JP6697901B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same.
非水電解質二次電池は、例えば、ステンレス鋼からなる正極缶及び負極缶(電池缶)によって密封された構成の収納容器内に、正極及び負極からなる一対の分極性電極と、この正極と負極の間に介在されたセパレータと、正極及び負極と電気的に接続される集電体と、正極、負極及びセパレータに含浸され、支持塩及び有機溶媒等の非水溶媒を含む非水電解質とを備えるものである。このような非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高く軽量であることから、例えば、電子機器の電源部や、発電装置の発電量の変動を吸収する蓄電部などに利用されている。 A non-aqueous electrolyte secondary battery is, for example, a pair of polarizable electrodes composed of a positive electrode and a negative electrode, and a pair of polarizable electrodes composed of the positive electrode and the negative electrode, in a storage container that is sealed by a positive electrode can and a negative electrode can (battery can) made of stainless steel. A separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a current collector electrically connected to the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte that is impregnated into the positive electrode, the negative electrode and the separator, and includes a supporting salt and a non-aqueous solvent such as an organic solvent. Be prepared. Since such a non-aqueous electrolyte secondary battery has a high energy density and is lightweight, it is used, for example, in a power supply unit of an electronic device, a power storage unit that absorbs fluctuations in power generation of a power generator, and the like.
また、上記構成の非水電解質二次電池においては、正極缶と正極との間、及び、負極缶と負極との間の接続については、例えば、導電ペースト等を用いて直接接着するか、あるいは、正極缶及び負極缶の内底面に溶接や圧接等によって固定された金属製の集電体に対して各電極を接着し、電気的に接続された構成とする場合がある。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery having the above configuration, for the connection between the positive electrode can and the positive electrode, and between the negative electrode can and the negative electrode, for example, by directly bonding using a conductive paste, or, In some cases, each electrode is adhered to and electrically connected to a metal current collector fixed to the inner bottom surface of the positive electrode can and the negative electrode can by welding, pressure welding, or the like.
また、負極活物質としてシリコン酸化物(SiOx)を含む負極を用いた非水電解質二次電池は、高い放電容量が得られることから、特に、コイン型(ボタン型)等の小型の非水電解質二次電池として用いられている。このようなコイン型の非水電解質二次電池は、高電圧、高エネルギー密度で充放電特性に優れるとともに、サイクル寿命が長く信頼性が高いことが知られている。そのため、このようなコイン型の非水電解質二次電池は、従来から、例えば、携帯電話、PDA、携帯用ゲーム機、デジタルカメラ等の各種小型電子機器において、半導体メモリのバックアップ用電源やリアルタイムクロック機能のバックアップ用電源等として利用されている。また、近年では、コイン型の非水電解質二次電池は、新たな用途として、Bluetooth(登録商標)等の通信機器におけるメイン電源への適用が期待されている。一方、このようなメイン電源等の用途においては、従来の半導体メモリやリアルタイムクロックなどのバックアップ電源に比べて、さらに大電流での放電特性が求められる。 In addition, since a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode containing silicon oxide (SiO x ) as a negative electrode active material can obtain a high discharge capacity, it is particularly suitable for a small non-aqueous electrolyte such as a coin type (button type). It is used as an electrolyte secondary battery. It is known that such a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery has a high voltage, a high energy density, excellent charge/discharge characteristics, and a long cycle life and high reliability. Therefore, such a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery has hitherto been used as a backup power source for a semiconductor memory or a real-time clock in various small electronic devices such as a mobile phone, a PDA, a portable game machine, and a digital camera. It is used as a backup power source for functions. Further, in recent years, the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery is expected to be applied to a main power source in a communication device such as Bluetooth (registered trademark) as a new application. On the other hand, in applications such as such a main power supply, discharge characteristics with a larger current are required as compared with conventional backup power supplies such as semiconductor memories and real-time clocks.
ここで、上述のようなコイン型(ボタン型)を通信機器のメイン電源等に適用する場合、例えば、1mA以上の大電流パルスを取り出すことが求められるため、電池の内部抵抗を大きく低減する必要がある。このように、内部抵抗を低減させるための手段としては、従来から、各電極と正極缶又は負極缶との間、あるいは、各電極と各集電体との間の接触面積を増大させること等が検討されている。 Here, when the coin type (button type) as described above is applied to the main power source of a communication device or the like, it is necessary to take out a large current pulse of 1 mA or more, for example, and therefore it is necessary to greatly reduce the internal resistance of the battery. There is. Thus, as a means for reducing the internal resistance, conventionally, increasing the contact area between each electrode and the positive electrode can or the negative electrode can, or between each electrode and each current collector, etc. Is being considered.
上記のように、電極と電池缶との間の接触面積を増大させ、接触抵抗(内部抵抗)を低減することで放電電流特性を向上させることを目的として、ステンレス等の金属からなる金網を介して負極と負極缶とを接続した二次電池が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 As described above, for the purpose of improving the discharge current characteristics by increasing the contact area between the electrode and the battery can and reducing the contact resistance (internal resistance), a metal net made of metal such as stainless steel is used. There has been proposed a secondary battery in which a negative electrode and a negative electrode can are connected (for example, see Patent Document 1).
また、電池缶の底部(頂部)に凹凸が形成された構成とすることで、電極と電池缶との間の接触面積を増大させた電池も提案されている(例えば、特許文献2を参照)。 There is also proposed a battery in which the contact area between the electrode and the battery can is increased by forming the unevenness on the bottom (top) of the battery can (see, for example, Patent Document 2). ..
しかしながら、特許文献1に記載の二次電池のように、集電体として金属製の金網を用いた場合には、集電体として用いられる金網を電池缶又は電極ペレットに固定するための工程が増加することから、生産性の低下や、生産コストが増大する等の問題が生じる。また、集電体に金網を用いる場合、シート状の金網を電極の形状に合わせて打ち抜いて使用することから、この際の打ち抜き屑(加工片)が電池内部に残存した場合には、内部ショートの原因となる場合がある。さらに、上記の加工片は、金網と他の部材(電池缶や電極)との間に残存することで、これらの間の固定の妨げとなる場合がある。従って、金網の打ち抜き加工によって集電体を製造した場合には、電池の歩留まりが低下するおそれがある。 However, like the secondary battery described in Patent Document 1, when a metal wire net is used as the current collector, a step for fixing the wire net used as the current collector to the battery can or the electrode pellet is performed. The increase causes problems such as a decrease in productivity and an increase in production cost. When a wire mesh is used as the current collector, a sheet-shaped wire mesh is punched out according to the shape of the electrode, so if the punched scraps (workpieces) remain inside the battery, an internal short circuit will occur. May cause. Furthermore, the above-mentioned processed piece may interfere with the fixing between the wire mesh and other members (battery can or electrode) when they remain between them. Therefore, when the current collector is manufactured by punching the wire net, the yield of the battery may decrease.
また、特許文献2に記載の電池のように、電池缶に凹凸を形成する場合、プレス金型の内部に凹凸部を設けることで、電池缶のプレス成形と同時に該電池缶に凹凸を形成する方法のため、例えば、格子状等の微細形状として凹凸を形成することは困難である。また、特許文献2に記載の技術では、凹凸形状が電池缶の内面側のみならず外面側にも浮き出てしまう形状となることから、電池としての外観上、好ましくないという問題があった。
Further, in the case of forming the unevenness on the battery can as in the battery described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の電池において、内部抵抗を効果的に低減でき、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能で、放電特性及び外観特性に優れる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and effectively reduces the internal resistance of a small battery that can supply a large current pulse in the region of 1 mA to several mA and that has a higher discharge current than conventional batteries. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which can be discharged for a long time while maintaining a sufficient discharge current and voltage and is excellent in discharge characteristics and appearance characteristics.
また、本発明は、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の電池を製造するにあたり、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能で、放電特性及び外観特性に優れる非水電解質二次電池を、歩留まりよく製造することが可能な非水電解質二次電池の製造方法を提供することを目的とする。 In addition, the present invention is capable of supplying a large current pulse in the region of about 1 mA to several mA, and in manufacturing a small battery with an increased discharge current as compared with the conventional one, it is possible to maintain a sufficient discharge current and voltage for a long time. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, which can discharge for a long time and can manufacture a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent discharge characteristics and appearance characteristics with high yield.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を行い、特に、放電電流が1mA以上の大電流パルスを供給する小型の非水電解質二次電池において、充分な放電特性を確保しながら、製造時の歩留まりを向上させるための実験を繰り返した。この結果、まず、電池の収納容器を構成する正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に凹凸構造を形成し、この部分を正極缶又は負極缶と一体化した集電部とすることにより、正極及び負極と集電部との間の接触面積を確実に増加させ、接触抵抗を低減できることを知見した。また、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面の凹凸構造をエッチング処理によって形成することにより、従来の方法で電池缶を製造した場合に問題となっていた加工片が生じるのを防止でき、且つ、凹凸構造を精細なパターンで形成することができることを知見した。これにより、従来に比べて放電電流が上昇した非水電解質二次電池において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能になり、外観特性にも優れるとともに、歩留まりも大幅に向上することを見出し、本発明を完成させた。 The present inventor has conducted extensive studies in order to solve the above problems, and in particular, in a small non-aqueous electrolyte secondary battery that supplies a large current pulse with a discharge current of 1 mA or more, while producing sufficient discharge characteristics, manufacturing The experiment for improving the time yield was repeated. As a result, first, a concavo-convex structure is formed on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can that form the battery container, and this portion is used as a current collecting portion integrated with the positive electrode can or the negative electrode can. It was found that the contact area between the positive electrode, the negative electrode, and the current collector can be reliably increased to reduce the contact resistance. In addition, by forming the uneven structure on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can by etching treatment, it is possible to prevent the occurrence of processed pieces, which is a problem when a battery can is manufactured by a conventional method. It was also found that the uneven structure can be formed in a fine pattern. As a result, in the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the discharge current is increased compared to the conventional one, it becomes possible to discharge for a long time while maintaining a sufficient discharge current and voltage, and the appearance characteristics are excellent, and the yield is significantly increased. The present invention has been completed and the present invention has been completed.
即ち、本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、少なくとも支持塩と有機溶媒とを含む非水電解質とが、金属製の収納容器内に収容されてなる非水電解質二次電池であって、前記収納容器は、開口部を備えた有底円筒状の正極缶と、該正極缶との間に収容空間を形成する有蓋円筒状の負極缶とが組み合わせられてなるとともに、前記正極缶の内底面及び前記負極缶の内蓋面が、それぞれ前記正極又は前記負極と電気的に接続される集電部とされており、前記集電部は、前記内底面及び前記内蓋面に設けられた平坦部と凹部とからなる凹凸構造を有し、且つ、前記集電部の面積に対する前記平坦部の割合が10〜50%であることを特徴とする。 That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, at least a supporting salt and an organic solvent. A non-aqueous electrolyte containing a is a non-aqueous electrolyte secondary battery housed in a metal container, the container is a bottomed cylindrical positive electrode can having an opening, A cylindrical negative electrode can with a lid forming a housing space between the positive electrode can and the positive electrode can is combined, and the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are electrically connected to the positive electrode or the negative electrode, respectively. are as connected thereto collector portion, the collector unit is configured to have a concave-convex structure composed of a flat portion and a recess provided in said bottom surface and said inner lid surface, and, of the current collector the proportion of the flat portion to the area is characterized by 10-50% der Rukoto.
