JP6187293B2 - Method for producing non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、高電圧での使用が可能な非水系二次電池を製造する非水系二次電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery manufacturing method for manufacturing a non-aqueous secondary battery that can be used at a high voltage.

近年、携帯電話やノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型軽量でかつ高容量の二次電池が必要とされている。この要望に応える高容量二次電池として、正極材料としてリチウム複合金属酸化物、負極材料としては炭素系材料を用いた非水系二次電池が開発されている。   In recent years, along with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, secondary batteries with small and light weight and high capacity are required. As a high-capacity secondary battery that meets this demand, a non-aqueous secondary battery using a lithium composite metal oxide as a positive electrode material and a carbon-based material as a negative electrode material has been developed.

正極活物質として用いられるリチウム複合金属酸化物には、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3が挙げられる。 Examples of the lithium composite metal oxide used as the positive electrode active material include LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 and Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2. Can be mentioned.

ところで、非水系二次電池の一般的な電圧上限値は4.2Vであるが、4.2Vを超える電圧まで充電することが検討されている(特許文献4参照)。このような高電圧の充電は正極に過剰な負荷を与え、正極活物質の構造に損傷が生じて、抵抗の増加やサイクル特性の低下を引き起こすことが懸念される。   By the way, although the general voltage upper limit of a non-aqueous secondary battery is 4.2V, charging to the voltage exceeding 4.2V is examined (refer patent document 4). There is a concern that such high-voltage charging may cause an excessive load on the positive electrode, damage the structure of the positive electrode active material, and increase resistance or decrease cycle characteristics.

非水系二次電池では、充放電サイクル特性を向上させるために、所定条件下で初回の充放電(コンディショニング処理)を行うことが提案されている。例えば、特許文献1では、初回の充放電を、35〜80℃で行うことが提案されている。特許文献2では、初回の充電の条件を、充電電圧4.2〜4.75V、充電時間10〜20分とすることが提案されている。特許文献3では、電解液にLiBOBが含まれる場合、BOBアニオンの酸化分解生成物の皮膜が正極活物質表面に形成される高電圧範囲に属するまで充電処理を行うことが提案されている。   In a non-aqueous secondary battery, in order to improve charge / discharge cycle characteristics, it has been proposed to perform initial charge / discharge (conditioning treatment) under a predetermined condition. For example, Patent Document 1 proposes to perform the first charge / discharge at 35 to 80 ° C. In Patent Document 2, it is proposed that the initial charging conditions are a charging voltage of 4.2 to 4.75 V and a charging time of 10 to 20 minutes. Patent Document 3 proposes that when the electrolyte solution contains LiBOB, the charging treatment is performed until the film of the oxidative decomposition product of the BOB anion belongs to the high voltage range formed on the surface of the positive electrode active material.

特開2012−230779号公報JP 2012-230779 A 特開2009−238433号公報JP 2009-238433 A 特開2009−252489号公報JP 2009-252489 A 特開2012−160435号公報JP 2012-160435 A

しかしながら、上記特許文献に開示されている条件で初回の充放電を行っても、高電圧下での電池使用の際に、正極活物質の構造損傷が生じて、サイクル特性の向上を図ることができない。   However, even if the first charge / discharge is performed under the conditions disclosed in the above-mentioned patent document, structural damage of the positive electrode active material occurs when the battery is used under a high voltage, and the cycle characteristics can be improved. Can not.

そこで、本発明者は、高電圧下での使用でもサイクル特性に優れた非水系二次電池を開発するべく、初回充放電の条件を鋭意研究した。   Therefore, the present inventor has eagerly studied the conditions of the first charge / discharge in order to develop a non-aqueous secondary battery that is excellent in cycle characteristics even when used under a high voltage.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、サイクル特性に優れた非水系二次電池を製造するための非水系二次電池の製造方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the manufacturing method of the non-aqueous secondary battery for manufacturing the non-aqueous secondary battery excellent in cycling characteristics.

本発明の非水系二次電池の製造方法は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液と、前記正極、前記負極、及び前記非水電解液を収容したケースとを備える非水系二次電池の組付体(以下、「電池組付体」という)に、前記電池組付体の電圧が定格電圧以上4.2V以下の範囲に到達するように初回充電を行う初回充電工程と、前記初回充電工程を行った後から12時間未満にエージング処理を開始し、前記エージング処理では前記電池組付体を40℃以上65℃以下の高温環境に所定時間保持する高温保持工程と、前記エージング処理を行った前記電池組付体に、前記電池組付体の電圧が4.2Vを超える範囲に到達するまで充電を行い、その後放電を行うコンディショニング処理を行う充放電工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing a non-aqueous secondary battery of the present invention accommodates a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte. The first charge is performed on the non-aqueous secondary battery assembly (hereinafter referred to as “battery assembly”) having a case so that the voltage of the battery assembly reaches a range of the rated voltage to 4.2 V or less. The aging process is started in less than 12 hours after the initial charging process and the initial charging process are performed. In the aging process, the battery assembly is held in a high temperature environment of 40 ° C. or more and 65 ° C. or less for a predetermined time. Charge / discharge in which the battery assembly subjected to the high temperature holding step and the aging treatment is charged until the voltage of the battery assembly reaches a range exceeding 4.2 V, and then subjected to a conditioning process for discharging. Process It is characterized in.

本発明においては、上記のように所定の条件下でエージング処理とコンディショニング処理を行っているため、サイクル特性に優れた非水系二次電池を製造することができる。   In the present invention, since the aging process and the conditioning process are performed under predetermined conditions as described above, a non-aqueous secondary battery having excellent cycle characteristics can be manufactured.

本発明の実施形態について詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の非水系二次電池の製造方法は、非水系二次電池の組付体(電池組付体)に初回充電工程と、高温保持工程と、充放電工程とを有する。初回充電工程と高温保持工程と充放電工程とは、非水系二次電池の実使用前に行われるため、本発明の非水系二次電池の製造方法は、非水系二次電池の前処理方法として把握することもできる。本明細書において、充電工程と高温保持工程と充放電工程とを行う電池を電池組付体といい、これらの工程を行って製造された電池を非水系二次電池という。   The manufacturing method of the non-aqueous secondary battery of this invention has an initial charge process, a high temperature holding process, and a charging / discharging process in the assembly (battery assembly) of a non-aqueous secondary battery. Since the initial charging step, the high temperature holding step, and the charge / discharge step are performed before actual use of the non-aqueous secondary battery, the non-aqueous secondary battery manufacturing method of the present invention is a pre-treatment method for a non-aqueous secondary battery. Can also be grasped. In this specification, a battery that performs a charging process, a high temperature holding process, and a charge / discharge process is referred to as a battery assembly, and a battery that is manufactured by performing these processes is referred to as a non-aqueous secondary battery.

一般に、電池組付体には、正極の表面に、正極活物質の原料、焼き残り、酸化物などの不純物が残存する。このため、正極では電池反応が局部集中して起こり、正極活物質の結晶構造が破壊される。正極活物質の劣化につながり、サイクル特性が低下する。   In general, in the battery assembly, impurities such as a raw material of the positive electrode active material, unbaked residue, and oxide remain on the surface of the positive electrode. For this reason, battery reactions occur locally in the positive electrode, and the crystal structure of the positive electrode active material is destroyed. It leads to deterioration of the positive electrode active material, and the cycle characteristics are lowered.

そこで、本発明では、初回充電を行った後に高温保持工程で電池組付体を高温で保持することにより、実使用前の段階で正極の表面に残存する不純物を分解除去するとともに、電解液と均一に反応する表面状態とする。   Therefore, in the present invention, after the initial charge is performed, the battery assembly is held at a high temperature in the high temperature holding step to decompose and remove impurities remaining on the surface of the positive electrode before the actual use, The surface state is to react uniformly.

その後、充放電工程において高電圧下で電池組付体にコンディショニング処理を行うことにより、より安定な表面状態となる。高電圧使用で、抵抗が少なく、サイクル特性が向上する。   Then, it becomes a more stable surface state by performing a conditioning process to a battery assembly under a high voltage in a charge / discharge process. Uses a high voltage to reduce resistance and improve cycle characteristics.

もし、コンディショニング処理のみを行うと、コンディショニング処理のときに正極に過剰な負荷がかかり、反応性が不均一になり、局所的に結晶構造破壊を引き起こし、抵抗の増加を引き起こす。初回充電とコンディショニング処理を行うと、コンディショニング処理のみを行う場合よりも抵抗を下げることができるが、サイクル特性が若干低下する傾向にある。初回充電とエージング処理とコンディショニング処理を行うことで、更に、抵抗を低くでき、またサイクル特性も向上させることができる。   If only the conditioning process is performed, an excessive load is applied to the positive electrode during the conditioning process, the reactivity becomes non-uniform, the crystal structure is broken locally, and the resistance is increased. When the initial charge and the conditioning process are performed, the resistance can be lowered as compared with the case where only the conditioning process is performed, but the cycle characteristics tend to be slightly decreased. By performing the initial charging, aging treatment, and conditioning treatment, the resistance can be further lowered and the cycle characteristics can be improved.

