JP6697687B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池その他の非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery and other non-aqueous electrolyte secondary batteries.

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、軽量で高エネルギー密度が得られることから、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好ましい電池である。
この種の電池は、典型的には、アルミニウム箔等からなる正極集電体上に正極活物質を主成分とする正極合材層が形成された正極と、銅箔等からなる負極集電体上に負極活物質を主成分とする負極合材層が形成された負極とが、セパレータを間に介して交互に積層された形状を有する積層型あるいは捲回型の電極体を備えている。そして、電池性能をより向上させることを目的として、かかる電極体を構成する部材、例えば正極合材層や負極合材層の構成や形態の検討、改良が行われている。
その一例として、特許文献1および特許文献2には、負極活物質である黒鉛等の炭素材に加え、Al、SiO、ZrOのような電池反応に関与しない無機化合物からなる粒状の無機フィラー(充填材)を添加して構成されたリチウムイオン二次電池用の負極合材層が開示されている。このような無機フィラーを負極合材層に添加することにより、負極合材層の機械的強度を高くすることができるとともに、電極中のイオン伝導性が向上して電池の内部抵抗(例えばハイレート使用時の抵抗上昇の度合)を低減することができる。
A non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery is a battery that is preferable as a high output power source for driving a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle because it is lightweight and has a high energy density.
This type of battery is typically a positive electrode in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material as a main component is formed on a positive electrode current collector made of aluminum foil or the like, and a negative electrode current collector made of copper foil or the like. The negative electrode, on which the negative electrode mixture layer containing the negative electrode active material as a main component is formed, is provided with a laminated or wound electrode body having a shape of being alternately laminated with a separator interposed therebetween. Then, for the purpose of further improving the battery performance, studies and improvements have been made on the configuration and form of members constituting such an electrode body, for example, the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer.
As an example thereof, in Patent Documents 1 and 2, in addition to a carbon material such as graphite, which is a negative electrode active material, particles made of inorganic compounds such as Al 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 that do not participate in the battery reaction are used. Disclosed is a negative electrode mixture layer for a lithium ion secondary battery, which is configured by adding the inorganic filler (filler). By adding such an inorganic filler to the negative electrode mixture layer, it is possible to increase the mechanical strength of the negative electrode mixture layer and improve the ion conductivity in the electrode to improve the internal resistance of the battery (for example, when using a high rate). The degree of increase in resistance) can be reduced.

特開平10−255807号公報JP, 10-255807, A 特開2008−041465号公報JP, 2008-041465, A 特開2016−131128号公報JP, 2016-131128, A 特開2014−035939号公報JP, 2014-035939, A

しかし、本発明者は、負極合材層に無機フィラーを添加した場合、電池の内部抵抗を低減し得る一方で、入出力特性が低下(悪化)するという課題があることを突き止めた。そこで本発明は、無機フィラーを含む負極合材層を有する電極体を備えた非水電解液二次電池に関する上記課題を解決するべく創出されたものであり、電池の内部抵抗(例えばハイレート使用時のIV抵抗の上昇)を低減しつつ入出力特性の低下を抑制し得る非水電解液二次電池を提供することを目的とする。また、そのような非水電解液二次電池を製造する方法の提供を目的とする。   However, the present inventor has found that when an inorganic filler is added to the negative electrode mixture layer, the internal resistance of the battery can be reduced, but the input/output characteristics deteriorate (deteriorate). Therefore, the present invention was created to solve the above-mentioned problems relating to a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode body having a negative electrode mixture layer containing an inorganic filler. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing the deterioration of the input/output characteristics while suppressing the increase in IV resistance). Moreover, it aims at providing the method of manufacturing such a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明者は、無機フィラーを含む負極合材層を有する電極体を備えた非水電解液二次電池を構成する種々の部材の性状に着目して種々検討を行った。そして、電池ケースの内部において当該電池ケースと、電極体との直接的な接触を防止するために配置されている絶縁フィルムの電極体側の表面の濡れ性(電池ケース内に存在する非水電解液に対する濡れ性をいう。以下同じ。)を向上させることによって、入出力特性の低下を防止し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has conducted various studies focusing on the properties of various members constituting a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode body having a negative electrode mixture layer containing an inorganic filler. Then, inside the battery case, the wettability of the surface on the electrode body side of the insulating film arranged to prevent direct contact between the battery case and the electrode body (the non-aqueous electrolytic solution existing in the battery case It has been found that the deterioration of the input/output characteristics can be prevented by improving the wettability with respect to the above.

即ち、上記目的を実現する一の態様として、本発明は以下の構成の非水電解液二次電池を提供する。即ち、ここで開示される非水電解液二次電池は、
正極集電体上に正極活物質を含む正極合材層を有する正極と、負極集電体上に負極活物質を含む負極合材層を有する負極と、を有する電極体と、
非水電解液と、
前記電極体および非水電解液を内部に収容する電池ケースと、
前記電池ケースの内壁と前記電極体との間に配置された絶縁フィルムであって、該電池ケースと該電極体との直接的な接触を阻む絶縁フィルムと、
を備える。そして、ここで開示される非水電解液二次電池では、
前記負極合材層に電池反応に関与しない無機化合物からなる無機フィラーが含まれており、
前記絶縁フィルムは、前記電池ケース内壁に対向する側の表面と比較して、前記電極体に対向する側の表面の前記非水電解液に対する濡れ性が向上していることを特徴とする。
That is, as one mode for achieving the above object, the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery having the following configuration. That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein is
An electrode body having a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector,
Non-aqueous electrolyte,
A battery case containing the electrode body and the non-aqueous electrolyte therein,
An insulating film arranged between an inner wall of the battery case and the electrode body, the insulating film blocking direct contact between the battery case and the electrode body,
Equipped with. And, in the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein,
The negative electrode mixture layer contains an inorganic filler composed of an inorganic compound that does not participate in a battery reaction,
The insulating film has improved wettability with respect to the non-aqueous electrolyte on the surface facing the electrode body as compared with the surface facing the inner wall of the battery case.

