JP6589258B2 - Method for manufacturing power storage element - Google Patents
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Description
本発明は、正極、負極、当該正極と負極との間に配置されるセパレータ、及び添加剤を含む電解液を有する蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage element having a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing an additive.
世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を電気自動車の電源として使用することが検討されている。非水電解質二次電池を電気自動車に必要なハイレートの電流で充放電すると、層間電解液中のリチウムイオン濃度が低下して電池抵抗値が増加し、リチウムイオン二次電池の出力が低下する。 The shift from gasoline cars to electric cars has become important as a global environmental problem. For this reason, use of a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery as a power source for an electric vehicle has been studied. When a non-aqueous electrolyte secondary battery is charged and discharged at a high rate current required for an electric vehicle, the lithium ion concentration in the interlayer electrolyte decreases, the battery resistance value increases, and the output of the lithium ion secondary battery decreases.
そこで、従来、当該二次電池の電池抵抗値の増加を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、層間電解液のリチウムイオン濃度よりも電極露出部の電解液のリチウムイオン濃度を高くすることによりハイレートの電流で充放電を行っても、層間電解液のリチウムイオン濃度の低下を抑制することができ、電池抵抗値の増加を抑制している。 Therefore, conventionally, a technique for suppressing an increase in the battery resistance value of the secondary battery has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, even if charging / discharging is performed at a high rate of current by increasing the lithium ion concentration of the electrolyte solution in the electrode exposed portion higher than the lithium ion concentration of the interlayer electrolyte solution, the decrease in the lithium ion concentration of the interlayer electrolyte solution is reduced. It is possible to suppress the increase in the battery resistance value.
上述した従来の技術においては、リチウムイオンの透過促進及び劣化防止などを目的として、電解液中に皮膜形成剤が添加される。正極、負極及びセパレータの積層により構成された電極体が、この皮膜形成剤を含む電解液を含浸することにより、電極体内の電極表面に皮膜が形成される。 In the conventional technique described above, a film forming agent is added to the electrolytic solution for the purpose of promoting permeation of lithium ions and preventing deterioration. A film is formed on the surface of the electrode in the electrode body by impregnating the electrode body constituted by lamination of the positive electrode, the negative electrode, and the separator with the electrolytic solution containing the film forming agent.
しかしながら、電池容器の底部に存在する遊離電解液が、電池稼働中にセパレータを介して上方へと吸い上げられる場合にも電極表面に皮膜は形成されるが、この間には負極表面で添加剤が分解されてしまう。このため、電極体の鉛直上方には添加剤が十分に到達せず、電極体の上側と下側とで皮膜分布が生じてしまう。この皮膜分布により、電極体において局所的に劣化が進行し、耐久性のばらつきが発生するという問題がある。 However, even when the free electrolyte present at the bottom of the battery container is sucked upward through the separator during battery operation, a film is formed on the electrode surface, but during this time, the additive decomposes on the negative electrode surface. It will be. For this reason, the additive does not sufficiently reach vertically above the electrode body, and a film distribution occurs on the upper side and the lower side of the electrode body. Due to the distribution of the film, there is a problem in that the electrode body is locally deteriorated to cause variation in durability.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電極の皮膜形成が均一化され、耐久性のばらつきが抑制された蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a power storage device in which film formation of an electrode is made uniform and variation in durability is suppressed, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータを有する電極体と、皮膜形成剤を添加剤として含み、前記電極体に含浸する電解液と、前記電極体と前記電解液とを収容する容器とを備え、前記電極体が有する端部のうちのいずれかの端部である第一端部における単位体積あたりの皮膜形成量に対する、前記第一端部の反対側に位置する第二端部における単位体積あたりの皮膜形成量の割合は、0.8以上1.2以下である。 In order to achieve the above object, an energy storage device according to one embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrode body including a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a film forming agent as an additive. Including an electrolyte solution impregnated in the electrode body, a container for containing the electrode body and the electrolyte solution, and a first end portion that is one of the end portions of the electrode body. The ratio of the film formation amount per unit volume at the second end located on the opposite side of the first end portion to the film formation amount per unit volume is 0.8 or more and 1.2 or less.
これによれば、電極体における皮膜形成量の割合が0.8以上1.2以下となっているので、第一端部及び第二端部のいずれを鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the ratio of the film formation amount in the electrode body is 0.8 or more and 1.2 or less, either the first end portion or the second end portion is installed and used on the upper side in the vertical direction. Even in this case, the uniformity of the film distribution in the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、さらに、前記正極と電気的に接続され、前記容器の前記第二端部側に配設された正極端子と、前記負極と電気的に接続され、前記容器の前記第二端部側に配設された負極端子とを備えることにしてもよい。 Furthermore, a positive electrode terminal that is electrically connected to the positive electrode and disposed on the second end side of the container, and is electrically connected to the negative electrode and connected to the second end side of the container. You may decide to provide the negative electrode terminal arrange | positioned.
これによれば、電極体における皮膜形成量の割合が0.8以上1.2以下となっているので、電極端子側端部及びその反対側端部のいずれを鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the ratio of the film formation amount in the electrode body is 0.8 or more and 1.2 or less, either the electrode terminal side end or the opposite side end is installed on the upper side in the vertical direction. Even if it is used, the uniformity of the film distribution in the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、さらに、前記正極と電気的に接続され、前記蓄電素子の前記第二端部側に配設された正極集電体と、前記負極と電気的に接続され、前記蓄電素子の前記第一端部側に配設された負極集電体と、前記正極集電体と電気的に接続された正極端子と、前記負極集電体と電気的に接続された負極端子とを備えることにしてもよい。 Furthermore, the positive electrode current collector electrically connected to the positive electrode and disposed on the second end side of the power storage element, and the first negative electrode of the power storage element electrically connected to the negative electrode A negative electrode current collector disposed on an end side; a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode current collector; and a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode current collector. Also good.
これによれば、電極体における皮膜形成量の割合が0.8以上1.2以下となっているので、正極端子側端部及び負極端子側端部のいずれを鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the ratio of the film formation amount in the electrode body is 0.8 or more and 1.2 or less, either the positive terminal end or the negative terminal end is installed on the upper side in the vertical direction. Even if it is used, the uniformity of the film distribution in the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、前記蓄電素子は、前記第二端部が前記第一端部よりも鉛直方向の上側となるよう設置された状態において、前記割合が0.8以上1.2以下であることにしてもよい。 Further, the power storage element may be configured such that the ratio is 0.8 or more and 1.2 or less in a state where the second end portion is installed in a vertical direction above the first end portion. Good.
これによれば、電極体における皮膜形成量の割合が0.8以上1.2以下となっているので、使用時に電極端子側端部がその反対側端部よりも鉛直方向の上側となるよう設置されても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the ratio of the film formation amount in the electrode body is 0.8 or more and 1.2 or less, the end portion on the electrode terminal side is on the upper side in the vertical direction than the end portion on the opposite side in use. Even when installed, the uniformity of the coating distribution within the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、前記蓄電素子は、前記第二端部が前記第一端部よりも鉛直方向の上側、または、前記第一端部が前記第二端部よりも鉛直方向の上側となるように配置された状態において、前記割合が0.8以上1.2以下であることにしてもよい。 The power storage element is disposed such that the second end portion is on the upper side in the vertical direction with respect to the first end portion, or the first end portion is on the upper side in the vertical direction with respect to the second end portion. In this state, the ratio may be 0.8 or more and 1.2 or less.
これによれば、電極体における皮膜形成量の割合が0.8以上1.2以下となっているので、使用時に正極端子側端部が負極端子側端部よりも鉛直方向の上側となるよう設置されても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the ratio of the film formation amount in the electrode body is 0.8 or more and 1.2 or less, the positive electrode terminal side end is in the vertical direction upper side than the negative electrode terminal end in use. Even when installed, the uniformity of the coating distribution within the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、前記皮膜形成剤は、硫黄を含むことにしてもよい。 The film forming agent may contain sulfur.
これにより、電極表面における皮膜形成が促進され、また、電解液の分解を抑制することで、出力の低下を抑制できる。 Thereby, the film formation on the electrode surface is promoted, and the decrease in the output can be suppressed by suppressing the decomposition of the electrolytic solution.
また、前記正極端子及び前記負極端子は、前記容器の同一面に配置され、前記同一面には、さらに、前記電解液を前記容器内へ注入するための注液栓が設けられていることにしてもよい。 The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are disposed on the same surface of the container, and a liquid injection plug for injecting the electrolyte into the container is further provided on the same surface. May be.
正極端子及び負極端子が設けられた面に注液栓が設けられている場合には、製造時に当該面を上方に向けて注液される。この場合、注液後には、電極体を挟んで上記面と反対側の容器内側に遊離電解液が存在する。この状態でエージング等の所定の工程を経た場合には、使用時には皮膜形成量の割合は0.8未満となり皮膜分布が不均一となる。 When a liquid injection stopper is provided on the surface on which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided, the liquid is injected with the surface facing upward at the time of manufacture. In this case, after the injection, the free electrolyte is present inside the container opposite to the above surface across the electrode body. When a predetermined process such as aging is performed in this state, the ratio of the film formation amount is less than 0.8 at the time of use, and the film distribution becomes non-uniform.
これに対して、上記蓄電素子によれば、上記面を上方に向けて注液した場合であっても、皮膜形成量の割合は0.8以上1.2以下となっているので、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。 On the other hand, according to the power storage element, even when the liquid is injected with the surface facing upward, the ratio of the film formation amount is 0.8 or more and 1.2 or less. The uniformity of the film distribution is maintained.