非水系二次電池の組付体(電池組付体)は、後述するように、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液と、これらを収容するケースとを有する。この電池組付体には、初回充電工程、高温保持工程、及び充放電工程を行う、以下、各工程について詳細に説明する。   As will be described later, the non-aqueous secondary battery assembly (battery assembly) includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a case containing these. Have This battery assembly is subjected to an initial charge process, a high temperature holding process, and a charge / discharge process. Each process will be described in detail below.

(1)初回充電工程
初回充電工程では、電池組付体に、電池組付体の電圧(電池電圧)が定格電圧以上4.2V以下の範囲に到達するように初回充電を行う。初回充電は、電池組付体の正極と電解液とが接触した時点から20時間以内に開始するとよい。初回充電の開始が遅すぎると、負極集電箔が溶解するおそれがある。
(1) Initial charging step In the initial charging step, initial charging is performed on the battery assembly so that the voltage (battery voltage) of the battery assembly reaches a range of the rated voltage to 4.2V. The initial charging is preferably started within 20 hours from the time when the positive electrode of the battery assembly and the electrolytic solution come into contact with each other. If the start of the first charge is too late, the negative electrode current collector foil may be dissolved.

電池組付体の初回充電では、充電器を用いて、電池組付体の電圧、即ち正極と負極との電位差が定格電圧以上4.2V以下の範囲に到達するようにする。電池組付体の電圧が4.2Vを超える場合には、高電圧が正極に印加され正極に過剰な負荷がかかる。この場合、正極活物質の電池反応が不均一になり、局所的に結晶構造破壊を引き起こし、抵抗の増加及びサイクル特性の低下を起こすおそれがある。   In the initial charging of the battery assembly, a charger is used so that the voltage of the battery assembly, that is, the potential difference between the positive electrode and the negative electrode reaches a range of the rated voltage or more and 4.2 V or less. When the voltage of the battery assembly exceeds 4.2 V, a high voltage is applied to the positive electrode, and an excessive load is applied to the positive electrode. In this case, the battery reaction of the positive electrode active material becomes non-uniform, which causes local crystal structure destruction, which may increase resistance and decrease cycle characteristics.

電池組付体の初回充電の電圧の範囲の下限は、例えば、非水系二次電池の定格電圧である。電池組付体の初回充電の電圧が定格電圧未満では、電圧不足で、抵抗及びサイクル特性が低下するおそれがある。   The lower limit of the voltage range for the initial charge of the battery assembly is, for example, the rated voltage of the non-aqueous secondary battery. When the voltage for the initial charge of the battery assembly is less than the rated voltage, there is a risk that the resistance and cycle characteristics may deteriorate due to insufficient voltage.

定格電圧とは、非水系二次電池を安定して使用できる電圧の上限値をいう。非水系二次電池の定格電圧は、多くの場合4.2V以下である。例えば、正極と負極の種々の組み合わせの場合の定格電圧を以下に例示列挙する。   The rated voltage refers to the upper limit value of the voltage at which the non-aqueous secondary battery can be used stably. The rated voltage of the non-aqueous secondary battery is often 4.2 V or less. For example, the rated voltages in the case of various combinations of positive and negative electrodes are listed below as examples.

Figure 0006187293
Figure 0006187293

初回充電工程において、電池組付体に印加される印加電圧は、電池組付体に充電され到達する電池電圧よりも高いことが必要である。印加電圧は4.2V以下であることがよい。印加電圧が4.2Vを超えると、初回充電時に正極活物質に過大な負荷がかかり、実使用時のサイクル特性が低下するおそれがある。電池組付体に印加される印加電圧の下限は、非水系二次電池の定格電圧であるとよい。電池組付体に印加する印加電圧を定格電圧以上4.2V以下とすることで、電池組付体の電圧(正極と負極の電位差)を定格電圧以上4.2V以下に到達させるとよい。   In the initial charging step, the applied voltage applied to the battery assembly needs to be higher than the battery voltage charged and reached by the battery assembly. The applied voltage is preferably 4.2 V or less. When the applied voltage exceeds 4.2 V, an excessive load is applied to the positive electrode active material during the initial charge, and the cycle characteristics during actual use may be deteriorated. The lower limit of the applied voltage applied to the battery assembly is preferably the rated voltage of the non-aqueous secondary battery. It is preferable that the voltage (potential difference between the positive electrode and the negative electrode) of the battery assembly is made to reach the rated voltage or more and 4.2 V or less by setting the applied voltage applied to the battery assembly to the rated voltage or more and 4.2 V or less.

初回充電での充電レートは0.05C以上2C以下であることがよく、更には0.1C以上1C以下がよい。充電レートが過大である場合には、初回充電時の正極活物質への負荷が大きく、正極活物質の構造に欠陥が生じるおそれがある。充電レートが過少である場合には、初回充電に時間を要する。充電レートについて「C」とは、電池の全容量を充電する際の速さ、即ち充電率をいう。例えば充電レートについて1Cとは、電池を1時間で満充電状態(SOC100%)とする電流値で表わすことができる。   The charge rate in the first charge is preferably 0.05 C or more and 2 C or less, and more preferably 0.1 C or more and 1 C or less. When the charging rate is excessive, the load on the positive electrode active material at the time of the first charge is large, and the structure of the positive electrode active material may be defective. If the charge rate is too low, the initial charge takes time. Regarding the charging rate, “C” refers to the speed at which the entire capacity of the battery is charged, that is, the charging rate. For example, 1C with respect to the charge rate can be represented by a current value at which the battery is fully charged (SOC 100%) in one hour.

初回充電を行う際の電池組付体の温度は、特に限定しないが、次の高温保持工程での温度以下であることがよい。高温保持工程での温度よりも高い温度で初回充電を行うと、正極活物質の結晶構造に欠陥が生じるおそれがあるからである。   Although the temperature of the battery assembly at the time of performing the initial charge is not particularly limited, it is preferable that the temperature is equal to or lower than the temperature in the next high temperature holding step. This is because if the initial charge is performed at a temperature higher than the temperature in the high temperature holding step, defects may occur in the crystal structure of the positive electrode active material.

初回充電に費やす時間は、0.5時間以上20時間以下であることがよく、1時間以上10時間以下であることが好ましい。この場合には、電池の抵抗を低下させることができる。初回充電が短すぎる場合には所定電圧に到達せず充分なコンディショニングとならないためにサイクル特性が低下するおそれがあり、長すぎる場合には、電圧の高い状態に長時間にさらされるため活物質の損傷をもたらし、サイクル特性を低下させるおそれがある。   The time spent for the first charge is preferably 0.5 hours or more and 20 hours or less, and preferably 1 hour or more and 10 hours or less. In this case, the resistance of the battery can be reduced. If the initial charge is too short, the predetermined voltage will not be reached and sufficient conditioning will not be achieved, and cycle characteristics may be degraded.If it is too long, the active material will be exposed to a high voltage for a long time. This can cause damage and reduce cycle characteristics.

電池組付体に初回充電を行う雰囲気の温度は、0℃以上60℃以下であることがよく、更に、20℃以上40℃以下であることが好ましい。温度が低すぎる場合には、負極へリチウムが析出し、セパレータを突き破って短絡するおそれがあり、高すぎる場合には活物質損傷によるサイクル特性低下のおそれがある。   The temperature of the atmosphere in which the battery assembly is initially charged is preferably 0 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. If the temperature is too low, lithium may deposit on the negative electrode and break through the separator to cause a short circuit. If it is too high, cycle characteristics may be deteriorated due to active material damage.

(2)高温保持工程
高温保持工程では、初回充電工程を行った後から12時間未満にエージング処理を開始し、エージング処理では電池組付体を40℃以上65℃以下の高温環境に所定時間保持する。初回充電工程を行った後から12時間未満にエージング処理を開始するのは、高温での均一な皮膜形成を促進するためである。
(2) High temperature holding process In the high temperature holding process, the aging process is started in less than 12 hours after the initial charging process, and the battery assembly is held in a high temperature environment of 40 ° C. or higher and 65 ° C. or lower for a predetermined time in the aging process. To do. The reason why the aging treatment is started in less than 12 hours after the initial charging step is performed is to promote uniform film formation at a high temperature.