かかる構成の非水電解液二次電池では、負極合材層に無機フィラーが含まれることにより、電池の内部抵抗(例えばハイレート使用時のIV抵抗の上昇)を、無機フィラーを含まない負極合材層を採用する場合よりも低減することができる。
さらに、本構成の非水電解液二次電池では、上記絶縁フィルム(典型的には、ポリオレフィン等の合成樹脂製絶縁フィルム)の上記電極体に対向する側の表面(以下、絶縁フィルムについて「内表面」ともいう。)の上記非水電解液に対する濡れ性が、上記電池ケース内壁に対向する側の表面(以下、絶縁フィルムについて「外表面」ともいう。)よりも高い(向上している)ことを特徴とする。
本発明者は、かかる絶縁フィルムの内表面側にコロナ放電処理等の表面処理を施すことによって当該内表面側の非水電解液に対する濡れ性を外表面側よりも高めることにより、入出力特性の低下を抑制し得ることを見出した。即ち、本構成の非水電解液二次電池によると、電池の内部抵抗(例えばハイレート使用時のIV抵抗の上昇)を低減しつつ入出力特性の低下についても抑制することができる。
なお、上記の特許文献3〜4には、絶縁フィルムを備えた二次電池が記載されているが、本発明の目的や構成を開示するものではない。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery having such a configuration, since the negative electrode mixture layer contains the inorganic filler, the internal resistance of the battery (for example, an increase in IV resistance when using a high rate) is reduced, and the negative electrode mixture does not include the inorganic filler. It can be reduced compared to the case where layers are adopted.
Furthermore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of this configuration, the surface of the insulating film (typically, an insulating film made of a synthetic resin such as polyolefin) facing the electrode body (hereinafter referred to as Wettability of the "surface" also to the non-aqueous electrolyte is higher (improved) than the surface of the side facing the inner wall of the battery case (hereinafter, also referred to as "outer surface" of the insulating film). It is characterized by
The present inventor has improved the wettability of the inner surface side of the insulating film to the non-aqueous electrolyte by subjecting the inner surface side of the insulating film to surface treatment such as corona discharge treatment, thereby improving the input/output characteristics. It was found that the decrease can be suppressed. That is, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present configuration, it is possible to reduce internal resistance of the battery (for example, increase in IV resistance when using a high rate) and also suppress deterioration in input/output characteristics.
In addition, although the secondary batteries provided with the insulating film are described in the above Patent Documents 3 to 4, they do not disclose the object or configuration of the present invention.

したがって、本発明は他の一態様として、ここで開示される非水電解液二次電池を製造する方法を提供する。即ち、ここで開示される製造方法は、
正極集電体上に正極活物質を含む正極合材層を有する正極と、負極集電体上に負極活物質を含む負極合材層を有する負極とを有する電極体と、
非水電解液と、
前記電極体および非水電解液を内部に収容する電池ケースと、
前記電池ケースの内壁と前記電極体との間に配置された絶縁フィルムであって、該電池ケースと該電極体との直接的な接触を阻む絶縁フィルムと、
を備える非水電解液二次電池の製造方法である。
そして、ここで開示される製造方法では、前記負極合材層に電池反応に関与しない無機化合物からなる無機フィラーを含ませるとともに、前記絶縁フィルムとして、前記電極体に対向する側の表面にコロナ放電処理等の表面処理を施すことによって、前記電池ケース内壁に対向する側の表面と比較して、当該電極体に対向する側の表面の非水電解液に対する濡れ性を向上させた絶縁フィルムを使用することを特徴とする。
Therefore, the present invention provides, as another aspect, a method for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein. That is, the manufacturing method disclosed here is
An electrode body having a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector,
Non-aqueous electrolyte,
A battery case containing the electrode body and the non-aqueous electrolyte therein,
An insulating film arranged between an inner wall of the battery case and the electrode body, the insulating film blocking direct contact between the battery case and the electrode body,
A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
Then, in the manufacturing method disclosed herein, the negative electrode mixture layer contains an inorganic filler made of an inorganic compound that does not participate in a battery reaction, and as the insulating film, a corona discharge is formed on the surface facing the electrode body. By using a surface treatment such as a treatment, an insulating film having improved wettability with respect to the non-aqueous electrolyte on the surface facing the electrode body as compared with the surface facing the battery case inner wall is used. It is characterized by doing.

一実施形態に係る非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)の構成を模式的に示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows typically the structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)のケース内部の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure inside the case of the nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)の捲回型の電極体を示す図である。It is a figure which shows the winding type electrode body of the non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium ion secondary battery) which concerns on one Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
なお、本明細書において数値範囲をA〜B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、A以上B以下を意味するものである。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. It is to be noted that matters other than matters particularly referred to in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, a general configuration and manufacturing process of a battery that does not characterize the present invention) are in the relevant field. It can be understood as a matter of design by those skilled in the art based on the conventional technology. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and the common general technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, the same reference numerals are given to the members/sites that have the same effect. Further, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships.
In the present specification, when the numerical range is described as A to B (A and B are arbitrary numerical values), it is the same as a general interpretation and means A or more and B or less. ..

本明細書において「非水電解液二次電池」とは、非水系(即ち有機溶媒系)の電解液を1備える二次電池をいう。ここで「二次電池」は、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
「リチウムイオン二次電池」とは、非水電解液中のリチウムイオンが電荷の移動を担う二次電池をいう。また、「電極体」とは、正極、負極、および正負極間にセパレータとして機能し得る多孔質絶縁層を含む電池の主体を成す構造体をいう。「正極活物質」または「負極活物質」は、電池反応を担う物質、具体的には、電荷担体となる化学種(リチウムイオン二次電池においてはリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出可能な化合物をいう。
以下、扁平な箱型(角型)の電池ケースを備える角型の非水電解液二次電池の典型例であるリチウムイオン二次電池を例にして、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、かかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
In the present specification, the “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a secondary battery including one non-aqueous (that is, organic solvent-based) electrolytic solution. Here, the "secondary battery" generally refers to an electricity storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries and sodium ion secondary batteries, and electricity storage elements such as electric double layer capacitors. ..
The “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery in which lithium ions in the non-aqueous electrolyte carry charge transfer. Further, the "electrode body" refers to a structure that mainly forms a battery including a positive electrode, a negative electrode, and a porous insulating layer that can function as a separator between the positive and negative electrodes. The “positive electrode active material” or the “negative electrode active material” is capable of reversibly occluding and releasing a substance responsible for a battery reaction, specifically, a chemical species as a charge carrier (lithium ion in a lithium ion secondary battery). Refers to a compound.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to a lithium-ion secondary battery, which is a typical example of a rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery including a flat box-shaped (square) battery case. It should be noted that the present invention is not intended to be limited to those described in such embodiments.

図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。図2は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100のケース内部構成を模式的に示す図である。図1および図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、大まかにいって、電極体80と電池ケース30と絶縁フィルム10とを備えている。   FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the lithium-ion secondary battery according to this embodiment. FIG. 2 is a diagram schematically showing the internal structure of the case of the lithium-ion secondary battery 100 according to this embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium-ion secondary battery 100 according to the present embodiment roughly includes an electrode body 80, a battery case 30, and an insulating film 10.

図2および図3に示されるように、本実施形態に係る電極体80は、正極(正極シート)50、負極(負極シート)60および2枚のセパレータ70,72が積層され捲回されてなる扁平形状の捲回電極体80である。捲回電極体80において、セパレータ70が、最表面(最も外側の表面であって露出している表面)に位置している。なお、電極体80は、捲回型の電極体に限られず、積層型の電極体であってもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the electrode body 80 according to the present embodiment is formed by laminating and winding a positive electrode (positive electrode sheet) 50, a negative electrode (negative electrode sheet) 60, and two separators 70 and 72. It is a flat wound electrode body 80. In the wound electrode body 80, the separator 70 is located on the outermost surface (the outermost surface and the exposed surface). The electrode body 80 is not limited to the wound type electrode body, and may be a laminated type electrode body.

