JP5955721B2 - Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明はリチウムイオン二次電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極および負極の間を、非水電解液中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な二次電池である。   A lithium ion secondary battery is a secondary battery that can be charged and discharged by moving lithium ions in a non-aqueous electrolyte between a positive electrode and a negative electrode that occlude and release lithium ions.

特許文献1には、充放電に伴う電池の劣化を効果的に防止することができるリチウムイオン二次電池に関する技術が開示されている。特許文献1に開示されているリチウムイオン二次電池の充放電制御方法では、電池容器の内部に電極体から電気的に独立した参照電極を設置し、参照電極と正極外部端子の電位差と、参照電極と負極外部端子の電位差を常時監視して、少なくとも何れか一方の電位差が所定の閾値を超えたときに、充電または放電を停止している。   Patent Document 1 discloses a technique related to a lithium ion secondary battery that can effectively prevent deterioration of the battery due to charge and discharge. In the charge / discharge control method for a lithium ion secondary battery disclosed in Patent Document 1, a reference electrode that is electrically independent from the electrode body is installed inside the battery container, the potential difference between the reference electrode and the positive external terminal, and the reference The potential difference between the electrode and the negative electrode external terminal is constantly monitored, and charging or discharging is stopped when at least one of the potential differences exceeds a predetermined threshold value.

特開2001−015177号公報JP 2001-015177 A

リチウムイオン二次電池では、参照電極を設けることで正極や負極の電位を検知することができる。このように正極や負極の電位を検知することで、例えば、リチウムイオン二次電池の充放電の制御を適切に実施することができる。   In a lithium ion secondary battery, the potential of the positive electrode or the negative electrode can be detected by providing a reference electrode. By detecting the potential of the positive electrode or the negative electrode in this way, for example, charge / discharge control of a lithium ion secondary battery can be appropriately performed.

しかしながら、例えば、参照電極の材料に金属リチウムを用いた場合は、金属リチウムの酸化還元電位が低いために非水電解液が分解し、金属リチウムの表面に非水電解液の分解生成物が形成される。このため、参照電極を長期的に使用すると、参照電極の電位が変動し、参照電極を基準として測定された正極や負極の電位も変動するという問題がある。また、参照電極は、例えばリチウムイオン二次電池の充放電を制御する際に用いられるため十分な耐久性が必要となる。   However, for example, when metallic lithium is used as the reference electrode material, the non-aqueous electrolyte is decomposed due to the low oxidation-reduction potential of metallic lithium, and a decomposition product of the non-aqueous electrolytic solution is formed on the surface of the metallic lithium. Is done. For this reason, when the reference electrode is used for a long period of time, there is a problem that the potential of the reference electrode varies, and the potential of the positive electrode and the negative electrode measured based on the reference electrode also varies. Moreover, since the reference electrode is used, for example, when controlling charge / discharge of a lithium ion secondary battery, sufficient durability is required.

上記課題に鑑み本発明の目的は、安定性と耐久性を備えた参照電極を有するリチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having a reference electrode having stability and durability, and a method for producing the lithium ion secondary battery.

本発明にかかるリチウムイオン二次電池は、正極および負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、リチウムイオンを含み、前記正極および前記負極の間に充填された非水電解液と、前記非水電解液と接触するように配置された参照電極と、を備え、前記参照電極は、アルミニウムからなる母材と、リチウムアルミニウム合金を含む被覆層とを有する。   A lithium ion secondary battery according to the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte containing lithium ions and filled between the positive electrode and the negative electrode, A reference electrode disposed so as to be in contact with the non-aqueous electrolyte, and the reference electrode includes a base material made of aluminum and a coating layer containing a lithium aluminum alloy.

上記リチウムイオン二次電池において、前記母材はアルミニウムからなる芯材であってもよく、前記被覆層は当該芯材の周囲に配置されていてもよい。
前記被覆層は、前記芯材から当該芯材の周囲に放射状に延び、前記リチウムアルミニウム合金よりもアルミニウムの比率が高い複数の突出部を有していてもよく、前記リチウムアルミニウム合金は、前記複数の突出部の間に配置されていてもよい。
前記芯材の断面積は前記参照電極の断面積の10%以上90%以下であってもよい。前記参照電極の断面の直径は0.2mm以下であってもよく、0.1mm以下であってもよい。
In the lithium ion secondary battery, the base material may be a core material made of aluminum, and the covering layer may be disposed around the core material.
The covering layer may extend radially from the core material to the periphery of the core material, and may have a plurality of protrusions having a higher aluminum ratio than the lithium aluminum alloy. It may be arranged between the protrusions.
The cross-sectional area of the core material may be 10% or more and 90% or less of the cross-sectional area of the reference electrode. The diameter of the cross section of the reference electrode may be 0.2 mm or less, or 0.1 mm or less.

上記リチウムイオン二次電池において前記母材はアルミニウムからなる面状基材であってもよく、前記被覆層は前記面状基材の少なくとも片方の面の、少なくとも一部に配置されてもよく、前記参照電極の厚みは、前記正極の正極合剤層及び前記負極の負極合剤層より小さくてもよい。
前記参照電極の厚みは、さらに前記正極合剤層又は前記負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下であってもよい。前記被覆層は前記面状基材の一方の面の、少なくとも一部に配置され、前記面状基材の他方の面に絶縁層が形成されてもよく、前記面状基材は前記絶縁層上に成膜されたアルミニウム膜であってもよい。
In the lithium ion secondary battery, the base material may be a planar substrate made of aluminum, and the coating layer may be disposed on at least a part of at least one surface of the planar substrate, The thickness of the reference electrode may be smaller than the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode.
The reference electrode may further have a thickness of 1/20 or less of the thinnest mixture layer of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer. The covering layer may be disposed on at least a part of one surface of the planar substrate, and an insulating layer may be formed on the other surface of the planar substrate, and the planar substrate may be the insulating layer. An aluminum film formed thereon may also be used.

本発明にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法は、正極および負極の間にセパレータを配置し、前記正極および前記負極の間にリチウムイオンを含む非水電解液を充填し、前記非水電解液と接触するようにアルミニウム材を配置し、前記アルミニウム材と前記正極との間または前記アルミニウム材と前記負極との間に電流を流して前記アルミニウム材の表面にリチウムアルミニウム合金を含む被覆層を形成することで参照電極を形成する各工程を含んでいる。   In the method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention, a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode, a nonaqueous electrolytic solution containing lithium ions is filled between the positive electrode and the negative electrode, and the nonaqueous electrolytic solution An aluminum material is placed in contact with the aluminum material, and a current is passed between the aluminum material and the positive electrode or between the aluminum material and the negative electrode to form a coating layer containing a lithium aluminum alloy on the surface of the aluminum material Thus, each step of forming the reference electrode is included.

上記リチウムイオン二次電池の製造方法において、前記アルミニウム材はアルミニウム線であってもよい。前記参照電極を形成する際、前記アルミニウム線を回転させてもよく、また前記アルミニウム線の前記リチウムアルミニウム合金が形成されていない芯材の断面積が、前記参照電極の断面積の10%以上90%以下となるように形成してもよい。   In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery, the aluminum material may be an aluminum wire. When forming the reference electrode, the aluminum wire may be rotated, and the cross-sectional area of the core material of the aluminum wire on which the lithium aluminum alloy is not formed is 10% or more of the cross-sectional area of the reference electrode. % Or less.

また、前記アルミニウム材は面状であってもよく、前記被覆層は、前記アルミニウム材の表面の少なくとも一方の面の、少なくとも一部に形成してもよく、前記参照電極の厚みが、前記正極の正極合剤層及び前記負極の負極合剤層より小さくなるように前記参照電極を形成してもよい。
前記参照電極の厚みが、さらに前記正極合剤層又は前記負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下になるように、前記参照電極を形成してもよい。
The aluminum material may be planar, and the coating layer may be formed on at least a part of at least one surface of the aluminum material, and the thickness of the reference electrode may be the positive electrode. The reference electrode may be formed so as to be smaller than the negative electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer of the negative electrode.
You may form the said reference electrode so that the thickness of the said reference electrode may become 1/20 or less of the thinnest mixture layer among the said positive mix layer or the said negative mix layer further.

本発明により、安定性と耐久性を備えた参照電極を有するリチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a reference electrode having stability and durability, and a method for producing a lithium ion secondary battery.

第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極の長手方向における断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction of the reference electrode with which the lithium ion secondary battery concerning 1st Embodiment is provided. 図1に示す参照電極のII−IIにおける断面図である。It is sectional drawing in II-II of the reference electrode shown in FIG. 第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極を走査型電子顕微鏡で撮影した断面写真である。(a)は、芯材の直径が比較的大きい場合の断面写真であり、(b)は、芯材の直径が比較的小さい場合の断面写真である。It is the cross-sectional photograph which image | photographed the reference electrode with which the lithium ion secondary battery concerning 1st Embodiment is equipped with the scanning electron microscope. (A) is a cross-sectional photograph when the diameter of the core material is relatively large, and (b) is a cross-sectional photograph when the diameter of the core material is relatively small. 第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. 図4に示すリチウムイオン二次電池のV−Vにおける断面図である。It is sectional drawing in VV of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the lithium ion secondary battery concerning 1st Embodiment. 第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極の使用例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the usage example of the reference electrode with which the lithium ion secondary battery concerning 1st Embodiment is provided. 参照電極を使用している時間と参照電極の電位との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time which is using a reference electrode, and the electric potential of a reference electrode. 比較例の参照電極を走査型電子顕微鏡で撮影した断面写真である。(a)は、主としてアルミニウムで構成されている参照電極の断面写真であり、(b)は、主としてリチウムアルミニウム合金で構成されている参照電極の断面写真である。It is the cross-sectional photograph which image | photographed the reference electrode of the comparative example with the scanning electron microscope. (A) is a cross-sectional photograph of a reference electrode mainly composed of aluminum, and (b) is a cross-sectional photograph of a reference electrode mainly composed of a lithium aluminum alloy. 参照電極の芯材の断面積の割合と参照電極が安定して動作する時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of the cross-sectional area of the core material of a reference electrode, and time for a reference electrode to operate | move stably. 第2に実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極の平面図である。It is a top view of the reference electrode with which the lithium ion secondary battery concerning Embodiment 2 is provided. 図11に示す参照電極のXII−XIIにおける断面図である。It is sectional drawing in XII-XII of the reference electrode shown in FIG. 第2の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lithium ion secondary battery concerning 2nd Embodiment. 実施例にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極の平面図である。It is a top view of the reference electrode with which the lithium ion secondary battery concerning an Example is provided. 図14に示す参照電極のXV−XVにおける断面図である。It is sectional drawing in XV-XV of the reference electrode shown in FIG. 実施例にかかるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lithium ion secondary battery concerning an Example. 図16に示すリチウムイオン二次電池のXVII−XVIIにおける断面図である。It is sectional drawing in XVII-XVII of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 捲回電極体の断面写真である。(a)は実施例、(b)は比較例である。It is a cross-sectional photograph of a wound electrode body. (A) is an Example and (b) is a comparative example. 参照電極を組み込んだ電池の電気抵抗の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the electrical resistance of the battery incorporating a reference electrode.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池は、正極および負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、リチウムイオンを含み、正極および負極の間に充填された非水電解液と、非水電解液と接触するように配置された参照電極と、を備える。
Embodiments of the present invention will be described below.
[First embodiment]
The lithium ion secondary battery according to the first embodiment includes a positive electrode and a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte containing lithium ions and filled between the positive electrode and the negative electrode, And a reference electrode arranged to be in contact with the non-aqueous electrolyte.