エージング処理は、電池組付体を40〜65℃で所定時間保持する処理である。電池組付体を40〜65℃で保持すると、その後に所定のコンディショニング処理を行うことで、充放電サイクル特性が確実に向上する。エージング処理での電池組付体の保持温度が40℃未満の場合には、エージング不足で、サイクル特性が低下するおそれがある。保持温度が65℃を超える場合には、その後にコンディショニング処理を行っても非水系二次電池の抵抗が上がり、サイクル特性が低下するおそれがある。   The aging process is a process for holding the battery assembly at 40 to 65 ° C. for a predetermined time. When the battery assembly is held at 40 to 65 ° C., charge / discharge cycle characteristics are reliably improved by performing a predetermined conditioning process thereafter. When the holding temperature of the battery assembly in the aging treatment is less than 40 ° C., the aging property is insufficient and the cycle characteristics may be deteriorated. When the holding temperature exceeds 65 ° C., the resistance of the non-aqueous secondary battery increases even if the conditioning process is performed thereafter, and the cycle characteristics may be deteriorated.

エージング処理での電池組付体の高温環境下での保持時間は10時間以上72時間未満であるとよい。保持時間が72時間以上の場合には、放電容量が低下するおそれがある。10時間未満では、エージング不足で、抵抗及びサイクル特性が低下するおそれがある。   The holding time of the battery assembly in the aging process in a high temperature environment is preferably 10 hours or more and less than 72 hours. When the holding time is 72 hours or more, the discharge capacity may be reduced. If it is less than 10 hours, aging is insufficient and the resistance and cycle characteristics may be deteriorated.

エージング処理は、電池組付体を充電器から切り離して電池組付体に電圧を加えることなく行うとよい。電圧を加えながらエージング処理を行うと、正極活物質に大きな負荷が加わり、結晶構造が損傷し、サイクル特性が低下するおそれがある。   The aging process may be performed without separating the battery assembly from the charger and applying a voltage to the battery assembly. When the aging treatment is performed while applying a voltage, a large load is applied to the positive electrode active material, the crystal structure may be damaged, and the cycle characteristics may be deteriorated.

(3)充放電工程
エージング処理を行った電池組付体に、電池組付体が4.2Vを超える電圧(電池電圧)に到達するまで充電を行い、その後放電を行うコンディショニング処理を行う。
(3) Charging / discharging process The battery assembly that has been subjected to the aging treatment is charged until the battery assembly reaches a voltage (battery voltage) exceeding 4.2 V, and then a conditioning process is performed for discharging.

電池組付体の充電は、充電器を用いて、電池組付体の電圧(電池電圧)が4.2Vを超える範囲に到達するまで行う。即ち、電池組付体の正極と負極との電位差が4.2Vを超える範囲に到達するまで充電を行う。使用時の高電圧状態で電池性能を安定化させるためである。電池組付体の電池電圧が4.2V未満では、高電圧使用時に電池性能が不安定になるおそれがある。   The battery assembly is charged using a charger until the voltage of the battery assembly (battery voltage) reaches a range exceeding 4.2V. That is, charging is performed until the potential difference between the positive electrode and the negative electrode of the battery assembly reaches a range exceeding 4.2V. This is to stabilize the battery performance in a high voltage state during use. If the battery voltage of the battery assembly is less than 4.2 V, the battery performance may become unstable when using a high voltage.

コンディショニング処理において、電池組付体の充電は、非水系二次電池の実使用時電圧の中で正極と負極との間の電位差が最大となる最大使用電圧以下となるまで行うとよい。電池組付体の充電を、使用時電圧の中で最大となる最大使用電圧を超える電圧に到達するまで充電を行うと、正極活物質の結晶構造が破壊し、抵抗が高くなり、サイクル特性が低下するおそれがある。   In the conditioning process, charging of the battery assembly is preferably performed until the potential difference between the positive electrode and the negative electrode is not more than the maximum operating voltage in the actual operating voltage of the non-aqueous secondary battery. If the battery assembly is charged until it reaches a voltage exceeding the maximum operating voltage, which is the maximum of the operating voltage, the crystal structure of the positive electrode active material is destroyed, the resistance increases, and the cycle characteristics are improved. May decrease.

最大使用電圧とは、予定されている使用時電圧の中で最大となる電圧であり、たとえば、充電曲線のプラトー部分(平坦な部分)の電圧よりも高い電圧であり、または、正極活物質の平均充電電圧よりも高い電圧である。各種電池には、放電時に所定電圧に達した場合に電圧の印加を終止させるよう設定されている。この終止電圧を、最大使用電圧として把握することができる。   The maximum operating voltage is the maximum voltage among the planned operating voltages, for example, a voltage higher than the voltage of the plateau part (flat part) of the charging curve, or the positive active material The voltage is higher than the average charging voltage. Various batteries are set to stop the application of voltage when a predetermined voltage is reached during discharging. This end voltage can be grasped as the maximum operating voltage.

前記充放電工程のコンディショニング処理の充電は、前記電池組付体の電圧が4.2Vを超え且つ4.6V以下の範囲に到達するまで行うことが好ましい。4.6Vを超える場合には、コンディショニング処理の充電時に、正極活物質の結晶構造が破壊される可能性があり、容量が低下するおそれがある。   It is preferable to perform the charging of the conditioning process in the charge / discharge process until the voltage of the battery assembly reaches 4.2V or more and 4.6V or less. If it exceeds 4.6 V, the crystal structure of the positive electrode active material may be destroyed during the charging of the conditioning treatment, and the capacity may be reduced.

電池組付体を4.2Vを超える電圧(電池電圧)に到達させるためには、電池組付体に印加される印加電圧は、4.2Vを超える電圧であることが必要である。好ましくは、印加電圧は4.2Vを超え且つ4.6V以下であるとよい。過剰に高い電圧を印加すると、正極活物質の構造破壊が生じ、サイクル特性が低下するおそれがある。   In order for the battery assembly to reach a voltage (battery voltage) exceeding 4.2V, the applied voltage applied to the battery assembly needs to be a voltage exceeding 4.2V. Preferably, the applied voltage is more than 4.2V and not more than 4.6V. When an excessively high voltage is applied, structural destruction of the positive electrode active material occurs, and the cycle characteristics may be deteriorated.

コンディショニング処理での充電レートは、0.1C以上2C以下であることがよく、更には0.2C以上1C以下であることが好ましい。充電レートが過大である場合には、負極にLiが過剰に析出し、セパレータを突き破って短絡するおそれがある。充電レートが過少である場合には、充電に時間を要する。コンディショニング処理での充電レートは、初回充電工程での充電レートと同義である。   The charging rate in the conditioning process is preferably 0.1 C or more and 2 C or less, and more preferably 0.2 C or more and 1 C or less. When the charge rate is excessive, Li may be excessively deposited on the negative electrode, which may break through the separator and cause a short circuit. If the charging rate is too low, charging takes time. The charging rate in the conditioning process is synonymous with the charging rate in the initial charging process.

コンディショニング処理での放電レートは、0.1C以上2C以下であることがよく、更には0.2C以上1C以下であることが好ましい。放電レートが過大である場合には、電池反応が不均一となり局所劣化を引き起こすおそれがある。放電レートが過少である場合には、放電に時間を要する。放電レートについて「C」とは、電池の全容量を放電する際の速さ、即ち放電率をいう。例えば放電レートについて1Cとは、電池を1時間で放電状態(SOC0%)とする電流値で表わすことができる。   The discharge rate in the conditioning treatment is preferably from 0.1 C to 2 C, and more preferably from 0.2 C to 1 C. When the discharge rate is excessive, the battery reaction becomes non-uniform, which may cause local deterioration. When the discharge rate is too low, it takes time to discharge. Regarding the discharge rate, “C” refers to the speed at which the entire capacity of the battery is discharged, that is, the discharge rate. For example, 1 C with respect to the discharge rate can be represented by a current value at which the battery is discharged (SOC 0%) in one hour.

コンディショニング処理での放電は、電池組付体の電圧(電池電圧)が定格電圧以下に到達するまで行うことがよく、更に、2.5V以上3.0V以下に到達するまで放電を行うことがよい。   The discharge in the conditioning process is preferably performed until the voltage of the battery assembly (battery voltage) reaches the rated voltage or less, and further, the discharge is preferably performed until it reaches 2.5 V or more and 3.0 V or less. .

コンディショニング処理は、充電及び放電ともにそれぞれ1回以上5回以下行うとよい。非水系二次電池の種類にもよるが、充放電を5回まで繰り返す間に多くの電池は安定化するため、5回を超えての充放電を繰り返しても、それによる更なる効果を期待できない。   The conditioning process may be performed once or more and not more than 5 times for both charging and discharging. Although depending on the type of non-aqueous secondary battery, many batteries will stabilize while charging and discharging are repeated up to 5 times, so even if charging and discharging over 5 times is repeated, further effects can be expected. Can not.

