JP6110287B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解液二次電池およびその製造方法に関する。詳しくは、低SOC域においても高い出力を発揮し得る非水電解液二次電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of exhibiting high output even in a low SOC region and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池その他の二次電池は、既存の電池に比べ、小型、軽量かつ高エネルギー密度であって、出力密度に優れる。このため、近年、ハイブリッド車、電気自動車などの車両駆動用電源として好ましく用いられている。この種の二次電池は、電荷担体となる化学種(例えばリチウムイオン二次電池の場合、リチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出可能な正負の電極と、それら両電極間に介在された電解質とを備え、該電解質中の電荷担体が両電極間を行き来することにより充放電を行う。この種の二次電池に用いられる電解質の代表例としては、支持塩(例えばリチウムイオン二次電池の場合、リチウム塩)を非水溶媒中に含む液状電解質(以下、非水電解液という。)が挙げられる。例えば、上記リチウム塩(支持塩)の代表例としては、六フッ化リン酸リチウム等のフッ素を構成元素とするリチウム塩が挙げられる。特許文献1には、かかるリチウム塩と非水溶媒を用いたリチウムイオン二次電池に関する技術が記載されている。   Lithium ion secondary batteries and other secondary batteries are smaller, lighter, and have higher energy density and superior output density than existing batteries. For this reason, in recent years, it is preferably used as a power source for driving vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles. This type of secondary battery includes positive and negative electrodes capable of reversibly occluding and releasing chemical species (for example, lithium ions in the case of a lithium ion secondary battery), and an electrolyte interposed between the two electrodes. And charge / discharge is performed by the charge carriers in the electrolyte moving between the two electrodes. As a typical example of an electrolyte used for this type of secondary battery, a liquid electrolyte containing a supporting salt (for example, a lithium salt in the case of a lithium ion secondary battery) in a non-aqueous solvent (hereinafter referred to as a non-aqueous electrolyte). Is mentioned. For example, a typical example of the lithium salt (supporting salt) is a lithium salt containing fluorine as a constituent element, such as lithium hexafluorophosphate. Patent Document 1 describes a technology relating to a lithium ion secondary battery using such a lithium salt and a non-aqueous solvent.

特開2013−030497号公報JP2013-030497A

ところで、上述のようなフッ素を構成元素とする支持塩(例えばリチウム塩)は、水と反応すると、分解してフッ化水素(HF)を発生させ得る。HFは金属や無機酸化物に対する腐食性が高く、電池内でHFが発生すると、集電体を腐食するなどして内部抵抗を増加させる要因になり得る。そのため、かかる非水電解液を用いた二次電池では、電池内の水分量を少なくしてHFの発生を抑制することが重要であるとされている。例えば特許文献1には、セパレータの含有水分量を小さくすることにより、電池中に持ち込まれる水分量を減らし、HFに起因する不具合を抑制し得ることが記載されている。   By the way, the supporting salt (for example, lithium salt) having fluorine as a constituent element as described above can be decomposed to generate hydrogen fluoride (HF) when it reacts with water. HF is highly corrosive to metals and inorganic oxides, and when HF is generated in a battery, it may be a factor that increases the internal resistance by corroding the current collector. Therefore, in a secondary battery using such a non-aqueous electrolyte, it is important to reduce the amount of moisture in the battery and suppress the generation of HF. For example, Patent Document 1 describes that by reducing the moisture content of the separator, the amount of moisture brought into the battery can be reduced, and defects caused by HF can be suppressed.

しかしながら、本発明者の検討によれば、上記のように電池内の水分量を減らせば、HFの発生は抑制し得るものの、低SOC(State of Chrge;充電状態)域における出力特性が低下する場合があり得る。ハイブリッド車(特にプラグインハイブリッド車)や電気自動車など電気モータで車輪を駆動させる車両に搭載される電池は、低SOC域においても所要の出力を安定して発揮することが望ましい。本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低SOC域においても高い出力を安定して発揮し得る非水電解液二次電池を提供することである。また他の目的は、そのような高性能な非水電解液二次電池の好適な製造方法を提供することである。   However, according to the study of the present inventor, if the moisture content in the battery is reduced as described above, the generation of HF can be suppressed, but the output characteristics in the low SOC (State of Chrage) region are reduced. There may be cases. It is desirable that a battery mounted on a vehicle whose wheels are driven by an electric motor such as a hybrid vehicle (particularly a plug-in hybrid vehicle) or an electric vehicle stably exhibits a required output even in a low SOC range. This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is providing the nonaqueous electrolyte secondary battery which can exhibit a high output stably also in a low SOC area | region. Another object is to provide a suitable method for producing such a high-performance nonaqueous electrolyte secondary battery.

本発明者は、電池内にあえて所望する量の水分を含有させることにより、低SOC域における出力特性を改善できることに思い至り、さらに非水電解液中にP−オキサラト化合物を加えることによって、上記水分由来のHFが生じても電池抵抗を増大させることなく、低SOC域における出力特性を効果的に向上し得ることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor has come up with the idea that the output characteristics in the low SOC region can be improved by adding a desired amount of moisture in the battery, and further by adding a P-oxalato compound to the non-aqueous electrolyte. The inventors have found that the output characteristics in the low SOC region can be effectively improved without increasing the battery resistance even when moisture-derived HF occurs, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によって提供される非水電解液二次電池は、正極と負極とセパレータと非水電解液とを備える。前記非水電解液は、一般式(I):A[PX6−2n(C(以下、単に「P−オキサラト化合物」ということがある。)で示される化合物を含んでおり、ここで前記電池の容量1Ahあたりについて、前記電池内に含まれる水分の総量をW1とし、前記非水電解液中の前記化合物の量をW2とした場合に、4.15mg/Ah≦W1、20mg/Ah≦W2、2.25≦W2/W1、の関係が成立する。なお、式(I)中において、Aはアルカリ金属のカチオンであり、Xはハロゲン原子であり、nは、1または2または3である。 That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery provided by the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is a compound represented by the general formula (I): A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] (hereinafter sometimes simply referred to as “P-oxalato compound”). Where the total amount of water contained in the battery is W1 and the amount of the compound in the non-aqueous electrolyte solution is W2 per 1 Ah capacity of the battery, and 4.15 mg / Ah. ≦ W1, 20 mg / Ah ≦ W2, 2.25 ≦ W2 / W1 are satisfied. In the formula (I), A + is an alkali metal cation, X is a halogen atom, and n is 1 or 2 or 3.

かかる構成の非水電解液二次電池では、電池内に含まれる水分の総量W1(以下、電池内水分量W1ともいう。)が4.15mg/Ah以上となるように設定されている。このことにより、電池内水分量W1が4.15mg/Ahを下回るような従来の電池に比べて、低SOC域(例えばSOCが30%以下)における出力特性を向上させることができる。また、上記所定量のP−オキサラト化合物を非水電解液に含有させているので、電池内水分量W1を多くしても水分由来のHFに起因して電池抵抗が上昇するような事態が生じ難い。そのため、かかる非水電解液二次電池は、良好な電池性能(低抵抗)を維持しつつ、低SOC域においても高い出力を安定して発揮することができる。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery having such a configuration, the total amount W1 of moisture contained in the battery (hereinafter also referred to as the moisture amount W1 in the battery) is set to be 4.15 mg / Ah or more. As a result, the output characteristics in the low SOC region (for example, SOC is 30% or less) can be improved as compared with the conventional battery in which the water content W1 in the battery is lower than 4.15 mg / Ah. Further, since the predetermined amount of the P-oxalato compound is contained in the non-aqueous electrolyte, even if the water content W1 in the battery is increased, a situation in which the battery resistance increases due to the HF derived from the moisture occurs. hard. Therefore, such a non-aqueous electrolyte secondary battery can stably exhibit high output even in a low SOC region while maintaining good battery performance (low resistance).

ここに開示される非水電解液二次電池としては、前記P−オキサラト化合物の量W2が、20mg/Ah≦W2を満足するものが好ましく、40mg/Ah≦W2を満足するものがさらに好ましく、60mg/Ah≦W2を満足するものが特に好ましい。P−オキサラト化合物の添加量W2が少なすぎると、該P−オキサラト化合物を添加したことによる電池性能向上効果(典型的には抵抗増加抑制効果)が不十分になる場合がある。その一方、P−オキサラト化合物の添加量W2が多すぎると、低温(例えば−30℃以下)での反応抵抗が上昇する虞があるため好ましくない。低温での反応抵抗を低減する観点からは、概ねW2≦500mg/Ahであり、好ましくはW2≦405mg/Ahであり、特に好ましくはW2≦300mg/Ahである。   The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein preferably has a P-oxalato compound amount W2 satisfying 20 mg / Ah ≦ W2, more preferably satisfying 40 mg / Ah ≦ W2. Those satisfying 60 mg / Ah ≦ W2 are particularly preferable. If the addition amount W2 of the P-oxalato compound is too small, the battery performance improvement effect (typically resistance increase suppressing effect) due to the addition of the P-oxalato compound may be insufficient. On the other hand, when there is too much addition amount W2 of a P-oxalato compound, since there exists a possibility that the reaction resistance in low temperature (for example, -30 degrees C or less) may raise, it is unpreferable. From the viewpoint of reducing reaction resistance at low temperatures, W2 ≦ 500 mg / Ah is generally satisfied, W2 ≦ 405 mg / Ah is preferable, and W2 ≦ 300 mg / Ah is particularly preferable.

ここに開示される非水電解液二次電池では、上記電池内水分量W1が、7.14mg/Ah≦W1を満足するものが好ましく、10mg/Ah≦W1を満足するものがより好ましく、30mg/Ah≦W1を満足するものが特に好ましい。電池内水分量W1が少なすぎると、低SOC域において所要の出力特性が得られないことがある。その一方、上記電池内水分量W1が多すぎる電池は、低SOC域での出力特性向上効果が鈍化することに加えて、電池抵抗(特に正極抵抗)が増大傾向になるため好ましくない。抵抗増大を抑制する観点からは、概ねW1≦60mg/Ahであり、好ましくはW1≦50mg/Ahであり、特に好ましくはW1≦40mg/Ahである。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the water content W1 in the battery preferably satisfies 7.14 mg / Ah ≦ W1, more preferably satisfies 10 mg / Ah ≦ W1, and 30 mg. Those satisfying / Ah ≦ W1 are particularly preferable. If the water content W1 in the battery is too small, the required output characteristics may not be obtained in the low SOC range. On the other hand, a battery with too much water content W1 in the battery is not preferable because the effect of improving the output characteristics in the low SOC region is dulled and the battery resistance (particularly positive electrode resistance) tends to increase. From the viewpoint of suppressing increase in resistance, W1 ≦ 60 mg / Ah is generally satisfied, preferably W1 ≦ 50 mg / Ah, and particularly preferably W1 ≦ 40 mg / Ah.