図3に示すように、正極シート50は、長尺状の正極集電体52(正極芯材)を有している。また、正極シート50は、正極合材層非形成部分(非塗工部)53と正極合材層54とを有している。正極合材層非形成部分53は正極集電体52の幅方向片側の縁部に沿って設けられている。本実施形態では、正極合材層54は、正極集電体52の両面に形成されているが、正極集電体52の一方の面のみに形成されていてもよい。   As shown in FIG. 3, the positive electrode sheet 50 has a long positive electrode current collector 52 (positive electrode core material). Further, the positive electrode sheet 50 has a positive electrode composite material layer non-forming portion (non-coated portion) 53 and a positive electrode composite material layer 54. The positive electrode composite material layer non-forming portion 53 is provided along the edge portion on one side in the width direction of the positive electrode current collector 52. In the present embodiment, the positive electrode mixture layer 54 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 52, but may be formed on only one surface of the positive electrode current collector 52.

正極合材層54は、典型的には、正極活物質が導電材と共にバインダ(結着剤)により互いに結合され、正極集電体52に接合された形態であり得る。このような正極シート50は、典型的には、例えば、正極活物質と導電材とバインダとを適当な溶媒に分散させてなるペースト状組成物である正極ペースト(スラリー状、インク状組成物を包含する。)を、正極合材層非形成部分53を除く正極集電体52の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。正極集電体52としては、導電性の良好な金属(例、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼)からなる導電性部材を好適に使用することができる。ここでは、正極集電体52としてアルミニウム箔を用いている。   The positive electrode mixture layer 54 may typically have a form in which a positive electrode active material and a conductive material are bonded to each other by a binder (binding agent) and bonded to the positive electrode current collector 52. Such a positive electrode sheet 50 is typically, for example, a positive electrode paste (slurry or ink-like composition, which is a paste-like composition obtained by dispersing a positive electrode active material, a conductive material and a binder in an appropriate solvent). Is included on the surface of the positive electrode current collector 52 excluding the portion 53 where the positive electrode mixture layer is not formed, and is then dried to remove the solvent. As the positive electrode current collector 52, a conductive member made of a metal having good conductivity (eg, aluminum, nickel, titanium, stainless steel) can be preferably used. Here, aluminum foil is used as the positive electrode current collector 52.

正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であって、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム遷移金属複合酸化物を好適に用いることができる。例えば、スピネル結晶構造のリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、マンガンの一部がニッケルで置換されたスピネル構造のリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiNiMn2−x、ここで0<x<2)、さらにCoその他の遷移金属元素を含むスピネル結晶構造のリチウムマンガンニッケル含有複合酸化物(LiNiMeMn2−x−y、ここでMeは、Co、Ti、Fe、W等、少なくとも一種の遷移金属元素であり、0<x+y<2)が挙げられる。その他の好適例としては、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3)のようないわゆる三元系の層状結晶構造のリチウム含有複合酸化物、あるいはポリアニオン系化合物(例、LiFePO、LiMnPO)等が挙げられる。 As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide containing a lithium element and one or more transition metal elements can be preferably used, which is a material capable of inserting and extracting lithium ions. For example, a lithium manganese composite oxide having a spinel crystal structure (LiMn 2 O 4 ), a lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure in which a part of manganese is replaced with nickel (LiNi x Mn 2-x O 4 , where 0 <x <2), further Co other lithium-manganese-nickel-containing composite oxide having a spinel crystal structure containing a transition metal element (LiNi x Me y Mn 2- x-y O 4, where Me is, Co, Ti, Fe , W, etc., and at least one transition metal element, such as 0<x+y<2). As another preferable example, a lithium-containing composite oxide having a so-called ternary layered crystal structure, such as a lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), Alternatively, polyanion compounds (eg, LiFePO 4 , LiMnPO 4 ) and the like can be mentioned.

導電材は、従来この種のリチウムイオン二次電池で用いられているものであればよく、その例としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が挙げられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、グラファイト粉末等のカーボン粉末を用いることができる。このような導電材は、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   The conductive material may be any material conventionally used in this type of lithium ion secondary battery, and examples thereof include carbon powder and carbon materials such as carbon fiber. As the carbon powder, various carbon powders such as carbon black and graphite powder can be used. Such conductive materials may be used alone or in combination of two or more kinds as appropriate.

バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。具体的には、正極ペーストを構成する溶媒に均一に溶解または分散され得る性状のポリマーをバインダとして用いることができる。好適例として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が挙げられる。
上記の正極合材層54を構成する材料を分散させる溶媒としては、使用するバインダの性状に応じたものであれば水性溶媒および非水性溶媒(有機溶媒)のいずれもが使用可能である。好適例として、N−メチル−2−ピロリドンが挙げられる。
特に限定するものではないが、正極活物質100質量部に対する導電材の含有量は、例えば1〜20質量部(好ましくは5〜15質量部)とすることができる。また、正極活物質100質量部に対するバインダの含有量は、例えば0.5〜10質量部とすることができる。
As the binder, the same binder as that used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be appropriately adopted. Specifically, a polymer having a property capable of being uniformly dissolved or dispersed in the solvent forming the positive electrode paste can be used as the binder. A suitable example is polyvinylidene fluoride (PVDF).
As the solvent in which the material forming the positive electrode mixture layer 54 is dispersed, both an aqueous solvent and a non-aqueous solvent (organic solvent) can be used as long as they are suitable for the properties of the binder used. A suitable example is N-methyl-2-pyrrolidone.
Although not particularly limited, the content of the conductive material with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material may be, for example, 1 to 20 parts by mass (preferably 5 to 15 parts by mass). Further, the content of the binder with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material can be, for example, 0.5 to 10 parts by mass.

図3に示すように、負極シート60は、長尺状の負極集電体62(負極芯材)を有している。また、負極シート60は、負極合材層非形成部分(非塗工部)63と負極合材層64とを有している。負極合材層非形成部分63は負極集電体62の幅方向片側の縁部に沿って設けられている。本実施形態では、負極合材層64は、負極集電体62の両面に形成されているが、負極集電体62の一方の面のみに形成されていてもよい。   As shown in FIG. 3, the negative electrode sheet 60 has a long negative electrode current collector 62 (negative electrode core material). Further, the negative electrode sheet 60 has a negative electrode composite material layer non-forming portion (non-coated portion) 63 and a negative electrode composite material layer 64. The negative electrode mixture layer non-formed portion 63 is provided along the edge portion of the negative electrode current collector 62 on one side in the width direction. In the present embodiment, the negative electrode mixture layer 64 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 62, but may be formed on only one surface of the negative electrode current collector 62.