<正極>
正極は正極活物質を有する。正極活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)等を用いることができる。また、LiCoO、LiMn、LiNiOを任意の割合で混合して焼成した材料を用いてもよい。組成の一例としては、例えば、これらの材料を等しい割合で混合したLiNi1/3Co1/3Mn1/3が挙げられる。
<Positive electrode>
The positive electrode has a positive electrode active material. The positive electrode active material is a material capable of inserting and extracting lithium. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and the like can be used. Moreover, LiCoO 2, LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 and may be a material obtained by firing mixed at an arbitrary ratio. An example of the composition is, for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 in which these materials are mixed at an equal ratio.

また、正極は、導電材を含んでいてもよい。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛(グラファイト)を用いることができる。   The positive electrode may contain a conductive material. As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black, and graphite (graphite) can be used.

本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の正極は、例えば、正極活物質と、導電材と、溶媒と、結着剤(バインダー)とを混練し、混練後の正極合剤を正極集電体に塗布して乾燥することによって作製することができる。ここで、溶媒としては、例えばNMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶液を用いることができる。また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。また、正極集電体として、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。   The positive electrode of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes, for example, a positive electrode active material, a conductive material, a solvent, and a binder (binder), and the positive electrode mixture after kneading is mixed with the positive electrode current collector. It can be produced by applying to the body and drying. Here, as the solvent, for example, an NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solution can be used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like can be used. As the positive electrode current collector, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used.

<負極>
負極活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、例えば、黒鉛(グラファイト)等からなる粉末状の炭素材料を用いることができる。そして、正極と同様に、負極活物質と、溶媒と、バインダーとを混練し、混練後の負極合剤を負極集電体に塗布して乾燥することによって負極を作製することができる。ここで、負極集電体として、例えば銅やニッケルあるいはそれらの合金を用いることができる。
<Negative electrode>
The negative electrode active material is a material capable of inserting and extracting lithium, and for example, a powdery carbon material made of graphite or the like can be used. Then, similarly to the positive electrode, the negative electrode can be produced by kneading the negative electrode active material, the solvent, and the binder, applying the kneaded negative electrode mixture to the negative electrode current collector, and drying. Here, as the negative electrode current collector, for example, copper, nickel, or an alloy thereof can be used.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。ここで、非水溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、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)等からなる群から選択された一種または二種以上の材料を用いることができる。また、支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiCSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiI等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)を用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolytic solution is a composition in which a supporting salt is contained in a nonaqueous solvent. Here, as the non-aqueous solvent, one or two selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like. More than one type of material can be used. The supporting salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiI 1 type, or 2 or more types of lithium compounds (lithium salt) selected from these etc. can be used.

<セパレータ>
セパレータには、絶縁性の多孔質膜を用いることができる。例えば、セパレータとしては、ポリエチレン膜、ポリオレフィン膜、およびポリ塩化ビニル膜等の多孔質ポリマー膜、又は、リチウムイオンもしくはイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することができる。
<Separator>
An insulating porous film can be used for the separator. For example, as the separator, a porous polymer film such as a polyethylene film, a polyolefin film, and a polyvinyl chloride film, or a lithium ion or ion conductive polymer electrolyte film can be used alone or in combination.

<参照電極>
図1は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極の長手方向における断面図である。図2は、図1に示す参照電極のII−IIにおける断面図である。
<Reference electrode>
FIG. 1 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of a reference electrode provided in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the reference electrode shown in FIG.

図1に示すように、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極10は、アルミニウムからなる芯材11と、芯材11の周囲に配置されたリチウムアルミニウム合金を含む被覆層12とを有する。つまり、参照電極10は、非水電解液と接触し、参照電極として機能する先端部分の周囲がリチウムアルミニウム合金を含む被覆層12で覆われている。芯材11は被覆層12に囲まれているので、芯材11が非水電解液と接触することはない。また、芯材11のうち、被覆層12が形成されている先端部分以外の部分であって、リチウムイオン二次電池内に挿入される部分の周囲には、芯材11が非水電解液と接触しないように絶縁層13が形成されている。絶縁層13には、例えばポリイミドを用いることができる。   As shown in FIG. 1, the reference electrode 10 included in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a core material 11 made of aluminum and a coating layer 12 including a lithium aluminum alloy disposed around the core material 11. And have. That is, the reference electrode 10 is in contact with the nonaqueous electrolytic solution, and the periphery of the tip portion functioning as the reference electrode is covered with the coating layer 12 containing a lithium aluminum alloy. Since the core material 11 is surrounded by the coating layer 12, the core material 11 does not come into contact with the non-aqueous electrolyte. Further, in the core material 11, the core material 11 is a portion other than the tip portion where the coating layer 12 is formed, and around the portion inserted into the lithium ion secondary battery. An insulating layer 13 is formed so as not to contact. For the insulating layer 13, for example, polyimide can be used.

図2の断面図に示すように、被覆層12は、リチウムアルミニウム合金14と、芯材11から当該芯材11の周囲に放射状に延び、リチウムアルミニウム合金14よりもアルミニウムの比率が高い複数の突出部15とを有する。ここで、リチウムアルミニウム合金14は複数の突出部15の間に配置されている。リチウムアルミニウム合金14は、多孔質で表面積が大きいという性質を備える。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the covering layer 12 includes a lithium aluminum alloy 14 and a plurality of protrusions extending radially from the core material 11 to the periphery of the core material 11 and having a higher aluminum ratio than the lithium aluminum alloy 14. Part 15. Here, the lithium aluminum alloy 14 is disposed between the plurality of protrusions 15. The lithium aluminum alloy 14 has the property of being porous and having a large surface area.

図3(a)、(b)は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極10を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)で撮影した断面写真である。図3(b)の芯材11は、図3(a)の芯材11よりも細く、図3(b)の被覆層12は、図3(a)の被覆層12よりも厚い。被覆層12の厚さは、参照電極を形成する条件を調整することで任意に変更することができる。   3A and 3B are cross-sectional photographs obtained by photographing the reference electrode 10 included in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment with a scanning electron microscope (SEM). The core material 11 in FIG. 3B is thinner than the core material 11 in FIG. 3A, and the coating layer 12 in FIG. 3B is thicker than the coating layer 12 in FIG. The thickness of the coating layer 12 can be arbitrarily changed by adjusting the conditions for forming the reference electrode.

例えば、参照電極の材料に金属リチウムを用いた場合は、金属リチウムの酸化還元電位(以下、単に電位とも記載する)が低いために非水電解液が分解し、金属リチウムの表面に非水電解液の分解生成物が形成される。このため、金属リチウムからなる参照電極を長期的に使用すると、参照電極の電位が変動し、参照電極を基準として測定した正極や負極の電位も変動する。   For example, when metallic lithium is used as the material for the reference electrode, the non-aqueous electrolyte is decomposed due to the low oxidation-reduction potential (hereinafter also simply referred to as potential) of metallic lithium, and non-aqueous electrolysis occurs on the surface of metallic lithium. A liquid decomposition product is formed. For this reason, when a reference electrode made of metallic lithium is used for a long period of time, the potential of the reference electrode varies, and the potentials of the positive electrode and the negative electrode measured based on the reference electrode also vary.

これに対して、リチウムアルミニウム合金は金属リチウムよりも電位が高いため、非水電解液が分解されることを抑制することができる。よって、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池のように、参照電極10の被覆層12にリチウムアルミニウム合金を含む材料を用いることで、参照電極10の表面に非水電解液の分解生成物が形成されることを抑制することができる。したがって、参照電極が劣化することを抑制することができ、参照電極が示す電位を安定させることができる。また、リチウムアルミニウム合金は表面積が大きいので、例えば検出回路側において多少の電気的な変動があったとしても、長期に安定した電位を示すことができる。   On the other hand, since the lithium aluminum alloy has a higher potential than metallic lithium, it is possible to suppress the decomposition of the nonaqueous electrolytic solution. Therefore, by using a material containing a lithium aluminum alloy for the coating layer 12 of the reference electrode 10 as in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the decomposition product of the nonaqueous electrolyte solution on the surface of the reference electrode 10 Can be prevented from being formed. Therefore, deterioration of the reference electrode can be suppressed, and the potential indicated by the reference electrode can be stabilized. Further, since the lithium aluminum alloy has a large surface area, for example, even if there is some electrical fluctuation on the detection circuit side, a stable potential can be exhibited over a long period of time.

また、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の参照電極10は、参照電極10の中心にアルミニウムからなる芯材11を有する。よって、参照電極10の機械的な強度を高めることができる。例えば、リチウムイオン二次電池の充放電を繰り返すとリチウムイオンの挿入・脱離により正負極の体積が変わるため、参照電極10にストレスがかかる。このような場合であっても、参照電極10の中心にアルミニウムからなる芯材11を設けることで、参照電極10が断線することを抑制することができる。   The reference electrode 10 of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment has a core material 11 made of aluminum at the center of the reference electrode 10. Therefore, the mechanical strength of the reference electrode 10 can be increased. For example, when the charging / discharging of the lithium ion secondary battery is repeated, the volume of the positive and negative electrodes changes due to the insertion / extraction of lithium ions, so that the reference electrode 10 is stressed. Even in such a case, it is possible to suppress the disconnection of the reference electrode 10 by providing the core material 11 made of aluminum at the center of the reference electrode 10.

また、図2に示すように、被覆層12には、リチウムアルミニウム合金14よりもアルミニウムの比率が高い突出部15が芯材11から放射状に延びるように形成されている。そして、リチウムアルミニウム合金14は、複数の突出部15の間に配置されている。ここで、突出部15はアルミニウムの比率が高いため電気抵抗が低い。よって、参照電極10の表面と芯材11とをつなぐ導電経路を設けることができ、参照電極10の表面と芯材11との間に配置されているリチウムアルミニウム合金14を有効に活用することができる。これにより、参照電極が示す電位を長期的に安定させることができる。   As shown in FIG. 2, the covering layer 12 is formed with protruding portions 15 having a higher aluminum ratio than the lithium aluminum alloy 14 so as to extend radially from the core material 11. The lithium aluminum alloy 14 is disposed between the plurality of protrusions 15. Here, since the protrusion 15 has a high aluminum ratio, the electrical resistance is low. Therefore, a conductive path that connects the surface of the reference electrode 10 and the core material 11 can be provided, and the lithium aluminum alloy 14 disposed between the surface of the reference electrode 10 and the core material 11 can be effectively used. it can. Thereby, the electric potential which a reference electrode shows can be stabilized for a long term.