ここに開示される非水電解液二次電池では、前記電池内水分量W1に対する前記P−オキサラト化合物の量W2の比の値(W2/W1)が、3≦W2/W1を満足することが好ましい。かかる構成によると、電池内水分量W1とP−オキサラト化合物の量W2との比率が適切なバランスにあるので、上述した効果をより良く発揮され得る。さらに、電池の耐久性能が効果的に改善され、高温(例えば60℃)保存後における容量維持率が向上し得る。上記比の値(W2/W1)としては、概ね2.25≦W2/W1≦30を満足することが好ましく、3≦W2/W1≦30を満足することがより好ましく、5≦W2/W1≦20を満足することが特に好ましい。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the ratio value (W2 / W1) of the amount W2 of the P-oxalato compound to the water content W1 in the battery satisfies 3 ≦ W2 / W1. preferable. According to this configuration, since the ratio between the water content W1 in the battery and the amount W2 of the P-oxalato compound is in an appropriate balance, the above-described effects can be better exhibited. Furthermore, the durability performance of the battery can be effectively improved, and the capacity retention rate after storage at a high temperature (for example, 60 ° C.) can be improved. The ratio (W2 / W1) preferably satisfies 2.25 ≦ W2 / W1 ≦ 30, more preferably 3 ≦ W2 / W1 ≦ 30, and more preferably 5 ≦ W2 / W1 ≦. It is particularly preferable to satisfy 20.

また、本発明は、上述したような非水電解液二次電池を好適に製造する方法を提供する。即ち、本発明の製造方法は、正極と負極とセパレータとを備える電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池を製造する方法であって:前記電極体および前記非水電解液を用意する工程、ここで前記非水電解液は、以下の一般式(I):A[PX6−2n(C(式(I)中において、Aはアルカリ金属のカチオンであり、Xはハロゲン原子であり、nは、1または2または3である。)で示されるP−オキサラト化合物を含んでいる;前記用意した前記電極体および前記非水電解液を電池ケースに収容する工程、ここで前記電極体(即ち正極、負極およびセパレータ)と前記非水電解液とに含まれる水分の総量をW1とし、前記非水電解液中の前記P−オキサラト化合物の量をW2とした場合に、4.15mg/Ah≦W1、20mg/Ah≦W2、2.25≦W2/W1の関係が成立する;および、前記電池ケースに収容した前記電極体に対して初回の充放電処理を行う工程;を包含する。この製造方法は、例えば、ここに開示される何れかの非水電解液二次電池を製造する方法として好適に採用され得る。 Moreover, this invention provides the method of manufacturing suitably the nonaqueous electrolyte secondary battery as mentioned above. That is, the manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrode body including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution: the electrode body and the non-aqueous battery. The step of preparing an electrolytic solution, wherein the non-aqueous electrolytic solution has the following general formula (I): A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] (in formula (I), A + Is an alkali metal cation, X is a halogen atom, and n is 1 or 2 or 3.); The prepared electrode body and the non-aqueous electrolysis A step of accommodating the liquid in a battery case, wherein the total amount of moisture contained in the electrode body (ie, positive electrode, negative electrode and separator) and the non-aqueous electrolyte is W1, and the P-oxalato in the non-aqueous electrolyte When the amount of the compound is W2, 4.1 A relationship of 5 mg / Ah ≦ W1, 20 mg / Ah ≦ W2, 2.25 ≦ W2 / W1 is established; and a step of performing an initial charge / discharge process on the electrode body accommodated in the battery case. To do. This manufacturing method can be suitably employed, for example, as a method for manufacturing any of the nonaqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein.

ここに開示される非水電解液二次電池製造方法の好ましい一態様では、前記水分の総量W1が、7.14(mg/Ah)≦W1を満たす。また、前記化合物の量W2が、W2≦500(mg/Ah)を満たす。さらに、前記W2/W1が、3≦W2/W1を満たす。   In a preferred embodiment of the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the total amount W1 of water satisfies 7.14 (mg / Ah) ≦ W1. Further, the amount W2 of the compound satisfies W2 ≦ 500 (mg / Ah). Further, the W2 / W1 satisfies 3 ≦ W2 / W1.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. リチウムイオン二次電池に内装される捲回電極体を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the wound electrode body internally equipped with a lithium ion secondary battery. 電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the moisture content in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. 電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the moisture content in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. LPFO量/電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO / the amount of moisture in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. LPFO量/電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO / the amount of moisture in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. LPFO量/電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO / the amount of moisture in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. LPFO量/電池内水分量とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO / the amount of moisture in a battery, IV resistance, and resistance increase rate. LPFO量と−30℃反応抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO and -30 degreeC reaction resistance. LPFO量/電池内水分量と高温保存後容量維持率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of LPFO / the amount of moisture in the battery and the capacity retention rate after high temperature storage.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、「非水電解液二次電池」とは、非水電解液(典型的には、非水溶媒中に支持塩(支持電解質)を含む電解液)を備えた二次電池をいう。また、「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電する二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。また、電極活物質とは、電荷担体となる化学種(リチウムイオン二次電池においてはリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出し得る材料をいう。   In the present specification, the term “secondary battery” refers to a power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and a so-called storage battery such as a lithium secondary battery, nickel hydride battery, or nickel cadmium battery, and a power storage element such as an electric double layer capacitor. It is a term encompassing. The “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a secondary battery including a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte containing a supporting salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent). The “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. The electrode active material refers to a material capable of reversibly occluding and releasing a chemical species (lithium ion in a lithium ion secondary battery) serving as a charge carrier.

ここに開示される技術は、正極と負極とセパレータとからなる電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池に広く適用され得る。この二次電池の外形は用途に応じて適切に変更することができ、特に限定されないが、例えば直方体状、扁平形状、円筒状等の外形であり得る。また、上記電極体の形状は、上記二次電池の形状等に応じて異なり得るため特に制限はない。例えば、シート状の正極および負極をシート状のセパレータとともに捲回してなる電極体(捲回電極体)を好ましく採用し得る。以下、リチウムイオン二次電池である場合を典型例としてより詳しく説明する場合があるが、本発明の適用対象をかかる電池に限定する意図ではない。   The technology disclosed herein can be widely applied to non-aqueous electrolyte secondary batteries including an electrode body composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a non-aqueous electrolyte. The external shape of the secondary battery can be appropriately changed according to the application, and is not particularly limited. For example, the external shape may be a rectangular parallelepiped shape, a flat shape, a cylindrical shape, or the like. In addition, the shape of the electrode body is not particularly limited because it may vary depending on the shape of the secondary battery. For example, an electrode body (rolled electrode body) formed by winding a sheet-like positive electrode and a negative electrode together with a sheet-like separator can be preferably used. Hereinafter, the case of a lithium ion secondary battery may be described in more detail as a typical example, but the application target of the present invention is not intended to be limited to such a battery.

<電池内の水分量>
ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、正極と負極とセパレータと非水電解液とを備えている。非水電解液は、少なくとも非水溶媒と後述するP−オキサラト化合物とを含んでいる。ここで電池の容量1Ahあたりについて、電池内に含まれる水分の総量をW1とし、非水電解液中のP−オキサラト化合物の量をW2とした場合に、4.15mg/Ah≦W1、20mg/Ah≦W2、2.25≦W2/W1の関係が成立する。
<Moisture content in the battery>
The lithium ion secondary battery disclosed here includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. The nonaqueous electrolytic solution contains at least a nonaqueous solvent and a P-oxalato compound described later. Here, when the total amount of moisture contained in the battery is W1 and the amount of the P-oxalato compound in the non-aqueous electrolyte solution is W2, per battery capacity 1 Ah, 4.15 mg / Ah ≦ W1, 20 mg / The relationship of Ah ≦ W2, 2.25 ≦ W2 / W1 is established.

ここで電池内に含まれる水分の総量W1は、電池を構成する各部材(典型的には正極、負極、セパレータ、非水電解液)に含まれる水分の量をもとに算出するとよい。ここに開示される技術の適用対象となるリチウムイオン二次電池は、高度に乾燥した環境で組み立てられるため、環境からの水分の混入はほとんど影響を及ぼさない程度である。そのため、電池内への水分の混入は、主に電池を構成する部材(典型的には正極、負極、セパレータ、非水電解液)によりもたらされる。したがって、これら部材から電池内に混入し得る水分の総量W1は、例えば電池作製に使用される分量の各部材の水分量を把握し、それらを合計することにより求めるとよい。各部材の水分量は、典型的には、各部材に存在(付着、溶解等)する水分量を定量し、その値から算出するとよい。各部材の水分量を定量する方法としては、微量の水分を定量可能な方法を任意に用いることができる。例えば、カールフィッシャー法を好ましく採用し得る。例えば、正極シート、負極シート、セパレータおよび非水電解液の各部材からサンプルを採取し、そのサンプル中の水分量を水分計(カールフィッシャー水分計等)により定量し、その値から各部材に含まれる水分量(mg)を求めるとよい。   Here, the total amount W1 of moisture contained in the battery may be calculated based on the amount of moisture contained in each member (typically positive electrode, negative electrode, separator, non-aqueous electrolyte) constituting the battery. Since the lithium ion secondary battery to which the technology disclosed herein is applied is assembled in a highly dry environment, the mixing of moisture from the environment has almost no effect. For this reason, the entry of moisture into the battery is mainly brought about by members constituting the battery (typically, a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte). Therefore, the total amount W1 of water that can be mixed into the battery from these members may be obtained, for example, by grasping the water amount of each member in the amount used for battery manufacture and adding them up. The amount of water in each member is typically calculated from the value obtained by quantifying the amount of water present (attached, dissolved, etc.) in each member. As a method for quantifying the water content of each member, a method capable of quantifying a trace amount of water can be arbitrarily used. For example, the Karl Fischer method can be preferably employed. For example, samples are taken from each member of the positive electrode sheet, negative electrode sheet, separator, and non-aqueous electrolyte, and the moisture content in the sample is quantified with a moisture meter (Karl Fischer moisture meter, etc.), and the value is included in each member. It is good to obtain the amount of water (mg) to be removed.