本発明によれば、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に、これら正極缶及び負極缶と一体化された凹凸構造を有する集電部が備えられることで、正極と正極缶に備えられる集電部との間、及び、負極と負極缶に備えられる集電部との間の接触面積が増加するので、これらの間の接触抵抗が低減される。また、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に凹凸構造が設けられた構成なので、外面側には凹凸形状が生じることがない。従って、特に、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能になり、優れた放電特性が及び外観特性が得られる。 According to the present invention, the positive electrode can and the positive electrode can are provided by providing the current collector having the concavo-convex structure integrated with the positive electrode can and the negative electrode can on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can. Since the contact areas between the current collecting portion and the current collecting portion provided in the negative electrode can are reduced, the contact resistance between them is reduced. Further, since the concavo-convex structure is provided on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can, the concavo-convex shape does not occur on the outer surface side. Therefore, in particular, in a small non-aqueous electrolyte secondary battery capable of supplying a large current pulse in the region of 1 mA to several mA, it is possible to discharge for a long time while maintaining a sufficient discharge current and voltage, which is excellent. Discharge characteristics and appearance characteristics are obtained.
また、本発明によれば、集電部の面積に対する平坦部の割合を上記範囲にすることで、各電極と集電部との間の接触面積を確実に増加させ、これらの間の接触面積を顕著に低減することが可能になる。 Further , according to the present invention, by setting the ratio of the flat portion to the area of the current collector within the above range, the contact area between each electrode and the current collector is reliably increased, and the contact area between them is Can be significantly reduced.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記正極及び前記負極に、前記正極缶又は前記負極缶に備えられる前記集電部の少なくとも一部が埋め込まれていることが好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above configuration, it is preferable that at least a part of the current collector provided in the positive electrode can or the negative electrode can is embedded in the positive electrode and the negative electrode. ..
本発明によれば、正極及び負極に集電部の少なくとも一部が埋め込まれていることで、各電極と各集電部との間の接触面積が大幅に増加し、接触抵抗が顕著に低減される。 According to the present invention, at least a part of the current collector is embedded in the positive electrode and the negative electrode, so that the contact area between each electrode and each current collector is significantly increased and the contact resistance is significantly reduced. To be done.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記正極缶及び負極缶がステンレス鋼から構成されていてもよい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above configuration, the positive electrode can and the negative electrode can may be made of stainless steel.
本発明によれば、正極缶及び負極缶がステンレス鋼からなることで、凹凸構造からなる集電部の硬度が高められ、正極及び負極に対して集電部の一部が入り込みやすくなるので、各電極と集電部との間の接触面積を確実に増加させ、これらの間の接触抵抗を大幅に低減することができる。 According to the present invention, since the positive electrode can and the negative electrode can are made of stainless steel, the hardness of the current collecting portion having the concavo-convex structure is increased, and part of the current collecting portion easily enters the positive electrode and the negative electrode, The contact area between each electrode and the current collector can be reliably increased, and the contact resistance between them can be significantly reduced.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記正極缶及び負極缶が、外面側がステンレス鋼であり、内面側がアルミニウム、ニッケル又は銅であるクラッド材から構成されていてもよい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above configuration, the positive electrode can and the negative electrode can may be made of a clad material whose outer surface side is stainless steel and whose inner surface side is aluminum, nickel or copper. ..
本発明によれば、正極缶及び負極缶に上記構成のクラッド材を用いることで、内面側に硬度が低い材料、即ち、アルミニウム、ニッケル又は銅の何れかが配置されることから、この内面に凹凸構造を形成するのが容易になる。また、正極缶及び負極缶の内面側にアルミニウム、ニッケル又は銅が配置され、集電部をこれらの材料から構成することで、各電極と集電部との間の接触抵抗を大幅に低減することが可能になる。 According to the present invention, by using the clad material having the above-described configuration for the positive electrode can and the negative electrode can, a material having a low hardness on the inner surface side, that is, any of aluminum, nickel, or copper is arranged, It becomes easy to form the uneven structure. Further, aluminum, nickel, or copper is arranged on the inner surface side of the positive electrode can and the negative electrode can, and the current collector is made of these materials, so that the contact resistance between each electrode and the current collector is significantly reduced. It will be possible.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記集電部の平面視形状が、前記平坦部と前記凹部とからなる格子状、又はリング状とされていることがより好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above-mentioned configuration, it is more preferable that the shape of the current collecting portion in a plan view is a lattice shape including the flat portion and the concave portion, or a ring shape. ..
本発明によれば、集電部が上記の平面視形状を有することで、各電極と集電部との間の接触面積がさらに増加するので、接触抵抗を効果的に低減できる。 According to the present invention, since the current collector has the above-described plan view shape, the contact area between each electrode and the current collector is further increased, so that the contact resistance can be effectively reduced.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記正極及び前記負極が、導電助剤として、黒鉛又はカーボンブラックの少なくとも何れかを含むことがより好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above structure, it is more preferable that the positive electrode and the negative electrode contain at least either graphite or carbon black as a conductive auxiliary agent.
本発明によれば、正極及び負極が、黒鉛又はカーボンブラックを含むことで、各電極内における拡散抵抗をより効果的に低減できる。 According to the present invention, since the positive electrode and the negative electrode contain graphite or carbon black, the diffusion resistance in each electrode can be reduced more effectively.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、非水電解質が、支持塩として、少なくともリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を含むことが好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above-mentioned configuration, the non-aqueous electrolyte preferably contains at least lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) as a supporting salt.
本発明によれば、非水電解質に用いられる支持塩を分子径の小さなLiFSIとすることにより、拡散抵抗が小さくなることから電荷の移動が速くなり、導電性が向上するので、電池の内部抵抗を顕著に低減できる。 According to the present invention, by using LiFSI having a small molecular diameter as the supporting salt used for the non-aqueous electrolyte, the diffusion resistance is reduced, the charge transfer is accelerated, and the conductivity is improved. Can be significantly reduced.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記非水電解質において前記支持塩として含まれるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)の含有量が、前記非水電解質の全量に対して10〜23質量%の範囲であることが好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above configuration, the content of lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) contained as the supporting salt in the non-aqueous electrolyte is equal to the total amount of the non-aqueous electrolyte. On the other hand, it is preferably in the range of 10 to 23% by mass.
本発明によれば、非水電解質中におけるLiFSIの含有量を上記範囲に制限することにより、上記のような、拡散抵抗が小さくなって導電性が向上する効果がより顕著に得られる。 According to the present invention, by limiting the content of LiFSI in the non-aqueous electrolyte to the above range, the above-described effect of reducing diffusion resistance and improving conductivity can be more remarkably obtained.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記構成において、前記非水電解質が、前記有機溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)及びジメトキシエタン(DME)を、体積比で{PC:EC:DME}={0.5〜1.5:0.5〜1.5:1〜3}の範囲で含有することが好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the above-mentioned configuration, the non-aqueous electrolyte contains propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and dimethoxyethane (DME) as the organic solvent in a volume ratio. It is preferable to contain in the range of {PC:EC:DME}={0.5 to 1.5:0.5 to 1.5:1 to 3}.
本発明によれば、非水電解質を構成する有機溶媒として、まず、誘電率が高く、支持塩の溶解性が高い、環状カーボネート溶媒であるPC及びECを用いることにより、大きな放電容量を得ることが可能となる。また、PC及びECは、沸点が高いことから、例えば、高温環境下で使用又は保管した場合であっても揮発し難い非水電解質が得られる。
また、有機溶媒として、ECよりも融点が低いPCを、ECと混合して用いることにより、特に低温における放電特性を向上させることが可能となる。
また、有機溶媒として、融点の低い、鎖状エーテル溶媒であるDMEを用いることにより、上記同様、低温における放電特性が向上する。また、DMEは低粘度なので、非水電解質の導電性が向上する。さらに、DMEは、Liイオンに溶媒和することにより、非水電解質二次電池として、さらに大きな放電容量が得られる。
According to the present invention, a large discharge capacity can be obtained by using PC and EC, which are cyclic carbonate solvents having a high dielectric constant and a high solubility of a supporting salt, as the organic solvent constituting the non-aqueous electrolyte. Is possible. In addition, since PC and EC have high boiling points, for example, a non-aqueous electrolyte that is hard to volatilize even when used or stored in a high temperature environment can be obtained.
Further, by using PC, which has a lower melting point than EC, as the organic solvent in combination with EC, it becomes possible to improve the discharge characteristics especially at low temperatures.
Also, by using DME, which is a chain ether solvent having a low melting point, as the organic solvent, the discharge characteristics at low temperatures are improved as in the above. Further, since DME has a low viscosity, the conductivity of the non-aqueous electrolyte is improved. Further, by solvating DME with Li ions, a larger discharge capacity can be obtained as a non-aqueous electrolyte secondary battery.
次に、本発明の非水電解質二次電池の製造方法は、金属板材を加工することで、開口部を備えた有底円筒状の正極缶及び有蓋円筒状の負極缶を形成し、前記正極缶と前記負極缶とからなる収納容器を得る収納容器形成工程と、前記収納容器内に、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、少なくとも支持塩と有機溶媒とを含む非水電解質とを収容する電池組立工程と、を含む非水電解質二次電池の製造方法であって、前記収納容器形成工程は、前記正極缶の内底面及び前記負極缶の内蓋面における少なくとも一部をエッチング処理で選択的に除去することにより、平坦部と凹部とからなる凹凸構造の集電部を形成する処理を含み、且つ、前記集電部の面積に対する前記平坦部の割合を10〜50%として前記集電部を形成することを特徴とする。
Next, the manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, by processing a metal plate material, to form a bottomed cylindrical positive electrode can and an open cylindrical negative electrode can, the positive electrode A storage container forming step of obtaining a storage container composed of a can and the negative electrode can, and a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and arranged between the positive electrode and the negative electrode in the storage container. A separator and a battery assembly step of containing a non-aqueous electrolyte containing at least a supporting salt and an organic solvent, and a method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the storage container forming step is the positive electrode. at least a portion by selectively removing by etching process, look including the process of forming the current collecting portion of the concavo-convex structure comprising a flat portion and the recess in the inner bottom surface and the inner lid surface of the negative electrode can of the can, and The current collecting portion is formed by setting the ratio of the flat portion to the area of the current collecting portion to 10 to 50% .