また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータを有する電極体と、前記電極体を収容する容器と、当該容器の同一面に配置された正極端子及び負極端子とを備える蓄電素子の製造方法であって、皮膜形成剤を添加剤として含む電解液を、電解液注入口から前記容器内に注入する注入工程と、前記注入工程の後、前記電解液注入口を封口する封口工程と、前記電解液を前記電極体に含浸させ、前記正極及び前記負極の表面に皮膜を形成するためのエージングを実行するエージング工程とを含み、前記エージング工程では、前記正極端子及び前記負極端子が鉛直方向の上側以外に配置されるよう前記蓄電素子を設置して前記エージングを実行する。 In addition, a method for manufacturing an energy storage device according to one embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrode body having a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a container that houses the electrode body, A method of manufacturing an electricity storage device comprising a positive electrode terminal and a negative electrode terminal arranged on the same surface of a container, and an injection step of injecting an electrolytic solution containing a film forming agent as an additive into the container from an electrolytic solution injection port And an aging step for sealing the electrolyte solution injection port after the injection step, and aging for impregnating the electrode body with the electrolyte solution to form a film on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode In the aging step, the aging is performed by installing the power storage element so that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged at positions other than the upper side in the vertical direction.
これによれば、正極端子及び負極端子が配置された容器の面が鉛直方向の上側以外に配置された状態でエージング処理されるので、蓄電素子を、当該面、正極端子及び負極端子のいずれかを鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to this, since the surface of the container in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged is disposed in a state other than the upper side in the vertical direction, the power storage element is any one of the surface, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal. Even if it is installed and used on the upper side in the vertical direction, the uniformity of the film distribution within the electrode body is maintained. Therefore, since local deterioration in the electrode body is suppressed, it is possible to suppress variations in durability.
また、前記注入工程では、前記同一面に設けられた前記電解液注入口から前記電解液を前記容器内に注入することにしてもよい。 In the injection step, the electrolyte may be injected into the container from the electrolyte injection port provided on the same surface.
上記面に電解液注入口が設けられている場合には、当該面を上方に向けて注液される。この場合、注液後には、電極体を挟んで上記面と反対側の容器内側に遊離電解液が存在する。この設置状態でエージング処理をすると、電極端子側よりもその反対側のほうが皮膜形成量が大きくなり皮膜分布が不均一となる。 When the electrolyte inlet is provided on the surface, the liquid is injected with the surface facing upward. In this case, after the injection, the free electrolyte is present inside the container opposite to the above surface across the electrode body. When the aging treatment is performed in this installed state, the film formation amount is larger on the opposite side than on the electrode terminal side, and the film distribution becomes non-uniform.
これに対して、本態様によれば、エージング処理時には、遊離電解液は上記反対側の容器内側に偏在していない。よって、使用時には、電極体内の皮膜分布の均一性が実現される。 On the other hand, according to this aspect, at the time of aging treatment, the free electrolyte is not unevenly distributed inside the container on the opposite side. Therefore, the uniformity of the film distribution in the electrode body is realized at the time of use.
また、前記エージング工程では、使用状態に対して前記蓄電素子の上下方向が反転するように設置して前記エージングを実行することにしてもよい。 Further, in the aging step, the aging may be performed by installing the power storage element so that the vertical direction of the power storage element is reversed with respect to the use state.
これによれば、使用状態に対して蓄電素子の上下方向が反転するように配置されてエージングされるので、使用時には、電極体内の皮膜分布の均一性が実現される。 According to this, since the storage element is disposed and aged so that the vertical direction of the power storage element is reversed with respect to the use state, the uniformity of the film distribution in the electrode body is realized at the time of use.
また、前記エージング工程では、前記電極体の正極端子側端部または負極端子側端部が鉛直方向の上側に配置されて使用される予定の前記蓄電素子に対して、前記正極端子側端部が前記負極端子側端部よりも鉛直方向の下側となるよう前記蓄電素子を設置して前記エージングを実行することにしてもよい。 Further, in the aging step, the positive electrode terminal side end portion of the electrode body is scheduled to be used with the positive electrode terminal side end portion or the negative electrode terminal side end portion arranged on the upper side in the vertical direction. The aging may be performed by installing the power storage element so as to be on the lower side in the vertical direction than the end portion on the negative electrode terminal side.
これによれば、エージング時に正極端子側端部付近に存在する遊離電解液が上方に吸い上げられる間に、負極と負極端子とを接続する負極集電体により添加剤が還元分解されてしまうことを防止できるので添加剤が均一に拡散する。よって、正極端子側端部と負極端子側端部との間で電極体内の皮膜分布の均一性が確保され、使用時に正極端子側端部または負極端子側端部が鉛直方向の上側に配置された場合であっても、電極体内の皮膜分布の均一性が実現される。 According to this, the additive is reduced and decomposed by the negative electrode current collector connecting the negative electrode and the negative electrode terminal while the free electrolyte present near the end on the positive electrode terminal side is sucked upward during aging. Since it can be prevented, the additive diffuses uniformly. Therefore, the uniformity of the film distribution within the electrode body is ensured between the positive terminal end and the negative terminal end, and the positive terminal end or the negative terminal end is arranged on the upper side in the vertical direction during use. Even in this case, the uniformity of the film distribution in the electrode body is realized.
本発明に係る蓄電素子及びその製造方法によれば、電極の皮膜形成が均一化されるので、耐久性のばらつきを抑制できる。 According to the electricity storage device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the film formation of the electrode is made uniform, so that variations in durability can be suppressed.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a power storage device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements that constitute a more preferable embodiment.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子1の構成について説明する。
(Embodiment 1)
First, the structure of the electrical storage element 1 which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated.
[1.全体構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子の外観斜視図である。なお、同図は、容器内部を透視した図となっている。
[1. overall structure]
FIG. 1 is an external perspective view of a power storage device according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, the figure is a figure which saw through the container inside.
蓄電素子1は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。例えば、蓄電素子1は、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、電気自動車(EV)などに使用される二次電池である。なお、蓄電素子1は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。 The storage element 1 is a secondary battery that can charge and discharge electricity, and more specifically, is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. For example, the electric storage element 1 is a secondary battery used for a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), an electric vehicle (EV), and the like. In addition, the electrical storage element 1 is not limited to a nonaqueous electrolyte secondary battery, A secondary battery other than a nonaqueous electrolyte secondary battery may be sufficient, and a capacitor may be sufficient as it.
同図に示すように、蓄電素子1は、電極体2と、容器3と、正極端子4と、負極端子5と、電解液(非水電解質)6と、正極集電体7と、負極集電体8とを備える。
As shown in the figure, the electricity storage device 1 includes an
[2.電極体]
電極体2は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。具体的には、電極体2は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻回されて形成されている。なお、同図では、電極体2の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体2の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状(積層型)でもよい。
[2. Electrode body]
The
[2.1 正極]
正極は、正極基材層と正極合剤層とを有している。
[2.1 Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode base material layer and a positive electrode mixture layer.
正極基材層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。なお、上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。 The positive electrode base material layer is a long belt-shaped conductive current collector foil made of aluminum or an aluminum alloy. Note that as the current collector foil, a known material such as nickel, iron, stainless steel, titanium, baked carbon, a conductive polymer, conductive glass, or an Al—Cd alloy can be used as appropriate.
正極合剤層は、正極基材層の表面に形成された活物質層である。つまり、正極合剤層は、正極基材層の両面に、それぞれ形成されている。正極合剤層は、正極活物質と、導電助剤と、バインダとを含んでいる。 The positive electrode mixture layer is an active material layer formed on the surface of the positive electrode base material layer. That is, the positive electrode mixture layer is formed on both surfaces of the positive electrode base material layer. The positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder.
正極合剤層に用いられる正極活物質は、公知の化合物を特に限定なく使用できるが、その中でも、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であり、LiaNibM1cM2dWxNbyZrzO2(但し、式中、a、b、c、d、x、y、zは、0≦a≦1.2、0≦b≦1、0≦c≦0.5、0≦d≦0.5、0≦x≦0.1、0≦y≦0.1、0≦z≦0.1、b+c+d=1を満たし、M1、M2は、Mn、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ge、Sn及びMgからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)で表される化合物や、LiNixMnyCozO2(x+y+z=1、x<1、y<1、z<1)で表される化合物が用いられるのが好ましい。 As the positive electrode active material used for the positive electrode mixture layer, known compounds can be used without any particular limitation. Among them, Li a Ni b M1 c M2 d W x Nb is a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. y Zr z O 2 (where, a, b, c, d, x, y, z are 0 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0 ≦ d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.1, 0 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.1, b + c + d = 1 is satisfied, M1 and M2 are Mn, Ti, Cr, Fe, Co , Cu, Zn, Al, Ge, Sn, and Mg, or a compound represented by LiNi x Mn y Co z O 2 (x + y + z = 1, x <1) , Y <1, z <1) are preferably used.
正極合剤層に用いられる導電助剤の種類は特に制限されず、金属であっても非金属であってもよい。金属の導電助剤としては、銅やニッケルなどの金属元素から構成される材料を用いることができる。また、非金属の導電助剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素材料を用いることができる。 The kind in particular of conductive support agent used for a positive mix layer is not restrict | limited, A metal or a nonmetal may be sufficient. As the metal conductive aid, a material composed of a metal element such as copper or nickel can be used. In addition, as the nonmetallic conductive aid, carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black can be used.