充電と放電の間に、充電状態を維持した状態で所定時間保持することがよい。充電されて加熱された電池組付体を放冷させて安定化させるためである。保持時間は、1時間以上5時間以下であることが好ましい。充電状態を維持した状態での保持の間は、充電器に接続して定電圧を印加させてもよく、または、充電器から切り離して電圧を印加しなくてもよい。電池組付体を安定化させるためには、好ましくは、電圧を印加していないことがよい。   It is good to hold | maintain for the predetermined time in the state which maintained the charge state between charge and discharge. This is because the battery assembly that has been charged and heated is allowed to cool and stabilize. The holding time is preferably 1 hour or more and 5 hours or less. During the holding in the state where the charged state is maintained, the constant voltage may be applied by connecting to the charger, or the voltage may not be applied by disconnecting from the charger. In order to stabilize the battery assembly, it is preferable that no voltage is applied.

コンディショニング処理は、0℃以上65℃以下の雰囲気で行うことがよく、更に、10℃以上40℃以下の雰囲気で行うことが好ましい。過剰な高温雰囲気でコンディショニング処理を行うと、正極活物質の結晶構造が破壊して抵抗が高くなり、サイクル特性が低下するおそれがある。コンディショニング処理の雰囲気温度が過剰に低い場合には、負極へLiが析出し、セパレータを突き破って短絡するおそれがある。   The conditioning treatment is preferably performed in an atmosphere of 0 ° C. or higher and 65 ° C. or lower, and more preferably performed in an atmosphere of 10 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. When the conditioning treatment is performed in an excessively high temperature atmosphere, the crystal structure of the positive electrode active material is destroyed to increase the resistance, and the cycle characteristics may be deteriorated. When the atmospheric temperature of the conditioning treatment is excessively low, Li may deposit on the negative electrode, which may break through the separator and cause a short circuit.

(非水系二次電池の組付体)
非水系二次電池の組付体(電池組付体)は、正極と、負極と、非水電解液と、ケースとを有する。正極は、金属イオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質を有する。正極は、集電体と、集電体の表面に結着させた正極活物質層を有する。
(Non-aqueous secondary battery assembly)
An assembly of a non-aqueous secondary battery (battery assembly) includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a case. The positive electrode has a positive electrode active material that can occlude and release metal ions. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound to the surface of the current collector.

正極活物質は、リチウムイオンなどの金属イオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質であるとよい。リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質は、リチウム金属複合酸化物、及び/又はポリアニオン系化合物をもつとよい。   The positive electrode active material may be a positive electrode active material that can occlude and release metal ions such as lithium ions. The positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions may have a lithium metal composite oxide and / or a polyanionic compound.

このリチウム金属複合酸化物は、スピネル構造を有することがよい。スピネル構造を有するリチウム金属複合酸化物は、一般式:Lix(AyMn2-y)O4(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素、0<x≦2.2、0<y≦1)で表されると良い。一般式の中のAを構成し得る遷移金属元素は、例えば、Fe、Cr、Cu、Zn、Zr、Ti、V、Mo、Nb、W、La、Ni、Coから選ばれる少なくとも1の元素であるとよい。リチウム金属複合酸化物の具体例としては、LiMn及びLiMn及びLiNi0.5Mn1.5から選ばれる少なくとも一種であることがよい。 The lithium metal composite oxide preferably has a spinel structure. The lithium metal composite oxide having a spinel structure has a general formula: Li x (A y Mn 2-y ) O 4 (A is Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, P, Ga, Ge) It is preferable that at least one element selected and at least one metal element selected from transition metal elements, 0 <x ≦ 2.2, 0 <y ≦ 1). The transition metal element that can constitute A in the general formula is, for example, at least one element selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Zr, Ti, V, Mo, Nb, W, La, Ni, and Co. There should be. Specific examples of the lithium metal composite oxide may be at least one selected from LiMn 2 O 4, Li 2 Mn 2 O 4, and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

リチウム金属複合酸化物は、スピネル構造をもつもののほかにも、層状岩塩構造をもつものであってもよい。層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物は、層状化合物ともいわれる。層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物は、一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦1.2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、Zr、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、La、Ni、Coから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)、LiMnOを挙げることができる。前記一般式の中のb:c:dの比率は、0.5:0.2:0.3、1/3:1/3:1/3、0.75:0.10:0.15、0:0:1、1:0:0、及び0:1:0から選ばれる少なくとも1種類であることが良い。 The lithium metal composite oxide may have a layered rock salt structure in addition to the spinel structure. A lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure is also referred to as a layered compound. The lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure has a general formula: Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 1.2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is Li, Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, Zr, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, La, Ni, Co And at least one element, 1.7 ≦ f ≦ 2.1), and Li 2 MnO 3 . The ratio of b: c: d in the general formula is 0.5: 0.2: 0.3, 1/3: 1/3: 1/3, 0.75: 0.10: 0.15. 0: 0: 1, 1: 0: 0, and 0: 1: 0.

即ち、層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物の具体例としては、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiMnO、LiNiO、及びLiCoOから選ばれる少なくとも一種であることがよい。 That is, as specific examples of lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0 .5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and LiCoO 2 may be at least one kind.

また、正極活物質は、層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物と、LiMn、LiMn等のスピネルとの混合物で構成される固溶体を含んでいてもよく、例えば、LiMnO−LiMoがある。 The positive electrode active material may include a solid solution composed of a mixture of a lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure and spinel such as LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 . there is a Li 2 MnO 3 -LiMo 2.

ポリアニオン系化合物は、例えば、リチウムを含有するポリアニオン系化合物であることがよい。リチウムを含有するポリアニオン系化合物は、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。 The polyanionic compound is preferably, for example, a polyanionic compound containing lithium. The polyanionic compound containing lithium is LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Can be mentioned.

正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能であるし、Mgなどの他の金属元素を基本組成のものに加えて金属酸化物としてもよい。   Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as a basic composition, and a metal element included in the basic composition may be replaced with another metal element, and Mg, etc. Other metal elements may be added to the basic composition to form a metal oxide.

本発明の非水系二次電池の製造方法により製造される非水系二次電池は高電圧(例えば4.2Vを超える電圧)で使用することが可能である。高電圧で使用するためには、正極活物質の反応可能な電位がLi/Li電極基準で4.2Vを超えることがよい。 The non-aqueous secondary battery manufactured by the non-aqueous secondary battery manufacturing method of the present invention can be used at a high voltage (for example, a voltage exceeding 4.2 V). In order to use at a high voltage, the potential at which the positive electrode active material can react should exceed 4.2 V on the basis of the Li + / Li electrode.

上記の各種正極活物質の中で、リチウム金属複合酸化物及び/又はポリアニオン系材料は、Li/Li電極基準で4.2Vを超える領域で反応することが好ましい。 Among the various positive electrode active materials described above, the lithium metal composite oxide and / or the polyanion-based material preferably react in a region exceeding 4.2 V on the basis of the Li + / Li electrode.

Li/Li電極基準で4.2Vを超える電位で反応し得るリチウム金属複合酸化物及びポリアニオン系化合物は、例えば、LiNi0.5Mn1.5(スピネル)、LiCoPO(ポリアニオン)、LiCoPOF(ポリアニオン)、LiMnO−LiMO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)(層状岩塩構造をもつ固溶体系)、LiMnSiO(ポリアニオン)などが挙げられるが、これに限定されない。 Examples of the lithium metal composite oxide and polyanion compound that can react at a potential exceeding 4.2 V on the basis of the Li + / Li electrode include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (spinel), LiCoPO 4 (polyanion), Li 2 CoPO 4 F (polyanion), Li 2 MnO 3 —LiMO 2 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) (solid solution system having a layered rock salt structure), Li 2 MnSiO 4 (polyanion) and the like are exemplified, but not limited thereto.

また、リチウム金属複合酸化物及びポリアニオン系化合物は、Li/Li電極基準で4.2V以下の領域で反応してもよい。このようなリチウム金属複合酸化物としては、例えば、層状岩塩構造をもつものの中では、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiMnO、LiNiO、及びLiCoOから選ばれる少なくとも一種が挙げられるが、これに限定されない。 Further, the lithium metal composite oxide and the polyanion compound may react in a region of 4.2 V or less on the basis of the Li + / Li electrode. As such a lithium metal composite oxide, for example, among those having a layered rock salt structure, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , at least one selected from LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and LiCoO 2, but is not limited thereto. Not.

上記の正極活物質及び、それらを用いた電池を表2に示すタイプに分類して特徴を説明する。   The positive electrode active materials and batteries using them are classified into the types shown in Table 2 to describe the characteristics.

