膨れを抑制できるため、個々の電池のセル膨れを抑制でき、多数の電池を積層しても、全体として電池の変形を抑制できる。このような個々のわずかなセル膨れの影響は電池の積層数が増加するほど顕著であり、本実施形態の平板積層型電池を用いれば、200以上の積層によっても自動車積載用として好適である。 The flat plate type battery of this embodiment is suitable for automobile loading, and in order to obtain high output for driving a motor, a large number of flat plate surfaces are stacked on each other, both bipolar and non-bipolar types. Can be loaded and used side by side. For example, the flat laminated battery of the present embodiment can be used by stacking preferably 10 or more, more preferably 50 or more, still more preferably 100 or more, and most preferably 200 or more. As will be described later, since the negative electrode electrode can suppress swelling when the negative electrode expands and contracts, the flat-plate laminated battery of this embodiment can suppress cell swelling of individual batteries. Deformation can be suppressed. The effect of such slight cell bulging becomes more conspicuous as the number of battery stacks increases. If the flat battery stack of the present embodiment is used, 200 or more stacks are suitable for mounting on automobiles.
以下、上述した電池を構成する構成要素について説明するが、下記の形態のみには限定されない。 Hereinafter, although the component which comprises the battery mentioned above is demonstrated, it is not limited only to the following form.
[集電体]
集電体11(正極集電体11および負極集電体12)は、正極または負極活物質層13、15と外部とを電気的に接続するための部材であって、導電性の材料から構成される。集電体の具体的な形態について特に制限はない。導電性を有する限り、その材料、構造などは特に限定されず、一般的なリチウムイオン電池に用いられている従来公知の形態が採用されうる。集電体2の構成材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、SUSなどの導電性金属が用いられ、銅が特に好ましい。また、集電体の構造も、多孔質状、箔状、不織布状、多孔質状などの構造でありうる。場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。集電体の厚さは、特に限定されず、5〜50μm程度であればよい。集電体の大きさは、自動車搭載用に適した平板積層型電池として用途に応じて決定される。
[Current collector]
The current collector 11 (the positive electrode
[負極活物質層]
負極活物質層15は負極活物質を含み、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電性材料、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)などをさらに含みうる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode
負極活物質層15中に含まれる成分の配合比は特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。また、活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、負極活物質層15の厚さは、2〜100μm程度である。
The compounding ratio of the components contained in the negative electrode
(負極活物質)
本実施形態では、負極活物質は、XRD測定により得られる黒鉛結晶の(110)面のピーク強度(I110)と(004)面のピーク強度(I110)の比I110/I004が0.6以上である炭素粉末を含有する。
(Negative electrode active material)
In this embodiment, the negative electrode active material has a ratio I110 / I004 of the peak intensity (I110) of the (110) plane and the peak intensity (I110) of the (004) plane of graphite crystals obtained by XRD measurement of 0.6 or more. Contains some carbon powder.
上記の比I110/I004は、黒鉛結晶の配向性を反映している。I110/I004の値が大きいほど配向性が低く、値が小さいほど配向性が高いことを示している。黒鉛結晶をリチウムイオン二次電池の負極に使用した場合、充電時には炭素粉末の粒の間にリチウムイオンが入ることにより膨張し、放電時にはリチウムイオンが離脱することにより収縮が起こる。このような負極中の炭素粉末の膨張収縮により、セル膨れの現象が発生すると考えられる。その際、炭素粉末の配向性がより高ければ、炭素の粒の膨張収縮が、揃った結晶面で生じるために一方向で起こりやすく、セル全体の膨れの度合いが大きくなる。しかし、配向性がより低ければ、炭素の粒の膨張収縮は等方的となり、全体としてセル膨れが小さくなる。したがって、本実施形態では、I110/I004が0.6以上1.4以下である炭素粉末を負極電極に使用する。I110/I004がこの範囲であれば、電池の充放電を繰り返し行ってもセル膨れを効果的に防止でき、自動車積載用の平板積層型電池に適用できる。I110/I004の比率は、より好ましくは1.0〜1.4である。XRD測定(X線回折測定)は、後述の実施例に記載の方法により行うことができる。 The ratio I110 / I004 reflects the orientation of the graphite crystal. The larger the value of I110 / I004, the lower the orientation, and the smaller the value, the higher the orientation. When graphite crystals are used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery, expansion occurs when lithium ions enter between the particles of the carbon powder during charging, and contraction occurs when lithium ions are released during discharging. It is considered that the phenomenon of cell swelling occurs due to such expansion and contraction of the carbon powder in the negative electrode. At that time, if the orientation of the carbon powder is higher, the expansion and contraction of the carbon grains occur in one direction because they occur on the uniform crystal plane, and the degree of swelling of the entire cell increases. However, if the orientation is lower, the expansion and contraction of the carbon grains becomes isotropic, and the cell expansion is reduced as a whole. Therefore, in the present embodiment, carbon powder having I110 / I004 of 0.6 or more and 1.4 or less is used for the negative electrode. If I110 / I004 is within this range, cell swelling can be effectively prevented even when the battery is repeatedly charged and discharged, and the invention can be applied to a flat-plate laminated battery for mounting on automobiles. The ratio of I110 / I004 is more preferably 1.0 to 1.4. XRD measurement (X-ray diffraction measurement) can be performed by the method described in the examples described later.
負極活物質層15の全量100質量%に対する負極活物質の含有量は、通常40〜100質量%程度であり、好ましくは50〜90質量%であり、さらに好ましくは70〜90質量%であり、特に好ましくは75〜85質量%である。
The content of the negative electrode active material with respect to the total amount of 100% by mass of the negative electrode
I110/I004の比が0.6以上の炭素粉末を得るには、特に制限はないが、例えば以下のような方法で製造することができる。すなわち、高結晶性の一定の粒径の炭素質粒子に一定量の炭素材料を均一に含浸、複合させた後に、炭素材料を高温で炭化させる。これにより、粒子の表面から中心部分までほぼ均一な構造を有し、加圧による変形・配向が少なく、上記のI110/I004の比率を有する炭素粉末が製造できる。 Although there is no restriction | limiting in particular in order to obtain the carbon powder whose ratio of I110 / I004 is 0.6 or more, For example, it can manufacture by the following methods. That is, a carbon material having a high crystallinity and a constant particle size is uniformly impregnated with a certain amount of carbon material and combined, and then the carbon material is carbonized at a high temperature. Thereby, it is possible to produce a carbon powder having a substantially uniform structure from the surface of the particle to the central portion, having little deformation / orientation due to pressurization, and having the ratio of I110 / I004.