各部材(典型的には正極、負極、セパレータ、非水電解液)の水分量は、各部材を水分濃度の高い(典型的には所定の露点温度に保持された環境)に所定時間曝すことで任意に調整することができる。例えば、各部材の作製から電池封口までの各種作業の一部または全部を所定の露点温度に保持された処理室(ルーム、ボックス、チャンバ)内で実施することにより調整するとよい。上記露点温度としては、各部材の材料や量によっても異なり得るが、概ね−50℃以上0℃以下であり、好ましくは−30℃以上−10℃以下である。あるいは、各部材(典型的には正極、負極、セパレータ、非水電解液)に適量の水を添加することにより各部材の水分量を調整してもよい。例えば、上記電池内水分量W1を満たすように各部材(例えば正極の正極活物質層や負極の負極活物質層)に水を添加して電池ケースに収容してもよい。   The amount of water in each member (typically positive electrode, negative electrode, separator, non-aqueous electrolyte) is determined by exposing each member to a high moisture concentration (typically an environment maintained at a predetermined dew point temperature) for a predetermined time. Can be adjusted arbitrarily. For example, it may be adjusted by performing a part or all of various operations from the production of each member to the battery sealing in a processing chamber (room, box, chamber) maintained at a predetermined dew point temperature. The dew point temperature may vary depending on the material and amount of each member, but is generally from −50 ° C. to 0 ° C., and preferably from −30 ° C. to −10 ° C. Alternatively, the water content of each member may be adjusted by adding an appropriate amount of water to each member (typically positive electrode, negative electrode, separator, non-aqueous electrolyte). For example, water may be added to each member (for example, the positive electrode active material layer of the positive electrode or the negative electrode active material layer of the negative electrode) so as to satisfy the moisture content W1 in the battery and accommodated in the battery case.

なお、上記部材以外の部材(例えば電池ケース、電極端子)についても、同様に水分量を定量することができる。しかし、例えば上述のような捲回電極体のように、上記部材(正極、負極、セパレータ)の表面積に対し、電池ケースや端子等他の部材の表面積が著しく小さい場合は、これら他の部材の水分量はほとんど影響を及ぼさないものとして水分総量への加算を省略するとよい。同様に、各電極シートの集電体露出部に吸着した水分量についても、通常は無視することができる。   It should be noted that the amount of water can be similarly determined for members other than the above members (for example, battery cases and electrode terminals). However, when the surface area of other members such as a battery case and a terminal is extremely small with respect to the surface area of the member (positive electrode, negative electrode, separator), for example, as in the above-described wound electrode body, It is better to omit the addition to the total amount of moisture, assuming that the amount of moisture has little effect. Similarly, the amount of water adsorbed on the current collector exposed portion of each electrode sheet can usually be ignored.

ここで開示されるリチウムイオン二次電池としては、電池内に含まれる水分の総量W1が、4.15mg/Ahを満足するものが好ましく、7.14mg/Ah≦W1を満足するものがより好ましく、10mg/Ah≦W1を満足するものがさらに好ましく、15mg/Ah≦W1(例えば30mg/Ah≦W1)を満足するものが特に好ましい。このように、電池内に所定量の水分を含有させることにより、低SOC域(例えばSOC30%以下の領域)における出力特性を向上させることができる。一方、上記水分の総量W1が大きすぎる電池は、低SOC域での出力特性向上効果が鈍化することに加えて、電池抵抗(特に正極抵抗)が上昇傾向になるため好ましくない。抵抗上昇を抑制する観点からは、概ねW1≦60mg/Ahであり、好ましくはW1≦50mg/Ahであり、特に好ましくはW1≦40mg/Ahである。   The lithium ion secondary battery disclosed herein preferably has a total water content W1 satisfying 4.15 mg / Ah, more preferably 7.14 mg / Ah ≦ W1. Those satisfying 10 mg / Ah ≦ W1 are more preferable, and those satisfying 15 mg / Ah ≦ W1 (for example, 30 mg / Ah ≦ W1) are particularly preferable. Thus, by including a predetermined amount of moisture in the battery, output characteristics in a low SOC region (for example, a region of SOC 30% or less) can be improved. On the other hand, a battery in which the total amount W1 of water is too large is not preferable because the effect of improving the output characteristics in the low SOC region is dulled and the battery resistance (particularly positive electrode resistance) tends to increase. From the viewpoint of suppressing an increase in resistance, W1 ≦ 60 mg / Ah is generally satisfied, preferably W1 ≦ 50 mg / Ah, and particularly preferably W1 ≦ 40 mg / Ah.

ここで電池内の水分量W1を大きくすると、該水分と電解液の支持塩(例えばリチウム塩)との反応に起因してHFが生成し、該HFにより正極が腐食されるため、電池抵抗が上昇する要因になり得る。しかしながら、ここで開示される技術では、非水電解液がP−オキサラト化合物を含んでいるので、水分を多く入れても電池抵抗の上昇が抑制され得る。   Here, when the moisture content W1 in the battery is increased, HF is generated due to a reaction between the moisture and a supporting salt (for example, a lithium salt) of the electrolytic solution, and the positive electrode is corroded by the HF. It can be an increase factor. However, in the technique disclosed here, since the non-aqueous electrolyte contains a P-oxalato compound, an increase in battery resistance can be suppressed even when a large amount of moisture is added.

<P−オキサラト化合物>
上記P−オキサラト化合物は、一般式(I):A[PX6−2n(Cで表される化合物であり、式(I)中において、Aは、Li、Na、Kなどのアルカリ金属のカチオンである。好適な一態様では、Aは、リチウムのカチオン(Li)である。また、Xは、F、Cl、Br等のハロゲン原子である。好適な一態様では、Xは、フッ素原子(F)である。また、nは、1または2または3である。好適な一態様では、n=2である。換言すれば、P−オキサラト化合物として、一般式:A[PX(C(式中、A,nは上記一般式(I)と同様。)で示される化合物を用いることが好ましい。
<P-oxalato compound>
The P-oxalato compound is a compound represented by the general formula (I): A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] , and in the formula (I), A + represents Li, It is a cation of an alkali metal such as Na or K. In a preferred embodiment, A + is a lithium cation (Li + ). X is a halogen atom such as F, Cl, or Br. In a preferred embodiment, X is a fluorine atom (F). N is 1 or 2 or 3. In a preferred embodiment, n = 2. In other words, as the P-oxalato compound, a compound represented by the general formula: A + [PX 4 (C 2 O 4 ) 2 ] (wherein A + and n are the same as those in the general formula (I)). Is preferably used.

P−オキサラト化合物は、少なくとも一つのシュウ酸イオン(C 2−)がリン(P)に配位した構造部分を有するオキサラト錯体化合物である。非水電解液中にP−オキサラト化合物を含むことにより、P−オキサラト化合物とHFとの反応が起こり、HFによる正極の抵抗増大が抑制されるものと推測される。具体例として、下式(II)で示されるリチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(Li〔PF(C)等が挙げられる。好適な一態様では、上記式(II)で示されるリチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェートを主体として(すなわち50モル%以上)用いる。なかでも、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェートを70モル%以上(典型的には80モル%以上、例えば90モル%以上)用いることが好ましく、実質的にリチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェートのからなるP−オキサラト化合物を用いることが特に好ましい。 The P-oxalato compound is an oxalato complex compound having a structural portion in which at least one oxalate ion (C 2 O 4 2− ) is coordinated to phosphorus (P). By including a P-oxalato compound in the non-aqueous electrolyte, it is presumed that a reaction between the P-oxalato compound and HF occurs, and an increase in resistance of the positive electrode due to HF is suppressed. Specific examples include lithium difluorobis (oxalato) phosphate (Li + [PF 2 (C 2 O 4 ) 2 ] ) represented by the following formula (II). In a preferred embodiment, lithium difluorobis (oxalato) phosphate represented by the above formula (II) is mainly used (that is, 50 mol% or more). Among them, it is preferable to use lithium difluorobis (oxalato) phosphate in an amount of 70 mol% or more (typically 80 mol% or more, for example, 90 mol% or more), and P consisting essentially of lithium difluorobis (oxalato) phosphate. It is particularly preferred to use an oxalato compound.

Figure 0006110287
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P−オキサラト化合物の添加量W2は、電池の容量1Ahあたり20mg以上にすることが好ましく、40mg/Ah≦W2を満足するものがさらに好ましく、60mg/Ah≦W2を満足するものが特に好ましい。P−オキサラト化合物の添加量W2が少なすぎると、該P−オキサラト化合物を添加したことによる電池性能向上効果(典型的には抵抗上昇抑制効果)が不十分になる場合がある。その一方、P−オキサラト化合物の添加量W2が多すぎると、P−オキサラト化合物の添加量W2が増えてコストが割高になるとともに、P−オキサラト化合物自体が抵抗成分となり得るため、低温(例えば−30℃)での反応抵抗が増大する虞がある。低温での反応抵抗を低減する観点からは、概ねW2≦500mg/Ahであり、好ましくはW2≦450mg/Ah(例えばW2≦405mg/Ah)であり、特に好ましくはW2≦300mg/Ahである。   The amount W2 of the P-oxalato compound added is preferably 20 mg or more per 1 Ah of battery capacity, more preferably 40 mg / Ah ≦ W2, and particularly preferably 60 mg / Ah ≦ W2. If the addition amount W2 of the P-oxalato compound is too small, the battery performance improvement effect (typically the resistance increase suppressing effect) due to the addition of the P-oxalato compound may be insufficient. On the other hand, if the addition amount W2 of the P-oxalato compound is too large, the addition amount W2 of the P-oxalato compound increases and the cost becomes high, and the P-oxalato compound itself can be a resistance component. The reaction resistance at 30 ° C. may increase. From the viewpoint of reducing reaction resistance at low temperatures, W2 ≦ 500 mg / Ah is generally satisfied, preferably W2 ≦ 450 mg / Ah (for example, W2 ≦ 405 mg / Ah), and particularly preferably W2 ≦ 300 mg / Ah.