正極合剤層に用いられるバインダとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定であり、また、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば特にその種類は制限されない。例えば、バインダとして、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。 As the binder used for the positive electrode mixture layer, the type is particularly limited as long as the material is stable with respect to the solvent and the electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and is stable with respect to the oxidation-reduction reaction at the time of charge and discharge. Not. For example, as a binder, thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR) Polymers having rubber elasticity such as fluoro rubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.
なお、正極は、正極基材層と正極合剤層との間に、アンダーコート層を有してもよい。 In addition, the positive electrode may have an undercoat layer between the positive electrode base material layer and the positive electrode mixture layer.
[2.2 負極]
負極は、負極基材層と、負極合剤層とを有している。
[2.2 Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode base material layer and a negative electrode mixture layer.
負極基材層は、銅または銅合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。なお、上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。 The negative electrode substrate layer is a long strip-shaped conductive current collector foil made of copper or a copper alloy. Note that as the current collector foil, a known material such as nickel, iron, stainless steel, titanium, baked carbon, a conductive polymer, a conductive glass, or an Al—Cd alloy can be used as appropriate.
負極合剤層は、負極基材層の表面に形成された活物質層であり、負極基材層を挟むように負極基材層の両側に配置されている。負極合剤層は、負極活物質と、導電助剤と、バインダとを含んでいる。 The negative electrode mixture layer is an active material layer formed on the surface of the negative electrode substrate layer, and is disposed on both sides of the negative electrode substrate layer so as to sandwich the negative electrode substrate layer. The negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder.
負極合剤層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti6O12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。このなかでも、とくに難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素が好ましい。 As the negative electrode active material used for the negative electrode mixture layer, a known material can be appropriately used as long as it is a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. For example, lithium metal and lithium alloys (lithium metal-containing alloys such as lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys) and lithium can be occluded / released. Alloys, carbon materials (eg, graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.), metal oxides, lithium metal oxides (Li 4 Ti 6 O 12 etc.), polyphosphate compounds Etc. Among these, non-graphitizable carbon and graphitizable carbon are particularly preferable.
負極合剤層に用いられる導電助剤は、正極合剤層に用いられる導電助剤と同様であるため、詳細な説明は省略する。 Since the conductive support agent used for a negative mix layer is the same as the conductive support agent used for a positive mix layer, detailed description is abbreviate | omitted.
負極合剤層に用いられるバインダとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定であり、また、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば特にその種類は制限されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。 As the binder used for the negative electrode mixture layer, the type of the binder is particularly limited as long as it is stable to the solvent and the electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and stable to the oxidation-reduction reaction at the time of charge and discharge. Not. For example, thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoro rubber Such polymers having rubber elasticity can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.
[2.3 セパレータ]
セパレータは、正極と負極との間に配置される長尺帯状のセパレータであり、正極及び負極とともに長手方向に巻回され複数層積層されることで、電極体2が形成される。セパレータは、セパレータ基材層及び無機塗工層を備えている。
[2.3 Separator]
The separator is a long strip-shaped separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and the
セパレータ基材層は、セパレータの本体であり、樹脂多孔膜全般が使用できる。例えば、セパレータ基材層としては、ポリマー、天然繊維、炭化水素繊維、ガラス繊維もしくはセラミック繊維の織物または不織繊維を有する樹脂多孔膜が用いられる。また、当該樹脂多孔膜は、好ましくは、織物または不織ポリマー繊維を有する。特に、当該樹脂多孔膜は、ポリマー織物またはフリースを有するかまたはこのような織物またはフリースであるのが好ましい。ポリマー繊維としては、好ましくは、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)及び/またはポリオレフィン(PO)、例えばポリプロピレン(PP)またはポリエチレン(PE)またはこのようなポリオレフィンの混合物や複合膜から選択したポリマーの非電導性繊維を有する。また、当該樹脂多孔膜は、ポリオレフィン微多孔膜、不織布、紙等であってもよく、好ましくはポリオレフィン微多孔膜である。 The separator base material layer is a main body of the separator, and the entire resin porous membrane can be used. For example, as the separator base layer, a resin porous membrane having a woven or non-woven fiber of polymer, natural fiber, hydrocarbon fiber, glass fiber or ceramic fiber is used. The porous resin membrane preferably has woven or non-woven polymer fibers. In particular, the porous resin membrane preferably has a polymer fabric or fleece or is such a fabric or fleece. As polymer fibers, preferably polyacrylonitrile (PAN), polyamide (PA), polyester, such as polyethylene terephthalate (PET) and / or polyolefin (PO), such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) or such polyolefins And non-conductive fibers of a polymer selected from a mixture or composite membrane. The resin porous membrane may be a polyolefin microporous membrane, a nonwoven fabric, paper or the like, and is preferably a polyolefin microporous membrane.
無機塗工層は、セパレータ基材層の少なくとも一面に配され、セパレータ基材層上に設けられた層である。無機塗工層としては、酸化及び導体化しない樹脂を使用することが好ましい。これにより、セパレータの酸化が抑制され、充放電サイクル特性が向上する。 The inorganic coating layer is a layer provided on at least one surface of the separator base material layer and provided on the separator base material layer. As the inorganic coating layer, it is preferable to use a resin that does not oxidize and become a conductor. Thereby, oxidation of a separator is suppressed and charge / discharge cycle characteristics are improved.
具体的には、無機塗工層は、耐熱粒子として、耐熱性の無機粒子を含む無機層である。当該無機粒子としては、合成品及び天然産物のいずれでも、特に限定なく用いることができる。例えば、当該無機粒子としては、下記のうちの一つ以上の無機物の単独もしくは混合体もしくは複合化合物から成る。酸化鉄、SiO2、Al2O3、TiO2、BaTiO2、ZrO、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物微粒子、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子、シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物、などが挙げられる。また、金属微粒子;SnO2、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子、などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。特に、無機粒子としては、SiO2、Al2O3、アルミナ−シリカ複合酸化物が好ましい。 Specifically, the inorganic coating layer is an inorganic layer containing heat-resistant inorganic particles as heat-resistant particles. As the inorganic particles, any of synthetic products and natural products can be used without particular limitation. For example, the inorganic particles are composed of one or more of the following inorganic substances alone or as a mixture or a composite compound. Oxide fine particles such as iron oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 2 , ZrO, alumina-silica composite oxide, nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride, calcium fluoride, barium fluoride, Slightly soluble ionic crystal particles such as barium sulfate, covalently bonded crystal particles such as silicon and diamond, clay particles such as talc and montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, mica And mineral resource-derived substances such as these or artificial products thereof. Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO), carbonaceous fine particles such as carbon black and graphite, and the like (for example, a material having electrical insulation properties) Fine particles imparted with electrical insulation properties by surface treatment with the above-described material constituting the electrically insulating inorganic particles) may be used. In particular, as the inorganic particles, SiO 2, Al 2 O 3 , alumina - silica composite oxide.
なお、セパレータは、無機塗工層を備えていることが好ましいが、無機塗工層を備えていなくてもよい。 In addition, although it is preferable that the separator is equipped with the inorganic coating layer, it does not need to be equipped with the inorganic coating layer.
[3.容器]
容器3は、金属からなる矩形筒状であり、底板33、正極側側壁34及び負極側側壁35を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製の上板32とで構成されている。また、容器3は、電極体2等を内部に収容後、上板32と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、筐体本体は、底板33、正極側側壁34及び負極側側壁35の他、正極側側壁34及び負極側側壁35とともに電極体2を囲み、X軸方向に互いに対向する2枚の側壁を含んでいる。また 上板32には、正極端子4及び負極端子5が配設されているとともに、注液栓31が配設されている。なお、電解液を容器3内部に注入する場合には、注液栓31が外されて電解液注入口から電解液が注入される。
[3. container]
The
なお、容器は、金属からなる矩形筒状に限定されるものではない。電極体2及び電解液6を密閉収容できる形状であればどのような形状であってもよい。また、樹脂からなるラミネート容器であってもよい。
The container is not limited to a rectangular cylinder made of metal. Any shape may be used as long as the
また、正極端子4及び負極端子5は、上板32が有する同一面に配置されることに限定されない。正極端子4及び負極端子5は、それぞれ、底板33及び側壁のいずれかに配置されていてもよい。
Further, the
[4.電極端子]
正極端子4は、電極体2の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子5は、電極体2の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子4及び負極端子5は、電極体2に蓄えられている電気を蓄電素子1の外部空間に導出し、また、電極体2に電気を蓄えるために蓄電素子1の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。正極端子4及び負極端子5は、上板32に、当該長手方向に互いに対向するように配置されている。
[4. Electrode terminal]
The
[5.集電体]
正極集電体7は、電極体2の正極と容器3の正極側側壁34との間に配置され、正極端子4及び電極体2の正極に電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体7は、電極体2の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。
[5. Current collector]
The positive electrode
負極集電体8は、電極体2の負極と容器3の負極側側壁35との間に配置され、負極端子5及び電極体2の負極に電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体8は、電極体2の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。
The negative electrode
[6.電解液]
容器3の内部に封入される電解液6は、一般にリチウムイオン電池等への使用が提案されているものが使用可能であり、様々なものを選択することができる。蓄電素子1においては、以下の有機溶媒と電解質塩とを組み合わせて、非水電解質として使用する。非水電解質は、容器3内において、正極合剤層、負極合剤層、及びセパレータに含浸されている。
[6. Electrolyte]
As the
例えば、非水電解質の有機溶媒として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。なお、非水電解質には公知の添加剤を加えてもよい。なお、これらの非水電解液の中では、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートを混合して使用すると、リチウムイオンの伝導度が極大となるために好ましい。 Examples of organic solvents for non-aqueous electrolytes include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, diethyl Chain carbonates such as carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane Ethers such as 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; dioxolane or derivatives thereof; ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto. In addition, you may add a well-known additive to a nonaqueous electrolyte. In these non-aqueous electrolytes, it is preferable to use a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate because the lithium ion conductivity is maximized.