好ましくは芯材となる炭素質粒子に、炭素材料となる有機化合物またはその溶液を付着及び/または浸透させる工程、更に該有機化合物を炭化及び/または黒鉛化する工程により作成される。また、核となる炭素質粒子に有機化合物またはその溶液を付着及び/または浸透させる工程、前記有機化合物を熱処理する工程、及び炭化及び/または黒鉛化する工程により行うことも好ましい。有機化合物またはその溶液を付着およびまたは浸透させた後、炭化及び/または黒鉛化工程の前に、有機化合物を熱処理することにより、有機化合物が重合等により炭素質粒子にしっかり密着するためである。 Preferably, it is produced by a step of attaching and / or penetrating an organic compound or a solution thereof as a carbon material to carbonaceous particles as a core material, and a step of carbonizing and / or graphitizing the organic compound. Moreover, it is also preferable to perform by the process which adheres and / or osmose | permeates an organic compound or its solution to the carbonaceous particle used as a nucleus, the process of heat-processing the said organic compound, and the process of carbonizing and / or graphitizing. This is because the organic compound adheres to the carbonaceous particles by polymerization or the like by heat-treating the organic compound after adhering and / or infiltrating the organic compound or a solution thereof and before the carbonization and / or graphitization step.
炭素質粒子は、負極活物質としての炭素粉末の芯材となるが、その種類はリチウムイオンが挿入放出可能であれば特に限定されない。リチウムイオン挿入放出量ができるだけ大きい方が好ましく、そのような観点から、天然黒鉛のような高結晶性黒鉛が好ましい。また、炭素質粒子としては、後工程の1800〜3300℃での加熱処理により黒鉛化する易黒鉛化炭素材料(ソフトカーボン)からなる粒子も使用できる。具体的には、石油系ピッチコークス、石炭系ピッチコークスなどのコークス類からなる粒子等が挙げられる。芯材として好ましく使用される炭素質粒子の形状は、塊状、鱗片状、球状、繊維状等の形状を有するものでよいが、好ましくは球状、塊状のものである。 The carbonaceous particles serve as a core material of carbon powder as the negative electrode active material, but the type thereof is not particularly limited as long as lithium ions can be inserted and released. The lithium ion insertion / release amount is preferably as large as possible. From such a viewpoint, highly crystalline graphite such as natural graphite is preferable. Further, as the carbonaceous particles, particles made of a graphitizable carbon material (soft carbon) that is graphitized by a heat treatment at 1800 to 3300 ° C. in a subsequent step can also be used. Specific examples include particles made of coke such as petroleum pitch coke and coal pitch coke. The shape of the carbonaceous particles preferably used as the core material may be a lump shape, a scale shape, a sphere shape, a fiber shape, or the like, preferably a sphere shape or a lump shape.
次いで、芯材としての炭素質粒子に炭素材料が複合される。炭素材料は特に限定されず、ピッチ熱処理品、コークス、有機化合物熱処理物等が挙げられる。また、複合される炭素材料として、芯材粒子に付着及び/または浸透される有機化合物は、芯材粒子に接着性を有する重合体であることが好ましい。例えば、重合体としては、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも1種がよい。好ましくは、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂が挙げられる。 Next, the carbon material is combined with the carbonaceous particles as the core material. The carbon material is not particularly limited, and examples thereof include pitch heat-treated products, coke, and organic compound heat-treated products. Moreover, it is preferable that the organic compound which adheres and / or penetrates into the core material particles as the composite carbon material is a polymer having adhesiveness to the core material particles. For example, the polymer is preferably at least one selected from the group consisting of phenol resin, polyvinyl alcohol resin, furan resin, cellulose resin, polystyrene resin, polyimide resin, and epoxy resin. Preferably, a phenol resin and a polyvinyl alcohol resin are used.
また、芯材となる炭素質粒子に付着及び/または浸透させる有機化合物としては、重合体の原料も好ましい。原料の方が低分子量/低粘性であり、炭素質粒子の内部まで均一に浸透するためである。上述したように重合体としてはフェノール樹脂が好ましく、したがって重合体原料としてはホルマリン、フェノール誘導体などのフェノール樹脂原料が好ましい。また、有機化合物は溶液として使用する方が低粘度となり、核となる炭素質粒子の内部まで均一に浸透するため好ましい。 In addition, as an organic compound that adheres and / or permeates into the carbonaceous particles as the core material, a polymer raw material is also preferable. This is because the raw material has a lower molecular weight / lower viscosity and penetrates uniformly into the carbonaceous particles. As described above, the polymer is preferably a phenol resin, and therefore, the polymer material is preferably a phenol resin material such as formalin or a phenol derivative. The organic compound is preferably used as a solution because it has a low viscosity and penetrates uniformly into the core carbonaceous particles.
炭素材料の複合量は特に制限されないが、芯材の炭素質粒子100質量部に対して、好ましくは2〜200質量部、さらに好ましくは4〜100質量部、特に好ましくは10〜25質量部である。 The composite amount of the carbon material is not particularly limited, but is preferably 2 to 200 parts by mass, more preferably 4 to 100 parts by mass, and particularly preferably 10 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous particles of the core material. is there.
上記重合体原料と芯材の炭素質粒子との複合化は、原料を、触媒の存在下で、芯材粒子と混合しつつ反応させることにより行う方法が好ましい。重合の温度は100〜500℃で行うことができる。 The composite of the polymer raw material and the carbonaceous particles of the core material is preferably performed by reacting the raw material while mixing with the core material particles in the presence of a catalyst. The polymerization temperature can be carried out at 100 to 500 ° C.
芯材として用いることのできる黒鉛粉体はすでに結晶性が高いため、高温での熱処理は特に必要ないが、複合化した炭素層の結晶性を発達させるためある程度の熱処理が必要である。具体的な熱処理温度は、1800〜3300℃であり、好ましくは2300℃以上、より好ましくは2500℃以上、さらに好ましくは2800℃以上、もっとも好ましくは3000℃以上である。 Since the graphite powder that can be used as the core material has already high crystallinity, heat treatment at a high temperature is not particularly necessary, but a certain amount of heat treatment is necessary to develop the crystallinity of the composite carbon layer. A specific heat treatment temperature is 1800 to 3300 ° C, preferably 2300 ° C or higher, more preferably 2500 ° C or higher, further preferably 2800 ° C or higher, and most preferably 3000 ° C or higher.