また、リチウムアルミニウム合金14は多孔質であるため比較的強度が弱い。一方、突出部15は、アルミニウムの比率が高いため比較的強度が強い。よって、図2に示すように、比較的強度の強い突出部15の間に比較的強度が弱いリチウムアルミニウム合金14を配置することで、被覆層12の強度を向上させることができる。   Moreover, since the lithium aluminum alloy 14 is porous, its strength is relatively weak. On the other hand, the protrusion 15 has a relatively high strength due to a high aluminum ratio. Therefore, as shown in FIG. 2, the strength of the covering layer 12 can be improved by disposing the lithium aluminum alloy 14 having a relatively low strength between the protrusions 15 having a relatively high strength.

参照電極は、正極と負極との間に設けられる。このとき、参照電極10の断面の直径が大きいと、リチウムイオン二次電池の電池性能を悪化させるおそれがある。よって、参照電極の直径は小さいほど好ましいが、参照電極の直径を小さくすると参照電極の強度が低下するという問題があった。   The reference electrode is provided between the positive electrode and the negative electrode. At this time, if the cross-sectional diameter of the reference electrode 10 is large, the battery performance of the lithium ion secondary battery may be deteriorated. Therefore, although it is preferable that the diameter of the reference electrode is smaller, there is a problem that the strength of the reference electrode is reduced when the diameter of the reference electrode is reduced.

これに対して本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が有する参照電極10では、アルミニウムからなる芯材11を設けているため、参照電極10の機械的な強度を高めることができる。よって、参照電極10の直径を小さくしても、参照電極10の強度を確保することができる。参照電極10の断面の直径としては、例えば0.2mm以下、より好ましくは0.1mm以下とすることができる。   On the other hand, in the reference electrode 10 included in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, since the core material 11 made of aluminum is provided, the mechanical strength of the reference electrode 10 can be increased. Therefore, even if the diameter of the reference electrode 10 is reduced, the strength of the reference electrode 10 can be ensured. The diameter of the cross section of the reference electrode 10 can be, for example, 0.2 mm or less, more preferably 0.1 mm or less.

リチウムイオン二次電池に参照電極10を設けることで、リチウムイオン二次電池の充放電状態や電極の劣化状態を、正極と負極とで分離してモニタすることができる。また、参照電極を用いて測定した正極電位や負極電位に応じて電池の充電を制御することで、急速充電時における電極の劣化を制御することができる。   By providing the reference electrode 10 in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge state of the lithium ion secondary battery and the deterioration state of the electrode can be separately monitored by the positive electrode and the negative electrode. Further, by controlling the charging of the battery according to the positive electrode potential or the negative electrode potential measured using the reference electrode, it is possible to control the deterioration of the electrode during rapid charging.

以上で説明した参照電極10を用いることで、参照電極の安定性と耐久性を確保することができる。   By using the reference electrode 10 described above, the stability and durability of the reference electrode can be ensured.

<リチウムイオン二次電池>
以下、捲回電極体を備えるリチウムイオン二次電池を例にして説明する。図4は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池を示す斜視図である。図5は、図4に示すリチウムイオン二次電池のV−Vにおける断面図である。
<Lithium ion secondary battery>
Hereinafter, a lithium ion secondary battery provided with a wound electrode body will be described as an example. FIG. 4 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along VV of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

図4、図5に示すように、リチウムイオン二次電池1は、正極シート(正極)21、負電シート(負極)22およびセパレータ23を有する捲回電極体20と、この捲回電極体20を収容する電池ケース40と、リチウムイオンを含み、捲回電極体20のセパレータ23に含浸させた非水電解液と、この非水電解液に接触した参照電極10とを備える。また、参照電極10と接続されている導線17と、当該導線17と接続されている参照電極端子18とを備える。導線17は絶縁層で被覆されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the lithium ion secondary battery 1 includes a wound electrode body 20 having a positive electrode sheet (positive electrode) 21, a negative electrode sheet (negative electrode) 22 and a separator 23, and the wound electrode body 20. A battery case 40 to be accommodated, a non-aqueous electrolyte containing lithium ions and impregnated in the separator 23 of the wound electrode body 20, and a reference electrode 10 in contact with the non-aqueous electrolyte are provided. Further, a conductive wire 17 connected to the reference electrode 10 and a reference electrode terminal 18 connected to the conductive wire 17 are provided. The conducting wire 17 is covered with an insulating layer.

電池ケース40は、電池ケース本体41および封口蓋42を有する。電池ケース本体41は矩形状の箱形であり、電池ケース本体41と捲回電極体20との間には、樹脂からなり、箱状に折り曲げた絶縁フィルム(不図示)が設けられている。封口蓋42は矩形板状であり、電池ケース本体41の開口部を閉塞して、電池ケース本体41に溶接されている。電池ケース40を構成する材料としては、アルミニウム、スチール等の金属材料が好ましい。また、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を用いて電池ケース40を形成してもよい。   The battery case 40 includes a battery case main body 41 and a sealing lid 42. The battery case body 41 has a rectangular box shape, and an insulating film (not shown) made of resin and bent into a box shape is provided between the battery case body 41 and the wound electrode body 20. The sealing lid 42 has a rectangular plate shape, closes the opening of the battery case body 41, and is welded to the battery case body 41. As a material constituting the battery case 40, a metal material such as aluminum or steel is preferable. For example, the battery case 40 may be formed using a resin material such as polyphenylene sulfide resin (PPS) or polyimide resin.

封口蓋42には、捲回電極体20の正極シート21と電気的に接続されている正極部材33が、封口蓋42の表面から突出するように設けられている。正極部材33のうち封口蓋42の表面から突出している部分は、正極端子部31を構成する。正極端子部31と封口蓋42との間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁部材32が設けられている。同様に、封口蓋42には、捲回電極体20の負極シート22と電気的に接続されている負極部材36が、封口蓋42の表面から突出するように設けられている。負極部材36のうち封口蓋42の表面から突出している部分は、負極端子34を構成する。負極端子部34と封口蓋42との間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁部材35が設けられている。また、封口蓋42には、矩形板状の安全弁47が設けられている。   A positive electrode member 33 that is electrically connected to the positive electrode sheet 21 of the wound electrode body 20 is provided on the sealing lid 42 so as to protrude from the surface of the sealing lid 42. A portion of the positive electrode member 33 that protrudes from the surface of the sealing lid 42 constitutes the positive electrode terminal portion 31. An insulating member 32 is provided between the positive terminal portion 31 and the sealing lid 42 to electrically insulate them. Similarly, the sealing lid 42 is provided with a negative electrode member 36 that is electrically connected to the negative electrode sheet 22 of the wound electrode body 20 so as to protrude from the surface of the sealing lid 42. The portion of the negative electrode member 36 that protrudes from the surface of the sealing lid 42 constitutes the negative electrode terminal 34. An insulating member 35 is provided between the negative electrode terminal portion 34 and the sealing lid 42 to electrically insulate them. The sealing lid 42 is provided with a rectangular plate-shaped safety valve 47.

捲回電極体20は、長尺状の正極シート21と長尺状の負極シート22とが長尺状のセパレータ23を介して扁平に捲回されている。正極シート21は、箔状の正極集電体の両面に正極活物質を含む正極合剤層が保持された構造を有している。負極シート22も正極シートと同様に、箔状の負極集電体の両面に負極活物質を含む負極合剤層が保持された構造を有している。捲回電極体20を作製する際は、正極シート21および負極シート22を、セパレータ23を介して積層する。そして、このように重ね合わせた積層体を捲回し、得られた捲回体を側面方向から押しつぶして扁平状の捲回電極体20を作製する。   In the wound electrode body 20, a long positive electrode sheet 21 and a long negative electrode sheet 22 are wound flatly via a long separator 23. The positive electrode sheet 21 has a structure in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is held on both surfaces of a foil-shaped positive electrode current collector. Similarly to the positive electrode sheet, the negative electrode sheet 22 has a structure in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material is held on both surfaces of a foil-like negative electrode current collector. When producing the wound electrode body 20, the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22 are laminated via the separator 23. And the laminated body laminated | stacked in this way is wound, and the obtained wound body is crushed from the side surface direction, and the flat wound electrode body 20 is produced.

図5に示すように、参照電極10は、正極シート21と負極シート22との間に設けられている。このとき、参照電極10と正極シート21とが直接接触しないように、また参照電極10と負極シート22とが直接接触しないようにするために、例えば、参照電極10と正極シート21との間および参照電極10と負極シート22との間に、セパレータ23の一部が配置されるようにしてもよい。   As shown in FIG. 5, the reference electrode 10 is provided between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22. At this time, in order to prevent the reference electrode 10 and the positive electrode sheet 21 from being in direct contact with each other and to prevent the reference electrode 10 and the negative electrode sheet 22 from being in direct contact with each other, for example, between the reference electrode 10 and the positive electrode sheet 21 and A part of the separator 23 may be disposed between the reference electrode 10 and the negative electrode sheet 22.

<参照電極の製造方法>
次に、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の製造方法(特に、参照電極の製造方法)について、図6を用いて説明する。本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池を製造する場合は、まず正極(正極シート)21および負極(負極シート)22の間にセパレータ23_1、23_2を配置する。ここで、正極21は、正極集電体51と正極活物質52とを有する。負極22は、負極集電体54と負極活物質55とを有する。
<Method for producing reference electrode>
Next, the manufacturing method (especially the manufacturing method of a reference electrode) of the lithium ion secondary battery concerning this Embodiment is demonstrated using FIG. When manufacturing the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, first, the separators 23_1 and 23_2 are disposed between the positive electrode (positive electrode sheet) 21 and the negative electrode (negative electrode sheet) 22. Here, the positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 51 and a positive electrode active material 52. The negative electrode 22 includes a negative electrode current collector 54 and a negative electrode active material 55.

次に、正極21と負極22との間に、リチウムイオンを含む非水電解液27を充填する。このとき、セパレータ23_1、23_2には非水電解液27が含浸される。次に、非水電解液27と接触するようにアルミニウム線11(参照電極形成後は、芯材11となる)を配置する。このとき、アルミニウム線11のうち先端部分以外の部分には絶縁層13を設ける。絶縁層13を設けることで、参照電極が形成される先端部分以外の部分が非水電解液と接触することを防ぐことができる。   Next, a nonaqueous electrolytic solution 27 containing lithium ions is filled between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. At this time, the non-aqueous electrolyte solution 27 is impregnated in the separators 23_1 and 23_2. Next, the aluminum wire 11 (which becomes the core material 11 after the reference electrode is formed) is disposed so as to be in contact with the non-aqueous electrolyte solution 27. At this time, the insulating layer 13 is provided in a portion of the aluminum wire 11 other than the tip portion. By providing the insulating layer 13, it is possible to prevent a portion other than the tip portion where the reference electrode is formed from coming into contact with the non-aqueous electrolyte.