また、非水電解質に含まれる電解質塩としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、NaClO4、NaI、NaSCN、NaBr、KClO4、KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、(CH3)4NBF4、(CH3)4NBr、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NI、(C3H7)4NBr、(n−C4H9)4NClO4、(n−C4H9)4NI、(C2H5)4N−maleate、(C2H5)4N−benzoate、(C2H5)4N−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。
Examples of the electrolyte salt contained in the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, Inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K) such as NaSCN, NaBr, KClO 4 , KSCN, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (
ここで、本発明の蓄電素子1の電解液6には、電極での皮膜形成によるリチウムイオンの透過促進及び劣化防止を目的として、界面保護皮膜形成剤が添加剤として含まれている。上記添加剤は、正負極の表面に皮膜を形成するための硫黄(S)元素を含む皮膜形成剤であることが望ましい。硫黄元素を含む皮膜形成剤が電解液6に含まれることにより、電極表面における皮膜形成が促進され、また、電解液の分解を抑制すること出力の低下を抑制できる。上記添加剤としては、ジアリルスルフィド、アリルフェニルスルフィド、アリルビニルスルフィド、アリルエチルスルフィド、プロピルスルフィド、ジアリルジスルフィド、アリルエチルジスルフィド、アリルプロピルジスルフィド、アリルフェニルジスルフィドなどのスルフィド類、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトンなどの環状スルホン酸エステル類、メチルジスルホン酸メチル、メチルジスルホン酸エチル、メチルジスルホン酸プロピル、エチルジスルホン酸エチル、エチルジスルホン酸プロピルなどの環状ジスルホン酸エステル類、ビス(ビニルスルホニル)メタン、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、メタンスルホン酸プロピル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸プロピル、ベンゼンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸エチル、ベンゼンスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸フェニル、エタンスルホン酸フェニル、プロパンスルホン酸フェニル、ベンジルスルホン酸メチル、ベンジルスルホン酸エチル、ベンジルスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸ベンジル、エタンスルホン酸ベンジル、プロパンスルホン酸ベンジルなどの鎖状スルホン酸エステル類、ジメチルサルファイト、ジエチルサルファイト、エチルメチルサルファイト、メチルプロピルサルファイト、エチルプロピルサルファイト、ジフェニルサルファイト、メチルフェニルサルファイト、エチルフェニルサルファイト、ビニルエチレンサルファイト、ジビニルエチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ビニルプロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ビニルブチレンサルファイト、ビニレンサルファイト、フェニルエチレンサルファイトなどの亜硫酸エステル類、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジイソプロピル、硫酸ジブチル、エチレングリコール硫酸エステル、プロピレングリコール硫酸エステル、ブチレングリコール硫酸エステル、ペンテングリコール硫酸エステルなどの硫酸エステル類、硫酸ビストリメチルシリル、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、当該添加剤は、上記に例示される化合物を単独もしくは2種以上併用してもよい。
Here, the
なお、上記皮膜形成剤は、硫黄元素を含むものに限定されるものでなく、例えば、リチウムジフルオロオキサレートホスフェート(LiFOP)などの硫黄を含まないものであってもよい。LiFOPを添加剤として用いることにより、電極での皮膜形成によるリチウムイオンの透過促進が達成され、さらに、充放電サイクルに対する容量保持率が向上する。なお、LiFOPなどを添加剤として用いた場合には、電極での皮膜形成時に、皮膜形成以外の分解反応によりガスを発生させることが想定される。この場合には、さらに、電解液6に、電極での皮膜形成時にガスを発生しない、もしくはガス発生量が少なく初回充放電後に電池膨れを引き起こさない第2の添加剤が含まれていてもよい。第2の添加剤としては、例えば、ジフルオロリン酸リチウム、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートなどのカーボネート類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、ジアリルスルフィド、アリルフェニルスルフィド、アリルビニルスルフィド、アリルエチルスルフィド、プロピルスルフィド、ジアリルジスルフィド、アリルエチルジスルフィド、アリルプロピルジスルフィド、アリルフェニルジスルフィド等のスルフィド類、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン等の環状スルホン酸エステル類、ビス(ビニルスルホニル)メタン、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、メタンスルホン酸プロピル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸プロピル、ベンゼンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸エチル.ベンゼンスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸フェニル、エタンスルホン酸フェニル、プロパンスルホン酸フェニル、ベンジルスルホン酸メチル、ベンジルスルホン酸エチル、ベンジルスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸ベンジル、エタンスルホン酸ベンジル、プロパンスルホン酸ベンジル、等の鎖状スルホン酸エステル類、ジメチルサルファイト、ジエチルサルファイト、エチルメチルサルファイト、メチルプロピルサルファイト、エチルプロピルサルファイト、ジフェニルサルファイト、メチルフェニルサルファイト、エチルメチルサルファイト、ビニルエチレンサルファイト,ジビニルエチレンサルファイト,プロピレンサルファイト、ビニルプロピレンサルファイト,ブチレンサルファイト、ビニルブチレンサルファイト,ビニレンサルファイト、フェニルエチレンサルファイト、などの亜硫酸エステル類、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジイソプロピル,硫酸ジブチル,エチレングリコール硫酸エステル、プロピレングリコール硫酸エステル、ブチレングリコール硫酸エステル、ペンテングリコール硫酸エステルなどの硫酸エステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、フルオロベンゼン、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、2−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、ジフェニルエーテル、tert−ブチルベンゼン、オルトターフェニル、メタターフェニル、ナフタレン、フルオロナフタレン、クメン、フルオロベンゼン、2,4−ジフルオロアニソールなどの芳香族化合物、パーフルオロオクタンなどのハロゲン置換アルカン、ホウ酸トリストリメチルシリル、硫酸ビストリメチルシリル、リン酸トリストリメチルシリルなどのシリルエステル類が挙げられる。
In addition, the said film formation agent is not limited to what contains a sulfur element, For example, you may not contain sulfur, such as lithium difluoro oxalate phosphate (LiFOP). By using LiFOP as an additive, promotion of lithium ion permeation by film formation at the electrode is achieved, and the capacity retention rate against charge / discharge cycles is further improved. When LiFOP or the like is used as an additive, it is assumed that gas is generated by a decomposition reaction other than the film formation when the film is formed on the electrode. In this case, the
これらの化合物は単独でまたは2種以上を併用することができる。 These compounds can be used alone or in combination of two or more.
[7.電極体の皮膜形成]
図2は、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子の使用時における断面図である。同図に示すように、本実施の形態では、蓄電素子1は、正極端子4及び負極端子5が配設された上板32が底板33よりも重力方向(鉛直方向)の上側に配置されるように設置されて使用されている。この状態において、電極体2は、正極と負極との間に電解液6を含浸している。また、電極体2内部に含浸していない遊離電解液60が、底板33の内側に残留している。
[7. Electrode body film formation]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the power storage device according to Embodiment 1 of the present invention when in use. As shown in the figure, in the present embodiment, in the electricity storage device 1, the
ここで、従来の蓄電素子の場合について説明する。蓄電素子が図2に示されたような状態で放置されている場合には、底板内部付近に残留した遊離電解液は、セパレータを介して上板の方向(鉛直上向き)に吸い上げられる。このとき、添加剤も同様に吸い上げられるが、蓄電素子の使用時には、負電圧となっている負極上において添加剤が分解されてしまう。これにより、添加剤濃度は、上板側よりも底板側の方が高くなり、その結果、皮膜分布が不均一となる。 Here, the case of the conventional electrical storage element is demonstrated. When the storage element is left in the state shown in FIG. 2, the free electrolyte remaining in the vicinity of the inside of the bottom plate is sucked up in the direction of the upper plate (vertically upward) through the separator. At this time, the additive is sucked up in the same manner, but the additive is decomposed on the negative electrode having a negative voltage when the power storage element is used. Thereby, the additive concentration is higher on the bottom plate side than on the top plate side, and as a result, the coating distribution is non-uniform.
これに対して、本実施の形態に係る蓄電素子1は、製造時において、上板32が底板33よりも重力方向の下側に配置されてエージング処理がなされている。
On the other hand, in the electrical storage element 1 according to the present embodiment, the
図3は、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子のエージング時における断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子1は、製造時のエージング工程において、正極端子4及び負極端子5が配設された上板32が底板33よりも重力方向の下側に配置される。これにより、上記エージング工程の期間では、遊離電解液60は上板32の内側付近に残留している。よって、製造時の注液工程後に、上板32が底板33よりも重力方向の上側に配置されて底板側の添加剤濃度が上板側の添加剤濃度よりも高くなる濃度勾配を有する状態であっても、上記エージング工程後には、皮膜形成における上記濃度勾配を緩和することが可能となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the energy storage device according to Embodiment 1 of the present invention during aging. As shown in the figure, in the energy storage device 1 according to the present embodiment, the
本実施の形態において、上記エージング工程におけるエージング処理とは、35℃以上、かつ、添加剤の還元分解電位以下である負極電位以下となるSOC(State Of Charge)に設定する処理である。例えば、上記エージング処理として、上板32を底板33よりも重力方向の下側となるように蓄電素子を配置し、SOC(State Of Charge)を80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置する。本エージング工程を経た後、電極体2のうち底板33側の領域Bの単位体積あたりの皮膜形成量に対する、上板32側の領域Aの単位体積あたりの皮膜形成量の割合である第1皮膜比率は、0.8以上1.2以下となる。ここで、領域Bは、電極体2が有する端部のうちのいずれかの端部である第一端部であり、領域Aは、電極体2が有する端部のうちの、第一端部の反対側に位置する第二端部である。また、正極端子4及び負極端子5は、ともに蓄電素子1の第二端部側に配置された電極端子である。
In the present embodiment, the aging process in the aging step is a process of setting to SOC (State Of Charge) which is 35 ° C. or higher and lower than or equal to the negative electrode potential which is lower than the reductive decomposition potential of the additive. For example, as the aging process, the storage element is arranged so that the
なお、本実施の形態に係る上記エージング処理を実行しない場合には、上記第1皮膜比率は0.8未満である。 In addition, when not performing the said aging process which concerns on this Embodiment, the said 1st membrane | film | coat ratio is less than 0.8.