リチウム金属複合酸化物は、固溶体型と二相共存型とがある。固溶体型は、活物質の反応が固溶体を経由する場合で、放電が進むとともに正極電位が徐々に低下し、充電が進むとともに電位が徐々に上昇する。二相共存型は、活物質が放電すると第二の相が現れて二相が共存し、放電が進んでも正極電位が低下しない領域があり、充電が進んだ場合にも電位が上昇しない領域がある。   Lithium metal composite oxides include a solid solution type and a two-phase coexistence type. The solid solution type is a case where the reaction of the active material passes through the solid solution, and as the discharge proceeds, the positive electrode potential gradually decreases, and as the charging proceeds, the potential gradually increases. In the two-phase coexistence type, when the active material is discharged, the second phase appears, the two phases coexist, there is a region where the positive electrode potential does not decrease even if the discharge proceeds, and there is a region where the potential does not increase even when the charging proceeds. is there.

固溶体型の4V級活物質(LiCoOなど)を使った電池で、正極活物質の最高使用電位(Li/Li基準)を5Vにすると、平均放電電圧及び容量が若干向上する。ただし、一般的には活物質自体も高電位にしたことで劣化する場合がある。 In a battery using a solid solution type 4V class active material (LiCoO 2 or the like), when the maximum use potential (Li / Li + standard) of the positive electrode active material is 5 V, the average discharge voltage and the capacity are slightly improved. However, in general, the active material itself may deteriorate due to the high potential.

二相共存型の4V級活物質(LMnなど)を使った電池で、最高使用電位(Li/Li基準)を5Vにすると、平均放電電圧及び容量はほとんど変わらない。ただし、一般的に活物質自体の高電位耐性は高いので、最高使用電位(Li/Li基準)を5Vまで上げることができる。 In a battery using a two-phase coexistence type 4V class active material (LMn 2 O 4 or the like), when the maximum use potential (Li / Li + standard) is 5 V, the average discharge voltage and the capacity are hardly changed. However, since the high potential resistance of the active material itself is generally high, the maximum usable potential (Li / Li + standard) can be increased to 5V.

二相共存型の5V級活物質(LiNi0.5Mn1.5など)を使った電池では、最高使用電位(Li/Li基準)を4Vにすると容量は低くなり、5Vにすると容量が出現する。 In a battery using a two-phase coexistence type 5V class active material (such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), the capacity decreases when the maximum working potential (Li / Li + standard) is 4 V, and when the voltage is 5 V Capacity appears.

Figure 0006187293
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正極活物質として用いられるリチウム金属複合酸化物は、上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能であるし、Mgなどの他の金属元素を基本組成のものに加えて金属酸化物としてもよい。   The lithium metal composite oxide used as the positive electrode active material only needs to have the above composition formula as a basic composition, and can be used in which the metal element contained in the basic composition is replaced with another metal element, such as Mg. Other metal elements may be added to the basic composition to form a metal oxide.

正極の集電体は、使用する活物質に適した電位に耐え得る金属であれば特に制限はない。集電体は、非水系二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector of the positive electrode is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a potential suitable for the active material to be used. The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharging or charging of a non-aqueous secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel, etc. Metal materials can be exemplified. When the potential of the positive electrode is 4 V or higher with respect to lithium, it is preferable to employ aluminum as the current collector. The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid.

結着剤は活物質及び導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。   The binder serves to bind the active material and the conductive additive to the surface of the current collector.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂を例示することができる。   Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. be able to.

また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基などリン酸系の基などが例示される。中でも、ポリアクリル酸(PAA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリメタクリル酸など、分子中にカルボキシル基を含むポリマー、又は、ポリ(p−スチレンスルホン酸)などのスルホ基を含むポリマーが好ましい。   Moreover, you may employ | adopt the polymer which has a hydrophilic group as a binder. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a phosphate group such as a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group, and a phosphate group. Among them, a polymer containing a carboxyl group in the molecule such as polyacrylic acid (PAA), carboxymethyl cellulose (CMC), polymethacrylic acid, or a polymer containing a sulfo group such as poly (p-styrenesulfonic acid) is preferable.

ポリアクリル酸、あるいはアクリル酸とビニルスルホン酸との共重合体など、カルボキシル基及び/又はスルホ基を多く含むポリマーは水溶性となる。したがって親水基を有するポリマーは、水溶性ポリマーであることが好ましく、一分子中に複数のカルボキシル基及び/又はスルホ基を含むポリマーが好ましい。   A polymer containing many carboxyl groups and / or sulfo groups such as polyacrylic acid or a copolymer of acrylic acid and vinyl sulfonic acid becomes water-soluble. Therefore, the polymer having a hydrophilic group is preferably a water-soluble polymer, and a polymer containing a plurality of carboxyl groups and / or sulfo groups in one molecule is preferable.

分子中にカルボキシル基を含むポリマーは、例えば、酸モノマーを重合する、あるいはポリマーにカルボキシル基を付与する、などの方法で製造することができる。酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、クロトン酸、ペンテン酸、アンジェリカ酸、チグリン酸など分子中に一つのカルボキシル基をもつ酸モノマー、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、フマル酸、マレイン酸、2−ペンテン二酸、メチレンコハク酸、アリルマロン酸、イソプロピリデンコハク酸、2,4−ヘキサジエン二酸、アセチレンジカルボン酸など分子内に二つ以上のカルボキシル基をもつ酸モノマーなどが例示される。これらから選ばれる二種以上のモノマーを重合してなる共重合ポリマーを用いてもよい。   A polymer containing a carboxyl group in the molecule can be produced by, for example, a method of polymerizing an acid monomer or adding a carboxyl group to the polymer. Acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid, crotonic acid, pentenoic acid, angelic acid, tiglic acid, etc., acid monomers having one carboxyl group in the molecule, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid, fumaric acid , Maleic acid, 2-pentenedioic acid, methylene succinic acid, allyl malonic acid, isopropylidene succinic acid, 2,4-hexadiene diacid, acetylenedicarboxylic acid, etc., acid monomers having two or more carboxyl groups in the molecule Is done. A copolymer obtained by polymerizing two or more kinds of monomers selected from these may be used.

例えば特開2013-065493号公報に記載されたような、アクリル酸とイタコン酸との共重合体からなり、カルボキシル基どうしが縮合して形成された酸無水物基を分子中に含んでいるポリマーを結着剤として用いることも好ましい。一分子中にカルボキシル基を二つ以上有する酸性度の高いモノマー由来の構造があることにより、充電時に電解液分解反応が起こる前にリチウムイオンなどの金属イオンをトラップし易くなると考えられている。さらに、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸に比べてカルボキシル基が多く酸性度が高まると共に、所定量のカルボキシル基が酸無水物基に変化しているため、酸性度が高まりすぎることもない。そのため、この結着剤を用いて形成された負極をもつ二次電池は、初期効率が向上し、入出力特性が向上する。   For example, a polymer composed of a copolymer of acrylic acid and itaconic acid as described in JP-A-2013-065493, and containing an acid anhydride group formed by condensation of carboxyl groups in the molecule It is also preferable to use as a binder. The structure derived from a highly acidic monomer having two or more carboxyl groups in one molecule is believed to facilitate trapping of metal ions such as lithium ions before the electrolytic solution decomposition reaction occurs during charging. Furthermore, the acidity is not excessively increased because there are more carboxyl groups and the acidity is higher than polyacrylic acid and polymethacrylic acid, and a predetermined amount of the carboxyl groups are changed to acid anhydride groups. Therefore, a secondary battery having a negative electrode formed using this binder has improved initial efficiency and improved input / output characteristics.

負極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.5であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder in the negative electrode active material layer is preferably a mass ratio of negative electrode active material: binder = 1: 0.005 to 1: 0.5. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、および各種金属粒子などが例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor, such as carbon black, graphite, acetylene black, ketjen black (registered trademark), vapor grown carbon fiber (Vapor Grown Carbon). Fiber: VGCF) and various metal particles are exemplified. These conductive assistants can be added to the active material layer alone or in combination of two or more.

正極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、正極活物質:結着剤=1:0.05〜1:0.5であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder in the positive electrode active material layer is preferably a mass ratio of positive electrode active material: binder = 1: 0.05 to 1: 0.5. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

本発明の非水系二次電池に用いられる負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。   The negative electrode used for the non-aqueous secondary battery of the present invention has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector.