ここに開示される好ましい技術では、電池内の水分の総量W1に対するP−オキサラト化合物の量W2の比の値(W2/W1)が、3≦W2/W1を満足することが好ましい。かかる構成によると、電池内の水分の量W1とP−オキサラト化合物の量W2との比率が適切なバランスにあるので、上述した効果がより良く発揮され得る。また、電池の耐久性能が効果的に改善され、高温(例えば60℃)保存後における容量維持率が向上し得る。上記比の値(W2/W1)としては、概ね2.25≦W2/W1を満足することが好ましく、3≦W2/W1を満足することがより好ましく、5≦W2/W1を満足することが特に好ましい。その一方で、上記比の値(W2/W1)が大きすぎる電池は、P−オキサラト化合物の添加量W2が増えてコストが割高になるとともに、水分由来のHFに起因する抵抗上昇を抑制する効果が鈍化するためメリットがあまりない。例えば、上記比の値(W2/W1)が2.25≦W2/W1≦30(好ましくは3≦W2/W1≦20)を満足するリチウムイオン二次電池が適当である。   In the preferred technique disclosed herein, it is preferable that the ratio value (W2 / W1) of the amount W2 of the P-oxalato compound to the total amount W1 of water in the battery satisfies 3 ≦ W2 / W1. According to such a configuration, since the ratio between the amount of water W1 in the battery and the amount W2 of the P-oxalato compound is in an appropriate balance, the above-described effects can be better exhibited. Further, the durability performance of the battery can be effectively improved, and the capacity retention rate after storage at a high temperature (for example, 60 ° C.) can be improved. The value of the ratio (W2 / W1) generally preferably satisfies 2.25 ≦ W2 / W1, more preferably satisfies 3 ≦ W2 / W1, and more preferably satisfies 5 ≦ W2 / W1. Particularly preferred. On the other hand, a battery having an excessively large ratio (W2 / W1) increases the amount of added P2 of the P-oxalato compound and increases the cost, and suppresses the increase in resistance caused by moisture-derived HF. There is not much merit because it slows down. For example, a lithium ion secondary battery in which the value of the ratio (W2 / W1) satisfies 2.25 ≦ W2 / W1 ≦ 30 (preferably 3 ≦ W2 / W1 ≦ 20) is appropriate.

ここに開示される非水電解液は、支持塩としてフッ素含有リチウム塩を非水溶媒中に含んでいる。かかる支持塩の具体例としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどが挙げられる。これらリチウム塩は、比較的高いリチウムイオン伝導性を有するため好ましい。中でも、LiPFおよびLiBFが好適に使用され得る。電解液中の支持塩の濃度は特に制限されず、例えば従来のリチウムイオン二次電池に用いられる電解液の濃度と同じ程度であればよい。通常は、支持塩を凡そ0.1mol/L〜5mol/L(例えば凡そ0.8mol/L〜1.5mol/L)程度の濃度で含有する非水電解液を好ましく用いることができる。 The nonaqueous electrolytic solution disclosed here contains a fluorine-containing lithium salt as a supporting salt in a nonaqueous solvent. Specific examples of such supporting salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, etc. LiSbF 6 and the like. These lithium salts are preferable because they have relatively high lithium ion conductivity. Among these, LiPF 6 and LiBF 4 can be preferably used. The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is not particularly limited, and may be about the same as the concentration of the electrolytic solution used in a conventional lithium ion secondary battery, for example. Usually, a nonaqueous electrolytic solution containing a supporting salt at a concentration of about 0.1 mol / L to 5 mol / L (for example, about 0.8 mol / L to 1.5 mol / L) can be preferably used.

上記非水電解液に用いられる非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を好ましく用いることができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン(BL)等、が例示される。これらの有機溶媒の一種を単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。   As the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones and lactones can be preferably used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane , Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone (BL), etc. Are exemplified. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.

なお、ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、電池の構築時(組立て時)には所定量の水分を含む構成であっても、前述のように、該水分が電解液の支持塩を反応することで水分の一部または全部が消費される。また、非水電解液は、電池の構築時(組立て時)にはP−オキサラト化合物を含む組成であっても、上述のように、P−オキサラト化合物が水分由来のHFと反応することでP−オキサラト化合物の一部または全部が消費される。さらに、P−オキサラト化合物は、初期充放電等の際に電解液成分(非水溶媒、支持塩等)とともに分解し、それらの分解生成物からなる皮膜を電極(正極および/または負極)表面に形成する場合がある。そのため、初期充放電あるいはその後の充放電により、P−オキサラト化合物の一部が分解する場合がある。   Even if the lithium ion secondary battery disclosed herein has a structure containing a predetermined amount of moisture at the time of battery construction (assembly), as described above, the moisture does not support the electrolyte supporting salt. Some or all of the water is consumed by the reaction. In addition, even when the non-aqueous electrolyte has a composition containing a P-oxalato compound at the time of battery construction (assembly), the P-oxalato compound reacts with HF derived from moisture as described above. -Part or all of the oxalato compound is consumed. Further, the P-oxalato compound is decomposed together with the electrolytic solution components (non-aqueous solvent, supporting salt, etc.) at the time of initial charge / discharge, etc., and a film composed of these decomposition products is formed on the electrode (positive electrode and / or negative electrode) surface. May form. Therefore, a part of P-oxalato compound may decompose | disassemble by initial stage charging / discharging or subsequent charging / discharging.

かかる状態の電池において、電池構築時に使用した各部材(正極、負極、セパレータおよび非水電解液)に水分およびP−オキサラト化合物が含まれていたことは、例えば、電解液または電極のNMR(Nuclear Magnetic Resonance:核磁気共鳴)分析や質量分析(例えばガスクロマトグラフィー(Gas Chromatography:GC)、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)、イオンクロマトグラフィー(Ion Chromatography:IC))による分析)において確認され得る。さらに、初期充放電後(あるいはさらに充放電を行った後)の電池から、電池構築時に使用した各部材に含まれていた水分およびP−オキサラト化合物の各量を把握する手法としては、例えば、電池を構成する各部材(電解液、電極等)のNMR分析、質量分析等が挙げられる。   In the battery in this state, each member (positive electrode, negative electrode, separator, and non-aqueous electrolyte) used at the time of battery construction contained moisture and a P-oxalato compound. For example, NMR (Nuclear) of the electrolyte or electrode Magnetic Resonance (nuclear magnetic resonance) analysis and mass spectrometry (for example, analysis by gas chromatography (GC), inductively coupled plasma (ICP), ion chromatography (Ion Chromatography: IC))) obtain. Furthermore, from the battery after the initial charge and discharge (or after further charge and discharge), as a method of grasping each amount of moisture and P-oxalato compound contained in each member used at the time of battery construction, for example, Examples include NMR analysis and mass spectrometry of each member (electrolytic solution, electrode, etc.) constituting the battery.

ここに開示される技術によると、正極と負極とセパレータとを備える電極体と、非水電解液とを備えた非水電解液二次電池の製造方法であって:
前記電極体および前記非水電解液を用意する工程、ここで前記非水電解液は、以下の一般式(I)
[PX6−2n(C (I)
(式(I)中において、Aはアルカリ金属のカチオンであり、Xはハロゲン原子であり、nは、1または2または3である。)で示されるP−オキサラト化合物を含んでいる;
前記用意した前記電極体および前記非水電解液を電池ケースに収容する工程、ここで前記電極体(即ち正極、負極およびセパレータ)と前記非水電解液とに含まれる水分の総量をW1とし、前記非水電解液中の前記P−オキサラト化合物の量をW2とした場合に、下記(1)〜(3):
(1)4.15mg/Ah≦W1
(2)20mg/Ah≦W2
(3)2.25≦W2/W1
の関係が成立する;および
前記電池ケースに収容した前記電極体(電池組立体)に初回の充放電処理を行う工程;
を包含する、非水電解液二次電池の製造方法が提供され得る。
上記初回の充放電処理は、典型的には、該組立体の正極(正極端子)と負極(負極端子)の間に外部電源を接続し、所定の電圧範囲まで充電(典型的には定電流充電)および放電を行うことができる。充放電処理は1回でもよいが2回以上繰り返し行ってもよい。
According to the technology disclosed herein, a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrode body including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution:
The step of preparing the electrode body and the non-aqueous electrolyte solution, wherein the non-aqueous electrolyte solution has the following general formula (I)
A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] (I)
(In the formula (I), A + is an alkali metal cation, X is a halogen atom, and n is 1 or 2 or 3).
The step of accommodating the prepared electrode body and the non-aqueous electrolyte in a battery case, where the total amount of water contained in the electrode body (ie, positive electrode, negative electrode and separator) and the non-aqueous electrolyte is W1, When the amount of the P-oxalato compound in the non-aqueous electrolyte is W2, the following (1) to (3):
(1) 4.15 mg / Ah ≦ W1
(2) 20 mg / Ah ≦ W2
(3) 2.25 ≦ W2 / W1
And the first charge / discharge process for the electrode body (battery assembly) housed in the battery case;
A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided.
In the first charge / discharge treatment, typically, an external power source is connected between the positive electrode (positive electrode terminal) and the negative electrode (negative electrode terminal) of the assembly, and charging is performed to a predetermined voltage range (typically constant current). Charging) and discharging. The charge / discharge treatment may be performed once but may be repeated twice or more.

かかる製造方法によると、非水電解液中に上記(1)〜(3)の関係を満たすP−オキサラト化合物を含有させることにより、電池内水分が支持塩(例えばリチウム塩)と反応してHFが生成しても、該HFにより正極抵抗が上昇するような事態が生じ難い。そのため、低SOC域において高い出力を発揮しつつ、抵抗上昇が抑制された信頼性の高い非水電解液二次電池を製造することができる。   According to such a production method, by containing a P-oxalato compound satisfying the above relationships (1) to (3) in the nonaqueous electrolytic solution, the moisture in the battery reacts with the supporting salt (for example, a lithium salt) to generate HF. However, it is difficult for the HF to increase the positive electrode resistance. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable nonaqueous electrolyte secondary battery in which an increase in resistance is suppressed while exhibiting a high output in a low SOC region.

特に限定することを意図したものではないが、上述の捲回電極体を備えたリチウムイオン二次電池の一実施形態につき、図1〜図2に示す模式図を参照しつつ更に具体的に説明する。なお、電池構造は、図示例に限定されず、特に、角形電池に限定されない。   Although not intended to be particularly limited, an embodiment of the lithium ion secondary battery provided with the above-described wound electrode body will be described more specifically with reference to the schematic diagrams shown in FIGS. To do. The battery structure is not limited to the illustrated example, and is not particularly limited to a prismatic battery.

図1は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の断面図である。図2は、当該リチウムイオン二次電池100に内装される捲回電極体200を示す図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a wound electrode body 200 housed in the lithium ion secondary battery 100.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、図1に示すような扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)300に構成されている。リチウムイオン二次電池100は、図2に示すように、扁平形状の捲回電極体200が、非水電解液90とともに、電池ケース300に収容されている。   A lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention is configured in a flat rectangular battery case (that is, an exterior container) 300 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the lithium ion secondary battery 100, a flat wound electrode body 200 is housed in a battery case 300 together with a non-aqueous electrolyte 90.