本実施の形態によれば、電極体2における第1皮膜比率が0.8以上1.2以下となっているので、使用時に上板32が底板33よりも鉛直方向の上側となるよう設置されても、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体2内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。
According to the present embodiment, since the first film ratio in the
[8.蓄電素子の製造方法]
次に、本発明の蓄電素子1の製造方法について説明する。
[8. Method for manufacturing power storage element]
Next, the manufacturing method of the electrical storage element 1 of this invention is demonstrated.
図4は、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子の製造方法を説明する工程図である。同図に示された工程図は、蓄電素子1の製造工程のうち、電解液6を注入する工程からエージング処理する工程までを説明するものである。以下では、電解液6を注入する工程より前の工程、及び、エージング工程より後の工程は、特に従来用いられてきた工程と異なるところはなく通常用いられている工程と同様なので、その説明を省略する。
FIG. 4 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the energy storage device according to Embodiment 1 of the present invention. The process diagram shown in the figure explains from the step of injecting the
まず、電解液注入口から、皮膜形成剤を添加剤として含む電解液6を容器3内に注入する(注液工程)。本注液工程では、上板32が底板33よりも重力方向の下側となるように蓄電素子を配置する。
First, an
次に、注液工程の後、電解液6を電極体2へ浸透させるため、蓄電素子1を所定の期間放置する(放置工程:図示せず)。この間、注入された電解液6は毛細管現象により電極体2の正極板−セパレータ間及び負極板−セパレータ間へ徐々に浸入していく。電極体2内部への電解液6の浸入が進行するにつれ、正極板−負極板での導電性が上昇し電池抵抗値は減少していく。
Next, in order to infiltrate the
次に、蓄電素子1を予備充電し、電解液注入口を封口する(予備充電+封口工程)。この予備充電により、既に電極体2内に浸透した電解液6に含まれる添加剤により、電極に皮膜が形成される。
Next, the storage element 1 is precharged and the electrolyte injection port is sealed (preliminary charge + sealing step). By this preliminary charging, a film is formed on the electrode by the additive contained in the
なお、上記予備充電+封口工程において、封口処理の後予備充電してもよい。ただし、予備充電の期間では、添加剤の分解反応によりガスが発生することが想定される。この発生ガスによる電池膨れを防止するという観点から、当該発生ガスを予め容器3の外部へ放出する方が好ましいので、予備充電を実行した後で封口処理を実行する方が望ましい。
In the preliminary charging + sealing step, preliminary charging may be performed after the sealing process. However, during the precharge period, it is assumed that gas is generated due to the decomposition reaction of the additive. From the viewpoint of preventing the battery from being swollen by the generated gas, it is preferable to release the generated gas to the outside of the
また、後述するエージング工程との関係から、上記予備充電処理は省略されてもよい。 Moreover, the said precharge process may be abbreviate | omitted from the relationship with the aging process mentioned later.
次に、皮膜形成剤を添加剤として含む遊離電解液60を電極体2に含浸させ、正極及び負極の表面に皮膜を形成させる(エージング工程)。なお、本エージング工程では、上板32が底板33よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子1を設置する。言い換えると、正極端子4及び負極端子5が鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子1を設置してエージングを実行する。なお、エージング処理の条件として、例えば、SOC(State Of Charge)を80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置する。
Next, the
上記工程を経て製造された蓄電素子1は、製造完了後の実使用時においては、上板32が底板33よりも鉛直方向の上側に配置されて使用される予定である。言い換えると、蓄電素子1は、領域Aである第二端部が領域Bである第一端部よりも鉛直方向の上側となるよう設置されて使用される予定である。
The power storage device 1 manufactured through the above steps is scheduled to be used with the
上板32に電解液注入口が設けられており上板32を上側に向けて注液する場合、注液後には、底板33内側に遊離電解液60が存在する。この設置状態でエージング処理をすると、上板32側の領域Aよりも底板33側の領域Bほうが皮膜形成量が大きくなり皮膜分布が不均一となる。
When the
これに対して、上述した本実施の形態に係る蓄電素子1の製造方法によれば、正極端子4及び負極端子5が鉛直方向の上側以外に配置された状態でエージング処理される。つまり、エージング工程では、使用状態に対して蓄電素子1の上下方向が反転するように設置されるので、エージング処理時には、遊離電解液60は底板33内側に偏在していない。これにより、蓄電素子1を、上板32または側壁を鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体2内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。
On the other hand, according to the manufacturing method of power storage device 1 according to the above-described embodiment, the aging process is performed in a state where
(実施の形態2)
実施の形態1では、容器3の上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の上側に配置された状態で使用される蓄電素子に対して、上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の下側となるように蓄電素子を配置した状態でエージング処理する蓄電素子及びその製造方法を説明した。これに対して、本実施の形態では、正極側側壁34側(領域C)または負極側側壁35側(領域D)が鉛直方向の上側に配置された状態で使用される蓄電素子に対して、正極側側壁34側(領域C)が負極側側壁35側(領域D)よりも鉛直方向の下側となるように蓄電素子を配置した状態でエージング処理する蓄電素子及びその製造方法を説明する。なお、本実施の形態に係る蓄電素子10は、実施の形態1に係る蓄電素子1と比較して、容器3、正極端子4、負極端子5、電解液6、正極集電体7、及び負極集電体8の構成は同様であり、電極体2における皮膜形成量の分布、及び、エージング時の配置状態が構成として異なる。以下、実施の形態1に係る蓄電素子1及びその製造方法と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
[1.電極体の皮膜形成]
図5Aは、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子の第1の使用時における断面図であり、図5Bは、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子の第2の使用時における断面図である。
[1. Electrode body film formation]
5A is a cross-sectional view of the electricity storage device according to
図5Aに示すように、第1の使用時では、蓄電素子10は、正極側側壁34が負極側側壁35よりも重力方向の上側に配置されるように設置されて使用されている。この状態において、電極体2は、正極と負極との間に電解液6を含浸している。また、電極体2内部に含浸していない遊離電解液60が、負極側側壁35の内側に残留している。
As shown in FIG. 5A, during the first use, the
図5Bに示すように、第2の使用時では、蓄電素子10は、負極側側壁35が正極側側壁34よりも重力方向の上側に配置されるように設置されて使用されている。この状態において、電極体2は、正極と負極との間に電解液6を含浸している。また、電極体2内部に含浸していない遊離電解液60が、正極側側壁34の内側に残留している。
As shown in FIG. 5B, during the second use, the
ここで、従来の蓄電素子の場合について説明する。蓄電素子が図5Aに示されたような状態で使用されている場合には、負極と負極端子5とを接続する負極集電体8上で添加剤が還元分解を受ける。よって、遊離電解液60が、セパレータを介して正極側側壁34の方向(鉛直上向き)に吸い上げられても、鉛直方向の上側と下側とで添加剤の濃度勾配が顕著となり、その結果、皮膜分布が不均一となる。
Here, the case of the conventional electrical storage element is demonstrated. When the power storage element is used in the state shown in FIG. 5A, the additive undergoes reductive decomposition on the negative electrode
これに対して、本実施の形態に係る蓄電素子10は、製造時において、正極側側壁34が負極側側壁35よりも重力方向の下側に配置されてエージング処理がなされている。
On the other hand, the
図6は、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子のエージング時における断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子10は、製造時のエージング工程において、正極側側壁34が負極側側壁35よりも重力方向の下側に配置される。これにより、上記エージング工程の期間では、遊離電解液60は正極側側壁34の内側付近に残留している。よって、製造時に、負極集電体8上での添加剤の還元分解により負極側の添加剤濃度が正極側の添加剤濃度よりも高い濃度勾配を有する状態であっても、上記エージング工程後には、皮膜形成における上記濃度勾配を緩和することが可能となる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the energy storage device according to
本エージング工程を経た後、電極体2のうち負極端子5側の領域Dの単位体積あたりの皮膜形成量に対する、正極端子4側の領域Cの単位体積あたりの皮膜形成量の割合である第2皮膜比率は、0.8以上1.2以下となる。ここで、領域Dは、電極体2が有する端部のうちのいずれかの端部である第一端部であり、領域Cは、電極体2が有する端部のうちの、第一端部の反対側に位置する第二端部である。
After this aging process, the second is the ratio of the film formation amount per unit volume in the region C on the
なお、本実施の形態に係る上記エージング処理を実行しない場合には、上記第2皮膜比率は0.8未満である。 When the aging process according to the present embodiment is not executed, the second film ratio is less than 0.8.