そして、アルミニウム線11と正極21との間に所定の電気量の電流を流してアルミニウム線11の表面にリチウムアルミニウム合金を含む被覆層12を形成し、参照電極10を形成する。つまり、アルミニウム線11から正極21に電流を流すことで、正極21からアルミニウム線11に電子が供給される。非水電解液27はリチウムイオン(Li)を含むため、アルミニウム線11に供給された電子をリチウムイオンが取り込むことで、アルミニウム線11の表面にリチウムが析出する。析出したリチウムはアルミニウム線11の一部とリチウムアルミニウム合金を形成する。リチウムアルミニウム合金を含む被覆層12の厚さは、アルミニウム線11と正極21との間に流す電流の大きさや時間を調整することで変更することができる。 Then, a current of a predetermined amount of electricity is passed between the aluminum wire 11 and the positive electrode 21 to form a coating layer 12 containing a lithium aluminum alloy on the surface of the aluminum wire 11, thereby forming the reference electrode 10. That is, by supplying a current from the aluminum wire 11 to the positive electrode 21, electrons are supplied from the positive electrode 21 to the aluminum wire 11. Since the non-aqueous electrolyte 27 contains lithium ions (Li + ), lithium is deposited on the surface of the aluminum wire 11 by the lithium ions taking in the electrons supplied to the aluminum wire 11. The deposited lithium forms a lithium aluminum alloy with a part of the aluminum wire 11. The thickness of the coating layer 12 containing a lithium aluminum alloy can be changed by adjusting the magnitude and time of the current flowing between the aluminum wire 11 and the positive electrode 21.

図2に示したように、被覆層12は、リチウムアルミニウム合金14と、リチウムアルミニウム合金14よりもアルミニウムの比率が高い突出部15とを有する。上記に示す方法で参照電極10を形成する場合は、アルミニウム線11の表面から内部に向けてリチウムアルミニウム合金14が形成されていく。よって、被覆層12のうち、リチウムアルミニウム合金14が形成されている部分は、リチウムアルミニウム合金を形成する反応が良好に進んだ部分に対応しており、突出部15が形成されている部分は、リチウムアルミニウム合金を形成する反応が良好に進まなかった部分に対応している。   As shown in FIG. 2, the coating layer 12 includes a lithium aluminum alloy 14 and a protrusion 15 having a higher aluminum ratio than the lithium aluminum alloy 14. When the reference electrode 10 is formed by the method described above, the lithium aluminum alloy 14 is formed from the surface of the aluminum wire 11 toward the inside. Therefore, the portion of the coating layer 12 where the lithium aluminum alloy 14 is formed corresponds to the portion where the reaction for forming the lithium aluminum alloy has progressed well, and the portion where the protruding portion 15 is formed is This corresponds to the portion where the reaction for forming the lithium aluminum alloy did not proceed well.

上記に示す方法で参照電極10を形成することで、参照電極を安定的に製造することができる。つまり、リチウムアルミニウム合金は多孔質であるため強度が弱いが、上記のように、アルミニウム線11をリチウムイオン二次電池の内部に設けた後に参照電極10を形成することで、参照電極10を形成した後に参照電極10をリチウムイオン二次電池の内部に設置する場合よりも、参照電極10に加わる外力を低減することができる。   By forming the reference electrode 10 by the method described above, the reference electrode can be stably manufactured. That is, although lithium aluminum alloy is porous, its strength is weak. However, as described above, the reference electrode 10 is formed by forming the reference electrode 10 after the aluminum wire 11 is provided inside the lithium ion secondary battery. After that, the external force applied to the reference electrode 10 can be reduced as compared with the case where the reference electrode 10 is installed inside the lithium ion secondary battery.

また、参照電極10を形成する際、アルミニウム線11を回転させることで、アルミニウム線11の表面に被覆層12をより均一に形成することができる。例えば、アルミニウム線11と正極21との間に所定の時間、電流を流した後、アルミニウム線11を所定の角度、回転させ、更にアルミニウム線11と正極21との間に所定の時間、電流を流すようにしてもよい。また、アルミニウム線11を連続的に回転させながら、アルミニウム線11と正極21との間に電流を流すようにしてもよい。   Further, when the reference electrode 10 is formed, the coating layer 12 can be more uniformly formed on the surface of the aluminum wire 11 by rotating the aluminum wire 11. For example, after passing a current between the aluminum wire 11 and the positive electrode 21 for a predetermined time, the aluminum wire 11 is rotated by a predetermined angle, and further, a current is supplied between the aluminum wire 11 and the positive electrode 21 for a predetermined time. You may make it flow. Further, a current may be passed between the aluminum wire 11 and the positive electrode 21 while the aluminum wire 11 is continuously rotated.

なお、上記例では、正極21とアルミニウム線11との間に電流を流して参照電極10を形成する場合について説明したが、負極22とアルミニウム線11との間に電流を流して参照電極10を形成するように構成してもよい。この場合は、アルミニウム線11から負極22に電流を流すことで、アルミニウム線11の表面にリチウムアルミニウム合金を含む被覆層12を形成することができる。   In the above example, the case where the reference electrode 10 is formed by flowing a current between the positive electrode 21 and the aluminum wire 11 has been described. However, the reference electrode 10 is formed by flowing a current between the negative electrode 22 and the aluminum wire 11. You may comprise so that it may form. In this case, the coating layer 12 containing a lithium aluminum alloy can be formed on the surface of the aluminum wire 11 by passing a current from the aluminum wire 11 to the negative electrode 22.

<参照電極の使用例>
図7は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極10の使用例を説明するための図である。図7に示す使用例では、参照電極10に対する負極22の電位を測定する場合を示している。すなわち、負極22の電位と参照電極10の電位との電位差を求めることで、参照電極10に対する負極22の電位を求めることができる。
<Usage example of reference electrode>
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of use of the reference electrode 10 included in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment. In the usage example shown in FIG. 7, a case where the potential of the negative electrode 22 with respect to the reference electrode 10 is measured is shown. That is, the potential of the negative electrode 22 with respect to the reference electrode 10 can be determined by determining the potential difference between the potential of the negative electrode 22 and the potential of the reference electrode 10.

なお、図7では参照電極10に対する負極22の電位を測定する場合について示したが、正極21の電位も同様の方法で測定することができる。すなわち、正極21の電位と参照電極10の電位との電位差を求めることで、参照電極10に対する正極21の電位を求めることができる。   Although FIG. 7 shows the case where the potential of the negative electrode 22 with respect to the reference electrode 10 is measured, the potential of the positive electrode 21 can also be measured by the same method. That is, the potential of the positive electrode 21 with respect to the reference electrode 10 can be obtained by obtaining the potential difference between the potential of the positive electrode 21 and the potential of the reference electrode 10.

<本発明の効果の説明>
次に、従来技術を用いて参照電極を構成した場合と、上記で説明した方法を用いて参照電極10を構成した場合との比較例について説明する。図8は、参照電極を使用している時間と参照電極の電位との関係を示すグラフである。図8に示す比較例1の参照電極は、リチウムアルミニウム合金の量が不足している参照電極、つまり主としてアルミニウムで構成されている参照電極である。比較例1の参照電極を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した断面写真を、図9(a)に示す。図9(a)に示すように、比較例1の参照電極のほとんどはアルミニウム111で構成されている。
<Description of the effect of the present invention>
Next, a comparative example between the case where the reference electrode is configured using the conventional technique and the case where the reference electrode 10 is configured using the method described above will be described. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the time during which the reference electrode is used and the potential of the reference electrode. The reference electrode of Comparative Example 1 shown in FIG. 8 is a reference electrode in which the amount of lithium aluminum alloy is insufficient, that is, a reference electrode mainly composed of aluminum. FIG. 9A shows a cross-sectional photograph of the reference electrode of Comparative Example 1 taken with a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 9A, most of the reference electrodes of Comparative Example 1 are made of aluminum 111.

また、図8に示す比較例2の参照電極は、主としてリチウムアルミニウム合金で構成されている参照電極であり、中心軸(芯材)もリチウムアルミニウム合金で構成されている。比較例2の参照電極を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した断面写真を、図9(b)に示す。図9(b)に示すように、比較例2の参照電極のほとんどがリチウムアルミニウム合金112で構成されているため、中心軸も含めて参照電極の全体が多孔質な構造となっている。なお、符号116に示す部分は、分析時に欠損した部分である。   Moreover, the reference electrode of the comparative example 2 shown in FIG. 8 is a reference electrode mainly comprised with the lithium aluminum alloy, and the center axis | shaft (core material) is also comprised with the lithium aluminum alloy. FIG. 9B shows a cross-sectional photograph of the reference electrode of Comparative Example 2 taken with a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 9B, since most of the reference electrode of Comparative Example 2 is composed of the lithium aluminum alloy 112, the entire reference electrode including the central axis has a porous structure. Note that a portion indicated by reference numeral 116 is a portion that is missing during analysis.

図8に示すように、比較例1の参照電極では、時間が経過するにつれて参照電極が示す電位が変動している。この理由は、比較例1の参照電極では、リチウムアルミニウム合金の量が不足しているために、参照電極からリチウムが脱離するためであると考えられる。また、参照電極の表面に非水電解液の分解生成物が形成されるためであると考えられる。比較例2の参照電極は、リチウムアルミニウム合金を含むために参照電極が示す電位が安定している。しかし、比較例2の参照電極は中心軸(芯材)もリチウムアルミニウム合金で構成されているために強度が弱く、図8に示すように途中で断線している。   As shown in FIG. 8, in the reference electrode of Comparative Example 1, the potential indicated by the reference electrode varies with time. The reason for this is considered to be that lithium is detached from the reference electrode because the amount of the lithium aluminum alloy is insufficient in the reference electrode of Comparative Example 1. Further, it is considered that a decomposition product of the nonaqueous electrolytic solution is formed on the surface of the reference electrode. Since the reference electrode of Comparative Example 2 contains a lithium aluminum alloy, the potential indicated by the reference electrode is stable. However, the reference electrode of Comparative Example 2 is weak in strength because the central axis (core material) is also made of a lithium aluminum alloy, and is broken halfway as shown in FIG.

これに対して本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極10は、長期間にわたり安定した電位を示している。すなわち、参照電極10は、被覆層12にリチウムアルミニウム合金を含んでいる。リチウムアルミニウム合金は酸化還元電位が高いため、非水電解液の分解反応を抑制することができ、参照電極が示す電位を安定させることができる。また、参照電極10では、アルミニウムからなる芯材11を設けているため、参照電極10の機械的な強度を高めることができる。   On the other hand, the reference electrode 10 provided in the lithium ion secondary battery according to the present embodiment shows a stable potential over a long period of time. That is, the reference electrode 10 includes a lithium aluminum alloy in the coating layer 12. Since the lithium aluminum alloy has a high oxidation-reduction potential, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolytic solution can be suppressed, and the potential indicated by the reference electrode can be stabilized. Moreover, since the reference electrode 10 is provided with the core 11 made of aluminum, the mechanical strength of the reference electrode 10 can be increased.

図10は、参照電極10の芯材11の断面積(つまり、芯材11の略円形部分の面積)の割合と参照電極10が安定して動作する時間との関係を示すグラフである。ここで、参照電極10が安定して動作する時間は、参照電極10の電位測定開始後、参照電極10が示す電位が所定の許容範囲を超えるまでの時間、換言すると、参照電極10が示す電位が所定の許容範囲内で動作する時間に対応している。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the ratio of the cross-sectional area of the core material 11 of the reference electrode 10 (that is, the area of the substantially circular portion of the core material 11) and the time during which the reference electrode 10 operates stably. Here, the time for which the reference electrode 10 operates stably is the time until the potential indicated by the reference electrode 10 exceeds a predetermined allowable range after the measurement of the potential of the reference electrode 10 is started, in other words, the potential indicated by the reference electrode 10. Corresponds to a time for operating within a predetermined tolerance.