負極合材層64は、典型的には、負極活物質がバインダ(結着剤)により互いに結合されるとともに、負極集電体62に接合された形態であり得る。このような負極シート60は、例えば、負極活物質とバインダと後述する無機フィラーとを、適当な溶媒(例えば、水やN−メチル−2−ピロリドン、好ましくは水)に分散させてなるペースト状組成物である負極ペースト(スラリー状、インク状組成物を包含する。)を負極集電体62の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。負極集電体62としては、導電性の良好な金属(例、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼)からなる導電性部材を好適に使用することができる。ここでは、負極集電体62として銅箔を用いている。   The negative electrode mixture layer 64 may typically have a form in which the negative electrode active materials are bonded to each other with a binder (binder) and are bonded to the negative electrode current collector 62. Such a negative electrode sheet 60 is, for example, a paste obtained by dispersing a negative electrode active material, a binder, and an inorganic filler described below in a suitable solvent (for example, water or N-methyl-2-pyrrolidone, preferably water). The composition can be prepared by supplying a negative electrode paste (including a slurry and an ink composition), which is a composition, to the surface of the negative electrode current collector 62 and then drying it to remove the solvent. As the negative electrode current collector 62, a conductive member made of a metal having good conductivity (eg, copper, nickel, titanium, stainless steel) can be preferably used. Here, a copper foil is used as the negative electrode current collector 62.

負極活物質としては特に制限されず、この種のリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の1種を単独で、または2種以上を組み合わせる(混合または複合体化する)等して用いることができる。好適例として、黒鉛(グラファイト)、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)等の炭素系材料が挙げられる。なかでも、黒鉛系材料、特に、少なくとも一部の表面に非晶質炭素が配置されているものを好ましく用いることができる。また、かかる炭素系材料のほかに、リチウムチタン複合酸化物、リチウム遷移金属複合窒化物等の、リチウム遷移金属複合酸化物を用いることもできる。   The negative electrode active material is not particularly limited, and one kind of various materials known to be usable as the negative electrode active material of this kind of lithium ion secondary battery is used alone or in combination of two or more kinds (mixed). Alternatively, it can be used as a complex). Suitable examples include carbon-based materials such as graphite, non-graphitizable carbon (hard carbon), and easily graphitizable carbon (soft carbon). Of these, a graphite material, particularly a material in which amorphous carbon is arranged on at least a part of the surface, can be preferably used. In addition to such carbon-based materials, lithium transition metal composite oxides such as lithium titanium composite oxide and lithium transition metal composite nitride can also be used.

バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の負極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。好適例として、スチレンブタジエンゴム(SBR)が挙げられる。
特に限定するものではないが、負極活物質100質量部に対するバインダの含有量は、例えば0.5〜10質量部とすることができる。
As the binder, the same binder as that used for the negative electrode of a general lithium ion secondary battery can be appropriately adopted. A preferred example is styrene butadiene rubber (SBR).
Although not particularly limited, the content of the binder with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material may be, for example, 0.5 to 10 parts by mass.

また、負極合材層64は、増粘剤を含み得る。かかる増粘剤としては、上記のバインダと同様のものを用いてもよいし、例えば、メチルセルロース(MC)、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)等のセルロース系ポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)のような水溶性又は水分散性のポリマーを採用し得る。   Moreover, the negative electrode mixture layer 64 may include a thickener. As the thickener, the same binders as above may be used, and examples thereof include cellulose-based polymers such as methyl cellulose (MC), carboxymethyl cellulose (CMC), and cellulose acetate phthalate (CAP), polyvinyl alcohol ( Water-soluble or water-dispersible polymers such as PVA) may be employed.

ここで開示される負極合材層64は、無機フィラーを含むことを特徴とする。ここで無機フィラーは、電池反応に関与しない(即ち活物質として機能しない)無機化合物から構成される。典型例として、Al、SiO、ZrO、MgO等の無機酸化物(セラミック)粒子が挙げられる。かかる無機フィラーのサイズ(粒子径)は、特に限定されないが、好ましくは、レーザ回折法に基づく平均粒子径が、10μm以下(例えば、1μm〜5μm)程度の無機フィラーを使用するとよい。このような無機フィラーを負極合材層に添加することにより、電極体における保液性ならびにイオン伝導性が向上し、内部抵抗の低い電池を実現することができる。また、負極合材層の機械的強度を向上させることもできる。
特に限定するものではないが、負極活物質100質量部に対する無機フィラーの含有量は0.1〜20質量部程度とすることが適当であり、1〜10質量部とすることがさらに好ましい。
The negative electrode mixture layer 64 disclosed herein is characterized by containing an inorganic filler. Here, the inorganic filler is composed of an inorganic compound that does not participate in the battery reaction (that is, does not function as an active material). Typical examples include inorganic oxide (ceramic) particles such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , and MgO. The size (particle diameter) of the inorganic filler is not particularly limited, but it is preferable to use an inorganic filler having an average particle diameter based on the laser diffraction method of about 10 μm or less (for example, 1 μm to 5 μm). By adding such an inorganic filler to the negative electrode mixture layer, the liquid retention property and ionic conductivity in the electrode body are improved, and a battery having low internal resistance can be realized. Also, the mechanical strength of the negative electrode mixture layer can be improved.
Although not particularly limited, the content of the inorganic filler with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material is appropriately about 0.1 to 20 parts by mass, and more preferably 1 to 10 parts by mass.

セパレータ70,72は、正極シート50と負極シート60とを隔てる部材である。セパレータ70,72は、非水電解液の保持機能やシャットダウン機能を備えるように構成される。セパレータ70,72としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の合成樹脂製の多孔質膜を用いることができる。なかでも、PEやPP等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜が好ましい。セパレータ70,72は、単一の多孔質膜から構成される単層構造であってもよく、材質や性状(例えば平均厚さや空孔率)の異なる2種以上の多孔質膜が積層された構造(例えばPE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。   The separators 70 and 72 are members that separate the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60. The separators 70 and 72 are configured to have a non-aqueous electrolyte holding function and a shutdown function. As the separators 70 and 72, a porous film made of synthetic resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose and polyamide can be used. Of these, a porous film made of a polyolefin resin such as PE or PP is preferable. The separators 70 and 72 may have a single layer structure composed of a single porous film, and two or more kinds of porous films having different materials and properties (for example, average thickness and porosity) are laminated. It may have a structure (for example, a three-layer structure in which a PP layer is laminated on both surfaces of a PE layer).