また、負極活物質に用いうる炭素粉末は、d(002)面の層間距離(d値)が0.3350nm以上0.3380nm以下の黒鉛からなる核材と、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1以上0.30以下、より好ましくは0.1〜0.25である黒鉛からなる表層とからなる複層構造炭素質粉末であることが好ましい。このような複層構造の炭素粉末であれば、上記のようにI110/I004の比が0.6以上の炭素粉末を得るのに好適であり、セル膨れ抑制の本発明の効果が確実に得られるため好ましい。 The carbon powder that can be used for the negative electrode active material is a core material made of graphite having an interlayer distance (d value) of d (002) plane of 0.3350 nm or more and 0.3380 nm or less, and 1580 cm −1 in an argon ion laser Raman spectrum. A multi-layer structure carbonaceous powder comprising a surface layer made of graphite having an R value which is a peak intensity ratio of 1360 cm −1 to a peak intensity of 0.1 to 0.30, more preferably 0.1 to 0.25. It is preferable that Such a carbon powder having a multi-layer structure is suitable for obtaining a carbon powder having an I110 / I004 ratio of 0.6 or more as described above, and the effect of the present invention for suppressing cell swelling is reliably obtained. Therefore, it is preferable.
また、上記の炭素粉末は、レーザー回折散乱法による粒度分布測定において、全粒子の内90%以上の粒子が5〜50μmの範囲内であることが好ましい。粒度分布がこの範囲であれば、平板積層型二次電池のサイクル特性向上の効果がより確実に得られる。粒度分布は、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置により計測されたものを採用する。粒度分布は、例えば、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置(型式HRA9320−X100)等を用いて測定することができる。 The carbon powder preferably has a particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method in which 90% or more of all particles are in the range of 5 to 50 μm. When the particle size distribution is within this range, the effect of improving the cycle characteristics of the flat plate type secondary battery can be obtained more reliably. For the particle size distribution, a particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus is used. The particle size distribution can be measured, for example, using a Microtrac particle size distribution measuring device (model HRA9320-X100) manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
また、上記炭素粉末のBET比表面積は、0.5〜30m2/gであることが好ましく、より好ましくは15〜25である。BET比表面積がこの範囲であれば、平板積層型二次電池のサイクル特性向上の効果がより確実に得られる。BET比表面積の測定は、窒素吸着法により行うことができる。 Moreover, it is preferable that the BET specific surface area of the said carbon powder is 0.5-30 m < 2 > / g, More preferably, it is 15-25. If the BET specific surface area is within this range, the effect of improving the cycle characteristics of the flat plate type secondary battery can be obtained more reliably. The BET specific surface area can be measured by a nitrogen adsorption method.
上記のI110/I004の特定の比率を有する炭素粉末に加えて、従来公知の負極活物質を混合して用いてもよい。例えば、リチウム金属等の金属材料、リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:Li4Ti5O12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物、およびその他の従来公知の負極活物質が使用可能である。 In addition to the carbon powder having a specific ratio of I110 / I004, a conventionally known negative electrode active material may be mixed and used. For example, a metal material such as lithium metal, a lithium-transition metal composite oxide such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ), and other conventionally known negative electrode active materials can be used. is there.
(導電助剤)
導電助剤は、負極活物質層3の導電性を向上させることを目的として配合される。本実施形態において用いられうる導電助剤は特に制限されず、従来公知の形態が適宜参照されうる。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;気相成長炭素繊維(VGCF)等の炭素繊維;グラファイトなどの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電性材料を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、本実施形態の負極から構成される電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conductive aid)
The conductive assistant is blended for the purpose of improving the conductivity of the negative electrode active material layer 3. The conductive auxiliary agent that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and conventionally known forms can be appropriately referred to. Examples thereof include carbon blacks such as acetylene black, furnace black, channel black, and thermal black; carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF); and carbon materials such as graphite. When the active material layer includes a conductive material, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of output characteristics of the battery including the negative electrode of the present embodiment.
負極活物質層3の全量100質量%に対する導電助剤の含有量は、通常0〜30質量%程度であり、好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは3〜7質量%である。 The content of the conductive additive with respect to 100% by mass of the total amount of the negative electrode active material layer 3 is usually about 0 to 30% by mass, preferably 1 to 10% by mass, and more preferably 3 to 7% by mass.
(バインダ)
バインダとしては、以下に制限されることはないが、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ酢酸ビニル、およびアクリル樹脂(例えば、リキッドシリコーンラバー(LSR)などの熱可塑性樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、およびユリア樹脂などの熱硬化性樹脂、ならびにスチレン−ブタジエンゴム(SBR)などのゴム系材料が挙げられる。
(Binder)
Examples of the binder include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride (PVDF), carboxymethylcellulose (CMC), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, and acrylic resin (for example, liquid silicone rubber (LSR)). ), Thermosetting resins such as polyimide, epoxy resin, polyurethane resin, and urea resin, and rubber-based materials such as styrene-butadiene rubber (SBR).
負極活物質層3の全量100質量%に対するバインダの含有量は、通常0〜50質量%程度であり、好ましくは5〜45質量%であり、さらに好ましくは10〜25質量%であり、特に好ましくは15〜20質量%である。 The content of the binder with respect to the total amount of 100% by mass of the negative electrode active material layer 3 is usually about 0 to 50% by mass, preferably 5 to 45% by mass, more preferably 10 to 25% by mass, and particularly preferably. Is 15 to 20% by mass.
(電解質・支持塩)
電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、それらの共重合体などのリチウム塩を含むイオン伝導性ポリマー(固体高分子電解質)などが挙げられるが、これらに制限されることはない。
(Electrolyte / Supporting salt)
Examples of the electrolyte include, but are not limited to, ion conductive polymers (solid polymer electrolytes) including lithium salts such as polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. There is nothing.
支持塩(リチウム塩)としては、以下に制限されないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩;LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩が挙げられる。これらの支持塩は、単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The supporting salt (lithium salt), but are not limited to, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, inorganic acid anion salts such as Li 2 B 10 Cl 10; LiCF 3 SO 3 , organic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more.
[正極(正極活物質層)]
正極活物質層13は正極活物質を含み、必要に応じて他の添加剤を含みうる。正極活物質層13の構成要素のうち、正極活物質以外は、負極活物質層15について上述したのと同様の形態が採用されうるため、ここでは説明を省略する。正極活物質層13に含まれる成分の配合比および正極活物質層の厚さについても特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。
[Positive electrode (positive electrode active material layer)]
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層13はマンガン含有正極活物質を含むことが好ましい。正極活物質層は、マンガン含有正極活物質以外の正極活物質、導電助剤、バインダ等の添加剤をさらに含んでもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
マンガン含有正極活物質
マンガン含有正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。前記マンガン含有正極活物質は、マンガン溶出量が0.04質量%以下、好ましくは0.035質量%以下、より好ましくは0.001〜0.03質量%であることが好ましい。マンガンは、資源として比較的豊富に存在することから、マンガン含有正極活物質は、原料が安価でかつ入手しやすく、環境に対する負荷も少ないという利点を有する。そのため、マンガン含有正極活物質は正極活物質として好適な材料であるといえる。
Manganese-containing positive electrode active material The manganese-containing positive electrode active material has a composition capable of releasing lithium ions during charging and occluding lithium ions during discharging. The manganese-containing positive electrode active material has a manganese elution amount of 0.04% by mass or less, preferably 0.035% by mass or less, and more preferably 0.001 to 0.03% by mass. Since manganese is relatively abundant as a resource, the manganese-containing positive electrode active material has the advantages that the raw materials are inexpensive and easily available, and the burden on the environment is small. Therefore, it can be said that the manganese-containing positive electrode active material is a suitable material as the positive electrode active material.