本発明によれば、収納容器形成工程において、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面をエッチング処理で加工して凹凸構造の集電部を形成することにより、加工片等を発生させることがないので、電池内でのショートや、電極の固定が不完全になるのを防止できる。また、エッチング処理により、精細なパターンの凹凸構造で集電部を形成することができるので、各電極と各電極との間の接触面積が増加し、接触抵抗が低減される。また、エッチング処理によって凹凸構造の集電部を形成する方法なので、正極缶及び負極缶の外面側に凹凸形状が生じることがない。従って、特に、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給でき、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能で、放電特性及び外観特性に優れる非水電解質二次電池を、歩留まり良く製造することが可能になる。 According to the present invention, in the storage container forming step, the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are processed by etching to form a current collector having a concavo-convex structure, thereby generating a processed piece or the like. Therefore, it is possible to prevent a short circuit in the battery and incomplete fixing of the electrodes. In addition, since the current collecting portion can be formed with a finely patterned concavo-convex structure by the etching process, the contact area between each electrode is increased and the contact resistance is reduced. Further, since the current collecting portion having the concavo-convex structure is formed by etching, the concavo-convex shape does not occur on the outer surface side of the positive electrode can and the negative electrode can. Therefore, in particular, a non-aqueous electrolyte secondary battery that can supply a large current pulse in the region of 1 mA to several mA and can be discharged for a long time while maintaining a sufficient discharge current and voltage and is excellent in discharge characteristics and appearance characteristics. Batteries can be manufactured with high yield.
本発明の非水電解質二次電池によれば、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に、これら正極缶及び負極缶と一体化された凹凸構造を有する集電部が備えられた構成なので、各電極と各集電部との間の接触面積が増加し、これらの間の接触抵抗が低減される。
これにより、内部抵抗を顕著に低減することができ、特に、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能になり、優れた放電特性が得られる。また、正極缶及び負極缶の内面側に凹凸構造の集電部が設けられ、外面側には凹凸形状が生じない構成なので、優れた外観特性が得られるとともに、製造時に加工片等が生じることが無く、歩留まりに優れたものとなる。
従って、コイン型等の小型の非水電解質二次電池が適用される各種小型電子機器において求められる放電特性を充分に満足でき、機器特性の向上が可能な非水電解質二次電池を提供することが可能になる。
According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a configuration in which the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are provided with a current collector having an uneven structure integrated with the positive electrode can and the negative electrode can. Therefore, the contact area between each electrode and each current collecting portion is increased, and the contact resistance between them is reduced.
As a result, the internal resistance can be remarkably reduced, and particularly in a small non-aqueous electrolyte secondary battery capable of supplying a large current pulse in the region of 1 mA to several mA, a state in which sufficient discharge current and voltage are maintained. Discharge for a long time and excellent discharge characteristics can be obtained. In addition, the positive electrode can and the negative electrode can are provided with a current collecting portion having an uneven structure on the inner surface side, and the outer surface side does not have an uneven shape, so that excellent appearance characteristics are obtained and processed pieces and the like are produced during manufacturing. And yield is excellent.
Therefore, to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can sufficiently satisfy the discharge characteristics required in various small electronic devices to which a small non-aqueous electrolyte secondary battery such as a coin type is applied and that can improve the device characteristics. Will be possible.
また、本発明の非水電解質二次電池の製造方法によれば、収納容器形成工程において、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面をエッチング処理して凹凸構造の集電部を形成する方法なので、加工片等が生じることなく、精細なパターンの凹凸構造で集電部を形成することができる。
従って、特に、電池の内部抵抗が顕著に低減された、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、放電特性及び外観特性に優れた小型の非水電解質二次電池を、歩留まり良く製造することが可能になる。
Further, according to the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in the storage container forming step, the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are subjected to etching treatment to form a current collecting portion having an uneven structure. Since it is a method, the current collecting portion can be formed with a finely patterned concavo-convex structure without producing a processed piece or the like.
Therefore, in particular, a small-sized non-aqueous electrolyte secondary battery, which has a significantly reduced internal resistance of the battery and can supply a large current pulse in the region of 1 mA to several mA and which is excellent in discharge characteristics and appearance characteristics, can be obtained with high yield. It becomes possible to manufacture.
以下、本発明の非水電解質二次電池及びその製造方法の実施形態を挙げ、その各構成について図1〜図6を参照しながら詳述する。なお、本発明で説明する非水電解質二次電池は、具体的には、正極または負極として用いる活物質と非水電解質とが容器内に収容されてなるものであるが、本発明に係る構成は、例えば、リチウムイオンキャパシタ等の電気化学セルにも応用可能なものである。 Hereinafter, embodiments of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention and a method for manufacturing the same will be described, and each configuration thereof will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. The non-aqueous electrolyte secondary battery described in the present invention is specifically one in which an active material used as a positive electrode or a negative electrode and a non-aqueous electrolyte are housed in a container. Can be applied to an electrochemical cell such as a lithium ion capacitor.
<非水電解質二次電池>
図1に示す本実施形態の非水電解質二次電池1は、いわゆるコイン(ボタン)型の電池である。この非水電解質二次電池1は、収納容器2内に、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む正極10と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含む負極20と、正極10と負極20との間に配置されたセパレータ30と、少なくとも支持塩及び有機溶媒を含む非水電解質50とを備える。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is a so-called coin (button) type battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes, in a
より具体的には、非水電解質二次電池1は、有底円筒状の正極缶12と、正極缶12の開口部12aにガスケット40を介在して固定され、正極缶12との間に収容空間を形成する有蓋円筒状(ハット状)の負極缶22とを有し、正極缶12の開口部12aの周縁を内側、即ち負極缶22側にかしめることで収容空間を密封する収納容器2を備える。
More specifically, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is fixed between a positive electrode can 12 having a bottomed cylindrical shape and a
収納容器2によって密封された収容空間には、正極缶12側に設けられる正極10と、負極缶22側に設けられる負極20とがセパレータ30を介して対向配置され、さらに、非水電解質50が充填されている。また、図1に示す例においては、負極20とセパレータ30との間にリチウムフォイル60が介装されている。
また、図1に示すように、ガスケット40は、正極缶12の内周面に沿って狭入されるとともに、セパレータ30の外周と接続され、セパレータ30を保持している。
また、正極10、負極20及びセパレータ30には、収納容器2内に充填された非水電解質50が含浸している。
In the storage space sealed by the
Further, as shown in FIG. 1, the
Further, the
また、図1に示すように、非水電解質二次電池1は、正極10が、正極缶12の内底面に配置される正極集電部(集電部)14に電気的に接続されており、負極20が、負極缶の内蓋面に配置される負極集電部(集電部)24に電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the
本実施形態の非水電解質二次電池1は、上記のように概略構成されることにより、正極10と負極20の一方から他方へリチウムイオンが移動することで、電荷を蓄積(充電)したり電荷を放出(放電)したりすることができるものである。
The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment is configured as described above, so that lithium ions move from one of the
そして、本実施形態の非水電解質二次電池1は、正極集電部14及び負極集電部24が、内底面又は内蓋面に設けられた平坦部14a,24aと凹部14b,24bとからなる凹凸構造を有している。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment, the positive electrode
本発明者は、各種小型電子機器に使用される、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池の放電特性を向上させるため、鋭意検討を行った。この結果、収納容器2を構成する正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面に凹凸構造を形成し、この部分を正極缶12又は負極缶と一体化した集電部(正極集電部14、負極集電24)とすることにより、正極10及び負極20と各集電部(正極集電部14、負極集電部24)との間の接触面積を確実に増加させ、接触抵抗を低減できることを見出した。また、正極缶12及び負極缶22の内面側のみに凹凸構造を設けることで、外面側には凹凸形状が生じず、優れた外観特性を維持できることを見出した。
The present inventor has conducted earnest studies in order to improve the discharge characteristics of a small non-aqueous electrolyte secondary battery that can be used for various small electronic devices and can supply a large current pulse in the region of 1 mA to several mA. As a result, a concavo-convex structure is formed on the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 that form the
さらに、本発明者等は、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面に凹凸構造を形成する際、これら内底面及び内蓋面の一部をエッチング処理で選択的に除去することで、凹凸構造を精細なパターンで形成できることから、各電極と各集電部との間の接触面積をさらに増加させ、接触抵抗がより低減した非水電解質二次電池が製造できることを見出した。また、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面をエッチング処理する方法で凹凸構造を形成することで、加工片等が生じるのが抑制され、電池内でショートが生じたり、電極の固定が不完全になるのを防止でき、歩留まりが大幅に向上することを見出した。 Furthermore, the present inventors prefer to selectively remove a part of the inner bottom surface and the inner lid surface by etching when forming the uneven structure on the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22. It has been found that, since the uneven structure can be formed in a fine pattern, the contact area between each electrode and each current collecting portion can be further increased, and a non-aqueous electrolyte secondary battery with further reduced contact resistance can be manufactured. In addition, by forming the uneven structure by a method of etching the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22, it is possible to suppress the generation of processed pieces and the like, which may cause a short circuit in the battery or the electrode. It has been found that the immobilization can be prevented from being incomplete and the yield is significantly improved.
即ち、本発明者等は、放電電流が低めである小型のコインセル等において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能で、放電特性、外観特性及び歩留まりに優れる非水電解質二次電池が実現できることを見出し、以下に詳述するような本発明を完成させたものである。 That is, the inventors of the present invention, in a small coin cell or the like having a low discharge current, can discharge for a long time while maintaining a sufficient discharge current and voltage, and are excellent in discharge characteristics, appearance characteristics, and yield. The inventors have found that an electrolyte secondary battery can be realized and completed the present invention as described in detail below.
[正極缶及び負極缶(収納容器)]
収納容器2は、上述したように、正極缶12と、この正極缶12との間に収容空間を形成する負極缶22とが組み合わせられてなる。
[Positive can and negative can (storage container)]
As described above, the
正極缶12は、有底円筒状に構成され、平面視で円形の開口部12aを有する。このような正極缶12の材質としては、従来公知のものを何ら制限無く用いることができ、例えば、SUS329J4L等のステンレス鋼が挙げられる。
The positive electrode can 12 has a bottomed cylindrical shape and has a
また、負極缶22は、有蓋円筒状(ハット状)に構成され、その先端部22aが、開口部12aから正極缶12に入り込むように構成される。このような負極缶22の材質としては、正極缶12の材質と同様、従来公知のステンレス鋼が挙げられ、例えば、SUS304−BA等を用いることができる。
In addition, the negative electrode can 22 is configured in a cylindrical shape (hat shape) with a lid, and a
また、正極缶12及び負極缶22には、上記のステンレス鋼からなる単層の金属板材の他、例えば、外面側が上記のステンレス鋼であり、内面側がアルミニウム、ニッケル又は銅である複層のクラッド材を用いることができる。このようなクラッド材としては、例えば、ステンレス鋼に対して、アルミニウム、ニッケル又は銅が圧接されて板状に構成されたものが挙げられる。 Further, in the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22, in addition to the single-layer metal plate material made of the above stainless steel, for example, the outer surface side is the above stainless steel and the inner surface side is a multi-layer clad of aluminum, nickel or copper. Materials can be used. As such a clad material, for example, a material in which aluminum, nickel, or copper is pressure-welded to stainless steel to have a plate-like shape can be used.