本実施形態に係る捲回電極体80は、従前のものと同様、セパレータ70,72を間に介在させつつ、正極シート50と負極シート60とを積層し、扁平形状に捲回することによって作製することができる。
図3に示すように、本実施形態では負極合材層64の幅b1は正極合材層54の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ70,72の幅c1、c2は、負極合材層64の幅b1よりも少し広い(c1&c2>b1>a1)。正極シート50と負極シート60とセパレータ70,72は、長さ方向を揃えて、正極シート50、セパレータ70、負極シート60、セパレータ72の順で重ねられている。さらに、正極シート50の正極合材層非形成部分(非塗工部)53と負極シート60の負極合材層非形成部分(非塗工部)63とは、セパレータ70,72の幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられている。重ねられたシート材は、幅方向に設定された捲回軸周りに捲回されている。
The wound electrode body 80 according to the present embodiment is manufactured by laminating the positive electrode sheet 50 and the negative electrode sheet 60 with the separators 70 and 72 interposed therebetween and winding them into a flat shape, as in the conventional one. can do.
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the width b1 of the negative electrode mixture layer 64 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode mixture layer 54. Further, the widths c1 and c2 of the separators 70 and 72 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode mixture layer 64 (c1&c2>b1>a1). The positive electrode sheet 50, the negative electrode sheet 60, and the separators 70 and 72 are laminated in the order of the positive electrode sheet 50, the separator 70, the negative electrode sheet 60, and the separator 72 in the same length direction. Further, the positive electrode composite material layer non-formed portion (non-coated portion) 53 of the positive electrode sheet 50 and the negative electrode composite material layer non-formed portion (non-coated portion) 63 of the negative electrode sheet 60 are arranged in the width direction of the separators 70 and 72. They are stacked so that they stick out on opposite sides. The stacked sheet materials are wound around a winding axis set in the width direction.

捲回電極体80と電池ケース30との間には、当該電極体80と電池ケース30とを隔離する絶縁フィルム10が配置されている。かかる絶縁フィルム10によって、捲回電極体80と電池ケース30との直接的な接触が回避され、電極体80と電池ケース30との電気的な絶縁を確保することができる。本実施形態では、絶縁フィルム10は、捲回電極体80が収容されるように一方の端部(ケース本体32の開口部に対応する上端側)が開口した有底の袋状に形成されている。なお、絶縁フィルム10の形状は、電極体80と電池ケース30とを絶縁できる限り袋状に限られず、例えば筒状のフィルムであってもよいし、平面状のフィルムであってもよい。   The insulating film 10 that separates the electrode body 80 and the battery case 30 is disposed between the wound electrode body 80 and the battery case 30. The insulating film 10 prevents direct contact between the wound electrode body 80 and the battery case 30, and ensures electrical insulation between the electrode body 80 and the battery case 30. In the present embodiment, the insulating film 10 is formed in a bottomed bag shape with one end (the upper end side corresponding to the opening of the case body 32) opened so that the wound electrode body 80 is accommodated. There is. The shape of the insulating film 10 is not limited to a bag shape as long as it can insulate the electrode body 80 from the battery case 30, and may be, for example, a tubular film or a flat film.

絶縁フィルム10の材質は、絶縁部材として機能し得る材料で構成されていればよく、例えば、ポリオレフィン(例、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE))などの樹脂材料を好適に使用することができる。
また、絶縁フィルム10の厚さは、特に制限がないが、電池の体積効率の観点から、比較的薄いものが好ましい。具体的には、70μm以下であることが好ましく、60μm以下であることがより好ましく、55μm以下であることが特に好ましい。一方、フィルム強度の観点から、30μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、45μm以上であることが特に好ましい。
The material of the insulating film 10 may be any material that can function as an insulating member, and for example, a resin material such as polyolefin (eg, polypropylene (PP), polyethylene (PE)) can be preferably used. ..
The thickness of the insulating film 10 is not particularly limited, but a relatively thin one is preferable from the viewpoint of the volumetric efficiency of the battery. Specifically, it is preferably 70 μm or less, more preferably 60 μm or less, and particularly preferably 55 μm or less. On the other hand, from the viewpoint of film strength, it is preferably 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, and particularly preferably 45 μm or more.

ここで開示される絶縁フィルム10は、電極体80に対向する側の表面(内表面)の非水電解液に対する濡れ性が、電池ケース30の内壁に対向する側の表面(外表面)よりも高い。濡れ性が高いことは、各種の濡れ性の評価手法を利用して確認することができる。例えば、絶縁フィルム10の外表面に非水電解液を滴下した際の液滴の接触角に対する、表面処理された絶縁フィルム10の内表面における非水電解液の液滴の接触角の比が0.7以下(より好ましくは0.5以下)であることが挙げられる。かかる接触角は、例えば、JIS K2396の接触角の試験方法等に基づき、汎用の接触角測定装置等を用いることで簡便に測定することができる。   In the insulating film 10 disclosed herein, the wettability of the surface (inner surface) on the side facing the electrode body 80 with respect to the non-aqueous electrolyte is more than that on the surface (outer surface) on the side facing the inner wall of the battery case 30. high. The high wettability can be confirmed using various wettability evaluation methods. For example, the ratio of the contact angle of the droplet of the non-aqueous electrolyte on the inner surface of the surface-treated insulating film 10 to the contact angle of the droplet when the non-aqueous electrolyte is dropped on the outer surface of the insulating film 10 is 0. It may be 0.7 or less (more preferably 0.5 or less). Such a contact angle can be easily measured by using a general-purpose contact angle measuring device or the like based on, for example, the contact angle test method of JIS K2396.

濡れ性を高める(向上させる)ための表面処理としては、例えばコロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処理等の処理が挙げられる。なかでも、コロナ放電処理が好ましい。ここで表面処理は、絶縁フィルム10の表面に水酸基、カルボキシル基等の極性官能基が導入される処理をいう。極性官能基が表面に導入されることにより、電解液に対する濡れ性を向上させることができる。なお、このような表面処理方法自体は、従来公知の方法であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。   Examples of the surface treatment for enhancing (improving) the wettability include treatments such as corona discharge treatment, plasma treatment and ozone treatment. Of these, corona discharge treatment is preferable. Here, the surface treatment means a treatment in which a polar functional group such as a hydroxyl group or a carboxyl group is introduced into the surface of the insulating film 10. By introducing the polar functional group to the surface, the wettability with respect to the electrolytic solution can be improved. Since such a surface treatment method itself is a conventionally known method, further detailed description will be omitted.

図2に示すように、電池ケース30は、内部空間が電極体80に対応する箱状となるように形成された、角部が計8か所あるいわゆる角型(典型的には直方体形状)の電池ケース30である。電池ケース30は、ケース本体32と、蓋体34とから構成される。ケース本体32は、有底四角筒状を有しており、一側面(上端)が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体34は、当該ケース本体32の開口部(上端)に取り付けられて当該開口部を塞ぐ部材である。ケース本体32は、その上部の開口部を介して電極体80および絶縁フィルム10を収容することができる。ケース本体32は、ケース内に収容される捲回電極体80の扁平面に対向する一対の幅広面36(図1)と、幅広面36に隣接する一対の幅狭面38と、底面39とから構成されている。蓋体34には電池ケース内部のガス圧が所定値よりも高くなった場合に開放されるガス放出弁35が設けられている。ガス放出弁35の隣には、電池組み立て時に非水電解液を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。
特に限定しないが、電池ケース30の材質として、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等の金属材料、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料が挙げられる。なかでも、金属材料が好ましい。
As shown in FIG. 2, the battery case 30 has a so-called rectangular shape (typically, a rectangular parallelepiped shape) having a total of eight corners formed so that the internal space has a box shape corresponding to the electrode body 80. The battery case 30 of FIG. The battery case 30 includes a case body 32 and a lid 34. The case body 32 has a bottomed square tube shape, and is a flat box-shaped container having one side surface (upper end) opened. The lid 34 is a member that is attached to the opening (upper end) of the case body 32 and closes the opening. The case body 32 can accommodate the electrode body 80 and the insulating film 10 through the opening at the top thereof. The case body 32 includes a pair of wide surfaces 36 (FIG. 1) facing the flat surface of the wound electrode body 80 housed in the case, a pair of narrow surfaces 38 adjacent to the wide surface 36, and a bottom surface 39. It consists of The lid 34 is provided with a gas release valve 35 that is opened when the gas pressure inside the battery case becomes higher than a predetermined value. Next to the gas release valve 35, an injection port (not shown) for injecting a non-aqueous electrolyte solution when the battery is assembled is provided.
Although not particularly limited, examples of the material of the battery case 30 include metal materials such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel, and resin materials such as polyphenylene sulfide resin and polyimide resin. Of these, metallic materials are preferable.