マンガン含有正極活物質としては、マンガンを含有し、マンガン溶出量が0.04質量%以下のものであれば特に制限はなく、例えば、リチウム−マンガン複合酸化物(マンガン酸リチウム)が挙げられる。当該リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの一部は他の金属元素(Ni、Co、Fe、Al、Mg、B、Ga、In、Si、Zr、Nb、Mo、Y、Sn、Ti、V、Cr、Cu、Ag、Zn等)により置換されていてもよい。例えば、本形態のマンガン含有正極活物質は、下記化学式1で表される組成式を有するリチウム−マンガン複合酸化物でありうる。 The manganese-containing positive electrode active material is not particularly limited as long as it contains manganese and has a manganese elution amount of 0.04% by mass or less, and examples thereof include lithium-manganese composite oxide (lithium manganate). A part of manganese in the lithium-manganese composite oxide contains other metal elements (Ni, Co, Fe, Al, Mg, B, Ga, In, Si, Zr, Nb, Mo, Y, Sn, Ti, V , Cr, Cu, Ag, Zn, etc.). For example, the manganese-containing positive electrode active material of this embodiment may be a lithium-manganese composite oxide having a composition formula represented by the following chemical formula 1.
式中、Mは、Ni、Co、Fe、Al、Mg、B、Ga、In、Si、Zr、Nb、Mo、Y、Sn、Ti、V、Cr、Cu、Ag、Znからなる群から選択される1または2以上の元素を表す。正極活物質の性能をより向上させる観点から、Mは、Ni、Co、Fe、Al、Mg、Ga、Sn、Ti、V、Crからなる群から選択される少なくとも1または2以上の元素であることが好ましい。また、xは、好ましくは−0.1<x<0.1であり、より好ましくは0.01<x<0.06である。さらに、yは、好ましくは0≦y<1である。また、zは、好ましくは0≦z<0.2であり、より好ましくは0≦z<0.2である。 Wherein M is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Al, Mg, B, Ga, In, Si, Zr, Nb, Mo, Y, Sn, Ti, V, Cr, Cu, Ag, Zn. Represents one or more elements. From the viewpoint of further improving the performance of the positive electrode active material, M is at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Al, Mg, Ga, Sn, Ti, V, and Cr. It is preferable. Further, x is preferably −0.1 <x <0.1, and more preferably 0.01 <x <0.06. Furthermore, y is preferably 0 ≦ y <1. Further, z is preferably 0 ≦ z <0.2, and more preferably 0 ≦ z <0.2.
マンガン含有正極活物質の比表面積としては、0.2〜0.6m2/gであることが好ましく、0.25〜0.5m2/gであることがより好ましい。比表面積が0.2m2/g以上であると、十分な電池の出力が得られうることから好ましい。一方、比表面積が0.6m2/g以下であると、マンガンの溶出が抑制されうることから好ましい。なお、本明細書において、比表面積の値は、特に断りがない限り、実施例の方法で測定された値を採用するものとする。 The specific surface area of the manganese-containing positive electrode active material is preferably 0.2~0.6m 2 / g, more preferably 0.25~0.5m 2 / g. A specific surface area of 0.2 m 2 / g or more is preferable because sufficient battery output can be obtained. On the other hand, it is preferable that the specific surface area is 0.6 m 2 / g or less because elution of manganese can be suppressed. In addition, in this specification, the value measured by the method of an Example shall be employ | adopted as the value of a specific surface area unless there is particular notice.
マンガン含有正極活物質の平均粒径としては、10〜20μmであることが好ましく、12〜18μmであることがより好ましい。平均粒径が10μm以上であると、マンガンの溶出が抑制されうることから好ましい。一方、平均粒径が20μm以下であると、正極の製造時における集電体への塗布工程において、箔切れや詰まり等が抑制されうることから好ましい。なお、本明細書において、平均粒径の値は、特に断りがない限り、実施例の方法で測定された値を採用するものとする。 As an average particle diameter of a manganese containing positive electrode active material, it is preferable that it is 10-20 micrometers, and it is more preferable that it is 12-18 micrometers. It is preferable that the average particle size is 10 μm or more because elution of manganese can be suppressed. On the other hand, when the average particle size is 20 μm or less, it is preferable that foil breakage, clogging, and the like can be suppressed in the application step to the current collector during the production of the positive electrode. In addition, in this specification, the value measured by the method of an Example shall be employ | adopted as the value of an average particle diameter unless there is particular notice.
上記マンガン含有正極活物質は、自ら調製したものを用いてもよいし、市販品を使用してもよい。マンガン含有正極活物質を自ら調製する場合には、マンガン含有正極活物質は、マンガン化合物(Mn2O3、MnO2、Mn3O4、MnSO4、MnCO3、Mn(NO3)2、(CH3COO)2Mn等)およびリチウム化合物(Li2CO3、Li(OH)、LiNO3、CH3COOLi、Li2O等)を所定の割合で混合し、700〜1000℃で焼成することによって調製することができる。この際、マンガン溶出量を0.04質量%以下とするために、マンガンの溶出を抑制する方法を適宜組み合わせることができる。マンガンの溶出を抑制する方法としては、例えば、焼成条件(焼成温度、多段階焼成)を制御する方法、異種元素(Ni、Co、Fe、Al、Mg、B、Ga、In、Si、Zr、Nb、Mo、Y、Sn、Ti、V、Cr、Cu、Ag、Zn等)を添加する方法、マンガン含有正極活物質を表面処理(一酸化チタン、一酸化スズ、一酸化バナジウム、一酸化ニオブ、二酸化モリブデン、二酸化タングステン等による被覆)する方法、添加物(酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸リチウム、ホウ酸アンモニウム等の焼結助剤;リン酸二水素アンモニウム、リン酸リチウム、リン酸カルシウム、リン酸三ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の結晶面成長抑制剤等)を混合する方法等が挙げられる。これらの方法は2つ以上を組み合わせて適用してもよい。 The said manganese containing positive electrode active material may use what was prepared by itself, and may use a commercial item. When the manganese-containing positive electrode active material is prepared by itself, the manganese-containing positive electrode active material includes manganese compounds (Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , MnSO 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , ( CH 3 COO) 2 Mn, etc.) and a lithium compound (Li 2 CO 3 , Li (OH), LiNO 3 , CH 3 COOLi, Li 2 O, etc.) are mixed at a predetermined ratio and fired at 700 to 1000 ° C. Can be prepared. At this time, in order to set the manganese elution amount to 0.04 mass% or less, methods for suppressing elution of manganese can be appropriately combined. As a method for suppressing elution of manganese, for example, a method for controlling firing conditions (firing temperature, multistage firing), a different element (Ni, Co, Fe, Al, Mg, B, Ga, In, Si, Zr, Method of adding Nb, Mo, Y, Sn, Ti, V, Cr, Cu, Ag, Zn, etc., surface treatment of manganese-containing positive electrode active material (titanium monoxide, tin monoxide, vanadium monoxide, niobium monoxide) , Coating method with molybdenum dioxide, tungsten dioxide, etc., additives (sintering aids such as boron oxide, boric acid, lithium borate, ammonium borate; ammonium dihydrogen phosphate, lithium phosphate, calcium phosphate, phosphoric acid A method of mixing crystal surface growth inhibitors such as trisodium, sodium dihydrogen phosphate, aluminum hydroxide, aluminum chloride, and aluminum sulfate). It is. These methods may be applied in combination of two or more.