電池ケース300は、一端(電池100の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(すなわち有底直方体状)のケース本体320と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる蓋体340とから構成される。   The battery case 300 has a box-shaped (that is, bottomed rectangular parallelepiped) case main body 320 having an opening at one end (corresponding to the upper end in a normal use state of the battery 100), and is attached to the opening. And a lid 340 made of a rectangular plate member that closes the opening.

電池ケース300の材質は、従来のリチウムイオン二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース300が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が例示される。本実施形態に係る電池ケース300(ケース本体320および蓋体340)はアルミニウム若しくはアルミニウムを主体とする合金によって構成されている。   The material of the battery case 300 may be the same as that used in the conventional lithium ion secondary battery, and is not particularly limited. A battery case 300 mainly composed of a lightweight metal material having good thermal conductivity is preferable. Examples of such a metal material include aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, and the like. The battery case 300 (the case main body 320 and the lid body 340) according to the present embodiment is made of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum.

図1に示すように、蓋体340には外部接続用の正極端子420および負極端子440が形成されている。蓋体340の両端子420、440の間には、電池ケース300の内圧が所定レベル(例えば設定開弁圧0.3〜1.0MPa程度)以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁360と、注液孔350が形成されている。なお、図1では、当該注液孔350が注液後に封止材352によって封止されている。   As shown in FIG. 1, a positive terminal 420 and a negative terminal 440 for external connection are formed on the lid 340. Between the two terminals 420 and 440 of the lid 340, when the internal pressure of the battery case 300 rises to a predetermined level (for example, a set valve opening pressure of about 0.3 to 1.0 MPa), the internal pressure is released. A configured thin safety valve 360 and a liquid injection hole 350 are formed. In FIG. 1, the liquid injection hole 350 is sealed with a sealing material 352 after liquid injection.

捲回電極体200は、図2に示すように、長尺なシート状正極(正極シート220)と、該正極シート220と同様の長尺シート状負極(負極シート240)とを計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータ262,264)とを備えている。   As shown in FIG. 2, the wound electrode body 200 includes a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet 220) and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet 240) similar to the positive electrode sheet 220 in total of two sheets. Long sheet separators (separators 262 and 264).

正極シート220は、帯状の正極集電体221と正極活物質層223とを備えている。正極集電体221には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体221として、厚さが凡そ15μmの帯状のアルミニウム箔が用いられている。正極集電体221の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部222が設定されている。図示例では、正極活物質層223は、正極集電体221に設定された未塗工部222を除いて、正極集電体221の両面に保持されている。正極活物質層223には、正極活物質が含まれている。   The positive electrode sheet 220 includes a strip-shaped positive electrode current collector 221 and a positive electrode active material layer 223. For the positive electrode current collector 221, for example, a metal foil suitable for the positive electrode can be suitably used. In this embodiment, a strip-shaped aluminum foil having a thickness of about 15 μm is used as the positive electrode current collector 221. An uncoated portion 222 is set along the edge on one side in the width direction of the positive electrode current collector 221. In the illustrated example, the positive electrode active material layer 223 is held on both surfaces of the positive electrode current collector 221 except for the uncoated portion 222 set on the positive electrode current collector 221. The positive electrode active material layer 223 contains a positive electrode active material.

正極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。ここに開示される正極活物質の例としては、LiNiCoMnO(リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物)、LiNiO(ニッケル酸リチウム)、LiCoO(コバルト酸リチウム)、LiMn(マンガン酸リチウム)、LiFePO(リン酸鉄リチウム)などのリチウム遷移金属酸化物の粒子が挙げられる。ここで、LiMnは、例えば、スピネル構造を有している。また、LiNiO或いはLiCoOは層状の岩塩構造を有している。また、LiFePOは、例えば、オリビン構造を有している。また、オリビン構造のLiFePOは、さらにカーボン膜で被覆することができる。 As the positive electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. Examples of the positive electrode active material disclosed herein include LiNiCoMnO 2 (lithium nickel cobalt manganese composite oxide), LiNiO 2 (lithium nickelate), LiCoO 2 (lithium cobaltate), LiMn 2 O 4 (lithium manganate). And lithium transition metal oxide particles such as LiFePO 4 (lithium iron phosphate). Here, LiMn 2 O 4 has, for example, a spinel structure. LiNiO 2 or LiCoO 2 has a layered rock salt structure. LiFePO 4 has, for example, an olivine structure. Moreover, LiFePO 4 having an olivine structure can be further covered with a carbon film.

正極活物質層223は、正極活物質のほか、一般的なリチウムイオン二次電池において正極活物質層223の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、導電材が挙げられる。該導電材としては、例えば、カーボン粉末、カーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。このような導電材粒子から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック)、グラファイト粉末などのカーボン粉末を用いることができる。あるいは、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いてもよい。その他、正極活物質層の成分として使用され得る材料としては、正極活物質の結着剤(バインダ)として機能し得る各種のポリマー材料(例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF))が挙げられる。   The positive electrode active material layer 223 may contain, in addition to the positive electrode active material, one or more materials that can be used as a constituent component of the positive electrode active material layer 223 in a general lithium ion secondary battery as necessary. it can. An example of such a material is a conductive material. Examples of the conductive material include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber. One kind selected from such conductive material particles may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, oil furnace black, graphitized carbon black, carbon black, graphite, ketjen black, channel black, furnace black), carbon powder such as graphite powder may be used. it can. Alternatively, conductive metal powder such as nickel powder may be used. In addition, examples of the material that can be used as a component of the positive electrode active material layer include various polymer materials (for example, polyvinylidene fluoride (PVDF)) that can function as a binder for the positive electrode active material.

正極活物質層全体に占める正極活物質の割合は、凡そ50質量%以上(典型的には50〜95質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70〜95質量%であることが好ましい。導電剤を使用する場合、正極活物質層全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2〜20質量%とすることができ、通常は凡そ2〜15質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合には、正極活物質層全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ1〜10質量%とすることができ、通常は凡そ2〜5質量%とすることが適当である。   The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode active material layer is suitably about 50% by mass or more (typically 50 to 95% by mass), and usually about 70 to 95% by mass. preferable. When the conductive agent is used, the ratio of the conductive material in the entire positive electrode active material layer can be, for example, about 2 to 20% by mass, and preferably about 2 to 15% by mass. When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode active material layer can be, for example, about 1 to 10% by mass, and usually about 2 to 5% by mass is appropriate.

上記正極活物質層223の形成方法としては、正極活物質(典型的には粒状)その他の正極活物質層形成成分を適当な溶媒(例えば、N−メチルピロリドン(NMP)等の非水溶媒)に分散したペースト状の正極活物質層形成用組成物を、正極集電体221の片面または両面(ここでは両面)に帯状に塗布して乾燥させる方法を好ましく採用することができる。正極活物質層形成用組成物の乾燥後、適当な圧延処理(例えば、ロールプレス法、平板プレス法等の従来公知の各種プレス方法を採用することができる。)を施すことによって、正極活物質層223の厚みや密度を調整することができる。   As a method of forming the positive electrode active material layer 223, a positive electrode active material (typically granular) and other positive electrode active material layer forming components are used in an appropriate solvent (for example, a nonaqueous solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP)). A method in which the paste-like composition for forming a positive electrode active material layer dispersed in is applied in a strip shape on one side or both sides (here, both sides) of the positive electrode current collector 221 and dried can be preferably employed. After drying the composition for forming a positive electrode active material layer, an appropriate rolling process (for example, various conventionally known press methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed) is performed, thereby producing a positive electrode active material. The thickness and density of the layer 223 can be adjusted.

負極シート240は、図2に示すように、帯状の負極集電体241と負極活物質層243とを備えている。負極集電体241には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体241には、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極集電体241の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部242が設定されている。負極活物質層243は、負極集電体241に設定された未塗工部242を除いて、負極集電体241の両面に保持されている。負極活物質層243には、負極活物質が含まれている。   As shown in FIG. 2, the negative electrode sheet 240 includes a strip-shaped negative electrode current collector 241 and a negative electrode active material layer 243. For the negative electrode current collector 241, for example, a metal foil suitable for the negative electrode can be suitably used. In this embodiment, a strip-shaped copper foil having a thickness of about 10 μm is used for the negative electrode current collector 241. On one side in the width direction of the negative electrode current collector 241, an uncoated part 242 is set along the edge. The negative electrode active material layer 243 is held on both surfaces of the negative electrode current collector 241 except for the uncoated portion 242 set on the negative electrode current collector 241. The negative electrode active material layer 243 contains a negative electrode active material.

負極活物質としては、黒鉛材料が用いられる。該黒鉛材料としては、例えば、黒鉛質(グラファイト)、難黒鉛化炭素質(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質(ソフトカーボン)、天然黒鉛、天然黒鉛表面に非晶質炭素コートを施した材料が含まれる。中でも天然黒鉛もしくは人造黒鉛を主成分とする負極活物質(典型的には、実質的に天然黒鉛もしくは人造黒鉛からなる負極活物質)への適用が好ましい。かかる黒鉛は、扁平な鱗片形状の黒鉛であり得る。あるいは、該鱗片状黒鉛を球状化した球状化黒鉛であってもよい。   A graphite material is used as the negative electrode active material. Examples of the graphite material include graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), natural graphite, and a material obtained by applying amorphous carbon coating on the surface of natural graphite. Is included. In particular, application to a negative electrode active material (typically, a negative electrode active material substantially composed of natural graphite or artificial graphite) having natural graphite or artificial graphite as a main component is preferable. Such graphite can be flat scaly graphite. Alternatively, spheroidized graphite obtained by spheroidizing the flaky graphite may be used.

負極活物質層243は、負極活物質のほか、一般的なリチウムイオン二次電池において負極活物質層243の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、負極活物質の結着剤(バインダ)として機能し得るポリマー材料(例えばスチレン・ブタジエンゴム(SBR))、負極活物質層形成用組成物の増粘剤として機能し得るポリマー材料(例えばカルボキシメチルセルロース(CMC))等が挙げられる。   The negative electrode active material layer 243 may contain, in addition to the negative electrode active material, one or more materials that can be used as a constituent component of the negative electrode active material layer 243 in a general lithium ion secondary battery as necessary. it can. Examples of such materials are polymer materials that can function as a binder for the negative electrode active material (for example, styrene-butadiene rubber (SBR)), and function as a thickener for the composition for forming the negative electrode active material layer. Examples thereof include a polymer material to be obtained (for example, carboxymethyl cellulose (CMC)).