図7は、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子の第3の使用時における構成図である。具体的には、同図には、複数の蓄電素子で構成された電池モジュール100の使用時における構成が表されている。電池モジュール100は、正極側側壁34が負極側側壁35よりも重力方向の上側となるように配置された蓄電素子1Aと、負極側側壁35が正極側側壁34よりも重力方向の上側となるように配置された蓄電素子1Bとが交互に配置された構成となっている。これにより、蓄電素子1Aの負極端子5と蓄電素子1Bの正極端子4とが近接して接続され、また、蓄電素子1Aの正極端子4と蓄電素子1Bの負極端子5とが近接して接続される。このように構成された電池モジュール100では、特に、負極側側壁35が下方に配置された蓄電素子1Aにおいて、負極集電体8上で添加剤が還元分解され易い。さらには、セパレータは、通常、巻回方向よりも幅方向(TD方向)のほうが電解液6の吸い上げ速度が遅い。このため、電池モジュール100では、特に、蓄電素子1Aについて、製造時のエージング工程にて正極側側壁34を負極側側壁35よりも重力方向の下側に配置することにより、皮膜形成における上記濃度勾配を緩和し濃度分布を均一化することが可能となる。
FIG. 7 is a configuration diagram of the power storage device according to the second embodiment of the present invention during the third use. Specifically, FIG. 2 shows a configuration when the
本実施の形態によれば、電極体2における第2皮膜比率が0.8以上1.2以下となっているので、使用時に正極側側壁34側の領域Cが負極側側壁35側の領域Dよりも鉛直方向の上側となるよう設置されても、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体2内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。
According to the present embodiment, since the second film ratio in the
[2.蓄電素子の製造方法]
次に、本発明の蓄電素子10の製造方法について説明する。
[2. Method for manufacturing power storage element]
Next, the manufacturing method of the
図8は、本発明の実施の形態2に係る蓄電素子の製造方法を説明する工程図である。同図に示された工程図は、蓄電素子10の製造工程のうち、電解液6を注入する工程からエージング処理する工程までを説明するものである。以下では、電解液6を注入する工程より前の工程、及び、エージング工程より後の工程は、特に従来用いられてきた工程と異なるところはなく通常用いられている工程と同様なので、その説明を省略する。また、以下では、実施の形態1に係る蓄電素子1の製造方法と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
FIG. 8 is a process diagram for explaining the method for manufacturing the energy storage device according to
注液工程、放置工程、及び予備充電+封口工程は、実施の形態1で説明した工程と同様である。 The liquid injection process, the leaving process, and the preliminary charging + sealing process are the same as those described in the first embodiment.
注液工程、放置工程、及び予備充電+封口工程を経て、皮膜形成剤を添加剤として含む遊離電解液60を電極体2に含浸させ、正極及び負極の表面に皮膜を形成させる(エージング工程)。なお、本エージング工程では、正極側側壁34が負極側側壁35よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子10を設置する。言い換えると、正極端子4側端部が鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子10を設置してエージングを実行する。なお、エージング処理の条件として、例えば、SOC(State Of Charge)を80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置する。
Through an injection step, a standing step, and a preliminary charging + sealing step, the
上記工程を経て製造された蓄電素子10は、製造完了後の実使用時においては、正極側側壁34または負極側側壁35が鉛直方向の上側に配置されて使用される予定である。言い換えると、蓄電素子1は、領域Dである第二端部が領域Cである第一端部よりも鉛直方向の上側、または、領域Cである第一端部が領域Dである第二端部よりも鉛直方向の上側となるよう設置されて使用される予定である。
The
上述した本実施の形態に係る蓄電素子10の製造方法によれば、正極側側壁34が、負極側側壁35よりも鉛直方向の下側に配置された状態でエージング処理される。つまり、エージング工程では、正極端子側端部が負極端子側端部よりも鉛直方向の下側となるよう蓄電素子10を設置してエージングが実行されるので、エージング処理時には、遊離電解液60は負極側側壁35内側に偏在していない。これにより、蓄電素子10を、正極側側壁34または負極側側壁35が鉛直方向の上側に配置されて使用された状態において、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体2内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。
According to the above-described method for manufacturing
実施の形態1及び2に係る蓄電素子及びその製造方法によれば、正極端子4及び負極端子5が配置された上板32が、底板33よりも鉛直方向の上側以外に配置された状態でエージング処理される。上記エージング処理により、電極体2の負極集電体8側(領域D)かつ電極端子側と反対側(領域B)に位置する端部(領域DかつB)における単位体積あたりの皮膜形成量に対する、電極体2の正極集電体7側(領域C)かつ電極端子側(領域A)に位置する端部(領域DかつB)における単位体積あたりの皮膜形成量の割合は、0.8以上1.2以下となる。これにより、実施の形態1に係る蓄電素子1を上板32または側壁を鉛直方向の上側に設置して使用した場合であっても、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。また、実施の形態2に係る蓄電素子10を正極側側壁34または負極側側壁35を鉛直方向の上側に配置して使用した場合であっても、電極体2内の皮膜分布の均一性が保持される。よって、電極体2内での局所的な劣化が抑制されるので、耐久性のばらつきを抑制することが可能となる。
According to the energy storage device and the manufacturing method thereof according to
[実施例]
次に、上記の構成を有する蓄電素子1及び10が、耐久性のばらつきを抑制できることについて、詳細に説明する。
[Example]
Next, it will be described in detail that
まず、蓄電素子1及び10の製造方法の一例について説明する。具体的には、以下のようにして、後述する実施例1〜7及び比較例1〜7における蓄電素子としての電池の作製を行った。なお、実施例1〜7は、いずれも、上述した実施の形態に係る蓄電素子1または10に関するものである。
First, an example of a method for manufacturing
(1−1)電極体の作製
実施例1〜7及び比較例1〜7について、以下のように電極体2を作製した。
(1-1) Production of Electrode Body For Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 7, an
正極活物質として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を用い、導電助剤としてはアセチレンブラックを用い、バインダとしてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。正極ペーストは、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として、導電助剤が4.5重量%、バインダが4.5重量%、正極活物質が91重量%となるように混合、混練することで作製した。また、作製した正極ペーストを、厚さ15μmのアルミ箔上に幅83mm、未塗布部(正極活物質非形成領域)幅11mmとなるように6.9mg/cm2の重量で塗布、乾燥後、正極合材中の活物質充填密度が2.48g/ccになるようにロールプレスを行い、真空乾燥して水分を除去した。 LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material, acetylene black was used as the conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. The positive electrode paste is mixed and kneaded using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent so that the conductive auxiliary agent is 4.5% by weight, the binder is 4.5% by weight, and the positive electrode active material is 91% by weight. It was produced by doing. Further, the prepared positive electrode paste was applied on a 15 μm thick aluminum foil at a weight of 6.9 mg / cm 2 so as to have a width of 83 mm and an unapplied portion (positive electrode active material non-formation region) width of 11 mm. Roll pressing was performed so that the active material filling density in the positive electrode mixture was 2.48 g / cc, and vacuum drying was performed to remove moisture.
負極活物質として、D50が3.3μmの粒子径の難黒鉛化性炭素を用いた。また、バインダとしてはPVDFを用いた。負極ペーストは、NMPを溶剤として、バインダが7重量%、負極活物質が93重量%となるように混合、混練することで作製した。また、作製した負極ペーストを、厚さ8μmの銅箔上に幅87mm、未塗布部(負極活物質非形成領域)幅9mmとなるように3.3mg/cm2の重量で塗布乾燥後、負極合材中の活物質充填密度が、0.98g/ccになるようにロールプレスを行い、真空乾燥して水分を除去した。 As the negative electrode active material, non-graphitizable carbon having a particle size of D50 of 3.3 μm was used. PVDF was used as the binder. The negative electrode paste was prepared by mixing and kneading NMP as a solvent so that the binder was 7% by weight and the negative electrode active material was 93% by weight. The prepared negative electrode paste was applied and dried on a copper foil having a thickness of 8 μm at a weight of 3.3 mg / cm 2 so that the width was 87 mm and the non-applied part (negative electrode active material non-formation region) width was 9 mm. Roll pressing was performed so that the active material filling density in the mixture was 0.98 g / cc, and vacuum drying was performed to remove moisture.
電解液6(非水電解質)としては、プロピレンカーボネート(PC):ジメチルカーボネート(DMC):エチルメチルカーボネート(EMC)=30:30:35(体積比)の混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6を調整後に1.2mol/Lとなるように溶解した。さらに、これに添加剤として下記(1)及び(2)に示す化合物を、それぞれ0.5wt%ずつ加えた。 As the electrolytic solution 6 (non-aqueous electrolyte), a mixed solvent of propylene carbonate (PC): dimethyl carbonate (DMC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 30: 30: 35 (volume ratio) and LiPF 6 as an electrolyte salt are used. It dissolved so that it might become 1.2 mol / L after adjustment. Further, 0.5 wt% each of the compounds shown in the following (1) and (2) was added thereto as an additive.