マンガンの溶出は、正極活物質がフッ酸等の電解液成分と反応することにより生じると考えられる。上記方法により、マンガン含有正極活物質の結晶構造の高結晶化;マンガン含有正極活物質の性状(平均粒径、比表面積、格子定数等)の制御等による電解液との接触面積の低減;被覆等によるマンガン含有正極活物質と電解液との接触防止等を図ることができる。その結果、マンガンの溶出を抑制しうる。 The elution of manganese is considered to occur when the positive electrode active material reacts with an electrolyte component such as hydrofluoric acid. High crystallization of the crystal structure of the manganese-containing positive electrode active material by the above method; reduction of the contact area with the electrolyte by controlling the properties (average particle size, specific surface area, lattice constant, etc.) of the manganese-containing positive electrode active material; It is possible to prevent contact between the manganese-containing positive electrode active material and the electrolytic solution. As a result, elution of manganese can be suppressed.
電解液中に溶出したマンガン(マンガンイオン)は、負極へ移動し、負極で還元されて析出し、次いで、電解液と反応して有機物との複合体を形成すると考えられる。負極に析出したマンガンや負極に形成されたマンガン−有機物複合体等によって単電池層が膨張しうる。本発明では、マンガンの溶出量が0.04質量%以下であるマンガン含有正極活物質を用いることにより、単電池層の膨張を抑制できることから、当該単電池層を積層した平板積層型電池は優れた電池性能を有する。よって、本発明に係る平板積層型電池は、高出力化および高容量化を実現しつつ、単電池層の膨張に基づく電池性能の劣化を抑制することができ、好適に電動車両に適用することができる。 Manganese (manganese ions) eluted in the electrolytic solution is considered to move to the negative electrode, be reduced and deposited at the negative electrode, and then react with the electrolytic solution to form a complex with an organic substance. The single battery layer can be expanded by manganese deposited on the negative electrode, a manganese-organic composite formed on the negative electrode, or the like. In the present invention, the use of a manganese-containing positive electrode active material having an elution amount of manganese of 0.04% by mass or less can suppress the expansion of the single cell layer. Therefore, the flat plate laminated battery in which the single cell layers are laminated is excellent. Battery performance. Therefore, the flat laminated battery according to the present invention can suppress deterioration of battery performance based on the expansion of the single cell layer while realizing high output and high capacity, and is preferably applied to an electric vehicle. Can do.
マンガン含有正極活物質以外の正極活物質
マンガン含有正極活物質以外の正極活物質としては、特に制限されず、例えば、リチウム−ニッケル複合酸化物(LiNiO2など)、リチウム−コバルト複合酸化物(LiCoO2など)、リチウム−鉄複合酸化物(LiFeO2など)、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物(LiNi0.8Co0.2O2など)、リチウム−遷移金属リン酸化合物(LiFePO4など)、およびリチウム−遷移金属硫酸化合物(LixFe2(SO4)3)などが挙げられる。
Positive electrode active material other than manganese-containing positive electrode active material The positive electrode active material other than manganese-containing positive electrode active material is not particularly limited. For example, lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 etc.), lithium-cobalt composite oxide (LiCoO) 2 ), lithium-iron composite oxide (LiFeO 2 etc.), lithium-nickel-cobalt composite oxide (LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 etc.), lithium-transition metal phosphate compound (LiFePO 4 etc.) , And lithium-transition metal sulfate compounds (Li x Fe 2 (SO 4 ) 3 ) and the like.
マンガン含有正極活物質以外の正極活物質の比表面積は、特に制限されないが、0.1〜30m2/gであることが好ましく、0.2〜20m2/gであることがより好ましい。比表面積が上記範囲にあれば、十分な出力が得られうることから好ましい。 The specific surface area of the positive electrode active material other than the manganese-containing positive electrode active material is not particularly limited, is preferably from 0.1~30m 2 / g, more preferably 0.2~20m 2 / g. A specific surface area within the above range is preferable because sufficient output can be obtained.
マンガン含有正極活物質以外の正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点から、1〜100μmであることが好ましく、1〜20μmであることがより好ましい。平均粒径が上記範囲にあれば、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。 The average particle size of the positive electrode active material other than the manganese-containing positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm from the viewpoint of increasing the capacity of the positive electrode active material, reactivity, and cycle durability. More preferably, it is 20 μm. When the average particle size is in the above range, an increase in the internal resistance of the battery during charging / discharging under high output conditions is suppressed, and a sufficient current can be taken out.
[電解質層]
電解質層17は、正極活物質層と負極活物質層との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
[Electrolyte layer]
The
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。 There is no restriction | limiting in particular in the electrolyte which comprises an electrolyte layer, Polymer electrolytes, such as a liquid electrolyte and a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte, can be used suitably.
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネートやプロピレンカーボネート(PC)などのカーボネート類が挙げられる。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3などの電極の活物質層に添加されうる化合物を同様に用いることができる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate, and propylene carbonate (PC). As the supporting salt (lithium salt), LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) 2, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, electrodes such as LiAsF 6, LiSO 3 CF 3 A compound that can be added to the active material layer can be similarly used.
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。 On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel electrolyte containing an electrolytic solution and a polymer solid electrolyte containing no electrolytic solution.
ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。 The gel electrolyte has a configuration in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer having lithium ion conductivity. Examples of the matrix polymer having lithium ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such a matrix polymer, an electrolyte salt such as a lithium salt can be well dissolved.