負極活物質としては、リチウムイオンなどの金属イオンを吸蔵及び放出し得る材料が使用可能である。したがって、リチウムイオンなどの金属イオンを吸蔵及び放出可能である単体、合金または化合物であれば特に限定はない。たとえば、負極活物質としてLiや、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素をそれぞれ単体で採用すればよい。ケイ素などを負極活物質に採用すると、ケイ素1原子が複数のリチウムと反応するため、高容量の活物質となるが、リチウムの吸蔵及び放出に伴う体積の膨張及び収縮が顕著となるとの問題が生じる恐れがあるため、当該恐れの軽減のために、ケイ素などの単体に遷移金属などの他の元素を組み合わせた合金又は化合物を負極活物質として採用するのも好適である。合金又は化合物の具体例としては、Ag−Sn合金、Cu−Sn合金、Co−Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と炭素系材料を組み合わせた複合体が挙げられる。また、負極活物質して、Nb、TiO、LiTi12、WO、MoO、Fe等の酸化物、又は、Li3−xN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。負極活物質として、これらのものの一種以上を使用することができる。 As the negative electrode active material, a material that can occlude and release metal ions such as lithium ions can be used. Therefore, there is no particular limitation as long as it is a simple substance, alloy, or compound that can occlude and release metal ions such as lithium ions. For example, as a negative electrode active material, Li, group 14 elements such as carbon, silicon, germanium and tin, group 13 elements such as aluminum and indium, group 12 elements such as zinc and cadmium, group 15 elements such as antimony and bismuth, magnesium , Alkaline earth metals such as calcium, and group 11 elements such as silver and gold may be employed alone. When silicon or the like is used for the negative electrode active material, a silicon atom reacts with a plurality of lithiums, so that it becomes a high-capacity active material. However, there is a problem that volume expansion and contraction due to insertion and extraction of lithium becomes significant. In order to reduce the fear, it is also preferable to employ an alloy or compound in which another element such as a transition metal is combined with a simple substance such as silicon as the negative electrode active material. Specific examples of the alloy or compound include tin-based materials such as Ag-Sn alloy, Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, carbon-based materials such as various graphites, SiO x (disproportionated to silicon simple substance and silicon dioxide). Examples thereof include silicon-based materials such as 0.3 ≦ x ≦ 1.6), silicon alone, or composites obtained by combining silicon-based materials and carbon-based materials. In addition, as the negative electrode active material, oxides such as Nb 2 O 5 , TiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , WO 2 , MoO 2 , Fe 2 O 3 , or Li 3-x M x N (M = A nitride represented by (Co, Ni, Cu) may be employed. One or more of these materials can be used as the negative electrode active material.

負極活物質の電位(Li/Li基準)は、例えば、黒鉛などの炭素の場合0.1〜0.2V、ケイ素の場合0.1〜1.0V、LTO(LiTi12)の場合1〜2Vである。非水系二次電池が高電圧で実際に使用できるようにするために、これらの負極活物質と正極活物質とを組み合わせて、正極活物質と負極活物質の電位差である電圧が4.2Vを超えて高くなるようにするとよい。 The potential (Li / Li + standard) of the negative electrode active material is, for example, 0.1 to 0.2 V in the case of carbon such as graphite, 0.1 to 1.0 V in the case of silicon, and LTO (Li 4 Ti 5 O 12 ). In the case of 1 to 2V. In order to allow the non-aqueous secondary battery to be used at a high voltage, the negative electrode active material and the positive electrode active material are combined, and the voltage that is the potential difference between the positive electrode active material and the negative electrode active material is 4.2 V. It is better to make it higher than that.

ここで、正極活物質と負極活物質が、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る材料である非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池と称される。中でも、負極活物質がLiである非水系二次電池は、リチウム二次電池とも称される。   Here, the nonaqueous secondary battery in which the positive electrode active material and the negative electrode active material are materials capable of inserting and extracting lithium ions is referred to as a lithium ion secondary battery. Especially, the non-aqueous secondary battery whose negative electrode active material is Li is also called a lithium secondary battery.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。負極の集電体は、例えば、正極の集電体で説明したものを採用できる。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector. As the negative electrode current collector, for example, the one described for the positive electrode current collector can be adopted.

負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid.

負極の集電体は、使用する活物質に適した電位に耐え得る金属であれば特に制限はなく、例えば、正極の集電体で説明したものを採用できる。負極の結着剤および導電助剤は正極で説明したものを採用できる。   The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a potential suitable for the active material to be used, and for example, the one described for the positive electrode current collector can be adopted. As the negative electrode binder and the conductive additive, those described for the positive electrode can be adopted.

集電体の表面に活物質層を形成させる方法には、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む活物質層形成用組成物を調製し、この組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にしてから、集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   As a method for forming the active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method is used. An active material may be applied to the surface of the electric body. Specifically, an active material layer-forming composition containing an active material and, if necessary, a binder and a conductive aid is prepared, and an appropriate solvent is added to the composition to make a paste, and then the collection is performed. After applying to the surface of the electric body, it is dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

非水系二次電池には必要に応じてセパレータが用いられる。セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンなどの金属イオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。電解液は粘度がやや高く極性が高いため、水などの極性溶媒が浸み込みやすい膜が好ましい。具体的には、存在する空隙の90%以上に水などの極性溶媒が浸み込む膜がさらに好ましい。   A separator is used in the non-aqueous secondary battery as necessary. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows metal ions such as lithium ions to pass while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As separators, natural resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramide (Aromatic polyamide), polyester, polyacrylonitrile, etc., polysaccharides such as cellulose, amylose, fibroin, keratin, lignin, suberin, etc. Examples thereof include porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics using one or more electrically insulating materials such as polymers and ceramics. The separator may have a multilayer structure. Since the electrolytic solution has a slightly high viscosity and a high polarity, a membrane in which a polar solvent such as water can easily penetrate is preferable. Specifically, a film in which a polar solvent such as water soaks into 90% or more of the existing voids is more preferable.

正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えて非水系二次電池とするとよい。また、本発明の非水系二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電位範囲で充放電を実行されればよい。   A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary to form an electrode body. The electrode body may be either a stacked type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are stacked, or a wound type in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are sandwiched. After connecting between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolyte is added to the electrode body to add a non-aqueous secondary battery It is good to do. Moreover, the non-aqueous secondary battery of this invention should just be charged / discharged in the electric potential range suitable for the kind of active material contained in an electrode.

本発明の非水系二次電池のケースの形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。ケースは、例えば、アルミニウムなどの金属で形成されているとよい。   The shape of the case of the nonaqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a laminate shape can be employed. The case may be formed of a metal such as aluminum, for example.

本発明の非水系二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部に非水系二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両に非水系二次電池を搭載する場合には、非水系二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。非水系二次電池は、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明の非水系二次電池は、風量発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。   The non-aqueous secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a non-aqueous secondary battery for all or a part of its power source. For example, the vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a non-aqueous secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of non-aqueous secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of the non-aqueous secondary battery include various home electric appliances, office equipment, industrial equipment, and the like driven by batteries, such as personal computers and mobile communication devices, in addition to vehicles. Further, the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a wind power generation, solar power generation, hydroelectric power generation and other power system power storage device and power smoothing device, power for ships and / or auxiliary power supply sources, aircraft, Power supply for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power supply for vehicles that do not use electricity as a power source, power supply for mobile home robots, power supply for system backup, power supply for uninterruptible power supply, You may use for the electrical storage apparatus which stores temporarily the electric power required for charge in the charging station for electric vehicles.

以上、電解液の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of electrolyte solution was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

電池1〜11のリチウムイオン二次電池を以下のように作製し、各電池のサイクル評価試験を行った。   Lithium ion secondary batteries of batteries 1 to 11 were produced as follows, and a cycle evaluation test of each battery was performed.

(電池1)
まず、黒鉛粉末(炭素、負極活物質、Li/Li電極基準の反応可能な電位0.1〜0.2V)質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック1質量部と、結着剤として、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)1質量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部とを混合し、この混合物を適量のイオン交換水に分散させてスラリーを作製した。このスラリーを負極用集電体である厚み20μmの銅箔にドクターブレードを用いて膜状になるように塗布し、スラリーを塗布した集電体を乾燥後プレスし、接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(26mm×31mmの矩形状)に切り取り、厚さ45μm程度の負極とした。
(Battery 1)
First, graphite powder (carbon, negative electrode active material, Li + / Li electrode reference potential of 0.1 to 0.2 V), 1 part by weight of acetylene black as a conductive assistant, and as a binder, 1 part by mass of styrene-butadiene rubber (SBR) and 1 part by mass of carboxymethylcellulose (CMC) were mixed, and this mixture was dispersed in an appropriate amount of ion-exchanged water to prepare a slurry. This slurry was applied to a copper foil having a thickness of 20 μm as a negative electrode current collector so as to form a film using a doctor blade, and the current collector coated with the slurry was dried and pressed. Heated with a vacuum drier for a time, cut into a predetermined shape (rectangular shape of 26 mm × 31 mm), and made a negative electrode having a thickness of about 45 μm.