正極缶12や負極缶22に用いられる金属板材の板厚は、単層あるいは複層(クラッド材)に限らず、一般に0.1〜0.3mm程度であり、例えば、正極缶12や負極缶22の全体における平均板厚で0.20mm程度の板材を用いることができる。 The plate thickness of the metal plate material used for the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 is not limited to a single layer or multiple layers (cladding material) and is generally about 0.1 to 0.3 mm. For example, the positive electrode can 12 or the negative electrode can. It is possible to use a plate member having an average plate thickness of about 0.20 mm in the whole 22.
図1に示すように、正極缶12と負極缶22とは、ガスケット40を介在させた状態で、正極缶12の開口部12aの周縁を負極缶22側にかしめることで固定され、非水電解質二次電池1を、収容空間が形成された状態で密封保持する。このため、正極缶12の最大内径は、負極缶22の最大外径よりも大きい寸法とされている。
As shown in FIG. 1, the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are fixed by caulking the periphery of the
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、上述したように、正極缶12の内底面に、平坦部14aと凹部14bとからなる凹凸構造を有する正極集電部14が設けられている。
同様に、負極缶22の内蓋面には、平坦部24aと凹部24bとからなる凹凸構造を有する負極集電部24が設けられている。
即ち、非水電解質二次電池1は、正極缶12の内底面が正極10側の集電体(正極集電部14)を兼ねるとともに、負極缶22の内蓋面が負極20側の集電体(負極集電部24)を兼ねて構成され、それぞれ、電池缶と集電体とが一体化された構造とされている。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, as described above, the positive electrode
Similarly, on the inner lid surface of the negative electrode can 22, a negative electrode current collecting
That is, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 also serves as the current collector (positive electrode current collector 14) on the
本発明に係る非水電解質二次電池1は、正極缶12又は負極缶22と一体化された凹凸構造を有する各集電部(正極集電部14、負極集電部24)を備えることで、正極10と正極集電部14との間、及び、負極20と負極集電部24との間の接触面積が増加する。これは、正極集電部14及び負極集電部24に備えられる各々の凹部14b,24bの内部に、詳細を後述する材料からなる正極10又は負極20の少なくとも一部が入り込むことにより、各電極と各集電部との間の接触面積が増加するためである。このように、各電極と各集電部との間の接触面積が増加することで、これらの間の接触抵抗が低減され、非水電解質二次電池1の内部抵抗を顕著に低減することができる。これにより、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能になり、従来の構成の非水電解質二次電池に比べて、非常に優れた放電特性が得られる。
The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention is provided with each current collector (positive electrode
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、凹凸構造からなる正極集電部14及び負極集電部24の平面視形状は、正極10又は負極20との接触面積を増大させることが可能な形状であれば、特に限定されない。例えば、正極集電部14及び負極集電部24の平面視形状としては、図2に示すような平坦部14a(24a)と凹部14b(24b)とからなる格子状のほか、図3に示すようなリング状や、図4に示すような円形に凹部が形成された形状が好ましい。ここで、図2に示す例では、平面視細長とされた複数の平坦部14a(24a)が縦横に等間隔で配置されることにより、平面視矩形状とされた複数の凹部14b(24b)が縦横に整列されている。また、図3に示す例では、平面視リング状とされた複数の平坦部14a(24a)が千鳥状に配置された構成である。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, the plan-view shapes of the positive electrode
また、図4に示す例における正極集電部14及び負極集電部24は、平面視円形状とされた複数の凹部14b(24b)が千鳥状に配置されている。図4に示す正極集電部14及び負極集電部24は、図4中では詳細な図示を省略しているが、凹部14b,24bの底面縁部が断面半円形状に近い形状とされている(図5に示す断面形状を参照)。また、正極集電部及び負極集電部は上記形状に限定されるものではなく、例えば、詳細な図示を省略するが、凹部の平面視形状を菱形状や三角形状とし、それぞれ千鳥状に配置して構成することも可能であり、上記同様の効果が得られる。
Further, in the positive electrode
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、正極集電部14及び負極集電部24が上記の平面視形状を有することで、各電極と各集電部との間の接触面積がさらに増加するので、接触抵抗を効果的に低減することが可能になる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, since the positive electrode
また、図5に示すように、正極集電部14及び負極集電部24の断面視形状において、凹部14b,24bの底面縁部が角状に形成されていないことが、各電極と各集電部との間に導電性接着剤25(図6を参照)を介在させる場合に、導電性接着剤25を均一に塗布できる観点から好ましい。また、図示例のように、凹部14b,24bの底面縁部が、断面形状で丸みを帯びて形成されており、可能な限り断面半円形状に近い形状とされていることがより好ましい。このように、凹部14b,24bの底面の縁部が丸みを帯びて形成されていることで、図6に示すように、導電性接着剤25が確実に凹部14b,24b内に入り込むので、塗布ムラが生じるのが抑制され、各集電部に対して導電性接着剤25を均一に塗布することが可能になる。一方、凹部の底面縁部が角状に形成されていると、この部分に導電性接着剤25が入り込み難くなり、塗布ムラが生じる可能性がある。
Further, as shown in FIG. 5, in the cross-sectional shape of the positive electrode current collecting
なお、上記の凹凸構造をエッチング処理で形成した場合、この処理の特性上、凹部14b,24bの底面の角部は、図示例のような一定のRを有する形状となる。これにより、本発明においては、各集電部に対して導電性接着剤25を均一に塗布できることから、各電極と各集電部間の接触抵抗を効果的に低減できる。
When the above-mentioned concavo-convex structure is formed by an etching process, the corners of the bottom surfaces of the
また、正極集電部14及び負極集電部24は、各々の集電部の面積に対する平坦部14a,24aの割合が10〜50%であることが好ましい。正極集電部14及び負極集電部24における平坦部14a,24aの割合を上記範囲にすることで、各電極と集電部との間の接触面積を確実に増加させ、これらの間の接触面積を顕著に低減することが可能になる。ここで、正極集電部14及び負極集電部24における平坦部14a,24aの割合が上記範囲の下限未満だと凹部14b,24bの割合が多くなりすぎ、また、上記範囲の上限を超えると平坦部14a,24aの割合が多くなりすぎて、何れの場合も接触面積の増加に寄与し難くなる。
Further, in the positive electrode
正極集電部14及び負極集電部24の凹部14b,24bの平均深さDは、正極缶12や負極缶22に用いられる金属板材の板厚の他、正極集電部14及び負極集電部24に圧接される正極10及び負極20の硬度及び充放電時の変形状態にも左右されるが、詳細を後述する正極10及び負極20の厚みに対して1/2〜1/5程度の範囲が好ましい。凹部14b,24bの平均深さDを上記範囲とすることで、凹凸構造とされた各集電部の各電極に対する埋め込み代が最適化され、大きな接触面積を確保できるとともに、各電極が各集電部に確実に固定され、電極ずれ等による不具合が生じるのを防止できる。
The average depth D of the
一方、凹部14b,24bの平均深さDが、正極10及び負極20の厚みに対して1/2を超えると、平坦部14a,24aの部分が各電極に深く食い込んだ状態となるため、電極に割れやヒビが生じたり、あるいは、逆に各電極と各集電部との間の接触箇所が少なくなり、電気的接続が不完全になったりする可能性がある。また、平坦部14a,24aの部分を各電極に対して深く埋め込ませることになることから、圧接工程における高い押圧力が必要となり、製造設備等のコストが増大する。
また、凹部14b,24bの平均深さDが、正極10及び負極20の厚みに対して1/5未満だと、凹凸構造とされた各集電部の各電極に対する埋め込み代が小さすぎることから両者が固定され難く、電極ずれ等の不具合が生じる可能性がある。また、各電極と各集電部との間の接触面積も、各集電部を平面上に構成した場合とほとんど変わらず、凹凸構造を採用することによる効果が得られ難くなる可能性がある。
On the other hand, when the average depth D of the
If the average depth D of the
また、本発明に係る非水電解質二次電池1においては、上述のように、正極集電部14及び負極集電部24に導電性接着剤25を塗布して、各々の凹部14b,24bの内部に導電性接着剤25を入り込ませ、各電極と各集電部との間に導電性接着剤25を介在させることが、これらの間の密着性及び導電性がより高められる点から好ましい。このように、各電極と各集電部との間に導電性接着剤25を介在させるためには、図6に示す例のように、凹凸構造とされた各集電部の凹部に、導電性接着剤25が各電極と各集電部との間に介在できる程度の余裕を持たせておくことが好ましい。より具体的には、凹部14b,24bの平均深さDは、正極10及び負極20による埋め込み、及び、導電性接着剤25の介在を考慮し、数十〜数百μm程度であることが好ましい。
In addition, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, as described above, the conductive adhesive 25 is applied to the positive electrode
図2に示す例のように、断面視で凸状に形成される平坦部14a,14bは、幅の狭い形状であることが、後述するように、正極10及び負極20を構成するペレットに対して食い込みやすくなり、各電極と各集電部との接触面積を増加させる観点から好ましい。例えば、正極集電部14及び負極集電部24の平面視形状を、図2に示すような格子状とした場合には、図5の断面図に示すように、幅W1を0.1〜0.3mm程度とすることが好ましい。
As in the example shown in FIG. 2, the
一方、凹部14b,24bの幅W2は1〜2mm程度の範囲が好ましい。図2に示す例では、凹部14b,24bが正方形状に形成されているため、何れにおいても上記の幅W2の範囲であることが好ましい。凹部14b,24bの幅W2が1mm未満だと、正極集電部14及び負極集電部24に導電性接着剤25を塗布した場合に、この導電性接着剤25が凹部14b,24bに入り込みにくくなる。また、凹部14b,24bの幅W2が2mmを超えると、各電極と各集電部との間の接触面積の増加に寄与しにくくなる可能性がある。
On the other hand, the width W2 of the
なお、図4に示す例のように、平面視円形状の凹部14b(24b)を千鳥状に配置した場合には、例えば、各凹部14b(24b)の最低距離、即ち、各凹部間において平坦部14a(24a)の幅が最も短尺となる箇所の寸法を、上記のW1と同様、0.1〜0.3mm程度とすることが好ましい。
When the
また、上述したように、各集電部を、平面視菱形状の凹部を千鳥状に配置した構成とした場合には、菱形の対角線長辺寸法(LW)×対角線短辺寸法(SW)の関係を、LW:2.5mm以下×SW:1.4mm以下とすることが、各電極と各集電部との間の接触面積を大きく確保できる点から好ましい。また、この場合の各凹部間における各平坦部の幅は、上記のW1と同様、0.1〜0.3mm程度とすることが好ましい。 Further, as described above, in the case where the current collecting portions are configured such that the concave portions having a rhombic shape in plan view are arranged in a zigzag pattern, the diagonal long side dimension (LW)×the diagonal short side dimension (SW) of the rhombus is calculated. It is preferable that the relationship is LW: 2.5 mm or less×SW: 1.4 mm or less, because a large contact area can be secured between each electrode and each current collector. Further, in this case, the width of each flat portion between the recesses is preferably about 0.1 to 0.3 mm, similar to W1 described above.