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。 In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel electrolyte, you may use a separator for an electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, a hydrocarbon such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, or the like.
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。 The polymer solid electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a polymer solid electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。 A matrix polymer of a polymer gel electrolyte or a polymer solid electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte, using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed. In addition, the said electrolyte may be contained in the active material layer of an electrode.
[シール部]
シール部31は、双極型電池に特有の部材であり、電解質層17の漏れを防止する目的で単電池層19の外周部に配置されている。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。図1に示す形態において、シール部31は、隣接する2つの単電池層19を構成するそれぞれの集電体11で挟持され、電解質層17の基材であるセパレータの外周縁部を貫通するように、単電池層19の外周部に配置されている。シール部31の構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが挙げられる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
[Seal part]
The
[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。また、最外層集電体(11a、11b)を延長することにより集電板としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The material which comprises a current collector plate (25, 27) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. Note that the positive electrode
[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the
[外装]
外装としては、図1や図2に示すようなラミネートシート29が用いられうる。ラミネートシートは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。なお、場合によっては、従来公知の金属缶ケースもまた、外装として用いられうる。
[Exterior]
As the exterior, a
本実施形態の双極型電池10や積層型電池10’は、上述した負極を用いている。よって、これらの電池では、電池の充放電時の負極活物質層の膨張収縮に起因するセル膨れの発生が緩和される。その結果、サイクル耐久性に優れる平板積層型二次電池が提供されうる。
The
[製造方法]
本実施形態の平板積層型電池の製造方法は特に制限されず、従来公知の知見を適宜参照することにより製造されうる。以下、本実施形態の電池の製造方法を簡単に説明する。
[Production method]
The manufacturing method of the flat laminated battery of this embodiment is not particularly limited, and can be manufactured by appropriately referring to conventionally known knowledge. Hereinafter, the battery manufacturing method of this embodiment will be briefly described.
電池用電極は、例えば、活物質、結着剤および溶媒を含む活物質スラリーを調製し、当
該活物質スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させた後プレスすることで作製されうる。
The battery electrode can be produced, for example, by preparing an active material slurry containing an active material, a binder, and a solvent, applying the active material slurry onto a current collector, drying it, and pressing it.
はじめに、所望の活物質、上述した所定のバインダ、および必要に応じて他の成分(例えば導電助剤、支持塩など)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。バインダは、活物質などの固形分と粉末状態で混合してから溶媒を加えて混合する方法で活物質スラリー中に混合してもよく、あらかじめ少量の溶媒に溶解させてから活物質および溶媒を含む混合物に添加する方法で活物質スラリー中に混合してもよい。なお、正極を作製するにはスラリー中に正極活物質を添加し、負極を作製するにはスラリー中に負極活物質を添加する。 First, an active material slurry is prepared by mixing a desired active material, the above-described predetermined binder, and other components (for example, a conductive additive, a supporting salt, etc.) as necessary in a solvent. The binder may be mixed in the active material slurry by mixing the solid content of the active material and the like in a powder state and then adding a solvent and mixing the active material and the solvent. You may mix in an active material slurry by the method of adding to the mixture containing. In order to produce a positive electrode, a positive electrode active material is added to the slurry, and in order to produce a negative electrode, a negative electrode active material is added to the slurry.
溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。 The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used.
続いて、活物質層を形成するための集電体を準備し、調製した活物質スラリーを、集電体の表面に塗布し、塗膜を形成する。 Subsequently, a current collector for forming an active material layer is prepared, and the prepared active material slurry is applied to the surface of the current collector to form a coating film.
活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されないが、例えば、自走型コー
タなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。ただし、塗布手段として、インク
ジェット方式、ドクターブレード方式、またはこれらの組み合わせを用いると、薄い層が
形成されうる。
The application means for applying the active material slurry is not particularly limited, but generally used means such as a self-propelled coater may be employed. However, when an ink jet method, a doctor blade method, or a combination thereof is used as the application unit, a thin layer can be formed.
その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。 Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed. The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the application amount of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry.
その後、前記で準備した塗膜をプレスする。プレス手段については、特に限定されず、従来公知の手段が適宜採用されうる。プレス手段の一例を挙げると、カレンダーロール、平板プレスなどが挙げられる。 Then, the coating film prepared above is pressed. The pressing means is not particularly limited, and conventionally known means can be appropriately employed. Examples of the pressing means include a calendar roll and a flat plate press.
上記で作製した正極及び負極と、セパレータ(電解質層)とを積層して、発電要素を作製する。電解質層の作製方法も特に制限されず、従来公知の手法により作製が可能である。電解質層がゲルを含む場合には、予めセパレータにこれらの電解質を塗布、更には乾燥・加熱するなどして電解質層を形成することもできる。 The positive electrode and negative electrode produced above and a separator (electrolyte layer) are laminated to produce a power generation element. The method for producing the electrolyte layer is not particularly limited, and can be produced by a conventionally known method. When the electrolyte layer contains a gel, the electrolyte layer can be formed by applying these electrolytes to the separator in advance, and further drying and heating.
絶縁層については、例えば、電極形成部の周囲を、所定の幅でエポキシ樹脂(前駆体溶液)等に浸漬または樹脂を注入ないし含浸する。いずれの場合にも、事前に電極端子板や電極リードや電極タブ、あるいはこれらを接続する必要のある集電体部分等を離型性マスキング材等を用いてマスキング処理しておく。その後エポキシ樹脂を硬化させて、絶縁部を形成し、その後、マスキング材を剥がせばよい。 As for the insulating layer, for example, the periphery of the electrode forming portion is immersed or impregnated or impregnated with epoxy resin (precursor solution) or the like with a predetermined width. In any case, the electrode terminal plate, the electrode lead, the electrode tab, or the current collector portion to which these need to be connected are masked in advance using a releasable masking material or the like. Thereafter, the epoxy resin is cured to form an insulating portion, and then the masking material is peeled off.
続いて、得られた発電要素の各集電体にそれぞれリードを接合し、これらの正極ないし負極リードを、まとめて正極ないし負極タブに接合する。次いで、正極及び負極タブが電池外部に露出するように、発電要素をラミネートシート中に入れ、真空に封止する。電解質層は、ラミネートシートの封止前に、注液機により電解液を注液して形成する。これにより空隙部に電解質が満たされる。電解液に添加剤を加えるには、添加剤、炭化水素系溶媒および支持塩を適宜混合して使用すればよい。このようにして、本実施形態のリチウムイオン電池が構成される。 Subsequently, a lead is joined to each current collector of the obtained power generation element, and the positive electrode or the negative electrode lead is collectively joined to the positive electrode or the negative electrode tab. Next, the power generation element is placed in a laminate sheet so that the positive electrode and the negative electrode tab are exposed to the outside of the battery, and sealed in a vacuum. The electrolyte layer is formed by injecting an electrolyte with a liquid injector before sealing the laminate sheet. This fills the gap with the electrolyte. In order to add the additive to the electrolytic solution, the additive, the hydrocarbon solvent and the supporting salt may be appropriately mixed and used. In this way, the lithium ion battery of this embodiment is configured.