次に、電池の組立て工程について説明する。上記作製した捲回電極体80を図1に模式的に示すように、先ず捲回電極体80を上記袋状の絶縁フィルム10の内部に収容し、当該捲回電極体80および絶縁フィルム10をケース本体32に収容する。このとき、電池ケース30の蓋体34には、正極端子42および負極端子44が取り付けられており(図2)、その一端92,94は、それぞれ、電池ケース30に収容された捲回電極体80の正極合材層非形成部分53および負極合材層非形成部分63と溶接(超音波溶接、等)によって接合される。
そして、蓋体34とケース本体32とは、その合わせ目32aに沿ってレーザ溶接が施されることによって密閉、封止される。
Next, a battery assembling process will be described. As shown schematically in FIG. 1, the above-prepared wound electrode body 80 is first housed in the bag-shaped insulating film 10, and the wound electrode body 80 and the insulating film 10 are separated from each other. It is housed in the case body 32. At this time, the positive electrode terminal 42 and the negative electrode terminal 44 are attached to the lid 34 of the battery case 30 (FIG. 2), and one ends 92 and 94 thereof are respectively wound electrode bodies housed in the battery case 30. The positive electrode composite material layer non-forming portion 53 and the negative electrode composite material layer non-forming portion 80 of 80 are joined by welding (ultrasonic welding, etc.).
The lid 34 and the case body 32 are hermetically sealed by laser welding along the joint 32a.

封止後、電池ケース30内に所望の非水電解液を注入する。使用される非水電解液は、従来のこの種の電池に使用されるものと同様でよく、特に制限はない。
例えば、フッ素元素を有するリチウム塩の好適例として、LiPF、LiBF等が挙げられる。また、非水系溶媒(即ち有機溶媒)の好適例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート系溶媒、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート系溶媒、エチルプロピオネート(EP)等のエステル系溶媒が挙げられる。これら非水系溶媒中に0.1〜5mol/L程度の濃度でリチウム塩を含有させることにより、リチウムイオン二次電池用の非水電解液を調製することができる。
種々の目的により、ガス発生剤、皮膜形成剤、分散剤、増粘剤等の添加剤を非水電解液に添加してもよい。例えば、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)等のフルオロリン酸塩、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)等のオキサレート錯体、ビニレンカーボネート等は、電池の性能向上に寄与する好適な添加剤である。また、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル等の過充電防止剤を用いてもよい。
After sealing, a desired non-aqueous electrolytic solution is injected into the battery case 30. The non-aqueous electrolyte used may be the same as that used in the conventional battery of this type, and is not particularly limited.
For example, LiPF 6 and LiBF 4 are suitable examples of the lithium salt containing elemental fluorine. Further, as preferable examples of the non-aqueous solvent (that is, organic solvent), cyclic carbonate solvents such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC). Examples include system solvents and ester solvents such as ethyl propionate (EP). A non-aqueous electrolyte solution for a lithium ion secondary battery can be prepared by incorporating a lithium salt into these non-aqueous solvents at a concentration of about 0.1 to 5 mol/L.
For various purposes, additives such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersant, and a thickener may be added to the non-aqueous electrolyte solution. For example, fluorophosphate salts such as lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ), oxalate complexes such as lithium bisoxalate borate (LiBOB), vinylene carbonate and the like are suitable additives that contribute to improving the performance of the battery. .. Further, an overcharge preventing agent such as cyclohexylbenzene or biphenyl may be used.

非水電解液が供給され、密閉された電池組立体に対して、次に、初期充電工程を行う。従来のリチウムイオン二次電池と同様、電池組立体に対して外部接続用正極端子および負極端子との間に外部電源を接続し、常温(典型的には25℃程度)で正負極端子間の電圧が所定値となるまで初期充電する。例えば初期充電は、充電開始から端子間電圧が所定値に到達するまで0.1C〜10C程度の定電流で充電し、次いでSOC(State of Charge)が60%〜100%程度となるまで定電圧で充電する定電流定電圧充電(CC−CV充電)により行うことができる。その後、適当なエージング処理を行うことにより、使用可能なリチウムイオン二次電池100を提供することができる。   Next, an initial charging process is performed on the sealed battery assembly supplied with the non-aqueous electrolyte. Similar to a conventional lithium-ion secondary battery, an external power source is connected to the battery assembly between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal for external connection, and the positive and negative electrode terminals are connected at room temperature (typically about 25° C.). Initial charging is performed until the voltage reaches a predetermined value. For example, in the initial charging, charging is performed with a constant current of about 0.1 C to 10 C from the start of charging until the voltage between terminals reaches a predetermined value, and then constant voltage is maintained until SOC (State of Charge) reaches about 60% to 100%. The charging can be performed by constant current constant voltage charging (CC-CV charging). After that, a usable lithium ion secondary battery 100 can be provided by performing an appropriate aging treatment.

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

<試験例1:試験用リチウムイオン二次電池の構築>
以下の材料、プロセスによって、例1〜5の計5種類の試験用リチウムイオン二次電池を構築した。正極の作製は以下の手順で行った。
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、LNCM:AB:PVDF=91:6:3の質量比でN−メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極合材層形成用組成物(正極ペースト)を調製した。このペーストを、長尺状のアルミニウム箔(正極集電体)の両面に帯状に塗布して乾燥、プレスすることにより、正極を作製した。
<Test Example 1: Construction of test lithium-ion secondary battery>
Five types of test lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 5 were constructed by the following materials and processes. The positive electrode was manufactured by the following procedure.
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were added to LNCM:AB : PVDF=91:6:3 by mass ratio was mixed with N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture layer forming composition (positive electrode paste). This paste was applied in a strip shape on both surfaces of a long aluminum foil (positive electrode current collector), dried, and pressed to produce a positive electrode.