次に、正極活物質としてのリチウム・ニッケル複合酸化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3(Li/Li電極基準の反応可能な電位3.6V)94質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック3質量部とバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)3質量部とを混合してスラリーとなし、このスラリーを集電体として20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて塗布し、スラリーを塗布した集電体を乾燥後プレスし、接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、厚さ50μm程度の正極とした。正極と負極との間に、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質膜を挟み込んだ。この正極、セパレータ及び負極からなる電極体を複数積層した。2枚のアルミニウムフィルムの周囲を、一部を除いて熱溶着をすることにより封止して、袋状とした。袋状のアルミニウムフィルムの中に、積層された電極体を入れ、更に、電解液を注入し、真空封止した。電解液は、電解質としてのLiPFが、有機溶媒に溶解してなる。有機溶媒は、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを、EC/DEC=3:7(質量比)の配合比で混合して調製した。電解液中のLiPFの濃度は、1mol/Lであった。以上により、電池1(電池組付体)を得た。 Next, 94 parts by mass of a lithium / nickel composite oxide LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (reactive potential 3.6 V based on Li + / Li electrode) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of acetylene black as an auxiliary agent and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed to form a slurry, and this slurry is applied to a 20 μm aluminum foil as a current collector using a doctor blade, The current collector coated with the slurry is dried and pressed, and the bonded product is heated in a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours, cut into a predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm), and a positive electrode having a thickness of about 50 μm and did. A polypropylene porous membrane as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. A plurality of electrode bodies composed of the positive electrode, the separator, and the negative electrode were stacked. The periphery of the two aluminum films was sealed by heat-welding except for a part to make a bag shape. The laminated electrode body was put in a bag-shaped aluminum film, and an electrolyte was injected and vacuum sealed. The electrolytic solution is obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte in an organic solvent. The organic solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a blending ratio of EC / DEC = 3: 7 (mass ratio). The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1 mol / L. Thus, a battery 1 (battery assembly) was obtained.

(電池2)
電池組付体(電池1)について、電解液注入後20時間以内に、コンディショニング処理(充放電工程)を行った。コンディショニング処理は、雰囲気温度25℃で行った。コンディショニング処理では、充電レート1C、CCCV(定電流定電圧)の充電器を電池組付体に接続して、電池組付体の電圧(電池電圧)が4.5Vに到達した後、電圧を保持して3時間充電した。電池電圧が4.5Vとなった電池組付体を、充電器から切り離して電圧を印加することなく3時間保持した。次に、電池組付体の正極と負極とを接続して放電レート1Cにて電池電圧が3Vに到達するまで放電させた。その後、ガス抜き、再度真空封止をして、電池2とした。
(Battery 2)
The battery assembly (Battery 1) was subjected to a conditioning treatment (charging / discharging process) within 20 hours after injection of the electrolyte. The conditioning treatment was performed at an ambient temperature of 25 ° C. In the conditioning process, a charger with a charge rate of 1C and CCCV (constant current constant voltage) is connected to the battery assembly, and the voltage is maintained after the battery assembly voltage (battery voltage) reaches 4.5V. And charged for 3 hours. The battery assembly with the battery voltage of 4.5V was disconnected from the charger and held for 3 hours without applying voltage. Next, the positive electrode and the negative electrode of the battery assembly were connected and discharged at a discharge rate of 1C until the battery voltage reached 3V. Thereafter, the battery 2 was degassed and vacuum-sealed again.

(電池3)
電池組付体(電池1)について、電解液注入後20時間以内に、初回充電を行った(初回充電工程)。初回充電は、常温(25℃)の雰囲気で行った。初回充電では、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池電圧が3.9Vに到達し、合計充電時間が4時間となるまで電圧を保持して充電した。初回充電終了後ただちに充電器から電池組付体を切り離した。合計充電時間は、充電開始から初回充電終了までの時間をいう。
(Battery 3)
About the battery assembly (battery 1), the first charge was performed within 20 hours after the electrolyte injection (first charge step). The initial charge was performed in an atmosphere at room temperature (25 ° C.). In the initial charge, the battery assembly is connected to a charger with a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage) voltage until the battery voltage reaches 3.9 V and the total charge time reaches 4 hours. Was charged. Immediately after the completion of the first charge, the battery assembly was disconnected from the charger. The total charging time refers to the time from the start of charging to the end of the initial charging.

初回充電の後に、電池2と同様にコンディショニング処理を行った(充放電工程)。その後、ガス抜き、再度真空封止をして、電池3とした。   After the initial charge, a conditioning process was performed in the same manner as the battery 2 (charge / discharge process). Thereafter, the battery 3 was degassed and vacuum sealed again.

(電池4)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、エージング処理(高温保持工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。
(Battery 4)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process), the aging process (high temperature holding process), and the conditioning process (charge / discharge process) were performed.

電解液注入後20時間以内に、電池3と同様に初回充電を行った(初回充電工程)。初回充電終了後1時間以内に50℃の恒温槽に電池組付体を移して、エージング処理を開始した。50℃の恒温槽に電池組付体を20時間保持してエージング処理(高温保持処理)を行った。50℃の恒温槽に電池組付体を20時間保持した後に、電池組付体を25℃の恒温槽に移し、25℃の恒温槽で3時間以上放置して電池組付体の温度を25℃とした。   Within 20 hours after the electrolyte injection, the initial charge was performed in the same manner as the battery 3 (initial charge step). Within 1 hour after the completion of the first charge, the battery assembly was transferred to a constant temperature bath at 50 ° C., and aging treatment was started. The battery assembly was held in a thermostat at 50 ° C. for 20 hours for aging treatment (high temperature holding treatment). After holding the battery assembly in a 50 ° C. thermostat for 20 hours, the battery assembly is transferred to a 25 ° C. thermostat and left in the 25 ° C. thermostat for 3 hours or more to adjust the temperature of the battery assembly to 25. C.

電池組付体の温度が25℃となった後、電池2と同様にコンディショニング処理(充放電工程)を行った。   After the temperature of the battery assembly was 25 ° C., the conditioning treatment (charging / discharging process) was performed in the same manner as the battery 2.

(電池5)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、エージング処理(高温保持工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。エージング処理において、50℃恒温槽での電池組付体の保持時間を72時間とした他は、電池4と同様である。
(Battery 5)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process), the aging process (high temperature holding process), and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. The aging treatment is the same as that of the battery 4 except that the holding time of the battery assembly in the 50 ° C. thermostat is 72 hours.

(電池6)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。初回充電において、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池組付体の電池電圧を4.2Vに到達するまで充電した。その他は、電池3と同様である。
(Battery 6)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process) and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. In the initial charge, the battery assembly was connected to a charger with a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage), and the battery voltage of the battery assembly was charged until it reached 4.2V. Others are the same as the battery 3.

(電池7)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、エージング処理(高温保持工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。その他は、電池4と同様である。
(Battery 7)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process), the aging process (high temperature holding process), and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. Others are the same as the battery 4.

(電池8)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、エージング処理(高温保持工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。初回充電において、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池組付体の電池電圧を4.2Vに到達するまで充電した。その他は、電池5と同様である。
(Battery 8)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process), the aging process (high temperature holding process), and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. In the initial charge, the battery assembly was connected to a charger with a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage), and the battery voltage of the battery assembly was charged until it reached 4.2V. Others are the same as the battery 5.

(電池9)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。初回充電において、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池組付体の電池電圧を4.5Vに到達するまで充電した。その他は、電池3と同様である。
(Battery 9)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process) and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. In the initial charge, the battery assembly was connected to a charger having a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage), and the battery voltage of the battery assembly was charged until it reached 4.5V. Others are the same as the battery 3.

(電池10)
電池組付体(電池1)について、電解液注入後20時間以内に、電池9と同様に初回充電を行った(初回充電工程)。初回充電において、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池組付体の電池電圧を4.5Vに到達するまで充電した。その他は、電池4と同様である。
(Battery 10)
About the battery assembly (battery 1), the initial charge was performed in the same manner as the battery 9 within 20 hours after the electrolyte injection (initial charge step). In the initial charge, the battery assembly was connected to a charger having a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage), and the battery voltage of the battery assembly was charged until it reached 4.5V. Others are the same as the battery 4.

(電池11)
電池組付体(電池1)について、初回充電(初回充電工程)、エージング処理(高温保持工程)、及びコンディショニング処理(充放電工程)を行った。初回充電において、充電レート0.8C、CCCV(定電流定電圧)の充電器に電池組付体を接続して、電池組付体の電池電圧を4.5Vに到達するまで充電した。その他は、電池5と同様である。
(Battery 11)
About the battery assembly (battery 1), the first charge (initial charge process), the aging process (high temperature holding process), and the conditioning process (charge / discharge process) were performed. In the initial charge, the battery assembly was connected to a charger having a charge rate of 0.8 C and a CCCV (constant current constant voltage), and the battery voltage of the battery assembly was charged until it reached 4.5V. Others are the same as the battery 5.