本実施形態の二次電池の構造としては、図1および図2に示される平板な構造のものを積層して得られる平板積層型電池であり、これは自動車積載用に好適である。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型電池および双極型電池のいずれにも適用し得るものである。 The structure of the secondary battery of the present embodiment is a flat plate type battery obtained by laminating the flat structure shown in FIG. 1 and FIG. 2, and this is suitable for automobile loading. Further, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar batteries and bipolar batteries.
[組電池]
上述した実施形態の双極型電池や積層型電池を、複数個接続して組電池を構成してもよい。詳しくは、少なくとも2つの電池が、直列化あるいは並列化あるいはその両方で接続されることにより、組電池が構成されうる。この際、直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery]
An assembled battery may be configured by connecting a plurality of bipolar batteries or stacked batteries of the above-described embodiments. Specifically, an assembled battery can be configured by connecting at least two batteries in series, parallel, or both. At this time, it is possible to freely adjust the capacity and voltage by serialization and parallelization.
本実施形態の組電池を構成する二次電池の数および接続の仕方は、電池に求める出力および容量に応じて決定されうる。本実施形態によれば、信頼性の高い組電池が提供されうる。また、本実施形態の組電池を構成することにより、組電池を構成する1つの単電池層(単セル)の劣化による組電池全体への影響を低減することもできる。 The number of secondary batteries constituting the assembled battery of the present embodiment and the manner of connection can be determined according to the output and capacity required of the battery. According to this embodiment, a highly reliable assembled battery can be provided. In addition, by configuring the assembled battery of the present embodiment, it is possible to reduce the influence on the entire assembled battery due to deterioration of one single battery layer (single cell) constituting the assembled battery.
組電池としては、上述した実施形態の電池(10、10’)が複数、直列および/または並列に接続されて装脱着可能な小型の組電池が構成される。そして、この装脱着可能な小型の組電池がさらに複数、直列および/または並列に接続され、より大型の組電池とされる。これにより、組電池は、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池とされる。作製した装脱着可能な小型の組電池は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続され、この組電池は接続治具を用いて複数段積層される。何個の平板積層型二次電池を接続して組電池を作成するか、また、何段の組電池を積層して大型組電池を作成するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。本実施形態の組電池は、上述した実施形態の平板積層型電池を用いて構成されていることから、耐久性に優れる。 As the assembled battery, a plurality of batteries (10, 10 ') of the above-described embodiment are connected in series and / or in parallel to form a small assembled battery that can be attached and detached. A plurality of small assembled batteries that can be attached and detached are connected in series and / or in parallel to form a larger assembled battery. As a result, the assembled battery is an assembled battery having a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require high volume energy density and high volume output density. The small assembled batteries that can be attached and detached are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries are stacked in a plurality of stages using a connection jig. How many flat-stacked secondary batteries are connected to create an assembled battery, and how many assembled batteries are stacked to create a large assembled battery depends on the battery of the vehicle (electric vehicle) to be mounted It may be determined according to the capacity and output. Since the assembled battery of this embodiment is comprised using the flat laminated battery of embodiment mentioned above, it is excellent in durability.
[車両]
上述した実施形態の二次電池や組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。これらの二次電池または組電池は、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いられうる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車が提供されうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両であれば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The secondary battery and the assembled battery of the above-described embodiment can be used as a driving power source for the vehicle. These secondary batteries or assembled batteries are, for example, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all are automobiles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks and buses, light vehicles), etc.) as well as motorcycles ( Motorcycles) and tricycles). Thereby, a long-life and highly reliable automobile can be provided. However, the application is not limited to automobiles. For example, if it is another vehicle, it can be applied to various power sources for moving bodies such as trains, and it can be used for mounting uninterruptible power supplies and the like. It can also be used as a power source.
組電池を電気自動車のような車両に搭載するには、電気自動車の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームに搭載してもよい。以上のような組電池を用いた電気自動車は優れた耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。 In order to mount the assembled battery on a vehicle such as an electric vehicle, it is mounted under the seat at the center of the body of the electric vehicle. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower portion of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. An electric vehicle using the assembled battery as described above has excellent durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.
<実施例1>
1.電解液の作製
エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(30:70(体積比))を溶媒とした。また1.0MのLiPF6を支持塩として、電解液を作製した。なお、「1.0MのLiPF6」とは、当該混合溶媒および支持塩の混合物における支持塩(LiPF6)濃度が1.0Mであるという意味である。
<Example 1>
1. Preparation of Electrolytic Solution A solvent mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (30:70 (volume ratio)) was used. An electrolyte was prepared using 1.0M LiPF 6 as a supporting salt. “1.0 M LiPF 6 ” means that the concentration of the supporting salt (LiPF 6 ) in the mixture of the mixed solvent and the supporting salt is 1.0 M.
2.正極の作製
正極活物質としてLiMn2O4(平均粒子径:15μm)85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック 5質量%、およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極スラリーを作製した。次に、正極スラリーを、集電体であるアルミニウム箔(20μm)の片側に塗布し乾燥させて正極を作製した。
2. Production of Positive Electrode A solid content consisting of 85% by mass of LiMn 2 O 4 (average particle size: 15 μm) as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a positive electrode slurry. Next, the positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum foil (20 μm) as a current collector and dried to prepare a positive electrode.
3.負極の作製
負極活物質として、下記表1に示すAの複層構造炭素粉末85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック 5質量%およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、負極スラリーを作製した。次に、負極スラリーを、集電体である銅箔(15μm)の片側に塗布し乾燥させて負極を作製した。
3. Production of Negative Electrode As a negative electrode active material, a solid content composed of 85% by mass of the multilayered carbon powder of A shown in Table 1 below, 5% by mass of acetylene black as a conductive additive and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of NMP, which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a negative electrode slurry. Next, the negative electrode slurry was applied to one side of a copper foil (15 μm) as a current collector and dried to produce a negative electrode.
また、使用した炭素粉末について、I110/I004の比率をXRD測定により求めた。XRD測定装置としては、マック・サイエンス社製X線回折装置(MXP18VAHF型)、電圧・電流:40kV、300mA、X線波長:CuKαを使用した。 Moreover, about the used carbon powder, the ratio of I110 / I004 was calculated | required by the XRD measurement. As the XRD measurement apparatus, an X-ray diffraction apparatus (MXP18VAHF type) manufactured by Mac Science, voltage / current: 40 kV, 300 mA, X-ray wavelength: CuKα was used.