負極の作製は以下の手順で行った。負極活物質としての黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシルメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合し、さらに黒鉛100質量部に対して5質量部の割合で無機フィラーであるアルミナ(Al)粒子を添加し、負極合材層形成用組成物(負極ペースト)を調製した。この組成物を、長尺状の銅箔(負極集電体)の両面に帯状に塗布して乾燥、プレスすることにより、負極を作製した。 The negative electrode was manufactured by the following procedure. Graphite (C) as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were used in a mass ratio of C:SBR:CMC=98:1:1. Alumina (Al 2 O 3 ) particles, which are inorganic fillers, were added at a ratio of 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite by mixing with ion-exchanged water to prepare a composition for forming a negative electrode mixture layer (negative electrode paste). Prepared. A negative electrode was prepared by applying the composition in a strip shape on both surfaces of a long copper foil (negative electrode current collector), drying and pressing.

上述の方法で作製した正極および負極を、多孔質ポリエチレン層の両面に多孔質ポリプロピレン層が形成された三層構造のセパレータ2枚を介して長尺方向に重ねあわせ、長尺方向に捲回した後に押しつぶして拉げることで扁平形状の捲回電極体を作製した。
一方、上記扁平形状の捲回電極体の形状に対応する袋形状に成形された絶縁フィルムを作製した。具体的には、かかる袋状の絶縁フィルムは、予め内表面(電極体と対向する側の表面)となる面にコロナ放電処理を施し、外表面(電池ケースの内壁と対向する側の表面)よりも濡れ性を向上させておいた熱可塑性樹脂(ポリオレフィン)からなるシートを所定形状に切り取り、所定形状に折り曲げ、重なり合う面の一部を熱融着により固定することで袋状に形成したものである。平均厚みは約50μmであった。
そして、上述のとおりに作製した扁平形状の捲回電極体を、上記絶縁フィルムの開口部から袋内部に収容した。
The positive electrode and the negative electrode produced by the above method were superposed in the longitudinal direction with two separators having a three-layer structure in which porous polypropylene layers were formed on both surfaces of the porous polyethylene layer, and were wound in the longitudinal direction. A flat wound electrode body was produced by crushing and squeezing it later.
On the other hand, an insulating film formed into a bag shape corresponding to the shape of the flat wound electrode body was produced. Specifically, such a bag-shaped insulating film is subjected to corona discharge treatment on the inner surface (the surface facing the electrode body) in advance, and the outer surface (the surface facing the inner wall of the battery case). A bag made by cutting a sheet made of a thermoplastic resin (polyolefin) that has improved wettability into a predetermined shape, bending it into a predetermined shape, and fixing a part of the overlapping surfaces by heat fusion. Is. The average thickness was about 50 μm.
Then, the flat wound electrode body produced as described above was housed in the bag through the opening of the insulating film.

次に、対応する角型形状の電池ケースに、上記捲回電極体を絶縁フィルムとともに収容した(図1,2参照)。そして蓋体とケース本体とを溶接して接合(封止)し、電池ケース内に非水電解液を注入し、例1に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
ここで、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=30:40:30の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.1mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。
Next, the wound electrode body was housed together with an insulating film in a corresponding rectangular battery case (see FIGS. 1 and 2). Then, the lid and the case body were welded and joined (sealed), and the non-aqueous electrolyte was injected into the battery case to construct the lithium-ion secondary battery according to Example 1.
Here, as the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of EC:DMC:EMC=30:40:30, LiPF 6 as a supporting salt was dissolved at a concentration of 1.1 mol/L and used.

上記コロナ放電処理を実施しないこと(即ち濡れ性の程度は絶縁フィルムの原料である熱可塑性樹脂シートと同じ程度であり、且つ、外表面と内表面とで差がない。)以外は、上記例1と同じ材料、プロセスによって例2に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
また、上記コロナ放電処理を外表面側において実施したこと(即ち絶縁フィルムの濡れ性は、内表面よりも外表面で高くなった。)以外は、上記例1と同じ材料、プロセスによって例3に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
また、上記コロナ放電処理を内表面側および外表面側の両方において実施したこと(即ち絶縁フィルムの濡れ性は、内表面と外表面とで同じレベルで高くなった。)以外は、上記例1と同じ材料、プロセスによって例4に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
また、比較対象として、無機フィラーを含まない負極合材層を形成したこと以外は、上記例2と同じ材料、プロセス(即ち絶縁フィルムの濡れ性は、外表面と内表面とで同じである。)によって例5に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
Except that the corona discharge treatment is not performed (that is, the degree of wettability is the same as that of the thermoplastic resin sheet that is the raw material of the insulating film, and there is no difference between the outer surface and the inner surface). A lithium-ion secondary battery according to Example 2 was constructed by using the same material and process as in 1.
In addition, except that the corona discharge treatment was performed on the outer surface side (that is, the wettability of the insulating film was higher on the outer surface than on the inner surface), the same material and process as in Example 1 were used to obtain Example 3. Such a lithium ion secondary battery was constructed.
In addition, except that the corona discharge treatment was performed on both the inner surface side and the outer surface side (that is, the wettability of the insulating film was increased at the same level on the inner surface and the outer surface), the above Example 1 was performed. A lithium ion secondary battery according to Example 4 was constructed by using the same material and process as described above.
In addition, as a comparison target, the same material and process as in Example 2 (that is, the wettability of the insulating film is the same on the outer surface and the inner surface) except that the negative electrode mixture layer containing no inorganic filler is formed. ), the lithium ion secondary battery according to Example 5 was constructed.

<試験例2:入出力特性の評価>
入出力特性の評価の指標として以下の出力測定を行った。具体的には、各例の電池の出力は、SOC60%の電位から2.5Vまで一定出力で放電させ、ここで、各例の電池について、それぞれ2mWから80mWまで出力を順に変化させて放電させた。そして、出力と時間との関係から5秒間の出力値を算出した。結果を表1の該当欄に示す。ここでは、例5に係る電池の出力結果を100%として、他の例1〜例4に係る電池の出力結果を相対的に%で評価した。
<Test Example 2: Evaluation of input/output characteristics>
The following outputs were measured as an index for evaluating the input/output characteristics. Specifically, the output of the battery of each example was discharged at a constant output from a potential of SOC 60% to 2.5 V, and the output of each battery of each example was sequentially changed from 2 mW to 80 mW and discharged. It was Then, the output value for 5 seconds was calculated from the relationship between the output and the time. The results are shown in the relevant column of Table 1. Here, the output result of the battery according to Example 5 was set to 100%, and the output results of the batteries according to other Examples 1 to 4 were evaluated relatively in %.