また、上述したように、各集電部を、平面視三角形状の凹部を千鳥状に配置した構成とした場合にも、各凹部間における各平坦部の幅を、上記のW1と同様、0.1〜0.3mm程度とすることが好ましい。 In addition, as described above, even when each current collecting portion is configured such that the concave portions having a triangular shape in plan view are arranged in a zigzag shape, the width of each flat portion between the concave portions is 0 as in the above W1. It is preferable that it is about 1 to 0.3 mm.
なお、正極缶12及び負極缶22に、ステンレス鋼からなる単層の板材を用いた場合には、凹凸構造からなる正極集電部14及び負極集電部24の硬度がより高められる。このように、平坦部14a,24aと凹部14b,24bとからなる正極集電部14及び負極集電部24の硬度が高くなることで、これら各集電部に正極10又は負極20が圧接された際、各集電部が押し潰されたりすることなく、また、凹部14b,24bの深さも維持される。これにより、凹部14b,24bの内部に正極10又は負極20が入り込みやすくなるとともに、各凹部の奥深くまで各電極が入り込むことが可能になるので、各電極と集電部との間の接触面積が確実に増加する。従って、各電極と各集電部との間の接触抵抗を大幅に低減できることから、非水電解質二次電池1の放電特性をより向上させることが可能になる。
In addition, when a single-layer plate material made of stainless steel is used for the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22, the hardness of the positive electrode
一方、正極缶12及び負極缶22に、外面側がステンレス鋼材料で、内面側がアルミニウム材料、ニッケル材料又は銅であるクラッド材からなる複層の板材を用いた場合には、内面側に硬度が低い材料が配置されることから、凹凸加工を施すのが容易になる。即ち、詳細を後述するエッチング処理により、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面に、上記の凹凸構造を有する正極集電部14又は負極集電部24を形成するのが容易になる。また、正極缶12及び負極缶22の内面側にアルミニウム又はニッケルが配置され、正極集電部14又は負極集電部24がこれらの材料から構成されることで、各電極と集電部との間の接触抵抗が大幅に低減される。
On the other hand, when a positive and negative electrode can 12 and a negative electrode can 22 are made of a stainless steel material on the outer surface side and a clad material of aluminum material, nickel material or copper on the inner surface side, the hardness of the inner surface side is low. Since the material is arranged, it becomes easy to perform the uneven processing. That is, it is easy to form the positive electrode
正極缶12及び負極缶22の内面側に凹凸構造を形成する位置としては、負極缶22は有蓋円筒状(ハット状)の部材なので、通常、内蓋面全体にエッチング処理を施して凹凸構造を形成することで問題無い。一方、正極缶12については、内底面の端部に後述のガスケット40との接着部を有するため、設計上、このガスケット40との接着部を避けた位置にのみ、凹凸構造を形成する必要がある。また、正極缶12の内底面のうち、正極10が接する領域全体にエッチング処理を行うことで、この領域全体に凹凸構造を形成することが好ましい。
Regarding the position where the concavo-convex structure is formed on the inner surface side of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22, since the negative electrode can 22 is a member having a cylindrical shape with a lid (hat shape), the inner surface of the inner lid is usually etched to form the concavo-convex structure. There is no problem in forming. On the other hand, since the positive electrode can 12 has an adhesive portion to the later-described
正極缶12の内底面及び負極缶22内蓋面に凹凸構造を形成するためのエッチング処理の詳細については後述するが、ウェットエッチング又はドライエッチングの何れの方法を採用してもよい。その他、サンドブラストによる方法を用いて凹凸構造を形成することも可能であるが、金属板材に対する加工性の観点から、ウェットエッチング処理による方法を用いることが最も好ましい。本発明においては、凹凸構造を有する正極集電部14又は負極集電部24をエッチング処理によって形成することで、製造時に加工片等が生じることが無く、歩留まりに優れた非水電解質二次電池1が得られる。また、本発明に係る非水電解質二次電池1においては、正極缶12及び負極缶22の内面側に設ける凹凸構造の正極集電部14又は負極集電部24を、エッチング処理によって形成することで、外面側には凹凸形状が生じないので、外観特性に優れたものとなる。
The details of the etching treatment for forming the uneven structure on the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 will be described later, but either wet etching or dry etching may be employed. In addition, it is possible to form the concavo-convex structure using a method of sandblasting, but it is most preferable to use the method of wet etching treatment from the viewpoint of workability with respect to the metal plate material. In the present invention, the positive electrode
なお、図1に示す例においては、負極缶22の先端部22aが外面側に折り返した形状とされているが、これには限定されず、例えば、金属板材の端面が先端部22aとされた、上記の折り返し形状を有しない場合においても、本発明を適用することが可能である。
In addition, in the example shown in FIG. 1, the
また、本実施形態で詳述する構成を適用することが可能な非水電解質二次電池としては、例えば、コイン型非水電解質二次電池の一般的なサイズである920サイズ(外径φ9mm×高さ2.0mm)の他、各種サイズ、特に小型のサイズの電池を挙げることができる。 Further, as the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the configuration described in detail in the present embodiment can be applied, for example, a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery having a general size of 920 size (outer diameter φ9 mm× In addition to the height (2.0 mm), batteries of various sizes, especially small size can be mentioned.
[ガスケット]
ガスケット40は、図1に示すように、正極缶12の内周面に沿って円環状に形成され、その環状溝41の内部に負極缶22の先端部22aが配置される。
また、ガスケット40は、例えば、その材質が、熱変形温度が230℃以上の樹脂であることが好ましい。ガスケット40に用いる樹脂材料の熱変形温度が230℃以上であれば、非水電解質二次電池1を高温環境下で使用又は保管した場合や、非水電解質二次電池1の使用中における発熱が生じた場合でも、ガスケットが著しく変形して非水電解質50が漏出するのを防止できる。
[gasket]
As shown in FIG. 1, the
Further, it is preferable that the
このようなガスケット40の材質としては、例えば、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)、液晶ポリマー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂(PES)、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等のプラスチック樹脂が挙げられる。これらの中でも、ガスケット40にポリプロピレン樹脂を用いることが、高温環境下における使用や保管時にガスケットが著しく変形するのを防止でき、非水電解質二次電池の封止性がさらに向上する観点から好ましい。
Examples of the material of the
また、ガスケット40には、上記材料にガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を、30質量%以下の添加量で添加したものも好適に用いることができる。このような材質を用いることで、高温によってガスケットが著しく変形し、非水電解質50が漏出するのを防止できる。
Further, as the
また、ガスケット40の環状溝の内側面には、さらに、シール剤を塗布してもよい。このようなシール剤としては、アスファルト、エポキシ樹脂、ポリアミド系樹脂、ブチルゴム系接着剤等を用いることができる。また、シール剤は、環状溝41の内部に塗布した後、乾燥させて用いる。
Further, a sealant may be further applied to the inner surface of the annular groove of the
なお、ガスケット40は、正極缶12と負極缶22との間に挟まれ、その少なくとも一部が圧縮された状態となるが、この際の圧縮率は特に限定されず、非水電解質二次電池1の内部を確実に封止でき、且つ、ガスケット40に破断が生じない範囲とすればよい。
The
[非水電解質]
本発明の非水電解質二次電池1は、非水電解質50として、少なくとも有機溶媒及び支持塩を含むものを用いる。通常、非水電解質二次電池に用いられる非水電解質は、支持塩を有機溶媒等の非水溶媒に溶解させたものからなり、非水電解質50に求められる耐熱性や粘度等を勘案して、その特性が決定される。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present invention uses, as the
一般に、非水電解質二次電池の非水電解質に含有される支持塩としては、非水電解質に支持塩として添加される公知のLi化合物、具体的には、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)又はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)等が挙げられる。本発明に係る非水電解質二次電池1においては、非水電解質50に含有される支持塩は特に限定されないが、LiFSIを含むものを採用することが好ましい。このように、非水電解質50が、支持塩として分子径の小さなLiFSIを含むことで、非水電解質50中における拡散抵抗が小さくなることから電荷の移動が速くなり、導電性が向上する作用が得られ、電池の内部抵抗を顕著に低減できる。
Generally, the supporting salt contained in the non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery is a known Li compound added to the non-aqueous electrolyte as a supporting salt, specifically, lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI). ) Or lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI). In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, the supporting salt contained in the
非水電解質50中の支持塩の含有量は、支持塩の種類と、後述の正極活物質の種類とを勘案して決定できる。本発明においては、非水電解質50中におけるLiFSIの含有量を、非水電解質50の全量に対して10〜23質量%(1mol/L)の範囲とすることがより好ましい。非水電解質50中におけるLiFSIの含有量を上記範囲に制限することにより、上記のような、拡散抵抗が小さくなって導電性が向上する効果がより顕著に得られる。従って、放電特性が従来に比べて向上した、放電電流が比較的大きなコイン型等の小型の非水電解質二次電池において、さらに優れた放電特性を得ることが可能になる。
The content of the supporting salt in the
また、非水電解質50中におけるLiFSIの含有量を上記範囲とすることにより、放電初期の電圧降下を抑制することができ、さらに、低温環境下における放電特性も改善でき、幅広い温度範囲において十分な放電容量が得られる。
また、非水電解質50中におけるLiFSIの含有量は、上記効果が顕著に得られる観点から、非水電解質50の全量に対して13〜21質量%の範囲とすることがより好ましい。
Further, by setting the content of LiFSI in the
Further, the content of LiFSI in the
なお、非水電解質50中の支持塩濃度が上記範囲の上限を超えると、放電容量が得られ難くなり、上記の下限を下回った場合には、内部抵抗が大きく上昇してしまう場合も考えられる。このため、非水電解質50中の支持塩(LiFSI)の濃度は、高過ぎても、あるいは低過ぎても、電池特性に悪影響を及ぼすおそれがあることから、上記範囲とすることが好ましい。
If the concentration of the supporting salt in the
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、非水電解質50に用いる有機溶媒としても、特に限定されないが、例えば、環状カーボネート溶媒であるPC、EC、及び、鎖状エーテル溶媒であるDMEを、適正範囲とされた混合比で含有してなる混合溶媒とすることができる。
非水電解質50に用いる有機溶媒の組成を最適化することにより、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1において、充分な放電特性を確保することが可能となり、さらに、低温環境下も含めた幅広い温度範囲において十分な放電容量を維持可能な非水電解質二次電池1が実現できる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, the organic solvent used for the
By optimizing the composition of the organic solvent used for the
一般に、有機溶媒を含有する非水電解質を非水電解質二次電池に使用した場合、リチウム塩の溶解性が乏しいことから導電性の温度依存性が大きくなり、常温下における特性に較べて、低温下における特性が大きく低下するという問題がある。一方、低温特性を向上させるために、例えば、鎖状炭酸エステルである非対称構造のエチルメチルカーボネートや酢酸エステル類を非水電解質の有機溶媒に用いた場合には、逆に、高温下における非水電解質二次電池としての特性が低下するという問題がある。また、エチルメチルカーボネート等の有機溶媒を非水電解質に用いた場合でも、やはり、リチウム塩の溶解性が乏しく、低温特性を向上させるのには限界がある。 Generally, when a non-aqueous electrolyte containing an organic solvent is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the solubility of the lithium salt is poor, so the temperature dependence of the conductivity becomes large, and compared to the characteristics at room temperature, There is a problem in that the characteristics below are greatly degraded. On the other hand, in order to improve low-temperature characteristics, for example, when ethyl carbonate or acetic acid ester having an asymmetric structure which is a chain carbonic acid ester is used as the organic solvent of the non-aqueous electrolyte, conversely, non-aqueous solution under high temperature is used. There is a problem that the characteristics of the electrolyte secondary battery are deteriorated. Further, even when an organic solvent such as ethyl methyl carbonate is used as the non-aqueous electrolyte, the solubility of the lithium salt is still poor and there is a limit to improving the low temperature characteristics.