また、使用した炭素粉末について、レーザー回折法により粒度分布を測定した。測定装置としては、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置(型式HRA9320−X100)を用いた。 Further, the particle size distribution of the used carbon powder was measured by a laser diffraction method. As a measuring device, a microtrack particle size distribution measuring device (model HRA9320-X100) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used.
また、使用した炭素粉末について、窒素吸着法によりBET比表面積を測定した。 Further, the BET specific surface area of the used carbon powder was measured by a nitrogen adsorption method.
4.単電池の完成工程
正極および負極のそれぞれに加熱ロールプレスを加え、空孔率20〜30%になるように加熱プレスを行った。なお、空孔率は、加圧成形後の電極厚さ、目付け、電極材料の配合比、各材料の真密度から計算して求めた。
4). Step of Completing Single Cell A heated roll press was applied to each of the positive electrode and the negative electrode, and the hot press was performed so that the porosity was 20 to 30%. The porosity was calculated from the electrode thickness after pressure molding, the basis weight, the blending ratio of electrode materials, and the true density of each material.
その後、これらを90×90mmの正方形状に切断し、正極と負極を95×95mmのセパレータ(ポリオレフィン微多孔膜、厚さ20μm)を介して貼り合せた。 Thereafter, these were cut into a 90 × 90 mm square shape, and the positive electrode and the negative electrode were bonded together via a 95 × 95 mm separator (polyolefin microporous film, thickness 20 μm).
これらの正極と負極それぞれにタブを溶接し、アルミラミネートフィルムからなる外装中に本実施例の電解液とともに密封して単電池を完成させた。 A tab was welded to each of the positive electrode and the negative electrode, and sealed together with the electrolytic solution of this example in an exterior made of an aluminum laminate film, to complete a single cell.
5.電池の評価
上記のようにして作製した平板積層型電池(単電池)を充放電性能試験により評価した。この充放電性能試験は、55℃に保持した恒温槽において、電池温度を55℃とした後、性能試験を行った。充電は1Cの電流レートで4.2Vまで定電流充電(CC)し、その後定電圧(CV)で、あわせて3時間充電した。その後、10分間休止時間を設けた後、1Cの電流レートで2.5Vまで放電を行い、その後に10分間の休止時間を設けた。これらを1サイクルとし、充放電試験を実施した。初回の放電容量に対して300サイクル後に放電した割合を容量維持率とし、また、電極膨れ率をセル解体前後の電極厚みおよび断面SEM写真より算出した。評価結果を後掲の表1に示す。
5. Evaluation of Battery The flat laminated battery (unit cell) produced as described above was evaluated by a charge / discharge performance test. This charge / discharge performance test was performed in a thermostatic chamber maintained at 55 ° C. after the battery temperature was set to 55 ° C. Charging was performed by constant current charging (CC) up to 4.2 V at a current rate of 1 C, and then charging at a constant voltage (CV) for 3 hours. Thereafter, after a 10-minute rest period, discharging was performed at a current rate of 1 C up to 2.5 V, followed by a 10-minute rest period. These were made into 1 cycle, and the charging / discharging test was implemented. The ratio of discharge after 300 cycles with respect to the initial discharge capacity was defined as the capacity retention ratio, and the electrode swelling ratio was calculated from the electrode thickness before and after cell disassembly and the cross-sectional SEM photographs. The evaluation results are shown in Table 1 below.
<実施例2〜4>
負極活物質として、下記表1に示す炭素粉末B〜Dをそれぞれ用いた以外は、実施例1と同様にして、平板積層型電池を製造した。また、得られた電池は実施例1と同様に評価した。
<Examples 2 to 4>
A flat laminated battery was produced in the same manner as in Example 1 except that carbon powders B to D shown in Table 1 were used as the negative electrode active material. The obtained battery was evaluated in the same manner as in Example 1.
<比較例1〜4>
負極活物質として、下記表1に示す炭素粉末E〜Hをそれぞれ用いた以外は、実施例1と同様にして、平板積層型電池を製造した。また、得られた電池は実施例1と同様に評価した。
<Comparative Examples 1-4>
A flat laminated battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that carbon powders E to H shown in Table 1 below were used as the negative electrode active material. The obtained battery was evaluated in the same manner as in Example 1.
表1から分かるように、I110/I004の比率が0.6以上である炭素粉末を負極活物質に用いた、実施例1〜4は、比較例1〜4に比較して、いずれも膨れ率が小さく、優れたサイクル特性を示した。 As can be seen from Table 1, each of Examples 1 to 4 in which carbon powder having a ratio of I110 / I004 of 0.6 or more was used as the negative electrode active material, compared with Comparative Examples 1 to 4, all of which were swollen. Was small and showed excellent cycle characteristics.
10 双極型電池、
10’ 積層型電池、
11 集電体(正極集電体)、
11a 正極側最外層集電体、
11b 負極側最外層集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートシート、
31 シール部。
10 Bipolar battery,
10 'stacked battery,
11 Current collector (positive electrode current collector),
11a Positive electrode side outermost layer current collector,
11b The negative electrode side outermost layer current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminate sheet,
31 Seal part.
Claims (3)
負極と、
前記正極と前記負極との間に介在する電解質層と、
を有する平板積層型電池であって、
前記負極が負極活物質として炭素粉末を含有し、前記炭素粉末のXRD測定により得られる黒鉛結晶の(110)面のピーク強度(I110)と(004)面のピーク強度(I110)の比I110/I004が0.6以上であり、
前記炭素粉末が、d(002)面の層間距離(d値)が0.3380nm以下の黒鉛からなる核材と、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm −1 のピーク強度に対する1360cm −1 のピーク強度比であるR値が0.1以上である黒鉛からなる表層とからなる複層構造炭素質粉末である、平板積層型非水電解質二次電池。 A positive electrode;
A negative electrode,
An electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode;
A flat plate battery having
The negative electrode contains carbon powder as a negative electrode active material, and the ratio of the peak intensity (I110) of the (110) plane and the peak intensity (I110) of the (004) plane of the graphite crystal obtained by XRD measurement of the carbon powder is I110 / I004 Ri der is 0.6 or more,
Wherein the carbon powder is, d (002) plane peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 interlayer distance (d value) and the nuclear material consisting of graphite 0.3380Nm, in the argon ion laser Raman spectrum of in it R values Ru multilayer structure carbonaceous powder der comprising a surface layer consisting of graphite is 0.1 or more, the flat plate laminate type nonaqueous electrolyte secondary battery.
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