図10に示すように、芯材11の断面積の割合が約4%の場合は、参照電極10が安定して動作する時間が短い。この理由は、芯材11の断面積の割合が小さすぎると、参照電極10の強度が弱くなるためであると考えられる。また、芯材11の割合が90%以上の場合も、参照電極10が安定して動作する時間が短い。この理由は、芯材11の割合が90%以上だと、参照電極10から徐々にリチウムイオンが脱離し、アルミニウムのみになるため、電位が不安定になるからである。また、アルミニウムのみでは電位が不安定で参照電極にはならない。   As shown in FIG. 10, when the ratio of the cross-sectional area of the core material 11 is about 4%, the time for which the reference electrode 10 operates stably is short. The reason for this is considered to be that the strength of the reference electrode 10 is weakened when the ratio of the cross-sectional area of the core material 11 is too small. Moreover, when the ratio of the core material 11 is 90% or more, the time for which the reference electrode 10 operates stably is short. This is because when the ratio of the core material 11 is 90% or more, lithium ions are gradually desorbed from the reference electrode 10 and become only aluminum, so that the potential becomes unstable. In addition, aluminum alone does not become a reference electrode because the potential is unstable.

一方、芯材11の断面積が、参照電極10の断面積の10%以上90%以下の場合は、参照電極が長期的に安定して動作する。つまり、芯材11の断面積を参照電極10の断面積の10%以上90%以下とすることで、芯材11により参照電極10の強度を保ちつつ、リチウムアルミニウム合金により参照電極の表面に非水電解液の分解生成物が形成されることを抑制することができる。   On the other hand, when the cross-sectional area of the core material 11 is 10% or more and 90% or less of the cross-sectional area of the reference electrode 10, the reference electrode operates stably over a long period of time. That is, by setting the cross-sectional area of the core material 11 to 10% or more and 90% or less of the cross-sectional area of the reference electrode 10, while maintaining the strength of the reference electrode 10 by the core material 11, the surface of the reference electrode is not made by lithium aluminum alloy It is possible to suppress the formation of decomposition products of the water electrolyte.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態の説明に際して、第1の実施の形態と同等の要素については重複する説明を省略する。
<正極>
正極合剤を正極集電体に塗布して乾燥することによって所定の厚さを有する正極合剤層を形成する。正極合剤層の厚さは、例えば、両面合計で50〜65μmとすることができる。
[Second Embodiment]
In the description of the second embodiment, overlapping description of elements equivalent to those of the first embodiment is omitted.
<Positive electrode>
The positive electrode mixture layer having a predetermined thickness is formed by applying the positive electrode mixture to the positive electrode current collector and drying it. The thickness of the positive electrode mixture layer can be, for example, 50 to 65 μm in total on both sides.

<負極>
負極合剤を負極集電体に塗布して乾燥することによって所定の厚さを有する負極合剤層を形成する。負極合剤層の厚さは、例えば、両面合計で60〜70μmとすることができる。
<Negative electrode>
The negative electrode mixture layer having a predetermined thickness is formed by applying the negative electrode mixture to the negative electrode current collector and drying it. The thickness of the negative electrode mixture layer can be, for example, 60 to 70 μm in total on both sides.

<参照電極>
正極及び負極間には、後述する所定の厚みを有する参照電極を配置することになる。図11及び12に、第2の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が備える参照電極60が表されている。参照電極60は、シート状又は板状の電極である。参照電極60は少なくとも片方の面に電極面を備える。図12では図中の上方に電極面を備える。電極面は非水電解液と接するので、電位を測定することができる。また、参照電極60の母材として、面状基材61が表されている。
<Reference electrode>
A reference electrode having a predetermined thickness described later is disposed between the positive electrode and the negative electrode. 11 and 12 show a reference electrode 60 included in the lithium ion secondary battery according to the second embodiment. The reference electrode 60 is a sheet-like or plate-like electrode. The reference electrode 60 has an electrode surface on at least one surface. In FIG. 12, an electrode surface is provided above the figure. Since the electrode surface is in contact with the non-aqueous electrolyte, the potential can be measured. A planar substrate 61 is shown as a base material of the reference electrode 60.

面状基材61の一つの働きは、リチウム合金を有する電極面としての被覆層62を積層するための母材となることである。リチウム合金としては、酸化還元電位が金属リチウムよりも高いものが利用できる。被覆層62は面状基材61の材料となる金属膜、金属箔、金属シート又は金属板の一部をリチウム合金化して作るのが好ましい。また、面状基材61は不図示の他の支持材又はその他の部材と結合されて電極を構成していてもよく、他の部材は面状基材61と異なる金属、その他の材料で形成されていても良い。   One function of the planar substrate 61 is to be a base material for laminating the coating layer 62 as an electrode surface having a lithium alloy. As the lithium alloy, one having a redox potential higher than that of metallic lithium can be used. The covering layer 62 is preferably made by forming a part of a metal film, a metal foil, a metal sheet, or a metal plate as a material of the planar substrate 61 into a lithium alloy. Further, the planar substrate 61 may be combined with another support material (not shown) or another member to constitute an electrode, and the other member is formed of a metal or other material different from the planar substrate 61. May be.

面状基材61は前記リチウム合金を生成できる金属を含有することが好ましい。かかる金属としてはアルミニウム、インジウム、ビスマス、アンチモン、スズ及び銀を使用できる。上記リチウム合金としてはこれら金属のリチウム合金を使用できる。
本実施の形態に係る面状基材61はアルミニウムからなっているため電気抵抗は十分に低く、参照電極60は長期的に安定した性能を発揮する。
The planar substrate 61 preferably contains a metal capable of generating the lithium alloy. As such a metal, aluminum, indium, bismuth, antimony, tin and silver can be used. As the lithium alloy, lithium alloys of these metals can be used.
Since the planar substrate 61 according to the present embodiment is made of aluminum, the electrical resistance is sufficiently low, and the reference electrode 60 exhibits stable performance over the long term.

アルミニウムを面状基材61として使用する場合、不純物としてSi、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Cr、Ti、Al、及びその他の元素を含んでもよい。耐食性の観点から、アルミニウムの純度は99.0%以上であることが好ましく、99.9%以上であることが特に好ましい。   When aluminum is used as the planar substrate 61, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, Ti, Al, and other elements may be included as impurities. From the viewpoint of corrosion resistance, the purity of aluminum is preferably 99.0% or more, and particularly preferably 99.9% or more.

面状基材61は独立して形状を保てる板材又は薄板材であってもよく、独立して形状を保てない膜又は薄膜であっても良い。また平面状であっても良く、また曲面を有していてもよい。参照電極60の機械的な強度を高める観点から面状基材61の厚みは2μm以上であることが好ましい。   The planar substrate 61 may be a plate material or a thin plate material that can maintain the shape independently, or may be a film or a thin film that cannot maintain the shape independently. Moreover, it may be flat and may have a curved surface. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the reference electrode 60, the thickness of the planar substrate 61 is preferably 2 μm or more.

参照電極60は、先端部の所定長さの領域に、面状基材61を被覆する多孔質のリチウムアルミニウム合金を含む被覆層62を備える。被覆層62は電極面を構成し、面状基材61の図12中の上方の面の、少なくとも一部に形成される。被覆層62にリチウムアルミニウム合金を含むことで、参照電極60の電極面に非水電解液の分解生成物が形成されることを抑制できる。このため、参照電極60の示す電位が安定する。リチウムアルミニウム合金が多孔質である場合強度が弱く、それだけで構成された電極は、機械的強度が不足するため、面上基材61が被覆層62を担持することが好ましい。   The reference electrode 60 includes a coating layer 62 including a porous lithium aluminum alloy that covers the planar substrate 61 in a region of a predetermined length at the tip. The covering layer 62 constitutes an electrode surface and is formed on at least a part of the upper surface of the planar substrate 61 in FIG. By including the lithium aluminum alloy in the coating layer 62, it is possible to suppress the decomposition product of the nonaqueous electrolytic solution from being formed on the electrode surface of the reference electrode 60. For this reason, the potential indicated by the reference electrode 60 is stabilized. When the lithium aluminum alloy is porous, the strength is weak, and the electrode constituted only by it is insufficient in mechanical strength. Therefore, it is preferable that the upper substrate 61 carries the coating layer 62.

リチウムイオン二次電池の充放電を繰り返すとリチウムイオンの挿入・脱離により正負極の体積が変わる。また、温度変化により正負極が膨張収縮し体積が変わる。このため、参照電極60に力学的ストレスがかかる。このような場合であっても、参照電極60の中心にアルミニウムからなる面状基材61を設けることで、参照電極60が断線することを抑制することができる。   When charging / discharging of the lithium ion secondary battery is repeated, the volume of the positive and negative electrodes changes due to the insertion / extraction of lithium ions. Further, the positive and negative electrodes expand and contract due to temperature changes, and the volume changes. For this reason, mechanical stress is applied to the reference electrode 60. Even in such a case, it is possible to suppress disconnection of the reference electrode 60 by providing the planar substrate 61 made of aluminum at the center of the reference electrode 60.

参照電極60中、絶縁層63が、少なくとも、被覆層62により被覆された領域以外で、正極及び負極の間に配置される領域を覆っている。すなわち、面状基材61の被覆層62により被覆されていない部分で、非水電解液と接触し得る部分を、直接又は間接的に絶縁層63で覆っている。
絶縁層63の材料としては、例えば、ポリイミド、パラキシリレン樹脂を初めとする熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、ポリイミドを用いることが特に好ましい。
In the reference electrode 60, the insulating layer 63 covers at least a region disposed between the positive electrode and the negative electrode other than a region covered with the coating layer 62. That is, the portion of the planar substrate 61 that is not covered with the coating layer 62 and that can come into contact with the nonaqueous electrolytic solution is directly or indirectly covered with the insulating layer 63.
As a material of the insulating layer 63, for example, it is preferable to use a thermosetting resin such as polyimide and paraxylylene resin, and it is particularly preferable to use polyimide.