以上の電池1〜11の製法について表1にまとめた。   The production methods of the batteries 1 to 11 are summarized in Table 1.

<電池性能評価>
電池1〜11の充放電(サイクル)試験及び抵抗試験を行った。充放電試験では、充電レート1Cの条件での充電と放電レート1Cの条件での放電とを200回繰り返した。充放電試験の結果から、初回放電容量及び200サイクル後の放電容量、200サイクル後の容量維持率をもとめた。200サイクル後の容量維持率(X)は、以下の式(A)により求めた。この容量維持率は電池のサイクル特性を表わしている。
<Battery performance evaluation>
A charge / discharge (cycle) test and a resistance test of the batteries 1 to 11 were performed. In the charge / discharge test, the charging under the condition of the charging rate 1C and the discharging under the condition of the discharging rate 1C were repeated 200 times. From the results of the charge / discharge test, the initial discharge capacity, the discharge capacity after 200 cycles, and the capacity maintenance rate after 200 cycles were determined. The capacity retention rate (X) after 200 cycles was determined by the following formula (A). This capacity retention ratio represents the cycle characteristics of the battery.

X(%)=100×(200サイクル後放電容量)/初回放電容量・・・(A)
放電直流抵抗は、電圧を3.6Vに保持し、3Cレートで放電したときの電圧降下分より測定した。上記の試験結果を表4に示した。
X (%) = 100 × (discharge capacity after 200 cycles) / initial discharge capacity (A)
The discharge DC resistance was measured from the voltage drop when the voltage was maintained at 3.6 V and discharged at a 3C rate. The test results are shown in Table 4.

表4に示すように、電池4,5,7,8は、電池1〜3、6、9〜11に比べて、容量維持率が高かった。コンディショニング処理のみを行った電池2は、コンディショニング処理を行っていない電池1に比べて、サイクル特性が向上したが、その半面、放電直流抵抗が高くなった。初回充電及びコンディショニング処理を行った電池3、及び初回充電、エージング処理及びコンディショニング処理を行った電池4は、これらの処理を行っていない電池1よりも抵抗が低くなった。   As shown in Table 4, the batteries 4, 5, 7, and 8 had higher capacity retention rates than the batteries 1 to 3, 6, and 9 to 11. The battery 2 that had been subjected only to the conditioning treatment had improved cycle characteristics compared to the battery 1 that had not been subjected to the conditioning treatment, but on the other hand, the discharge DC resistance was higher. The battery 3 subjected to the initial charge and conditioning process and the battery 4 subjected to the initial charge, aging process and conditioning process had lower resistance than the battery 1 not subjected to these processes.

電池4,7,10は、電池5,8,11に比べて、エージング処理の保持時間が短い。電池4,7,10は、電池5,8,11に比べて、抵抗が低く初期放電容量が上昇し、且つサイクル特性は上昇した。   The batteries 4, 7, and 10 have a shorter retention time of the aging process than the batteries 5, 8, and 11. Batteries 4, 7, and 10 have lower resistance and higher initial discharge capacity and higher cycle characteristics than batteries 5, 8, and 11.

電池4,7,10を比べると、電池10は電池4,7に比べて容量維持率が低下した。このことから、初回充電の電圧が4.2Vを超えて上がると、サイクル特性が低下することがわかった。   Comparing the batteries 4, 7, 10, the capacity retention rate of the battery 10 was lower than that of the batteries 4, 7. From this, it was found that when the voltage of the first charge exceeds 4.2 V, the cycle characteristics deteriorate.

電池2〜11では初回充電の温度が常温であるが、0℃の低温、65℃の高温で初回充電を行った場合には、充電異常の不具合が生じた。電池4,5,7,8,10,11ではエージング処理は初回充電後の1時間以内に開始したが、12時間以上経過した後にエージング処理を開始した場合には、サイクル特性の低下が生じた。電池4,5,7,8,10,11ではエージング処理の温度が50℃であるが0℃の低温、65℃の高温である場合には、抵抗の増加、サイクル特性の低下が生じた。また、エージング処理の保持時間が0.5時間の短時間の場合には、エージング処理を行っていない場合に等しい結果となった。   In the batteries 2 to 11, the temperature of the first charge was normal temperature, but when the first charge was performed at a low temperature of 0 ° C. and a high temperature of 65 ° C., a problem of abnormal charging occurred. In batteries 4, 5, 7, 8, 10, and 11, the aging process started within 1 hour after the initial charge, but when the aging process was started after 12 hours or more had elapsed, the cycle characteristics were degraded. . In the batteries 4, 5, 7, 8, 10, and 11, when the aging temperature was 50 ° C., the resistance increased and the cycle characteristics deteriorated when the temperature was 0 ° C. or 65 ° C. Further, in the case where the retention time of the aging process is a short time of 0.5 hour, the result is equal to the case where the aging process is not performed.

Figure 0006187293
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Claims (6)

正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水電解液と、前記正極、前記負極、及び前記非水電解液を収容したケースとを備える非水系二次電池の組付体(以下、「電池組付体」という)に、前記電池組付体の電圧が定格電圧以上4.2V以下の範囲に到達するように初回充電を行う初回充電工程と、
前記初回充電工程を行った後から12時間未満にエージング処理を開始し、前記エージング処理では前記電池組付体を40℃以上50℃以下の高温環境に所定時間保持する高温保持工程と、
前記エージング処理を行った前記電池組付体に、前記電池組付体の電圧が4.2Vを超える範囲に到達するまで充電を行い、その後放電を行うコンディショニング処理を行う充放電工程と、を有し、
前記エージング処理での前記電池組付体の高温環境での保持時間は、10時間以上72時間未満であり、
前記初回充電工程と前記エージング処理との間では充放電処理を行わないことを特徴とする非水系二次電池の製造方法(ただし、非水電解液に、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、及びプロパンスルトンからなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤(A)と、無水マレイン酸、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、及びLiBFからなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤(B)とを含む非水系二次電池の製造方法を除く。)。
Non-aqueous secondary battery assembly comprising a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a case containing the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte (Hereinafter referred to as “battery assembly”), an initial charging step of performing initial charging so that the voltage of the battery assembly reaches a range of not less than the rated voltage and not more than 4.2 V;
A high temperature holding step of starting an aging process in less than 12 hours after performing the initial charging step, and holding the battery assembly in a high temperature environment of 40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower for a predetermined time in the aging process;
The battery assembly that has been subjected to the aging treatment is charged until a voltage of the battery assembly reaches a range exceeding 4.2 V, and then a charging / discharging step of performing a conditioning process for discharging. And
The holding time in the high temperature environment of the battery assembly in the aging treatment is 10 hours or more and less than 72 hours,
A method for producing a non-aqueous secondary battery, wherein no charge / discharge treatment is performed between the initial charge step and the aging treatment (however, the non-aqueous electrolyte includes ethylene sulfite, propylene sulfite, and propane). Including at least one additive (A) selected from the group consisting of sultone and at least one additive (B) selected from the group consisting of maleic anhydride, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and LiBF 4 (Excluding methods for manufacturing non-aqueous secondary batteries.)
前記初回充電工程での初回充電の充電レートは、0.1C以上1C以下である請求項1記載の非水系二次電池の製造方法。   The method for manufacturing a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein a charging rate of the first charging in the first charging step is 0.1 C or more and 1 C or less. 前記充放電工程のコンディショニング処理の充電は、前記電池組付体の電圧が4.2Vを超え且つ4.6V以下の範囲に到達するまで行う請求項1又は2に記載の非水系二次電池の製造方法。 The charge of the conditioning process of the said charging / discharging process is performed until the voltage of the said battery assembly reaches over 4.2V and the range of 4.6V or less, The non-aqueous secondary battery of Claim 1 or 2 Production method. 前記充放電工程でのコンディショニング処理の充電レートは、0.1C以上2C以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系二次電池の製造方法。 The method for manufacturing a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein a charging rate of the conditioning process in the charge / discharge process is 0.1 C or more and 2 C or less. 前記コンディショニング処理を行う雰囲気は、40℃未満である請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系二次電池の製造方法。 The manufacturing method of the non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 4 , wherein an atmosphere in which the conditioning treatment is performed is less than 40 ° C. 前記正極活物質は、リチウム金属複合酸化物及びポリアニオン系化合物の群から選ばれる1種以上を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系二次電池の製造方法。 The said positive electrode active material is a manufacturing method of the non-aqueous secondary battery of any one of Claims 1-5 which has 1 or more types chosen from the group of lithium metal complex oxide and a polyanion type compound.
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