そこで、本発明に係る非水電解質二次電池1においては、非水電解質50を構成する有機溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)及びジメトキシエタン(DME)を、適正な範囲で含有するものを使用することが好ましい。
具体的には、まず、環状カーボネート溶媒として、誘電率が高く、支持塩の溶解性が高いPC及びECを用いることにより、大きな放電容量を得ることが可能となる。また、PC及びECは、沸点が高いことから、仮に高温環境下で使用又は保管した場合であっても揮発し難い非水電解質が得られる。
また、環状カーボネート溶媒として、ECよりも融点が低いPCを、ECと混合して用いることにより、低温特性を向上させることが可能となる。
また、鎖状エーテル溶媒として、融点の低いDMEを用いることにより、低温特性が向上する。また、DMEは低粘度なので、非水電解質の電気伝導性が向上する。さらに、DMEは、Liイオンに溶媒和することにより、非水電解質二次電池として大きな放電容量が得られる。
Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethoxyethane (DME) are used as appropriate organic solvents in the
Specifically, first, it is possible to obtain a large discharge capacity by using PC and EC having a high dielectric constant and a high solubility of a supporting salt as the cyclic carbonate solvent. In addition, since PC and EC have high boiling points, a non-aqueous electrolyte that is hard to volatilize even when used or stored in a high temperature environment can be obtained.
Further, by using PC, which has a lower melting point than EC as the cyclic carbonate solvent, mixed with EC, it becomes possible to improve the low temperature characteristics.
Further, by using DME having a low melting point as the chain ether solvent, low temperature characteristics are improved. Further, since DME has a low viscosity, the electric conductivity of the non-aqueous electrolyte is improved. Furthermore, by solvating DME with Li ions, a large discharge capacity can be obtained as a non-aqueous electrolyte secondary battery.
環状カーボネート溶媒は、下記(化学式1)で表される構造を有してなり、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、トリフロロエチレンカーボネート(TFPC)、クロロエチレンカーボネート(ClEC)、トリフロロエチレンカーボネート(TFEC)、ジフロロエチレンカーボネート(DFEC)、ビニレンカーボネート(VEC)等が挙げられる。本発明に係る非水電解質二次電池1においては、特に、負極20上への電極上の皮膜形成の容易性や、低温特性の向上、並びに、高温下における容量維持率の向上を考慮した場合、下記(化学式1)で表される構造の環状カーボネート溶媒として、PC及びECの2種類を用いることが好ましい。
The cyclic carbonate solvent has a structure represented by the following (Chemical Formula 1), and includes, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), trifluoroethylene carbonate (TFPC), chloro. Examples thereof include ethylene carbonate (ClEC), trifluoroethylene carbonate (TFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC) and vinylene carbonate (VEC). In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, particularly in consideration of easiness of forming a film on the electrode on the
但し、上記(化学式1)中において、R1、R2、R3、R4は、水素、フッ素、塩素、炭素数1〜3のアルキル基、フッ素化されたアルキル基の何れかを表す。また、上記(化学式1)中におけるR1、R2、R3、R4は、それぞれ同一であっても、異なっていても良い。 However, in the above (Chemical formula 1), R1, R2, R3, and R4 represent any of hydrogen, fluorine, chlorine, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and a fluorinated alkyl group. In addition, R1, R2, R3, and R4 in the above (Chemical formula 1) may be the same or different.
上述したように、非水電解質50に用いる有機溶媒に、環状カーボネート溶媒として、誘電率が高く、支持塩の溶解性が高いPC及びECを用いることにより、大きな放電容量を得ることが可能となる。また、PC及びECは沸点が高いことから、高温環境下で使用又は保管した場合でも揮発し難い非水電解質が得られる。さらに、環状カーボネート溶媒として、ECよりも融点が低いPCを、ECと混合して用いることにより、優れた低温特性が得られる。
As described above, it is possible to obtain a large discharge capacity by using PC and EC having a high dielectric constant and a high solubility of the supporting salt as the cyclic carbonate solvent in the organic solvent used for the
鎖状エーテル溶媒は、下記(化学式2)で表される構造を有してなり、例えば、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)等が挙げられる。本実施形態においては、特に、導電率向上の観点に加え、さらに、常温下における容量を確保しながら低温特性を向上させる観点から、下記(化学式2)で表される構造の鎖状エーテル溶媒として、リチウムイオンと溶媒和しやすいDMEを用いることが好ましい。 The chain ether solvent has a structure represented by the following (Chemical formula 2), and examples thereof include 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,2-diethoxyethane (DEE). In the present embodiment, as a chain ether solvent having a structure represented by the following (Chemical formula 2), in particular, from the viewpoint of improving conductivity, and further improving low-temperature characteristics while ensuring capacity at room temperature. It is preferable to use DME which is easily solvated with lithium ions.
但し、上記(化学式2)中において、R5、R6は、水素、フッ素、塩素、炭素数1〜3のアルキル基、フッ素化されたアルキル基の何れかを表す。また、R5、R6はそれぞれ同一であっても、異なっていても良い。 However, in the above (Chemical formula 2), R5 and R6 each represent hydrogen, fluorine, chlorine, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorinated alkyl group. R5 and R6 may be the same or different.
上述したように、非水電解質50に用いる有機溶媒に、鎖状エーテル溶媒として融点の低いDMEを用いることで低温特性が向上する。また、DMEは低粘度であることから、非水電解質の電気伝導性が向上する。さらに、DMEは、Liイオンに溶媒和することから、非水電解質二次電池として大きな放電容量が得られる。
As described above, low temperature characteristics are improved by using DME having a low melting point as a chain ether solvent for the organic solvent used for the
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、非水電解質50の溶媒中における各有機溶媒の配合比率を、体積比で{PC:EC:DME}=0.5〜1.5:0.5〜1.5:1〜3の範囲に設定することが好ましい。また、溶媒中における配合比率は、体積比で0.8〜1.2:0.8〜1.2:1.5〜2.5の範囲であることがさらに好ましく、概ね{PC:EC:DME}={1:1:2}であることが最も好ましい。
有機溶媒の配合比率が上記範囲であると、上述したような、高温下あるいは常温での容量維持率を損なうことなく、低温特性を改善できる効果が顕著に得られる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, the compounding ratio of each organic solvent in the solvent of the
When the blending ratio of the organic solvent is in the above range, the effect of improving the low temperature characteristics can be remarkably obtained without impairing the capacity retention rate at high temperature or room temperature as described above.
より詳細には、環状カーボネート溶媒であるプロピレンカーボネート(PC)の配合比率が上記範囲の下限以上であれば、ECよりも融点が低いPCと、ECとを混合して用いることで低温特性を向上できる効果が顕著に得られる。
一方、PCは、ECに較べて誘電率が低いことから支持塩の濃度を高められないため、含有量が多過ぎると大きな放電容量が得られ難くなる可能性があることから、その配合比率を上記範囲の上限以下に制限することが好ましい。
More specifically, if the blending ratio of propylene carbonate (PC), which is a cyclic carbonate solvent, is at least the lower limit of the above range, the low temperature characteristics are improved by mixing PC with a melting point lower than EC and EC. A remarkable effect can be obtained.
On the other hand, PC has a lower permittivity than EC and cannot increase the concentration of the supporting salt. Therefore, if the content is too high, it may be difficult to obtain a large discharge capacity. It is preferable to limit to the upper limit of the above range or less.
また、有機溶媒中において、環状カーボネート溶媒であるエチレンカーボネート(EC)の配合比率が上記範囲の下限以上であれば、非水電解質50の誘電率及び支持塩の溶解性が高められ、非水電解質二次電池としての大きな放電容量を得ることが可能となる。
一方、ECは、粘度が高いことから電気伝導性に乏しく、また、融点が高いことから、含有量が多過ぎると低温特性が低下する可能性があるため、その配合比率を上記範囲の上限以下に制限することが好ましい。
さらに、有機溶媒中におけるECの配合比率を上記範囲とすることにより、低温環境下における内部抵抗の上昇を抑制することが可能となる。
Further, in the organic solvent, when the blending ratio of ethylene carbonate (EC) which is a cyclic carbonate solvent is at least the lower limit of the above range, the dielectric constant of the
On the other hand, EC has poor electric conductivity due to its high viscosity, and since its melting point is high, its low-temperature characteristics may deteriorate if its content is too high. Therefore, its compounding ratio should be below the upper limit of the above range. It is preferable to limit
Furthermore, by setting the blending ratio of EC in the organic solvent within the above range, it becomes possible to suppress an increase in internal resistance in a low temperature environment.
また、有機溶媒中において、鎖状エーテル溶媒であるジメトキシエタン(DME)の配合比率を上記範囲の下限以上とすれば、融点の低いDMEが所定量以上で有機溶媒中に含まれることにより、低温特性を向上できる効果が得られる。また、DMEは粘度が低いことから、電気伝導性が向上するとともに、Liイオンに溶媒和することによって大きな放電容量を得ることが可能となる。
一方、DMEは誘電率が低いことから支持塩の濃度を高められないため、含有量が多過ぎると大きな放電容量が得られ難くなる可能性があることから、その配合比率を上記範囲の上限以下に制限することが好ましい。
さらに、有機溶媒中におけるDMEの配合比率を上記範囲とすることにより、放電初期の電圧降下を抑制することが可能となる。
Further, in the organic solvent, if the compounding ratio of dimethoxyethane (DME) which is a chain ether solvent is not less than the lower limit of the above range, the DME having a low melting point is contained in the organic solvent at a predetermined amount or more, so that a low temperature is obtained. The effect of improving the characteristics can be obtained. Further, since DME has a low viscosity, electric conductivity is improved, and a large discharge capacity can be obtained by solvating with Li ions.
On the other hand, since DME has a low dielectric constant and cannot increase the concentration of the supporting salt, it may be difficult to obtain a large discharge capacity if the content thereof is too large. Therefore, the compounding ratio of DME is not more than the upper limit of the above range. It is preferable to limit
Furthermore, by setting the blending ratio of DME in the organic solvent within the above range, it is possible to suppress the voltage drop at the initial stage of discharge.