絶縁層63は、非水電解液との接触及び、リチウムイオン二次電池の備える正負極との短絡を回避する観点から、実施の形態に合わせて好適な形状で設計できる。より詳細には、絶縁を確保する観点から、絶縁層63の厚みは1μm以上であることが好ましい。また、参照電極60の厚みを小さくする観点から、少なくとも一方の面に形成された絶縁層63の厚みは20μm以下であることが好ましい。
また、上記支持材(不図示)ごと絶縁層63で覆ってもよく、上記支持材(不図示)の一部が絶縁層により覆われていなくともよい。図12中、絶縁層63は面状基材61の下方の面を覆うように形成される。また、図12中、絶縁層63は面状基材61の上方の面の電極面が形成されていない部分を覆うように形成される。
The insulating layer 63 can be designed in a suitable shape according to the embodiment from the viewpoint of avoiding contact with the non-aqueous electrolyte and short circuit with the positive and negative electrodes included in the lithium ion secondary battery. More specifically, the thickness of the insulating layer 63 is preferably 1 μm or more from the viewpoint of ensuring insulation. Further, from the viewpoint of reducing the thickness of the reference electrode 60, the thickness of the insulating layer 63 formed on at least one surface is preferably 20 μm or less.
Further, the support material (not shown) may be covered with the insulating layer 63, and a part of the support material (not shown) may not be covered with the insulating layer. In FIG. 12, the insulating layer 63 is formed so as to cover the lower surface of the planar substrate 61. Also, in FIG. 12, the insulating layer 63 is formed so as to cover a portion of the upper surface of the planar substrate 61 where the electrode surface is not formed.

上記に従い絶縁層63を適切に配置することで参照電極60の機械的な強度はさらに高まり、容易に断線しなくなる。具体的には、イオン挿入・脱離、又は温度変化に伴う正極又は負極の膨張・収縮に基づく力学的ストレスによる面上基材61の破損が抑制される。
上記の効果は面状基材61を薄膜で構成した場合に特に顕著に表れる。つまり、面状基材61を薄膜で構成した場合は、面状基材61の強度は低くなる。しかし、面状基材61を強度が高い絶縁層63上に形成することで、面状基材61が破損することを抑制することができる。
By appropriately disposing the insulating layer 63 in accordance with the above, the mechanical strength of the reference electrode 60 is further increased and it is not easily disconnected. Specifically, damage to the substrate 61 on the surface due to mechanical stress based on ion insertion / desorption or expansion / contraction of the positive electrode or the negative electrode accompanying temperature change is suppressed.
The above effect is particularly prominent when the planar substrate 61 is formed of a thin film. That is, when the planar substrate 61 is formed of a thin film, the strength of the planar substrate 61 is lowered. However, the planar substrate 61 can be prevented from being damaged by forming the planar substrate 61 on the insulating layer 63 having high strength.

また、面状基材61を被覆層62及び絶縁層63で覆うことで、面状基材61が非水電解液と接触することを抑制できる。また、被覆層62の表面積を大きくできるため、二次電池は検出回路側の多少の電気的な変動があっても長期的に安定な電位を示す。   Moreover, it can suppress that the planar base material 61 contacts a nonaqueous electrolyte by covering the planar base material 61 with the coating layer 62 and the insulating layer 63. Further, since the surface area of the covering layer 62 can be increased, the secondary battery exhibits a stable potential for a long time even if there is some electrical fluctuation on the detection circuit side.

参照電極60は、正極と負極との間に設けられるため、参照電極60の厚みは、正極合剤層及び負極合剤層より小さいことが好ましい。また、該厚みは、正極合剤層又は負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下であることが好ましい。かかる構成とすることで合剤層やセパレータ間の密着は保たれるため、電池性能の低下は抑制される。前記参照電極の厚みは、前記正極合剤層又は前記負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下であってもよい。   Since the reference electrode 60 is provided between the positive electrode and the negative electrode, the thickness of the reference electrode 60 is preferably smaller than the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer. Moreover, it is preferable that this thickness is 1/20 or less of the thinnest mixture layer among a positive mix layer or a negative mix layer. By adopting such a configuration, the adhesion between the mixture layer and the separator is maintained, so that a decrease in battery performance is suppressed. The thickness of the reference electrode may be 1/20 or less of the thinnest mixture layer of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer.

参照電極60は、電極部からリード部分に向かう方向に対して直交する方向の幅が、電極部からリード部分までにおいて、所定の幅を有することが好ましい。所定の幅としては、0.1mm以下が好ましく、0.05mm以下が特に好ましい。参照電極60の幅が上記範囲にあることで、電池性能の低下が抑制される。また、電極電位測定の信頼性が向上する。   The reference electrode 60 preferably has a predetermined width in the direction perpendicular to the direction from the electrode portion toward the lead portion from the electrode portion to the lead portion. The predetermined width is preferably 0.1 mm or less, and particularly preferably 0.05 mm or less. When the width of the reference electrode 60 is in the above range, a decrease in battery performance is suppressed. In addition, the reliability of electrode potential measurement is improved.

<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池に参照電極60を設けることで、リチウムイオン二次電池の充放電状態や電極の劣化状態を、正極と負極とで分離してモニタすることができる。また、参照電極を用いて測定した正極電位や負極電位に応じて電池の充電を制御することで、急速充電時における電極の劣化を制御することができる。このため、電池の安定性と耐久性とを確保できる。
<Lithium ion secondary battery>
By providing the reference electrode 60 in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge state of the lithium ion secondary battery and the deterioration state of the electrode can be separated and monitored by the positive electrode and the negative electrode. Further, by controlling the charging of the battery according to the positive electrode potential or the negative electrode potential measured using the reference electrode, it is possible to control the deterioration of the electrode during rapid charging. For this reason, the stability and durability of the battery can be ensured.

図13に示すように、リチウムイオン二次電池2は、参照電極10(図4参照)に代えて、参照電極60を備える点が第1の実施の形態と異なる。参照電極60は被覆層62を備える先端部が捲回電極体20の内部に配置されているが、前記リード部分の一部は捲回電極体20の外側に出ている。このため、参照電極60と接続されているリード線である導線17は、捲回電極体20の内部に配置されない。   As shown in FIG. 13, the lithium ion secondary battery 2 is different from the first embodiment in that a reference electrode 60 is provided instead of the reference electrode 10 (see FIG. 4). The reference electrode 60 has a tip portion including a coating layer 62 disposed inside the wound electrode body 20, but a part of the lead portion protrudes outside the wound electrode body 20. For this reason, the conducting wire 17 that is a lead wire connected to the reference electrode 60 is not disposed inside the wound electrode body 20.

参照電極60は、電池ケース本体41と捲回電極体20との間にある、箱状に折り曲げた絶縁フィルム(不図示)と一体として成形されてもよい。この場合、参照電極端子18は参照電極60と直接接続することができる。このためリード線を有する、有しないに関わらず、正極シート21と負極シート22との間にはセパレータ23のほかに、上記厚みを有する参照電極60のみ設けられるので、合剤層やセパレータ間の密着は保たれる。   The reference electrode 60 may be formed integrally with an insulating film (not shown) folded in a box shape between the battery case body 41 and the wound electrode body 20. In this case, the reference electrode terminal 18 can be directly connected to the reference electrode 60. For this reason, since it has only the reference electrode 60 which has the said thickness other than the separator 23 between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22 regardless of having a lead wire, between mixture layers and separators Adhesion is maintained.

参照電極60は、第1の実施の形態と同様、正極シート21と負極シート22との間に
配置する。また、参照電極60が配置される部位において、参照電極60、正極シート21及び負極シート22が平面であれば、これらが平行になるように参照電極60を配置する。参照電極60、正極シート21及び負極シート22が曲面であれば、正極シート21と負極シート22との間の平均距離が最も小さくなるように配置する。かかる構成とすることで、参照電極60の配置による合剤層やセパレータ間の密着性の低下を抑制できる。
The reference electrode 60 is disposed between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22 as in the first embodiment. In addition, if the reference electrode 60, the positive electrode sheet 21, and the negative electrode sheet 22 are flat at a portion where the reference electrode 60 is disposed, the reference electrode 60 is disposed so as to be parallel to each other. If the reference electrode 60, the positive electrode sheet 21, and the negative electrode sheet 22 are curved surfaces, the average distance between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22 is arranged to be the smallest. By setting it as this structure, the fall of the adhesiveness between the mixture layer and separator by arrangement | positioning of the reference electrode 60 can be suppressed.

<参照電極の製造方法>
図11〜13を参照しつつ、参照電極60を有するリチウムイオン二次電池2の製造方法について、第1の実施形態と異なるところを中心に説明する。参照電極60は、参照電極10のアルミニウム線11に代えて、先端部の電極面となる部分以外が絶縁層63に被覆された、アルミニウムからなる面状基材61(面状のアルミニウム材)を母材として形成する。
<Method for producing reference electrode>
With reference to FIGS. 11 to 13, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 2 having the reference electrode 60 will be described focusing on differences from the first embodiment. In place of the aluminum wire 11 of the reference electrode 10, the reference electrode 60 is made of a planar substrate 61 (planar aluminum material) made of aluminum and covered with an insulating layer 63 except for the portion that becomes the electrode surface at the tip. Form as a base material.

被覆層62は面状基材61の露出した先端部に、面状基材61を覆うように形成する。図13に示すように、参照電極60を導線17に接続する。また、参照電極60を引き回して、参照電極端子18と直接接続してもよい。さらに参照電極60の先端部及び被覆層のないリード部を捲回電極体20の正極及び負極の間に挟み込む。この際、導線17は捲回電極体20に挟み込まないことが好ましい。   The covering layer 62 is formed at the exposed tip of the planar substrate 61 so as to cover the planar substrate 61. As shown in FIG. 13, the reference electrode 60 is connected to the conducting wire 17. Further, the reference electrode 60 may be routed and directly connected to the reference electrode terminal 18. Further, the tip portion of the reference electrode 60 and the lead portion without the coating layer are sandwiched between the positive electrode and the negative electrode of the wound electrode body 20. At this time, the conductive wire 17 is preferably not sandwiched between the wound electrode bodies 20.

電池を組み上げた後に、参照電極60に通電して、被覆層62を形成し完成する。なお、第1の実施の形態ではアルミニウム線11を回転することで均一な被覆層12を形成したが、本実施の形態では面状基材61が正極シート21及び負極シート22に挟まれているので、被覆層62を形成する際には実施できない。   After assembling the battery, the reference electrode 60 is energized to form the covering layer 62 and complete. In the first embodiment, the uniform coating layer 12 is formed by rotating the aluminum wire 11. However, in this embodiment, the planar substrate 61 is sandwiched between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22. Therefore, it cannot be performed when the coating layer 62 is formed.

そこで、参照電極60が配置される部位において、面状基材61、正極シート21及び負極シート22が平面であれば、これらが平行になるように、面状基材61を配置する。また、面状基材61、正極シート21及び負極シート22が曲面であれば、正極シート21と負極シート22との間に隙間ができないよう、できる限り曲がり具合を合わせて面状基材61を配置する。参照電極60が十分に薄く、柔軟性があり、捲回電極体20の曲げを妨げないであれば、正極シート21と負極シート22との間に積層するように配置する。   Therefore, if the planar substrate 61, the positive electrode sheet 21, and the negative electrode sheet 22 are flat at the portion where the reference electrode 60 is disposed, the planar substrate 61 is disposed so that they are parallel to each other. Further, if the planar substrate 61, the positive electrode sheet 21, and the negative electrode sheet 22 are curved surfaces, the planar substrate 61 is adjusted by bending as much as possible so that there is no gap between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22. Deploy. If the reference electrode 60 is sufficiently thin and flexible and does not hinder the bending of the wound electrode body 20, the reference electrode 60 is disposed so as to be laminated between the positive electrode sheet 21 and the negative electrode sheet 22.