特に限定するものではないが、負極活物質層243全体に占める負極活物質(黒鉛)の割合は凡そ80質量%以上(例えば80〜99質量%)とすることができ、凡そ90質量%以上(例えば90〜99質量%、より好ましくは95〜99質量%)であることが好ましい。バインダを使用する組成では、負極活物質層243全体に占めるバインダの割合を、例えば、凡そ0.5〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1〜5質量%とすることが好ましい。   Although not particularly limited, the ratio of the negative electrode active material (graphite) to the entire negative electrode active material layer 243 can be approximately 80% by mass or more (for example, 80 to 99% by mass), and approximately 90% by mass or more ( For example, it is preferable that it is 90-99 mass%, More preferably, it is 95-99 mass%. In the composition using the binder, the proportion of the binder in the entire negative electrode active material layer 243 can be, for example, approximately 0.5 to 10% by mass, and is preferably approximately 1 to 5% by mass.

セパレータ262、264は、図2に示すように、正極シート220と負極シート240とを隔てる部材である。この例では、セパレータ262、264は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ262、264には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図2に示すように、負極活物質層243の幅b1は、正極活物質層223の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ262、264の幅c1、c2は、負極活物質層243の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。   As shown in FIG. 2, the separators 262 and 264 are members that separate the positive electrode sheet 220 and the negative electrode sheet 240. In this example, the separators 262 and 264 are made of a strip-shaped sheet material having a predetermined width and having a plurality of minute holes. As the separators 262 and 264, for example, a single layer structure separator or a multilayer structure separator made of a porous polyolefin resin can be used. In this example, as shown in FIG. 2, the width b1 of the negative electrode active material layer 243 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode active material layer 223. Furthermore, the widths c1 and c2 of the separators 262 and 264 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode active material layer 243 (c1, c2> b1> a1).

この実施形態では、捲回電極体200は、図2に示すように、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図2に示す例では、正極集電体221の未塗工部222と負極集電体241の未塗工部242は、それぞれセパレータ262、264の両側においてらせん状に露出している。この実施形態では、図1に示すように、未塗工部222(242)の中間部分は、寄せ集められ、電池ケース300の内部に配置された電極端子420、440(内部端子)の集電タブ420a、440aに溶接されている。   In this embodiment, the wound electrode body 200 is flatly bent in one direction orthogonal to the winding axis WL, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the uncoated portion 222 of the positive electrode current collector 221 and the uncoated portion 242 of the negative electrode current collector 241 are spirally exposed on both sides of the separators 262 and 264, respectively. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the middle part of the uncoated part 222 (242) is gathered and collected by the electrode terminals 420 and 440 (internal terminals) arranged inside the battery case 300. Welded to tabs 420a, 440a.

かかる構成のリチウムイオン二次電池100は、例えば、ケース300の開口部から電極体200を内部に収容し、該ケース300の開口部に蓋体340を取り付けた後、蓋体340に設けられた注液孔350から電解液90を注入する。かかる電解液90は、捲回軸WLの軸方向から捲回電極体200の内部に浸入する。次いで上記注液孔350を塞ぐことによってリチウムイオン二次電池100を構築することができる。   The lithium ion secondary battery 100 having such a configuration is provided in the lid 340 after the electrode body 200 is accommodated inside the opening of the case 300 and the lid 340 is attached to the opening of the case 300, for example. The electrolytic solution 90 is injected from the injection hole 350. The electrolytic solution 90 enters the wound electrode body 200 from the axial direction of the wound shaft WL. Next, the lithium ion secondary battery 100 can be constructed by closing the liquid injection hole 350.

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、上述のように電池内水分含有とP−オキサラト化合物添加の効果がより良く発揮され、低SOC出力と低抵抗とを高いレベルで両立できることから、例えば、自動車等の車両に搭載されるモータ(電動機)用電源として好適に使用され得る。かかる二次電池は、それらの複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態で使用されてもよい。したがって本発明は、かかるリチウムイオン二次電池(組電池の形態であり得る。)は、車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)のような電動機を備える自動車)に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。   As described above, the lithium ion secondary battery according to the present invention has better effects of moisture content in the battery and addition of the P-oxalato compound, and can achieve both low SOC output and low resistance at a high level. It can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Such secondary batteries may be used in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of them in series and / or in parallel. Accordingly, the present invention provides such a lithium ion secondary battery (which may be in the form of an assembled battery) as a vehicle (typically an automobile, in particular a hybrid automobile (HV), a plug-in hybrid automobile (PHV), an electric automobile (EV). ) Can be suitably used as a driving power source mounted on an automobile equipped with an electric motor such as).

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

≪試験例1≫
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのPVDFとを、それらの材料の質量比が90:8:2となるようにNMP中で混合して正極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布し乾燥することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極シートを得た。
<< Test Example 1 >>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as the positive electrode active material, acetylene black (AB) as the conductive material, and PVDF as the binder have a mass ratio of 90: A composition for forming a positive electrode active material layer was prepared by mixing in NMP so as to be 8: 2. This composition was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil (positive electrode current collector) and dried to obtain a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer formed on both sides of the positive electrode current collector.

負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてのSBRと、増粘材としてのCMCとを、それらの材料の質量比が98:1:1となるように水中で混合して負極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布し乾燥することにより、負極集電体の両面に負極活物質層が形成された負極シートを得た。   A negative electrode active material obtained by mixing graphite powder as a negative electrode active material, SBR as a binder, and CMC as a thickener in water so that the mass ratio of these materials is 98: 1: 1. A layer forming composition was prepared. This composition was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector) and dried to obtain a negative electrode sheet having a negative electrode active material layer formed on both sides of the negative electrode current collector.

非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=30:40:30の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.1mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。また、非水電解液には、P−オキサラト化合物としてのリチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(以下、LPFO)を添加した。ここではLPFOの濃度を0.02mol/Lとした。 The non-aqueous electrolyte is used as a supporting salt in a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of EC: DMC: EMC = 30: 40: 30. LiPF 6 dissolved at a concentration of 1.1 mol / L was used. Further, lithium difluorobis (oxalato) phosphate (hereinafter referred to as LPFO) as a P-oxalato compound was added to the non-aqueous electrolyte. Here, the LPFO concentration was 0.02 mol / L.

セパレータとしては、厚み20μmの長尺状の多孔質ポリエチレンシートを二枚用意した。   As the separator, two long porous polyethylene sheets having a thickness of 20 μm were prepared.

<電池内水分量>
種々の異なる露点を示す環境下、すなわち湿度の異なる環境下で上記正極、負極、セパレータおよび非水電解液を構築した。そして、上記の正極、負極、セパレータ、非水電解液について、水分量を定量した。水分計は、カールフィッシャー水分計を用いた。これら定量値から、電池内に混入する水分の総量(すなわち電池の作製に用いられる各部材の水分量の合計)を算出した。上記のように、この評価試験では、上記水分の総量(mg)が種々異なる計13種類のサンプルを用意した。
<Moisture content in the battery>
The positive electrode, the negative electrode, the separator, and the non-aqueous electrolyte were constructed in an environment showing various different dew points, that is, in an environment with different humidity. And the moisture content was quantified about said positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. As the moisture meter, a Karl Fischer moisture meter was used. From these quantitative values, the total amount of moisture mixed into the battery (that is, the total amount of moisture of each member used for manufacturing the battery) was calculated. As described above, in this evaluation test, a total of 13 types of samples with different total amounts (mg) of water were prepared.

上記正極シート及び負極シートを2枚のセパレータを介して捲回し、この捲回体を側面方向から押しつぶすことにより扁平状の捲回電極体を作製した。このようにして得られた捲回電極体を上記非水電解液とともに金属製の箱型の電池ケースに収容し、電池ケースの開口部を気密に封口した。このようにして評価試験用リチウムイオン二次電池を組み立てた。   The positive electrode sheet and the negative electrode sheet were wound through two separators, and the wound body was crushed from the side surface to produce a flat wound electrode body. The wound electrode body thus obtained was housed in a metal box-type battery case together with the non-aqueous electrolyte, and the opening of the battery case was hermetically sealed. In this way, a lithium ion secondary battery for evaluation test was assembled.

≪試験例2≫
また、比較のために、LPFOを添加していない非水電解液を用いてリチウムイオン二次電池を構築した。LPFOを添加していないこと以外は試験例1と同じ条件とした。
<< Test Example 2 >>
For comparison, a lithium ion secondary battery was constructed using a non-aqueous electrolyte not added with LPFO. The conditions were the same as in Test Example 1 except that LPFO was not added.

<電池容量(初期容量)>
上記構築した各例のリチウムイオン二次電池に対して、初期充放電処理を行った。具体的には、25℃の環境下において、上記電池を正負極端子間の電圧が4.1Vになるまで1/3Cの定電流で充電(CC充電)し、続いて合計の充電時間が1.5時間となるまで定電圧で充電(CV充電)した後、10分間休止し、正負極端子間の電圧が3.0Vになるまで1/3Cの定電流で放電(CC放電)し、続いて合計の充電時間が1.5時間となるまで定電圧で放電(CV放電)した後、10分休止する操作を1サイクルとして、これを3サイクル繰り返した。そして、3サイクル目のCCCV放電容量を電池容量(初期容量)とした。この試験用リチウムイオン二次電池では、電池容量が凡そ(4.0Ahとなった。また、上記LPFOの添加量(mg)を上記電池容量(Ah)で除すことによって、電池容量あたりのLPFOの添加量W2(mg/Ah)を算出した。また、上記水分の総量(mg)を上記電池容量(Ah)で除すことによって、電池容量あたりの電池内に含まれる水分の総量W1(mg/Ah)を算出した。
<Battery capacity (initial capacity)>
The initial charge / discharge treatment was performed on the lithium ion secondary batteries constructed in the above examples. Specifically, in an environment of 25 ° C., the battery is charged with a constant current of 1/3 C (CC charge) until the voltage between the positive and negative terminals becomes 4.1 V, and then the total charging time is 1 Charge at a constant voltage (CV charge) until 5 hours, then rest for 10 minutes, discharge at a constant current of 1/3 C (CC discharge) until the voltage between the positive and negative terminals reaches 3.0 V, then Then, after discharging at a constant voltage (CV discharge) until the total charging time became 1.5 hours, an operation of resting for 10 minutes was defined as 1 cycle, and this was repeated 3 cycles. The CCCV discharge capacity at the third cycle was defined as the battery capacity (initial capacity). In this test lithium ion secondary battery, the battery capacity was about (4.0 Ah. Further, by dividing the addition amount (mg) of the LPFO by the battery capacity (Ah), the LPFO per battery capacity was reduced. In addition, the total amount of water contained in the battery per battery capacity W1 (mg) was calculated by dividing the total amount of water (mg) by the battery capacity (Ah). / Ah) was calculated.