本発明に係る非水電解質二次電池1においては、上述した凹凸構造の正極集電部14及び負極集電部24を備えたうえで、非水電解質50が、支持塩としてLiFSIを含有し、さらに、有機溶媒としてPC、EC及びDMEを適正な範囲で含有する構成を採用した場合には、電池全体の放電末期における内部抵抗が顕著に低減される。これにより、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1においても、充分な放電特性を確保することが可能となる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, in addition to the positive electrode
さらに、本発明において、非水電解質50に用いる有機溶媒を上記組成とした場合には、特に、−30〜−40℃の低温環境下において非水電解質の粘性が上昇するのを防止し、電荷の移動が妨げられるのを抑制できる。これにより、低温環境下も含めた幅広い温度範囲において十分な放電容量を維持可能で、さらに、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1においても、充分な放電特性を確保することが可能となる。
Furthermore, in the present invention, when the organic solvent used for the
[正極]
本発明の非水電解質二次電池1に用いられる正極10は、例えば、リチウムマンガン酸化物からなる正極活物質を含有するとともに、導電助剤として黒鉛を含有してなる。また、正極10としては、上記の正極活物質及び導電助剤(黒鉛)に加え、さらに、バインダ(結着剤)としてポリアクリル酸等を混合したものを用いることができる。
[Positive electrode]
The
正極10に含まれる正極活物質としては、特に限定されず、例えば、スピネル型結晶構造であるLiMn2O4や、Li4Mn5O12等のリチウムマンガン酸化物の他、MoO3(三酸化モリブデン)等が挙げられる。
また、上記のリチウムマンガン酸化物のうち、特に、Li1+xCoyMn2−x−yO4(0≦x≦0.33、0<y≦0.2)のように、Mnの一部がCoに置換されたものが好ましい。このように、リチウムマンガン酸化物にCoやNi等の遷移金属元素を添加し、その一部が遷移金属元素によって置換された正極活物質を用いることで、放電特性がさらに向上する効果が得られる。
The positive electrode active material contained in the
In addition, among the above-mentioned lithium manganese oxides, in particular, a part of Mn such as Li 1+x Co y Mn 2−x−y O 4 (0≦x≦0.33, 0<y≦0.2) It is preferable that Co be replaced by Co. As described above, by adding the transition metal element such as Co or Ni to the lithium manganese oxide and using the positive electrode active material in which a part of the transition metal element is replaced by the transition metal element, the effect of further improving the discharge characteristics can be obtained. ..
本実施形態では、正極10に上記組成のリチウムマンガン酸化物からなる正極活物質を用いることで、特に低温環境下における放電特性が向上し、幅広い温度範囲において十分な放電容量が得られる効果が顕著となり、さらに、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1においても充分な放電特性が得られる。
また、本実施形態では、正極活物質として、上記のリチウムマンガン酸化物のうちの1種のみならず、複数を含有していても構わない。
In the present embodiment, by using the positive electrode active material composed of the lithium manganese oxide having the above composition for the
Further, in the present embodiment, the positive electrode active material may contain not only one of the above lithium manganese oxides but also a plurality thereof.
また、上記材料からなる粒状の正極活物質を用いる場合、その粒子径(D50)は、特に限定されず、例えば、0.1〜100μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
正極活物質の粒子径(D50)が、上記好ましい範囲の下限値未満であると、非水電解質二次電池が高温に曝された際に反応性が高まるために扱いにくくなり、また、上限値を超えると、放電レートが低下するおそれがある。
なお、本発明における「正極活物質の粒子径(D50)」とは、レーザー回折法を用いて測定される粒子径であってメジアン径を意味する。
When a granular positive electrode active material made of the above material is used, its particle diameter (D50) is not particularly limited and is, for example, preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 10 μm.
If the particle size (D50) of the positive electrode active material is less than the lower limit of the above-mentioned preferred range, it becomes difficult to handle because the reactivity increases when the non-aqueous electrolyte secondary battery is exposed to high temperatures, and the upper limit is exceeded. If it exceeds, the discharge rate may decrease.
In addition, the "particle diameter (D50) of the positive electrode active material" in the present invention is a particle diameter measured by a laser diffraction method and means a median diameter.
正極10中の正極活物質の含有量は、非水電解質二次電池1に要求される放電容量等を勘案して決定され、50〜95質量%が好ましい。正極活物質の含有量が、上記好ましい範囲の下限値以上であれば、充分な放電容量が得られやすく、好ましい上限値以下であれば、正極10を成形しやすくなる。
The content of the positive electrode active material in the
正極10に含まれる導電助剤(以下、正極10に含まれる導電助剤を「正極導電助剤」ということがある)としては、特に限定されないが、黒鉛又はカーボンブラックの少なくとも何れかを含むことが好ましい。
The conductive auxiliary agent contained in the positive electrode 10 (hereinafter, the conductive auxiliary agent contained in the
正極導電助剤に用いる黒鉛としては、特に限定されないが、例えば、人造黒鉛が挙げられる。
また、正極導電助剤に用いる黒鉛は、比表面積が240m2/g以上であるものが好ましい。このように、特に、比表面積が大きな黒鉛を用いることにより、正極10内の拡散抵抗が低減される。
また、正極導電助剤に用いる黒鉛の粒子径(D50)としては、10μm以下であるものが好ましい。このように、特に、上記の比表面積及び粒子径を有する黒鉛を正極導電助剤に用いることにより、導電性を向上させ、放電特性を大幅に向上させることが可能となる。
The graphite used for the positive electrode conduction aid is not particularly limited, and examples thereof include artificial graphite.
Further, the graphite used for the positive electrode conduction aid preferably has a specific surface area of 240 m 2 /g or more. Thus, the diffusion resistance in the
Further, the particle diameter (D50) of graphite used for the positive electrode conduction aid is preferably 10 μm or less. As described above, in particular, by using graphite having the above-mentioned specific surface area and particle diameter as the positive electrode conduction aid, it becomes possible to improve the conductivity and significantly improve the discharge characteristics.
本発明では、正極10において、上記の正極活物質とともに、導電助剤として黒鉛が含有されていることにより、比表面積が比較的大きな黒鉛の作用によって正極10内の拡散抵抗が低減される。これにより、内部抵抗が低減されるので、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池1においても充分な放電特性を確保できる。
In the present invention, since graphite is contained in the
なお、正極10中に黒鉛を配合させる場合の含有量は、特に限定されないが、正極10内における拡散抵抗を効果的に低減させて充分な導電性が得られ、且つ、正極10をペレット状に成形する際の成形性が向上する観点から、4質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。一方、正極10中の黒鉛含有量の上限値は、放電容量が充分に得られやすい観点から、40質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。
The content of graphite in the
本発明においては、正極導電助剤として、上記の黒鉛に代えて、又は、上記の黒鉛とともに、カーボンブラックを含有していてもよい。このようなカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の炭素質材料が挙げられる。正極導電助剤として用いられるカーボンブラックは、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、あるいは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In the present invention, carbon black may be contained as the positive electrode conduction aid in place of the above graphite or together with the above graphite. Examples of such carbon black include carbonaceous materials such as furnace black, Ketjen black, and acetylene black. As the carbon black used as the positive electrode conduction aid, one of the above may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
本発明においては、正極10が、黒鉛に加えてカーボンブラックを含有した場合には、上記のような、正極10内における拡散抵抗が低減される作用がより顕著に得られるので、放電特性が従来に比べて上昇した、放電電流が比較的大きな小型の非水電解質二次電池において、さらに優れた放電特性を得ることが可能になる。
In the present invention, when the
なお、正極10中の正極導電助剤として、黒鉛に代えてカーボンブラックを含有する場合においても、その含有量を黒鉛と同様の範囲とすることが好ましい。また、正極10中の正極導電助剤として、黒鉛に加えて上記のカーボンブラックを含有する場合には、これらの合計含有量で、黒鉛を単独で含む場合と同様、上記範囲内とすることが好ましい。
Even when carbon black is contained in the
正極10は、バインダ(以下、正極10に用いられるバインダを「正極バインダ」ということがある。)を含有してもよい。
正極バインダとしては、従来公知の物質を用いることができ、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)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸(PA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられ、中でも、ポリアクリル酸が好ましく、架橋型のポリアクリル酸がより好ましい。
また、正極バインダは、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、あるいは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、正極バインダにポリアクリル酸を用いる場合には、ポリアクリル酸を、予め、pH3〜10に調整しておくことが好ましい。この場合のpHの調整には、例えば、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物や水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物を用いることができる。
正極10中の正極バインダの含有量は、例えば、1〜20質量%とすることができる。
The
As the positive electrode binder, a conventionally known substance can be used, and examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PA), carboxymethyl cellulose (CMC). ), polyvinyl alcohol (PVA), and the like. Among them, polyacrylic acid is preferable, and cross-linked polyacrylic acid is more preferable.
As the positive electrode binder, one of the above may be used alone, or two or more may be used in combination.
When polyacrylic acid is used for the positive electrode binder, it is preferable to adjust the pH of the polyacrylic acid to 3 to 10 in advance. For adjusting the pH in this case, for example, an alkali metal hydroxide such as lithium hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide such as magnesium hydroxide can be used.
The content of the positive electrode binder in the
正極10の大きさは、非水電解質二次電池1の大きさに応じて決定される。
また、正極10の厚さも、非水電解質二次電池1の大きさに応じて決定され、非水電解質二次電池1が、各種電子機器向けのバックアップ用のコイン型のものであれば、例えば、300〜1000μm程度とされる。
The size of the
Further, the thickness of the
正極10は、従来公知の製造方法により製造できる。
例えば、正極10の製造方法としては、正極活物質及び正極導電助剤に加え、必要に応じて正極バインダを混合して正極合剤とし、この正極合剤を任意の形状に加圧成形する方法が挙げられる。
上記の加圧成形時の圧力は、正極導電助剤の種類等を勘案して決定され、例えば0.2〜5ton/cm2とすることができる。
The
For example, as a method of manufacturing the
The pressure at the time of pressure molding is determined in consideration of the kind of the positive electrode conductive additive, and can be set to, for example, 0.2 to 5 ton/cm 2 .