かかる工程を経ることで、正極21又は負極22との間に通電したのち、電極面となる面に被覆層62を、均一に形成することができる。かかる製造方法により、電極面に、強度の弱い多孔質のリチウムアルミニウム合金を含む参照電極を得ることができる。
以上で説明した第2の実施の形態にかかる発明により、安定性と耐久性を備えた参照電極を有するリチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することができる。
By passing through this process, after energizing between the positive electrode 21 or the negative electrode 22, the coating layer 62 can be uniformly formed on the surface to be the electrode surface. With this manufacturing method, it is possible to obtain a reference electrode including a porous lithium aluminum alloy having low strength on the electrode surface.
With the invention according to the second embodiment described above, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a reference electrode with stability and durability, and a method for manufacturing the lithium ion secondary battery.

実施の形態の変形として、面状基材の一方の面に第1の被覆層を形成し、他方の面に第2の被覆層を形成しても良い。また、第1の被覆層が被覆している、面状基材の部位と第2の被覆層が被覆している、面状基材の部位は、面状基材を挟んで重複部分を有していても良い。すなわち重複部分では、面状基材は絶縁層に覆われていないものとすることができる。この場合、面状基材は独立して形状を保てる程度に機械的強度を有することが好ましい。   As a modification of the embodiment, the first coating layer may be formed on one surface of the planar substrate and the second coating layer may be formed on the other surface. Further, the portion of the planar substrate covered by the first coating layer and the portion of the planar substrate covered by the second coating layer have overlapping portions with the planar substrate interposed therebetween. You may do it. That is, in the overlapping portion, the planar substrate may not be covered with the insulating layer. In this case, it is preferable that the planar substrate has mechanical strength to such an extent that the shape can be maintained independently.

次に、特に第2の実施の形態にかかる実施例について、参照電極及びリチウムイオン二次電池の構成を示す図14〜19を参照し説明する。
リチウムイオン二次電池100は以下のとおり製造した。まず、図14及び15に示すように、一部が突出している、凸型の20μm厚のポリイミド樹脂シート169(上述の絶縁層63の一部)の上に、2μm厚のアルミニウム膜161(上述の面状基材61)を成膜した。ポリイミド樹脂シート169の突出していない広い部分は、電池ケース本体と捲回電極体との間に設けられる絶縁フィルムとなるよう、電池ケースの内面の大きさに合わせて成形した。
Next, an example according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 19 showing configurations of a reference electrode and a lithium ion secondary battery.
The lithium ion secondary battery 100 was manufactured as follows. First, as shown in FIGS. 14 and 15, a 2 μm-thick aluminum film 161 (described above) is formed on a convex 20 μm-thick polyimide resin sheet 169 (part of the insulating layer 63 described above). A planar substrate 61) was formed. The wide portion of the polyimide resin sheet 169 that did not protrude was formed in accordance with the size of the inner surface of the battery case so as to be an insulating film provided between the battery case body and the wound electrode body.

アルミニウム膜161は、ポリイミド樹脂シート169の突出している部分の先端から、ポリイミド樹脂シート169の広い部分の領域を経由して、広い部分の図中の上端まで引き回した。アルミニウム膜161の、ポリイミド樹脂シート169の広い部分の側の端部は、電池の組み上げ時に図16の参照電極端子168と接続した。さらに電極面となる左側の先端部170を残して、アルミニウム膜161を覆うように1〜2μmのポリイミド樹脂膜163(上述の絶縁層63の一部)を成膜した。先端部170の幅は、0.05μmとした。   The aluminum film 161 was drawn from the tip of the protruding portion of the polyimide resin sheet 169 to the upper end of the wide portion of the figure through the wide area of the polyimide resin sheet 169. The end of the aluminum film 161 on the wide portion side of the polyimide resin sheet 169 was connected to the reference electrode terminal 168 in FIG. 16 when the battery was assembled. Further, a polyimide resin film 163 having a thickness of 1 to 2 μm (a part of the insulating layer 63 described above) was formed so as to cover the aluminum film 161 while leaving the left end portion 170 serving as an electrode surface. The width of the tip portion 170 was 0.05 μm.

上記の通り、ポリイミド樹脂シート169がアルミニウム膜161を支える構成とすることでアルミニウム膜161の機械的な強度は高まり、容易に断線しなくなる。具体的には、イオン挿入・脱離、又は温度変化に伴う正極又は負極の膨張・収縮に基づく力学的ストレスによるアルミニウム膜161の破損が抑制される。   As described above, by adopting a configuration in which the polyimide resin sheet 169 supports the aluminum film 161, the mechanical strength of the aluminum film 161 is increased and the wire is not easily disconnected. Specifically, breakage of the aluminum film 161 due to mechanical stress based on the expansion / contraction of the positive electrode or the negative electrode accompanying ion insertion / desorption or temperature change is suppressed.

第1リード部174は、上述の通り絶縁フィルム及びポリイミド樹脂膜により、両面を被覆され、かつ絶縁フィルム面の領域を引き回されたアルミニウム膜161を含む部分として形成した。また先端部170と第1リード部174を接続するよう第2リード部167を成形した。   As described above, the first lead portion 174 was formed as a portion including the aluminum film 161 whose both surfaces were covered with the insulating film and the polyimide resin film and the region of the insulating film surface was routed. Further, the second lead portion 167 was formed so as to connect the tip portion 170 and the first lead portion 174.

リチウムイオン二次電池を組み立てた後、通電し、リチウムアルミニウム合金を含む被覆層162を形成することで参照電極160を形成した。このため、この段階では被覆層162は形成されていない。便宜的に通電前の電極も参照電極160と呼ぶこととする。また図15中、被覆層162は先端部170のアルミニウム膜161の表面を覆うように形成した。   After assembling the lithium ion secondary battery, the reference electrode 160 was formed by energizing and forming the coating layer 162 containing a lithium aluminum alloy. For this reason, the coating layer 162 is not formed at this stage. For convenience, the electrode before energization is also referred to as the reference electrode 160. In FIG. 15, the coating layer 162 is formed so as to cover the surface of the aluminum film 161 at the tip portion 170.

次に図16及び17に示すように、正負極、及びリチウムアルミニウム合金を含む被覆層を形成する前の参照電極を組み立てた。図16中、電池ケース本体141及び封口蓋142からなる電池ケース140並びに安全弁は図示されていない。   Next, as shown in FIGS. 16 and 17, the reference electrode before forming the positive and negative electrodes and the coating layer containing the lithium aluminum alloy was assembled. In FIG. 16, the battery case 140 including the battery case main body 141 and the sealing lid 142 and the safety valve are not shown.

合剤層厚みは、アルミ薄膜(アルミニウム膜161)の厚みの20〜32.5倍が好ましく、20倍が特に好ましい。例えば、合剤層厚みが40μmであれば、アルミ薄膜の厚みは2μmとすることができる。かかる厚みとすることで参照電極挿入による電池性能の低下を抑制できる。
今回の実施例では、電池性能とのバランスを勘案して、正極シート121は60μmの正極合剤層を有するものとした。また、負極シート122は65μmの負極合剤層を有するものとした。
The thickness of the mixture layer is preferably 20 to 32.5 times, and particularly preferably 20 times the thickness of the aluminum thin film (aluminum film 161). For example, if the mixture layer thickness is 40 μm, the thickness of the aluminum thin film can be 2 μm. By setting it as this thickness, the fall of the battery performance by reference electrode insertion can be suppressed.
In this example, the positive electrode sheet 121 has a positive electrode mixture layer of 60 μm in consideration of the balance with battery performance. The negative electrode sheet 122 had a negative electrode mixture layer of 65 μm.

正極シート121および負極シート122を、ポリエチレン膜123を介して積層し、正極シート121をさらにポリエチレン膜で挟むようにポリエチレン膜をもう一層積層した。負極シート122とポリエチレン膜123を積層する際に上記参照電極160の先端部170及び第2リード部167の一部を挟むようにし、正極シート121および負極シート122の間に配置されるようにした。   The positive electrode sheet 121 and the negative electrode sheet 122 were laminated via a polyethylene film 123, and another polyethylene film was laminated so that the positive electrode sheet 121 was further sandwiched between polyethylene films. When laminating the negative electrode sheet 122 and the polyethylene film 123, the tip part 170 of the reference electrode 160 and a part of the second lead part 167 are sandwiched between the positive electrode sheet 121 and the negative electrode sheet 122. .

参照電極を挟む向きは電極面がポリエチレン膜123側に来る方向とし、電極面と負極シートが直接接触しないようにした。
このように重ね合わせた積層体を捲回し、得られた捲回体を側面方向から押しつぶして扁平状の捲回電極体120を作製した。さらに図に示すように参照電極160の第1リード部174を箱状に折り曲げて、アルミニウム製の電池ケース本体141と捲回電極体120との間の絶縁フィルムとした。
The direction in which the reference electrode is sandwiched is the direction in which the electrode surface comes to the polyethylene film 123 side, so that the electrode surface and the negative electrode sheet are not in direct contact.
The laminated body thus superposed was wound, and the obtained wound body was crushed from the side surface direction to produce a flat wound electrode body 120. Further, as shown in the figure, the first lead portion 174 of the reference electrode 160 was bent into a box shape to form an insulating film between the battery case body 141 made of aluminum and the wound electrode body 120.

正極部材133と正極シート121を接続し、さらに負極部材136と負極シート122を接続した。また、参照電極端子168と参照電極を接続し、封口蓋142を取り付けた。正極部材133と負極部材136とにはそれぞれ、絶縁部材132及び135を取り付けて、それぞれの露出部分を正極端子部131及び負極端子部134とした。   The positive electrode member 133 and the positive electrode sheet 121 were connected, and the negative electrode member 136 and the negative electrode sheet 122 were further connected. Further, the reference electrode terminal 168 and the reference electrode were connected, and the sealing lid 142 was attached. Insulating members 132 and 135 were attached to the positive electrode member 133 and the negative electrode member 136, respectively, and the exposed portions were used as the positive electrode terminal portion 131 and the negative electrode terminal portion 134, respectively.

封口蓋142に矩形板状の安全弁を取り付けた。正極端子部131と参照電極端子168を電気的に接続し、参照電極160から正極シート121に向かって電流を流し、アルミニウム膜161の表面にリチウムアルミニウム合金を含む被覆層162を形成した。
参照電極の完成によりリチウムイオン二次電池100を完成した。
A rectangular plate-shaped safety valve was attached to the sealing lid 142. The positive electrode terminal portion 131 and the reference electrode terminal 168 were electrically connected, current was passed from the reference electrode 160 toward the positive electrode sheet 121, and the coating layer 162 containing a lithium aluminum alloy was formed on the surface of the aluminum film 161.
The lithium ion secondary battery 100 was completed by completing the reference electrode.