<SOC25%の充電状態でのIV抵抗>
各試験用リチウムイオン二次電池について、SOC25%の充電状態での出力特性を評価するため、ここではIV抵抗を測定した。IV抵抗は、次の手順によって算出した。手順1:SOC25%の充電状態とした。
手順2:手順1の後、25℃の環境下で、1C、3C、5Cでそれぞれ10秒間充電処理する。
ここでは、手順2で測定された測定電流値を横軸に、手順2での初期電圧値から10秒時点での電圧値を引いた値である電圧ドロップ値ΔVを縦軸にプロットし、その傾きからIV抵抗を求めた。結果を表1、表2、図3および図4に示す。表1および図3は試験例1(LPFOの添加量:40.5mg/Ah)の結果を示している。また表2および図4は、比較例1(LPFOの添加なし)の結果を示している。
<IV resistance when SOC is 25% charged>
In order to evaluate the output characteristics of each test lithium ion secondary battery in a state of charge of SOC 25%, IV resistance was measured here. The IV resistance was calculated by the following procedure. Procedure 1: It was set as the charge state of SOC25%.
Procedure 2: After Procedure 1, in a 25 ° C. environment, charge is performed for 10 seconds at 1C, 3C, and 5C, respectively.
Here, the measured current value measured in the procedure 2 is plotted on the horizontal axis, and the voltage drop value ΔV, which is a value obtained by subtracting the voltage value at the time of 10 seconds from the initial voltage value in the procedure 2, is plotted on the vertical axis. The IV resistance was determined from the slope. The results are shown in Table 1, Table 2, FIG. 3 and FIG. Table 1 and FIG. 3 show the results of Test Example 1 (LPFO addition amount: 40.5 mg / Ah). Table 2 and FIG. 4 show the results of Comparative Example 1 (without addition of LPFO).

<抵抗増加速度>
抵抗増加速度は、以下のようにして測定した。電池作製後、−10℃の条件においてSOC60%に調整した。かかる電池を5時間保管し、電池が内部まで−10℃になるように調節した。その後、40Aで10秒間放電させたときの電圧ドロップ値からIV抵抗を算出した。かかる電池をSOC80%に調整し、60℃で保存した。そして、60℃での保存期間が30日、60日、90日ごとに−10℃でIV抵抗を測定し、保存期間の平方根を横軸、IV抵抗を縦軸にプロットし、その傾きから抵抗増加速度(dmΩ/d√t)を求めた。結果を表1、表2、図3および図4に示す。
<Resistance increase speed>
The resistance increase rate was measured as follows. After producing the battery, the SOC was adjusted to 60% under the condition of −10 ° C. The battery was stored for 5 hours and adjusted so that the battery reached -10 ° C to the inside. Then, IV resistance was computed from the voltage drop value when discharging at 40 A for 10 seconds. The battery was adjusted to SOC 80% and stored at 60 ° C. The IV resistance was measured at −10 ° C. every 30 days, 60 days, and 90 days at 60 ° C., the square root of the storage period was plotted on the horizontal axis, and the IV resistance was plotted on the vertical axis. The increase rate (dmΩ / d√t) was determined. The results are shown in Table 1, Table 2, FIG. 3 and FIG.

Figure 0006110287
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Figure 0006110287
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表1、表2、図3および図4に示すように、LPFOの添加の有無にかかわらず、電池内水分量W1が増大するに従いIV抵抗は減少傾向となった。ここで供試した電池の場合、電池内の水分量W1を4.15mg/Ah以上とすることによって、2.3mΩ以下という低いIV抵抗を達成できた。さらに電池内の水分量W1を8mg/Ah以上とすることによって、1.5mΩ以下という極めて低いIV抵抗を達成できた。この結果から、電池内水分量W1を多くすることによって、低SOC領域における出力特性が向上することが確かめられた。一方、電池内水分量W1が増えると、抵抗増大速度も増大傾向を示した。しかし、電池内の水分量W1が同じ場合、LPFOを非水電解液に添加した試験例1は、試験例2に比べて抵抗増大速度の上昇が抑制されていた。例えば、電池内水分量W1が18.37mg/Ahの場合、試験例1の抵抗増大速度は0.023であり、試験例2に比べて抵抗増大速度が小さかった。このように、電池内水分量W1が同じ場合、LPFOを非水電解液に添加することにより、抵抗増大速度が小さくなるとの傾向がみられた。この結果から、LPFOを非水電解液に添加することにより、電池内水分量W1を多くしても、抵抗増大速度が低下し、抵抗増大が適切に抑えられることが確認された。   As shown in Table 1, Table 2, FIG. 3 and FIG. 4, the IV resistance tended to decrease as the moisture content W1 in the battery increased regardless of whether or not LPFO was added. In the case of the battery used here, a low IV resistance of 2.3 mΩ or less could be achieved by setting the water content W1 in the battery to 4.15 mg / Ah or more. Furthermore, by setting the water content W1 in the battery to 8 mg / Ah or more, an extremely low IV resistance of 1.5 mΩ or less could be achieved. From this result, it was confirmed that the output characteristics in the low SOC region are improved by increasing the moisture content W1 in the battery. On the other hand, when the moisture content W1 in the battery increased, the resistance increasing rate also showed an increasing tendency. However, when the water content W1 in the battery is the same, the increase in the resistance increase rate in Test Example 1 in which LPFO was added to the non-aqueous electrolyte was suppressed as compared with Test Example 2. For example, when the moisture content W1 in the battery was 18.37 mg / Ah, the resistance increase rate of Test Example 1 was 0.023, and the resistance increase rate was smaller than that of Test Example 2. Thus, when the moisture content W1 in the battery was the same, there was a tendency that the resistance increasing rate was reduced by adding LPFO to the non-aqueous electrolyte. From this result, it was confirmed that by adding LPFO to the non-aqueous electrolyte, the resistance increase rate is reduced and the increase in resistance can be appropriately suppressed even if the moisture content W1 in the battery is increased.

≪試験例3≫
LPFOの添加量を20.2mg/Ahに変更したこと以外は試験例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。そして、SOC25%の充電状態でのIV抵抗と抵抗増加速度を評価した。結果を表3に示す。
<< Test Example 3 >>
A lithium ion secondary battery was produced under the same conditions as in Test Example 1 except that the amount of LPFO added was changed to 20.2 mg / Ah. Then, the IV resistance and the resistance increase rate in a state of charge of SOC 25% were evaluated. The results are shown in Table 3.

≪試験例4≫
LPFOの添加量を60.7mg/Ahに変更したこと以外は試験例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。そして、SOC25%の充電状態でのIV抵抗と抵抗増加速度を評価した。結果を表4に示す。
<< Test Example 4 >>
A lithium ion secondary battery was produced under the same conditions as in Test Example 1 except that the amount of LPFO added was changed to 60.7 mg / Ah. Then, the IV resistance and the resistance increase rate in a state of charge of SOC 25% were evaluated. The results are shown in Table 4.

≪試験例5≫
LPFOの添加量を81mg/Ahに変更したこと以外は試験例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。そして、SOC25%の充電状態でのIV抵抗と抵抗増加速度を評価した。結果を表5に示す。
<< Test Example 5 >>
A lithium ion secondary battery was produced under the same conditions as in Test Example 1 except that the amount of LPFO added was changed to 81 mg / Ah. Then, the IV resistance and the resistance increase rate in a state of charge of SOC 25% were evaluated. The results are shown in Table 5.

Figure 0006110287
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Figure 0006110287
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Figure 0006110287
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試験例1、3〜5について、電池内水分量W1とLPFO量W2の比の値(W2/W1)とIV抵抗および抵抗増加速度との関係を図5(試験例3)、図6(試験例1)、図7(試験例4)および図8(試験例5)にそれぞれ示す。   Regarding Test Examples 1 and 3 to 5, the relationship between the ratio of the water content W1 in the battery to the LPFO content W2 (W2 / W1), the IV resistance, and the resistance increase rate is shown in FIG. 5 (Test Example 3) and FIG. Example 1), FIG. 7 (Test Example 4) and FIG. 8 (Test Example 5) are shown respectively.

図5〜図8に示すように、何れの試験例1、3〜5においても、電池内水分量W1とLPFO量W2の比の値(W2/W1)が増大するに従い抵抗増大速度が低下傾向になった。上記比の値(W2/W1)が大きくなるほど、水分由来のHFとLPFOとの反応が起こりやすくなり、HFによる正極の抵抗増加が抑えられたものと推測される。ここで供試した電池の場合、上記比の値(W2/W1)を2.25以上にすることによって、0.3以下という極めて低い抵抗増大速度を達成できた。抵抗増大速度を小さくする観点からは、上記比の値(W2/W1)は2.25以上にすることが適当であり、好ましくは3以上である。これにより、良好な電池性能(典型的には低抵抗)を維持しつつ、低SOC域においても高い出力を安定して発揮することができる。   As shown in FIGS. 5 to 8, in any of Test Examples 1 and 3 to 5, the resistance increasing rate tends to decrease as the ratio value (W2 / W1) of the moisture content W1 in the battery to the LPFO amount W2 increases. Became. It is presumed that the larger the value of the ratio (W2 / W1), the more likely the reaction between moisture-derived HF and LPFO occurs, and that the increase in resistance of the positive electrode due to HF is suppressed. In the case of the battery used here, by setting the value of the ratio (W2 / W1) to 2.25 or more, a very low resistance increase rate of 0.3 or less could be achieved. From the viewpoint of reducing the resistance increase rate, the value of the ratio (W2 / W1) is suitably 2.25 or more, preferably 3 or more. Thereby, high output can be stably exhibited even in a low SOC region while maintaining good battery performance (typically low resistance).

≪試験例6≫
電池内水分量W1およびLPFO量W2を表6のように変更したこと以外は試験例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。
<< Test Example 6 >>
A lithium ion secondary battery was fabricated under the same conditions as in Test Example 1 except that the moisture content W1 and LPFO amount W2 in the battery were changed as shown in Table 6.