正極、負極及びセパレータを積層して巻回後、容器3に挿入し、電解液6を注入した。その後、予備充電として0.2CAの電流で1時間充電を行い、電解液注入口を封口した。なお、1CAとは、満充電時の電池を1時間で放電するときの電流値である。
After laminating and winding the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the positive electrode, the negative electrode, and the separator were inserted into the
(1−2)エージンング工程
実施例1〜7及び比較例1〜7について上記のように電極体2を作製した後、以下のようにエージング処理を行った。
(1-2) Aging process After producing the
比較例1〜7については、上板32が底板33よりも鉛直方向の上側に配置されるよう蓄電素子を設置し、SOCを80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置した。
About Comparative Examples 1-7, an electrical storage element is installed so that the
また、実施例1〜3については、上板32が底板33よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子を設置し、SOCを80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置した。
Moreover, about Examples 1-3, an electrical storage element is installed so that the
また、実施例4〜7については、正極側側壁34が負極側側壁35よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子を設置し、SOCを80%に設定した状態で45℃の恒温槽内で15時間放置した。
In Examples 4 to 7, the storage element was installed so that the positive
(2−1)使用時の設置状態
実施例1〜3及び比較例1〜3については、上板32が底板33よりも鉛直方向の上側に配置されるよう蓄電素子を設置した状態で、後述する放置試験及びサイクル試験を実施した。
(2-1) Installation state at the time of use About Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3, it mentions later in the state which installed the electrical storage element so that the
実施例4及び6、ならびに、比較例4及び6については、正極側側壁34が負極側側壁35よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子を設置した状態で、後述する放置試験及びサイクル試験を実施した。
For Examples 4 and 6, and Comparative Examples 4 and 6, with the storage element installed so that the
実施例5及び7、ならびに、比較例5及び7については、負極側側壁35が正極側側壁34よりも鉛直方向の下側に配置されるよう蓄電素子を設置した状態で、後述する放置試験及びサイクル試験を実施した。
For Examples 5 and 7, and Comparative Examples 5 and 7, with the storage element installed so that the negative
(2−2)出力確認試験および出力保持率の算出
エージング工程後かつ放置試験前の電池について、25℃の恒温槽中で5Aの充電電流、4.2Vの定電流定電圧充電を3時間行い、10分の休止後、5Aの放電電流にて2.4Vまで定電流放電を行うことで、電池の放電容量Qを測定した。
(2-2) Output Confirmation Test and Calculation of Output Retention Ratio For the battery after the aging process and before the standing test, a charging current of 5 A and a constant current and constant voltage charging of 4.2 V are performed for 3 hours in a constant temperature bath at 25 ° C. After 10 minutes of rest, the discharge capacity Q of the battery was measured by performing constant current discharge to 2.4 V at a discharge current of 5 A.
前述の容量確認試験で得られた放電容量の20%を充電することで電池のSOC(State Of Charge)を20%に調整後、−10℃にて4時間保持し、その後2.3Vの定電圧放電を1秒間行い、1秒目の電流値から低温出力P0を算出した。 The battery SOC (State Of Charge) is adjusted to 20% by charging 20% of the discharge capacity obtained in the capacity check test described above, and then maintained at −10 ° C. for 4 hours. The voltage discharge was performed for 1 second, and the low temperature output P0 was calculated from the current value of the first second.
放置試験後の電池についても同様の試験をおこない、放置試験後の低温出力P1を算出し、出力保持率を以下の式により算出した。 The same test was performed on the battery after the standing test, the low-temperature output P1 after the standing test was calculated, and the output retention rate was calculated by the following formula.
出力保持率=P1/P0×100 Output holding ratio = P1 / P0 × 100
なお、サイクル試験後の出力保持率についても上記と同様にして算出した。 The output retention after the cycle test was calculated in the same manner as described above.
(2−3)放置試験
2.5A定電流で4.03Vまで、さらに4.03V定電圧で、合計3時間充電して電池のSOC(State Of Charge)を85%に設定し、65℃の恒温槽中において30日間(1ヶ月間)保管した。30日間毎に電池を恒温槽中から取り出し、25℃に冷却した後、各電池を、5A定電流、終止電圧2.4Vの条件で放電した後、上記2−2記載の出力確認試験を行った。この放置試験を6ヶ月間繰り返した。ここで、「SOCを85%に」とは、電池の容量に対して、充電電気量が85%であることを表す。
(2-3) Standing test The battery was charged at a constant current of 2.5 A up to 4.03 V, and further at a constant voltage of 4.03 V for a total of 3 hours, and the SOC (State Of Charge) of the battery was set to 85%. It was stored in a thermostatic bath for 30 days (1 month). The batteries are taken out from the thermostatic chamber every 30 days and cooled to 25 ° C., and then each battery is discharged under the conditions of 5 A constant current and end voltage 2.4 V, and then the output confirmation test described in 2-2 is performed. It was. This neglect test was repeated for 6 months. Here, “SOC to 85%” represents that the amount of charged electricity is 85% with respect to the capacity of the battery.
(2−4)充放電サイクル試験
充放電サイクル試験の試験条件を決めるために、SOC50%に調整した電池を55℃にて4時間保持し、SOC80%になるまで40Aの定電流充電を行い、その後、SOC80%からSOC20%まで40Aの定電流放電を行うことで、SOC80%の充電電圧V80とSOC20%の放電電圧V20を決定した。
(2-4) Charge / Discharge Cycle Test In order to determine the test conditions of the charge / discharge cycle test, the battery adjusted to 50% SOC is held at 55 ° C. for 4 hours and charged at a constant current of 40 A until the SOC reaches 80%. Thereafter, a constant current discharge of 40 A was performed from SOC 80% to SOC 20%, thereby determining a charging voltage V80 of SOC 80% and a discharging voltage V20 of SOC 20%.
55℃サイクル試験は、40Aの定電流にて行い、充電時のカットオフ電圧をV80とし、放電時のカットオフ電圧をV20として、休止時間を設定せずに連続して行った。サイクル時間は500時間ごとにサイクルを停止し、恒温槽中から取り出し、25℃に冷却した後、各電池を、5A定電流、終止電圧2.4Vの条件で放電した後、上記2−2記載の出力確認試験を行った。このサイクル試験を合計3000時間とした。 The 55 ° C. cycle test was performed at a constant current of 40 A, the cut-off voltage during charging was set to V80, the cut-off voltage during discharge was set to V20, and the test was continuously performed without setting a pause time. The cycle time is stopped every 500 hours, taken out from the thermostatic chamber, cooled to 25 ° C., and then each battery is discharged under the conditions of a 5 A constant current and a final voltage of 2.4 V. The output confirmation test was conducted. This cycle test was set to 3000 hours in total.
(2−5)皮膜形成量の測定
エージング工程後かつ放置試験前の実施例1〜7及び比較例1〜7について、それぞれ、25℃において5Aの放電電流、2.0Vの定電流定電圧放電を5時間行い、5時間の休止後、アルゴン雰囲気化のグロ−ブボックス内に電池を移した。その後、グローブボックス内で解体し、電池容器内から正極及び負極を取り出した。取り出した正極及び負極を純度99.9%以上,水分量20ppm以下のDMCで3回以上洗浄した後、DMCを真空乾燥により除去した後、所定の領域(領域A〜D)の正極及び負極を切り出し、トランスファーベッセルを用いて、大気にふれることなく、X線光電子分析装置(KRATOS社製X線光電子分析装置AXIS−NOVA形MB5仕様)内に移し、XPS測定を行った。具体的には、正極及び負極ともに測定元素として、Li、C、O、P、F、S、Al、Cu、Ni、Co、Mnを測定し、各元素の最表面の測定結果から、添加剤に含まれる硫黄(S)成分の濃度(atom%)を算出し、これを単位体積あたりの皮膜形成量と定義した。
(2-5) Measurement of film formation amount For Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 7 after the aging step and before the standing test, a discharge current of 5 A and a constant current and constant voltage discharge of 2.0 V were obtained at 25 ° C., respectively. After 5 hours of rest, the battery was transferred into a glove box with an argon atmosphere. Then, it disassembled in the glove box and took out the positive electrode and the negative electrode from the battery container. The taken out positive and negative electrodes were washed three or more times with DMC having a purity of 99.9% or more and a water content of 20 ppm or less, and after removing the DMC by vacuum drying, the positive and negative electrodes in predetermined regions (regions A to D) were removed. The sample was cut out and transferred to an X-ray photoelectron analyzer (X-ray photoelectron analyzer AXIS-NOVA type MB5 specification manufactured by KRATOS) without touching the atmosphere, and XPS measurement was performed. Specifically, Li, C, O, P, F, S, Al, Cu, Ni, Co, and Mn were measured as measurement elements for both the positive electrode and the negative electrode, and the additive was determined from the measurement results on the outermost surface of each element. The concentration (atom%) of the sulfur (S) component contained in was calculated and defined as the film formation amount per unit volume.
以上のように、作製した実施例1〜3及び比較例1〜3の各領域における皮膜形成量及び出力保持率を、以下の表1に示す。また、作製した実施例4〜7及び比較例4〜7の各領域における皮膜形成量及び放置後およびサイクル後の出力保持率を、以下の表2に示す。 As described above, the film formation amount and the output retention rate in each region of the produced Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below. In addition, Table 2 below shows the film formation amount and the output retention rate after being left and after being cycled in each region of Examples 4-7 and Comparative Examples 4-7.