<試験例3:ハイレートサイクル試験後の抵抗増加率の評価>
次に、各例に係る電池について、25℃の温度条件下においてハイレート充放電を1000サイクル繰り返す充放電サイクル試験を行い、該サイクル試験後の抵抗増加率(%)を算出した。具体的には以下のとおりである。
先ず、各電池に対して、25℃の温度条件下で、SOCが60%の状態となるまで定電流(CC)充電した。そして、測定された電圧上昇の値(V)を、対応する電流値で除してIV抵抗(mΩ)を算出し(典型的には、電流(I)−電圧(V)のプロット値の一次近似直線の傾きからIV抵抗(mΩ)を算出し)、その平均値を初期電池抵抗とした。
次に、25℃の温度条件下において、2.5Cの充電レートで240秒間の定電流充電(CC充電)を行い、その後120秒間休止し、続いて30Cの放電レートで20秒間の定電流放電(CC放電)を行い、その後120秒間休止を行う充放電を1サイクルとした。これを1000サイクルほど繰り返した試験の終了後の各電池について、上記初期電池抵抗測定と同様の方法で、充放電サイクル試験後の電池抵抗(IV抵抗)を測定した。そして、以下の式:
抵抗増加率(%)=(サイクル後のIV抵抗)÷(初期電池抵抗)×100;
から抵抗増加率(%)を算出した。結果を表1の該当欄に示す。
<Test Example 3: Evaluation of resistance increase rate after high rate cycle test>
Next, the batteries according to each example were subjected to a charge/discharge cycle test in which high rate charge/discharge was repeated 1000 cycles under a temperature condition of 25° C., and a resistance increase rate (%) after the cycle test was calculated. Specifically, it is as follows.
First, each battery was charged with a constant current (CC) under a temperature condition of 25° C. until the SOC reached a state of 60%. Then, the measured voltage rise value (V) is divided by the corresponding current value to calculate the IV resistance (mΩ) (typically, a linear plot of current (I)-voltage (V)). The IV resistance (mΩ) was calculated from the slope of the approximate straight line), and the average value was used as the initial battery resistance.
Next, under a temperature condition of 25° C., constant current charge (CC charge) is performed for 240 seconds at a charge rate of 2.5 C, then paused for 120 seconds, and then constant current discharge for 20 seconds at a discharge rate of 30 C. (CC discharge) was performed, and then, charging/discharging in which 120 seconds of rest were performed was set as one cycle. The battery resistance (IV resistance) after the charge/discharge cycle test was measured by the same method as the above-mentioned initial battery resistance measurement for each battery after the end of the test in which this was repeated about 1000 cycles. And the following formula:
Resistance increase rate (%)=(IV resistance after cycle)÷(initial battery resistance)×100;
The resistance increase rate (%) was calculated from The results are shown in the relevant column of Table 1.

Figure 0006697687
Figure 0006697687

表1に示すように、負極合材層中に無機フィラーを含む例1〜例4に係る電池は、いずれも、ハイレート充放電サイクル試験後の抵抗増加率が、負極合材層中に無機フィラーを含まない例5に係る電池よりも低い値を示した。このことは、負極合材層中に無機フィラーを含有することにより、電極中のイオン伝導性が向上し、その結果として電池の内部抵抗(例えば本試験例のようなハイレート充放電使用時の抵抗上昇)を低減させることができることを示している。
さらに、絶縁フィルムの内表面の濡れ性を高めた例1に係る電池では、出力値の低下も認められず、入出力特性にも優れることが確認された。このことは、濡れ性の向上により、充放電時にいったん電極体から押し出された電解液が、再度、電極体に戻りやすくなることを示している。
逆に、例2〜例4に係る電池では、出力値(入出力特性)の低下が認められた。このことは、特に限定するものではないが、以下のような原因が考えられる。即ち、絶縁フィルムの外表面(電池ケース対向面)の濡れ性を高めた例3や例4に係る電池では、濡れ性の向上によって当該絶縁フィルムが電池ケース内壁面に貼りつきやすくなり、結果として電極体と絶縁フィルムとの隙間が大きくなり電解液が電極体内部へ戻り難くなるため、出力値(入出力特性)の低下が生じると考えられる。
As shown in Table 1, in all of the batteries according to Examples 1 to 4 including the inorganic filler in the negative electrode mixture layer, the resistance increase rate after the high rate charge/discharge cycle test was such that the inorganic filler was contained in the negative electrode mixture layer. The value was lower than that of the battery according to Example 5 containing no. This means that by including an inorganic filler in the negative electrode mixture layer, the ionic conductivity in the electrode is improved, and as a result, the internal resistance of the battery (for example, the resistance during high-rate charge/discharge use as in this test example) is increased. Rise) can be reduced.
Furthermore, it was confirmed that in the battery according to Example 1 in which the wettability of the inner surface of the insulating film was improved, the output value was not decreased and the input/output characteristics were excellent. This indicates that the improved wettability makes it easier for the electrolytic solution once extruded from the electrode body during charge/discharge to return to the electrode body again.
On the contrary, in the batteries according to Examples 2 to 4, a decrease in output value (input/output characteristics) was observed. This is not particularly limited, but the following causes are considered. That is, in the batteries according to Examples 3 and 4 in which the wettability of the outer surface of the insulating film (the surface facing the battery case) is improved, the improved wettability makes it easier for the insulating film to stick to the inner wall surface of the battery case. It is considered that the gap between the electrode body and the insulating film becomes large and it becomes difficult for the electrolytic solution to return to the inside of the electrode body, so that the output value (input/output characteristic) decreases.

10 絶縁フィルム
30 電池ケース
32 ケース本体
34 蓋体
42 正極端子
44 負極端子
50 正極
52 正極集電体
54 正極合材層
60 負極
62 負極集電体
64 負極合材層
70,72 セパレータ
80 捲回電極体
100 リチウムイオン二次電池
10 Insulating Film 30 Battery Case 32 Case Body 34 Lid 42 Positive Electrode Terminal 44 Negative Terminal 50 Positive Electrode 52 Positive Electrode Current Collector 54 Positive Electrode Mixture Layer 60 Negative Electrode 62 Negative Current Collector 64 Negative Electrode Mixture Layer 70, 72 Separator 80 Winding Electrode Body 100 Lithium-ion secondary battery

Claims (1)

正極集電体上に正極活物質を含む正極合材層を有する正極と、負極集電体上に負極活物質を含む負極合材層を有する負極とを有する電極体と、
非水電解液と、
前記電極体および非水電解液を内部に収容する電池ケースと、
前記電池ケースの内壁と前記電極体との間に配置された絶縁フィルムであって、該電池ケースと該電極体との直接的な接触を阻む絶縁フィルムと、
を備える非水電解液二次電池であって、
前記負極合材層には、電池反応に関与しない無機化合物からなる無機フィラーが含まれており、
前記絶縁フィルムは、前記電池ケース内壁に対向する側の表面と比較して、前記電極体に対向する側の表面の前記非水電解液に対する濡れ性が向上していることを特徴とする、非水電解液二次電池。
An electrode body having a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector,
Non-aqueous electrolyte,
A battery case containing the electrode body and the non-aqueous electrolyte therein,
An insulating film arranged between an inner wall of the battery case and the electrode body, the insulating film blocking direct contact between the battery case and the electrode body,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
The negative electrode mixture layer contains an inorganic filler made of an inorganic compound that does not participate in a battery reaction,
The insulating film is characterized in that the wettability of the surface on the side facing the electrode body with respect to the non-aqueous electrolyte is improved as compared with the surface on the side facing the battery case inner wall. Water electrolyte secondary battery.
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