<−30℃反応抵抗>
上記得られたリチウムイオン二次電池をSOC40%に調整した後、恒温槽に入れ、−30℃まで冷却し、交流インピーダンス測定を行った。そして、得られたインピーダンスのナイキストプロットから半円の直径を読み取り、反応抵抗(Ω)とした。交流インピーダンスの測定条件については、交流印加電圧5mV、周波数範囲0.001Hz〜100000Hzとした。結果を表6および図9に示す。図9はLPFO量と−30℃反応抵抗との関係を示すグラフである。
<-30 ° C reaction resistance>
After adjusting the obtained lithium ion secondary battery to SOC 40%, it was put into a thermostat, cooled to −30 ° C., and AC impedance measurement was performed. And the diameter of the semicircle was read from the Nyquist plot of the obtained impedance, and it was set as the reaction resistance (Ω). The AC impedance measurement conditions were an AC applied voltage of 5 mV and a frequency range of 0.001 Hz to 100,000 Hz. The results are shown in Table 6 and FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of LPFO and the −30 ° C. reaction resistance.

Figure 0006110287
Figure 0006110287

表6および図9に示すように、電池内水分量W1にかかわらず、LPFO量W2が405mg/Ahを超えると、反応抵抗が増加する傾向がみられた。反応抵抗を低下させる観点からは、LPFO量W2は405mg/Ah以下にすることが適当であり、好ましくは300mg/Ah以下である。これにより、低温においても急速充電、高出力が発揮され、高い電池性能が実現される。   As shown in Table 6 and FIG. 9, the reaction resistance tended to increase when the LPFO amount W2 exceeded 405 mg / Ah, regardless of the moisture content W1 in the battery. From the viewpoint of reducing the reaction resistance, the LPFO amount W2 is suitably 405 mg / Ah or less, preferably 300 mg / Ah or less. Thereby, quick charge and high output are exhibited even at low temperatures, and high battery performance is realized.

≪試験例7≫
LPFO量W2を81mg/Ahに変更したこと以外は試験例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製した。
<< Test Example 7 >>
A lithium ion secondary battery was fabricated under the same conditions as in Test Example 1 except that the LPFO amount W2 was changed to 81 mg / Ah.

<高温保存特性>
上記得られたリチウムイオン二次電池に対し、SOC80%に調整した後、60℃の恒温槽に収容し、30日間の高温エージングを行った。そして、高温保存後の電池容量を、上記<電池容量(初期容量)>と同じ条件で測定し、[(高温保存後の電池容量)/(初期容量)]×100(%)から、高温保存後容量維持率を求めた。結果を表7および図10に示す。図10は、電池内水分量W1とLPFO量W2の比の値(W2/W1)と高温保存後容量維持率との関係を示すグラフである。
<High temperature storage characteristics>
The lithium ion secondary battery obtained above was adjusted to SOC 80%, and then housed in a constant temperature bath at 60 ° C. and subjected to high temperature aging for 30 days. Then, the battery capacity after high temperature storage is measured under the same conditions as the above <battery capacity (initial capacity)>, and [(battery capacity after high temperature storage) / (initial capacity)] × 100 (%) The post capacity retention rate was determined. The results are shown in Table 7 and FIG. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the value (W2 / W1) of the ratio of the moisture content in the battery W1 and the LPFO amount W2 and the capacity retention rate after high-temperature storage.

Figure 0006110287
Figure 0006110287

表7および図10に示すように、電池内水分量W1とLPFO量W2の比の値(W2/W1)が3を下回ると、高温保存後容量維持率が低下する傾向がみられた。高温保存後容量維持率を向上させる観点からは、上記比の値は3以上にすることが適当であり、好ましくは5以上である。これにより、高温において電池容量が低下することなく、高い電池性能が実現される。   As shown in Table 7 and FIG. 10, when the value (W2 / W1) of the battery water content W1 and the LPFO content W2 was less than 3, the capacity retention rate after high-temperature storage tended to decrease. From the viewpoint of improving the capacity retention rate after high-temperature storage, the value of the ratio is suitably 3 or more, preferably 5 or more. Thereby, high battery performance is realized without battery capacity decreasing at high temperatures.

以上、ここで提案される二次電池について種々説明したが、本発明は、特に言及されない限りにおいて、上述した何れの実施形態にも限定されない。   Although the various secondary batteries proposed here have been described above, the present invention is not limited to any of the above-described embodiments unless otherwise specified.

例えば、角形電池に限定されず、他の電池形態として、円筒型電池やラミネート型電池などであってもよい。ここで円筒型電池は、円筒型の電池ケースに捲回電極体を収容した電池である。また、ラミネート型電池は、正極シートと負極シートとをセパレータを介在させて積層した電池である。さらに、二次電池の電極体は、捲回電極体を例示したが、正極シートと、負極シートとが、セパレータを介して交互に積層された、いわゆる積層型の電極体で構成してもよい   For example, the battery is not limited to a rectangular battery, and other battery forms may be a cylindrical battery or a laminate battery. Here, the cylindrical battery is a battery in which a wound electrode body is accommodated in a cylindrical battery case. A laminate type battery is a battery in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are stacked with a separator interposed therebetween. Furthermore, although the electrode body of the secondary battery has been illustrated as a wound electrode body, it may be constituted by a so-called stacked electrode body in which positive electrode sheets and negative electrode sheets are alternately stacked via separators.

また、ここでは、リチウムイオン二次電池を例示したが、ここで提案される二次電池は特に明示的に限定されない限りにおいて、リチウムイオン二次電池以外の非水電解液二次電池にも採用しうる。   In addition, here, lithium ion secondary batteries have been illustrated, but the secondary batteries proposed here are also employed in non-aqueous electrolyte secondary batteries other than lithium ion secondary batteries unless specifically limited. Yes.

90 非水電解液
100 リチウムイオン二次電池
200 捲回電極体
220 正極シート
221 正極集電体
223 正極活物質層
240 負極シート
241 負極集電体
243 負極活物質層
262,264 セパレータ
300 電池ケース
320 ケース本体
340 蓋体
420 正極端子
440 負極端子
90 non-aqueous electrolyte 100 lithium ion secondary battery 200 wound electrode body 220 positive electrode sheet 221 positive electrode current collector 223 positive electrode active material layer 240 negative electrode sheet 241 negative electrode current collector 243 negative electrode active material layer 262, 264 separator 300 battery case 320 Case body 340 Lid 420 Positive terminal 440 Negative terminal

Claims (8)

正極と負極とセパレータと非水電解液とを備える非水電解液二次電池であって、
前記非水電解液は、フッ素を構成元素とする支持塩を0.1mol/L〜5mol/Lの濃度で含有しており、
前記非水電解液は、以下の一般式(I):
[PX6−2n(C (I)
(式(I)中において、Aリチウムのカチオンであり、Xはフッ素原子であり、nは、2である。)
で示される化合物を含んでおり、
ここで初回の充放電処理前において、前記電池の容量1Ahあたりについて、前記電池内に含まれる水分の総量をW1とし、前記非水電解液中の前記化合物の量をW2とした場合に、下記(1)〜(3);
(1)4.15(mg/Ah)≦W1
(2)20(mg/Ah)≦W2
(3)2.25≦W2/W1
の関係が成立する、非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte contains a supporting salt containing fluorine as a constituent element at a concentration of 0.1 mol / L to 5 mol / L,
The non-aqueous electrolyte has the following general formula (I):
A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] (I)
(In the formula (I), A + is a lithium cation, X is a fluorine atom, and n is 2. )
Including a compound represented by
Here, when the total amount of moisture contained in the battery is W1 and the amount of the compound in the non-aqueous electrolyte solution is W2 before the first charge / discharge treatment, per capacity 1 Ah of the battery, (1) to (3);
(1) 4.15 (mg / Ah) ≦ W1
(2) 20 (mg / Ah) ≦ W2
(3) 2.25 ≦ W2 / W1
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which the above relationship is established.
前記水分の総量W1が、7.14(mg/Ah)≦W1を満たす、請求項1に記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the total amount W1 of the water satisfies 7.14 (mg / Ah) ≦ W1. 前記化合物の量W2が、W2≦500(mg/Ah)を満たす、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the amount W2 of the compound satisfies W2 ≤ 500 (mg / Ah). 前記W2/W1が、3≦W2/W1を満たす、請求項1〜3の何れか一つに記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the W2 / W1 satisfies 3 ≦ W2 / W1. 正極と負極とセパレータとを備える電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池を製造する方法であって:
前記電極体および前記非水電解液を用意する工程、ここで前記非水電解液は、フッ素を構成元素とする支持塩を0.1mol/L〜5mol/Lの濃度で含有しており、前記非水電解液は、以下の一般式(I)
[PX6−2n(C (I)
(式(I)中において、Aリチウムのカチオンであり、Xはフッ素原子であり、nは、2である。)で示される化合物を含んでいる;
前記用意した前記電極体および前記非水電解液を電池ケースに収容する工程、ここで前記電極体と前記非水電解液とに含まれる水分の総量をW1とし、前記非水電解液中の前記化合物の量をW2とした場合に、下記(1)〜(3):
(1)4.15mg/Ah≦W1
(2)20mg/Ah≦W2
(3)2.25≦W2/W1
の関係が成立する;および
前記電池ケースに収容した前記電極体に対して初回の充放電処理を行う工程;
を包含する、非水電解液二次電池の製造方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode body comprising a positive electrode, a negative electrode and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution:
Preparing the electrode body and the non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains a supporting salt containing fluorine as a constituent element at a concentration of 0.1 mol / L to 5 mol / L, The non-aqueous electrolyte has the following general formula (I)
A + [PX 6-2n (C 2 O 4 ) n ] (I)
(In the formula (I), A + is a lithium cation, X is a fluorine atom, and n is 2 ).
The step of accommodating the prepared electrode body and the non-aqueous electrolyte in a battery case, wherein the total amount of moisture contained in the electrode body and the non-aqueous electrolyte is W1, and the non-aqueous electrolyte is in the non-aqueous electrolyte. When the amount of the compound is W2, the following (1) to (3):
(1) 4.15 mg / Ah ≦ W1
(2) 20 mg / Ah ≦ W2
(3) 2.25 ≦ W2 / W1
And the first charge / discharge process for the electrode body housed in the battery case;
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記水分の総量W1が、7.14(mg/Ah)≦W1を満たす、請求項5に記載の非水電解液二次電池製造方法。   The non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method according to claim 5, wherein the total amount W1 of the water satisfies 7.14 (mg / Ah) ≦ W1. 前記化合物の量W2が、W2≦500(mg/Ah)を満たす、請求項5または6に記載の非水電解液二次電池製造方法。   The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the amount W2 of the compound satisfies W2 ≦ 500 (mg / Ah). 前記W2/W1が、3≦W2/W1を満たす、請求項5〜7の何れか一つに記載の非水電解液二次電池製造方法。
The non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method according to claim 5, wherein the W2 / W1 satisfies 3 ≦ W2 / W1.
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