上記表1に示された実施例1〜3は、エージング時には上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の下側となるよう設置され、使用時には上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の上側となるよう設置されている。一方、比較例1〜3は、エージング時及び使用時ともに上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の上側となるよう設置されている。
In Examples 1 to 3 shown in Table 1, the
実施例1〜3では、電極体上板側の硫黄濃度(atom%)を電極体底板側の硫黄濃度(atom%)で除した値(上板側/底板側)、つまり、電極体2のうち底板33側の領域Bの皮膜形成量に対する上板32側の領域Aの皮膜形成量の割合である第1皮膜比率が、0.8以上1.2以下となっている。これは、使用時の方向とは逆向きの状態でエージング処理を実施することにより、従来では添加剤濃度が低い(皮膜形成量が少ない)領域に対して、予め多くの皮膜を形成できるため使用時の皮膜分布が抑制されたものと考えられる。
In Examples 1 to 3, the value obtained by dividing the sulfur concentration (atom%) on the electrode plate upper plate side by the sulfur concentration (atom%) on the electrode plate bottom plate side (upper plate side / bottom plate side), that is, Of these, the first film ratio, which is the ratio of the film formation amount in the region A on the
これに対して、比較例1〜3では、上記第1皮膜比率が0.8未満となっている。これは、容器3の底板側に残留した遊離電解液に含まれる添加剤が使用中にセパレータを通して端子方向へ吸い上げられるものの、その最中に当該添加剤が負極上で分解されることによるものである。これにより、電極体2の底板側と上板側とで添加剤の濃度勾配が発生し、皮膜形成に分布が生じるものと考えられる。
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the first film ratio is less than 0.8. This is because the additive contained in the free electrolyte remaining on the bottom plate side of the
また、放置試験及びサイクル試験による使用により、比較例1〜3では、出力保持率のばらつきが±4%であるのに対して、実施例1〜3では、出力保持率のばらつきが±2%に低減されている。これは、本発明に係るエージング処理を適用することにより、電極体の上板側と底板側とに形成される皮膜量のばらつきを小さくできたためであると考えられる。 In addition, due to the use in the standing test and the cycle test, in Comparative Examples 1 to 3, the output retention rate variation is ± 4%, whereas in Examples 1 to 3, the output retention rate variation is ± 2%. Has been reduced. This is considered to be because the variation in the amount of the film formed on the upper plate side and the bottom plate side of the electrode body can be reduced by applying the aging treatment according to the present invention.
上記表2に示された実施例4〜7は、エージング時には正極側側壁34側(領域C)が負極側側壁35側(領域D)よりも鉛直方向の下側となるよう設置されている。一方、比較例4〜7は、エージング時には上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の上側となるよう設置されている。
In Examples 4 to 7 shown in Table 2 above, the
実施例4〜7では、電極体正極端子側の硫黄濃度(atom%)を電極体負極端子側の硫黄濃度(atom%)で除した値(正極端子側/負極端子側)、つまり、電極体2のうち負極端子5側の領域Dの皮膜形成量に対する正極端子4側の領域Cの皮膜形成量の割合である第2皮膜比率が、0.8以上1.2以下となっている。これは、正極端子4側を鉛直方向下向きに配置してエージング処理することにより、当該処理中における負極集電体8上での添加剤の還元分解が防止されたことによるものであると考えられる。さらに、電解液の吸い上げ速度が遅い電極体の幅方向(TD方向)を鉛直方向に設定し、かつ、正極端子4側を下向けにしてエージング処理することにより、皮膜形成における正極端子側と負極端子側との間の濃度勾配が緩和されたものと考えられる。
In Examples 4 to 7, the value obtained by dividing the sulfur concentration (atom%) on the positive electrode terminal side by the sulfur concentration (atom%) on the negative electrode terminal side (positive terminal side / negative electrode terminal side), that is, the
これに対して、比較例4〜7では、上記第2皮膜比率が0.8未満となっている。これは、容器3の底板側に残留した遊離電解液に含まれる添加剤が使用中にセパレータを通して正極端子4または負極端子5の方向へ吸い上げられるものの、その最中に当該添加剤が負極上で分解されることによるものである。これにより、電極体2の負極端子側と正極端子側とで添加剤の濃度勾配が発生し、皮膜形成に分布が生じるものと考えられる。
On the other hand, in Comparative Examples 4 to 7, the second film ratio is less than 0.8. This is because the additive contained in the free electrolyte remaining on the bottom plate side of the
また、放置試験及びサイクル試験による使用により、比較例4〜7では、出力保持率のばらつきが顕著となった。具体的には、正極端子が下方向に配置された比較例4及び6の出力保持率と負極端子が下方向に配置された比較例5及び7の出力保持率とでは、約10%の差が認められた。この原因としては、負極端子が下方向に配置された場合には、残留する遊離電解液に含まれる添加剤が負極集電体8上で還元分解されるため、電極体の負極端子側と正極端子側とにおいて、皮膜形成剤による保護効果に差が生じ、正極端子側領域において局所的な劣化が生じたためと考えられる。
Moreover, in Comparative Examples 4 to 7, the variation in the output retention rate became remarkable due to the use by the standing test and the cycle test. Specifically, there is a difference of about 10% between the output retention ratio of Comparative Examples 4 and 6 in which the positive electrode terminal is disposed in the downward direction and the output retention ratio of Comparative Examples 5 and 7 in which the negative electrode terminal is disposed in the downward direction. Was recognized. This is because, when the negative electrode terminal is arranged in the downward direction, the additive contained in the remaining free electrolyte is reduced and decomposed on the negative electrode
これに対し、実施例4〜7では、出力保持率のばらつきは約2%であり、比較例4〜7と比較して、耐久性ばらつきを顕著に低減することができた。これは、本発明に係るエージング処理を適用することにより、正極端子側と負極端子側とに形成される皮膜量のばらつきを小さくできたためであると考えられる。 On the other hand, in Examples 4 to 7, the variation in output retention rate was about 2%, and the durability variation could be remarkably reduced as compared with Comparative Examples 4 to 7. This is considered to be because the variation of the coating amount formed on the positive electrode terminal side and the negative electrode terminal side can be reduced by applying the aging treatment according to the present invention.
以上、本発明の実施の形態1、2及びそれらの実施例に係る蓄電素子及びその製造方法について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。
As mentioned above, although
つまり、今回開示された実施の形態及び実施例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 That is, the embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
なお、実施の形態1、2及びその実施例において、例えば、上板32側(領域A)が底板33側(領域B)よりも鉛直方向の上側に配置された状態、などのように、AがBよりも鉛直方向の上側(または下側)、という表現が用いられている。この表現は、Aが、鉛直方向において、Bの直上(直下)に配置されていることを意味する場合のみならず、鉛直方向を法線とする平面とAとの距離が当該平面とBとの距離よりも大きい(小さい)位置にある場合を含むものである。
In the first and second embodiments and the examples thereof, for example, the state in which the
本発明は、耐久性が要求されるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池等に適用できる。 The present invention can be applied to non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries that require durability.
1、1A、1B、10 蓄電素子
2 電極体
3 容器
4 正極端子
5 負極端子
6 電解液
7 正極集電体
8 負極集電体
31 注液栓
32 上板
33 底板
34 正極側側壁
35 負極側側壁
60 遊離電解液
100 電池モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (2)
硫黄を含む皮膜形成剤を添加剤として含む電解液を、前記同一面に設けられた電解液注入口から前記容器内に注入する注入工程と、
前記注入工程の後、前記電解液注入口を封口する封口工程と、
前記電解液を前記電極体に含浸させ、前記正極及び前記負極の表面に皮膜を形成するためのエージングを実行するエージング工程とを含み、
前記エージング工程では、前記正極端子及び前記負極端子が鉛直方向の上側に配置されて使用される予定の前記蓄電素子に対して、前記正極端子及び前記負極端子が鉛直方向の下側に配置されるよう前記蓄電素子を設置して前記エージングを実行する
蓄電素子の製造方法。 An electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a container for housing the electrode body, and a positive electrode terminal and a negative electrode terminal disposed on the same surface of the container. A method of manufacturing a storage element,
An injection step of injecting an electrolytic solution containing a film forming agent containing sulfur as an additive into the container from an electrolytic solution injection port provided on the same surface;
After the injection step, a sealing step of sealing the electrolyte solution inlet,
An aging step of impregnating the electrode body with the electrolytic solution and performing aging for forming a film on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode,
In the aging step, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged on the lower side in the vertical direction with respect to the storage element that is to be used with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal arranged on the upper side in the vertical direction. A method of manufacturing a power storage element, wherein the power storage element is installed and the aging is performed.
硫黄を含む皮膜形成剤を添加剤として含む電解液を、前記同一面に設けられた電解液注入口から前記容器内に注入する注入工程と、
前記注入工程の後、前記電解液注入口を封口する封口工程と、
前記電解液を前記電極体に含浸させ、前記正極及び前記負極の表面に皮膜を形成するためのエージングを実行するエージング工程とを含み、
前記エージング工程では、前記電極体の正極端子側端部または負極端子側端部が鉛直方向の上側に配置されて使用される予定の前記蓄電素子に対して、前記正極端子側端部が前記負極端子側端部よりも鉛直方向の下側となるよう前記蓄電素子を設置して前記エージングを実行する
蓄電素子の製造方法。 An electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a container for housing the electrode body, and a positive electrode terminal and a negative electrode terminal disposed on the same surface of the container. A method of manufacturing a storage element,
An injection step of injecting an electrolytic solution containing a film forming agent containing sulfur as an additive into the container from an electrolytic solution injection port provided on the same surface;
After the injection step, a sealing step of sealing the electrolyte solution inlet,
An aging step of impregnating the electrode body with the electrolytic solution and performing aging for forming a film on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode,
In the aging step, the positive electrode terminal side end portion of the electrode body is to be used with the positive electrode terminal side end portion or negative electrode terminal side end portion arranged on the upper side in the vertical direction. A method for manufacturing a storage element, wherein the aging is performed by installing the storage element so as to be lower than a terminal side end in a vertical direction.
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