実施例にかかる参照電極及びリチウムイオン二次電池を評価した。図18(a)には捲回電極体の断面が表されている。図中、負極シート122の負極集電板154から順に右に向かって、負極合剤層155、ポリエチレン膜123、正極合剤層152、正極集電板151が積層されている。参照電極160の第2リード部167は負極合剤層155及びポリエチレン膜123に挟まれた薄い層として表れている。   The reference electrode and lithium ion secondary battery according to the example were evaluated. FIG. 18A shows a cross section of the wound electrode body. In the drawing, a negative electrode mixture layer 155, a polyethylene film 123, a positive electrode mixture layer 152, and a positive electrode current collector plate 151 are laminated in order from the negative electrode current collector plate 154 of the negative electrode sheet 122 to the right. The second lead portion 167 of the reference electrode 160 appears as a thin layer sandwiched between the negative electrode mixture layer 155 and the polyethylene film 123.

図18(a)に示すように、本実施例にかかる参照電極は、正極合剤層及び負極合剤層のいずれよりも薄い部分しか有していない薄膜センサ形状の電極である。このような参照電極を合剤層及びセパレータの間に配置しても、合剤層やセパレータ間の密着は保たれるため、電池性能の低下は抑制される。   As shown to Fig.18 (a), the reference electrode concerning a present Example is an electrode of the thin film sensor shape which has only a part thinner than any of a positive mix layer and a negative mix layer. Even if such a reference electrode is disposed between the mixture layer and the separator, the adhesion between the mixture layer and the separator is maintained, so that a decrease in battery performance is suppressed.

一方で、図18(b)に比較例として、リード線付きセンサの形状をした参照電極を示す。参照電極160の第2リード部167の代わりに、比較例の参照電極ではリード線117が接続されている。図中の断面においてリード線117は二層のポリエチレン膜123に挟まれている。   On the other hand, FIG. 18B shows a reference electrode in the form of a sensor with a lead wire as a comparative example. Instead of the second lead portion 167 of the reference electrode 160, the lead wire 117 is connected in the reference electrode of the comparative example. In the cross section in the figure, the lead wire 117 is sandwiched between two layers of polyethylene film 123.

図18(b)に示すように、本比較例では正極合剤層又は負極合剤層の厚みよりも大きい直径を有するリード線を備える。このような参照電極を合剤層及びセパレータの間、又はセパレータ層内に挿入すると、合剤層やセパレータ間の密着が悪くなり電池性能が低下する。
一方、リード線117の直径を、正極合剤層及び負極合剤層のいずれの厚みよりも小さいものとした場合、合剤層やセパレータ間の密着は保たれるが、機械的な強度が低く、断線する恐れがある。
As shown in FIG. 18B, this comparative example includes a lead wire having a diameter larger than the thickness of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer. When such a reference electrode is inserted between the mixture layer and the separator or in the separator layer, the adhesion between the mixture layer and the separator is deteriorated and the battery performance is deteriorated.
On the other hand, when the diameter of the lead wire 117 is smaller than any thickness of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer, the adhesion between the mixture layer and the separator is maintained, but the mechanical strength is low. There is a risk of disconnection.

図19に、上記参照電極を組み込んだ電池の電気抵抗の時間変化を示す。本実施例にかかる参照電極は薄膜センサ形状の電極であるため、比較例にかかるにリード線付きセンサ形状の参照電極に比べ、電池の電気抵抗の増大が遅い。
これは以下の通り説明される。すなわち正極合剤層又は負極合剤層の厚みよりも小さい参照電極を組み込んだ場合、正負極間の隙間が大きく生じないため電解液移動が活発になることを抑制できる。一方で、該厚みよりも大きい参照電極を組み込んだ場合は、正負極間に生じた隙間のため電解液移動が活発になり反応分布が発生する。このため、電気抵抗の増大速度に差が生じたと考えられる。
FIG. 19 shows the change over time in the electrical resistance of a battery incorporating the reference electrode. Since the reference electrode according to this example is a thin film sensor-shaped electrode, the increase in the electric resistance of the battery is slower than that of the sensor-shaped reference electrode with a lead wire according to the comparative example.
This is explained as follows. That is, when a reference electrode smaller than the thickness of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer is incorporated, the gap between the positive electrode and the negative electrode does not occur so much that the movement of the electrolyte solution can be suppressed. On the other hand, when a reference electrode larger than the thickness is incorporated, the movement of the electrolyte solution becomes active due to the gap formed between the positive and negative electrodes, and a reaction distribution is generated. For this reason, it is considered that a difference occurs in the increase rate of the electric resistance.

以上、本発明を上記実施形態及び実施例に即して説明したが、上記実施形態及び実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the said embodiment and Example, it is not limited only to the structure of the said embodiment and Example, In the scope of the invention of the claim of a claim of this application It goes without saying that various variations, modifications, and combinations that can be made by those skilled in the art are included.

10 参照電極
11 芯材(アルミニウム線)
12 被覆層
13 絶縁層
14 リチウムアルミニウム合金
15 突出部
21 負極シート
22 負極シート
23 セパレータ
27 非水電解液
51 負極集電体
52 負極活物質(負極合剤層)
54 負極集電体
55 負極活物質(負極合剤層)
60 参照電極
61 面状基材
62 被覆層
63 絶縁層
10 Reference electrode 11 Core material (aluminum wire)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Covering layer 13 Insulating layer 14 Lithium aluminum alloy 15 Protrusion part 21 Negative electrode sheet 22 Negative electrode sheet 23 Separator 27 Non-aqueous electrolyte 51 Negative electrode collector 52 Negative electrode active material (negative electrode mixture layer)
54 Negative electrode current collector 55 Negative electrode active material (negative electrode mixture layer)
Reference electrode 61 Planar substrate 62 Cover layer 63 Insulating layer

Claims (15)

正極および負極と、
前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、
リチウムイオンを含み、前記正極および前記負極の間に充填された非水電解液と、
前記非水電解液と接触するように配置された参照電極と、を備え、
前記参照電極は、アルミニウムからなる母材と、リチウムアルミニウム合金を含む被覆層とを有する、
リチウムイオン二次電池。
A positive electrode and a negative electrode;
A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
A non-aqueous electrolyte containing lithium ions and filled between the positive electrode and the negative electrode;
A reference electrode disposed in contact with the non-aqueous electrolyte, and
The reference electrode has a base material made of aluminum and a coating layer containing a lithium aluminum alloy.
Lithium ion secondary battery.
前記母材はアルミニウムからなる芯材であり、
前記被覆層は当該芯材の周囲に配置されている、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池
The base material is a core made of aluminum,
The coating layer is disposed around the core material,
The lithium ion secondary battery according to claim 1.
前記被覆層は、前記芯材から当該芯材の周囲に放射状に延び、前記リチウムアルミニウム合金よりもアルミニウムの比率が高い複数の突出部を有し、
前記リチウムアルミニウム合金は、前記複数の突出部の間に配置されている、
請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
The coating layer extends radially from the core material to the periphery of the core material, and has a plurality of protrusions having a higher aluminum ratio than the lithium aluminum alloy,
The lithium aluminum alloy is disposed between the plurality of protrusions.
The lithium ion secondary battery according to claim 2.
前記芯材の断面積は前記参照電極の断面積の10%以上90%以下である、請求項2又は3に記載のリチウムイオン二次電池。   4. The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein a cross-sectional area of the core material is 10% or more and 90% or less of a cross-sectional area of the reference electrode. 前記参照電極の断面の直径は0.2mm以下である、請求項2乃至4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 2 to 4, wherein a diameter of a cross section of the reference electrode is 0.2 mm or less. 前記参照電極の断面の直径は0.1mm以下である、請求項2乃至4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 2 to 4, wherein a diameter of a cross section of the reference electrode is 0.1 mm or less. 前記母材はアルミニウムからなる面状基材であり、
前記被覆層は前記面状基材の少なくとも一方の面の、少なくとも一部に配置され、
前記参照電極の厚みは、前記正極の正極合剤層及び前記負極の負極合剤層より小さい、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
The base material is a planar substrate made of aluminum,
The coating layer is disposed on at least a part of at least one surface of the planar substrate,
The thickness of the reference electrode is smaller than the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode,
The lithium ion secondary battery according to claim 1.
前記参照電極の厚みは、前記正極合剤層又は前記負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下である、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池。   The thickness of the said reference electrode is a lithium ion secondary battery of Claim 7 which is below 1/20 of the thinnest mixture layer among the said positive mix layer or the said negative mix layer. 前記被覆層は前記面状基材の一方の面の、少なくとも一部に配置され、
前記面状基材の他方の面に絶縁層が配置され、
前記面状基材は前記絶縁層の上に成膜されたアルミニウム膜である、
請求項7又は8に記載のリチウムイオン二次電池。
The coating layer is disposed on at least a part of one surface of the planar substrate,
An insulating layer is disposed on the other surface of the planar substrate;
The planar substrate is an aluminum film formed on the insulating layer.
The lithium ion secondary battery according to claim 7 or 8.
正極および負極の間にセパレータを配置し、
前記正極および前記負極の間にリチウムイオンを含む非水電解液を充填し、
前記非水電解液と接触するようにアルミニウム材を配置し、
前記アルミニウム材と前記正極との間または前記アルミニウム材と前記負極との間に電流を流して前記アルミニウム材の表面にリチウムアルミニウム合金を含む被覆層を形成することで参照電極を形成する、
リチウムイオン二次電池の製造方法。
Placing a separator between the positive and negative electrodes,
Filling a non-aqueous electrolyte containing lithium ions between the positive electrode and the negative electrode;
An aluminum material is disposed so as to come into contact with the non-aqueous electrolyte,
A reference electrode is formed by forming a coating layer containing a lithium aluminum alloy on the surface of the aluminum material by passing a current between the aluminum material and the positive electrode or between the aluminum material and the negative electrode.
A method for producing a lithium ion secondary battery.
前記アルミニウム材はアルミニウム線である、請求項10に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 10, wherein the aluminum material is an aluminum wire. 前記参照電極を形成する際、前記アルミニウム線を回転させる、請求項11に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 11, wherein the aluminum wire is rotated when the reference electrode is formed. 前記参照電極を形成する際、前記アルミニウム線の前記リチウムアルミニウム合金が形成されていない芯材の断面積が、前記参照電極の断面積の10%以上90%以下となるように形成する、請求項11または12に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。   The cross-sectional area of the core material in which the lithium aluminum alloy of the aluminum wire is not formed when forming the reference electrode is formed so as to be 10% or more and 90% or less of the cross-sectional area of the reference electrode. A method for producing a lithium ion secondary battery according to 11 or 12. 前記アルミニウム材は面状であり、
前記被覆層は、前記アルミニウム材の表面の少なくとも片方の面の、少なくとも一部に形成し、
前記参照電極の厚みが、前記正極の正極合剤層及び前記負極の負極合剤層より小さくなるように前記参照電極を形成する、
請求項10に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The aluminum material is planar,
The covering layer is formed on at least a part of at least one surface of the aluminum material,
Forming the reference electrode such that the thickness of the reference electrode is smaller than the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 10.
前記参照電極の厚みが、前記正極合剤層又は前記負極合剤層のうち、最も薄い合剤層の20分の1以下になるように、前記参照電極を形成する、
請求項14に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The reference electrode is formed so that the thickness of the reference electrode is 1/20 or less of the thinnest mixture layer of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer.
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 14.
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