本実施形態の非水電解質二次電池1に備えられる正極10は、正極缶12の内底面に形成された凹凸構造の正極集電部14と電気的に接続される。上述したように、正極10が、凹凸構造の正極集電部14と接続されることで、正極10と正極集電部14との間の接触面積が増加して接触抵抗が低減し、これに伴って電池の内部抵抗が低減される効果が得られる。
The
さらに、本発明の非水電解質二次電池1においては、図1中に示すように、正極10に、正極集電部14の少なくとも一部が埋め込まれていることが好ましい。ここで、本実施形態で説明する、「正極10に、正極集電部14の少なくとも一部が埋め込まれている」とは、例えば、正極10と正極集電部14(正極缶12)とを圧接させることにより、正極10をなすペレットに、正極集電部14の平坦部14aの部分が入り込んで埋め込まれた状態のことをいう。
Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present invention, as shown in FIG. 1, it is preferable that at least a part of the positive electrode
このように、正極10に、正極集電部14の少なくとも一部が埋め込まれている構成を採用した場合には、正極10と正極集電部14との間の接触面積が大幅に増加し、接触抵抗が顕著に低減されるので、電池の内部抵抗が低減される効果がより顕著に得られる。
In this way, when the configuration in which at least a part of the positive electrode
また、本発明の非水電解質二次電池1においては、正極10が凹凸構造の正極集電部14と電気的に接続され、さらに、後述するように、負極20が凹凸構造の負極集電部24と電気的に接続された構成を採用した場合には、各電極と各集電部との間の接触面積が増加するので、接触抵抗をさらに低減でき、内部抵抗も顕著に低減する。従って、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池に本発明を適用した場合において、充分な放電特性を確保できる。
Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present invention, the
[負極]
本実施形態で用いられる負極20は、特に限定されないが、例えば、負極活物質として、表面の少なくとも一部が炭素で被覆されたSiOX(0≦X<2)を含むものを用いることができる。また、負極20としては、上記の負極活物質に加え、さらに、適当なバインダと、結着剤としてポリアクリル酸を、導電助剤として黒鉛等を混合したものを用いることができる。
[Negative electrode]
The
負極20に用いられる負極活物質としては、SiO又はSiO2、即ち、上記のSiOX(0≦X<2)で表されるシリコン酸化物からなるものである。負極活物質に上記組成のシリコン酸化物を用いることで、非水電解質二次電池1を高電圧で使用することが可能になるとともに、サイクル特性が向上する。
また、負極20は、負極活物質として、上記のSiOX(0≦X<2)に加え、さらに、炭素、Li−Al等の合金系負極、Si、WO2及びWO3のうちの少なくとも何れかを含有していてもよい。
The negative electrode active material used for the
In addition to the above-mentioned SiO X (0≦X<2), the
負極20に、負極活物質として上記材料を用いることで、充放電サイクルにおける非水電解質50と負極20との反応が抑制され、容量の減少を防止できる。また、炭素で被覆されたSiOX(0≦X<2)からなる負極活物質は、充放電によって粒子が膨潤と収縮を繰り返した場合でも、導電性の低下が抑制される。これにより、負極20の導電性が、充放電を繰り返した場合でも維持されることから、サイクル特性が向上する効果が得られる。
By using the above-mentioned material as the negative electrode active material for the
さらに、負極20は、表面の少なくとも一部が炭素(C)で被覆されたSiOX(0≦X<2)からなる負極活物質を含む構成を採用することで、負極20の導電性が向上し、低温環境下における内部抵抗の上昇が抑制される。これにより、放電初期における電圧降下が抑制され、放電特性をより安定化させることが可能となる。なお、上記の負極活物質は、SiOX(0≦X<2)からなる粒子の表面の少なくとも一部が炭素によって被覆されていればよいが、表面全体が被覆されていることが、上記効果が顕著に得られる点から好ましい。
Further, the
なお、本発明において、非水電解質50を上記組成としたうえで、表面が炭素で被覆されたSiOX(0≦X<2)からなる負極活物質を含む負極20を採用した場合には、特に、−30〜−40℃の低温環境下における放電特性を改善できるので、幅広い温度範囲において優れた充放電特性が得られる非水電解質二次電池1が実現できる。
In addition, in the present invention, when the
負極活物質であるSiOX(0≦X<2)の粒子表面を炭素で被覆する方法としては、特に限定されないが、例えば、メタンやアセチレン等の有機物が含まれるガスを用いた物理蒸着法(PVD)や、化学蒸着法(CVD)等の方法を挙げることができる。 The method of coating the particle surface of the negative electrode active material SiO X (0≦X<2) with carbon is not particularly limited, but, for example, physical vapor deposition using a gas containing an organic substance such as methane or acetylene ( Examples thereof include PVD) and chemical vapor deposition (CVD).
負極活物質として上記材料を用いる場合、その粒子径(D50)は、特に限定されず、例えば、0.1〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。負極活物質の粒子径(D50)が、上記好ましい範囲の下限値未満であると、例えば、非水電解質二次電池が高温に曝された際に反応性が高まるために扱いにくくなり、また、上限値を超えると、放電レートが低下するおそれがある。 When the above-mentioned material is used as the negative electrode active material, the particle diameter (D50) thereof is not particularly limited and is, for example, preferably 0.1 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm. When the particle diameter (D50) of the negative electrode active material is less than the lower limit of the above-mentioned preferred range, for example, the reactivity becomes high when the non-aqueous electrolyte secondary battery is exposed to high temperature, and thus it becomes difficult to handle. If it exceeds the upper limit, the discharge rate may decrease.
なお、本実施形態においては、負極20に用いる負極活物質として、上記のような、SiOX(0≦X<2)の粒子表面が炭素で被覆されたものを例に挙げて説明しているが、これには限定されず、炭素被覆が施されていないSiOX(0≦X<2)の粒子を用いることも可能である。
In addition, in the present embodiment, as the negative electrode active material used for the
なお、本実施形態においては、負極20中の負極活物質が、リチウム(Li)とSiOX(0≦X<2)とを含み、これらのモル比(Li/SiOX)が3.7〜4.9の範囲であることがより好ましい。このように、負極活物質をリチウム(Li)とSiOXとから構成し、これらのモル比を上記範囲とすることにより、充電異常等を防止できる効果が得られる。また、非水電解質二次電池1を高温環境下で長期間にわたって使用又は保管した場合においても、放電容量が低下することがなく、保存特性が向上する効果が得られる。
In the present embodiment, the negative electrode active material in the
上記のモル比(Li/SiOX)が3.7未満だと、Liが少な過ぎることから、高温環境下で長期間にわたって使用又は保管した後にLi不足となり、放電容量が低下する。
一方、上記のモル比(Li/SiOX)が4.9を超えると、Liが多過ぎることから、充電異常が発生する可能性がある。また、金属LiがSiOXに取り込まれずに残存することから、抵抗が上昇して放電容量が低下する可能性がある。
If the above molar ratio (Li/SiO x ) is less than 3.7, the amount of Li is too small, and after use or storage for a long period of time in a high temperature environment, Li becomes insufficient and the discharge capacity decreases.
On the other hand, when the above molar ratio (Li/SiO x ) exceeds 4.9, there is a possibility that abnormal charging may occur because the amount of Li is too large. Further, since the metal Li remains without being taken up by SiO X , the resistance may increase and the discharge capacity may decrease.
さらに、本実施形態においては、上記範囲とされたモル比(Li/SiOX)を、上述した正極10に含まれる正極活物質の種類に応じて、さらに適正な範囲を選択して設定することがより好ましい。例えば、正極活物質にチタン酸リチウムを用いた場合には、負極活物質中における上記のモル比(Li/SiOX)を4.0〜4.7の範囲とすることがより好ましい。また、正極活物質にリチウムマンガン酸化物を用いた場合には、負極活物質中における上記のモル比(Li/SiOX)を3.9〜4.9の範囲とすることがより好ましい。このように、負極活物質のモル比(Li/SiOX)を、正極活物質の種類に応じた範囲で設定することにより、上述したような、初期抵抗の上昇を抑制して充電異常等を防止できる効果や、高温環境下で長期間にわたる使用又は保管の後も放電容量が低下することがなく、保存特性が向上する効果がより顕著に得られる。
Further, in the present embodiment, the molar ratio (Li/SiO x ) in the above range is set by selecting a more appropriate range according to the kind of the positive electrode active material contained in the
負極20中の負極活物質の含有量は、非水電解質二次電池1に要求される放電容量等を勘案して決定され、例えば、50質量%以上が好ましく、60〜80質量%がより好ましい。
負極20において、上記材料からなる負極活物質の含有量が、上記好ましい範囲の下限値以上であれば、充分な放電容量が得られやすく、また、上限値以下であれば、負極20の成形加工が容易になる。
The content of the negative electrode active material in the
In the
負極20は、導電助剤(以下、負極20に用いられる導電助剤を「負極導電助剤」ということがある)を含有してもよい。負極導電助剤としては、正極導電助剤と同様、黒鉛又はカーボンブラックの少なくとも何れかを含むことが好ましい。負極20が、黒鉛及びカーボンブラックの何れかを含むことで、正極10の場合と同様、負極20内における拡散抵抗をより効果的に低減できる。
The
負極20が、導電助剤として黒鉛を含む場合、その含有量は、負極20中において20質量%以上であることが好ましい。このように、負極20が、正極10と同様に、黒鉛を上記範囲で含有することにより、負極20内における拡散抵抗が低減される。従って、上記同様、従来に比べて放電電流が上昇した、放電電流の大きな小型の非水電解質二次電池1において、より優れた放電特性が得られる。
When the
負極導電助剤に用いる黒鉛としても、特に限定されないが、正極導電助剤と同様、例えば、比表面積が240m2/g以上であるものが好ましい。負極20においても、正極10の場合と同様、上記の負極活物質とともに、導電助剤として黒鉛が20質量%以上で含有されていることで、比表面積が大きな黒鉛の作用によって負極20内の拡散抵抗が低減される。これにより、内部抵抗が低減されるので、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の非水電解質二次電池において、充分な放電特性を確保できる効果が得られる。
The graphite used for the negative electrode conduction aid is not particularly limited, but as with the positive electrode conduction aid, for example, one having a specific surface area of 240 m 2 /g or more is preferable. Similarly to the case of the
なお、負極20中の黒鉛の含有量は、充分な導電性が得られ、且つ、正極10をペレット状に成形する際の成形性が向上する観点からは20質量%以上であることが好ましいが、放電容量が充分に得られる観点から、40質量%以下であることが好ましい。
The content of graphite in the
また、正極10の場合と同様、負極20においても、負極導電助剤として、上記の黒鉛に代えて、又は、上記の黒鉛とともに、カーボンブラックを含有していてもよい。このようなカーボンブラックとしては、正極10において正極導電助剤として含有されるものと同様のものを用いることができる。
Further, as in the case of the
負極20は、黒鉛に加えてカーボンブラックを含有することで、負極20内における拡散抵抗が低減される作用がより顕著に得られる。負極20中の正極導電助剤として、黒鉛に加えて上記のカーボンブラックを含有する場合には、これらの合計含有量で、黒鉛を単独で含む場合と同様、上記範囲内とすることが好ましい。
また、負極20中の正極導電助剤として、黒鉛に代えてカーボンブラックを含有する場合においても、その含有量を黒鉛と同様の範囲とすることが好ましい。
Since the
Further, when carbon black is contained in the
本発明においては、正極10が正極導電助剤として黒鉛及びカーボンブラックの少なくとも何れかを適量で含有することに加え、さらに、負極20も適量で上記の負極導電助剤を含有することで、各電極内における拡散抵抗が低減される作用がより顕著に得られる。これにより、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の非水電解質二次電池において、より優れた放電特性を得ることが可能になる。
In the present invention, in addition to the
負極20は、バインダ(以下、負極20に用いられるバインダを「負極バインダ」ということがある)を含有してもよい。
負極バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸(PA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)等が挙げられ、中でも、ポリアクリル酸が好ましく、架橋型のポリアクリル酸がより好ましい。
また、負極バインダは、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、あるいは、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、負極バインダにポリアクリル酸を用いる場合には、ポリアクリル酸を、予め、pH3〜10に調整しておくことが好ましい。この場合のpHの調整には、例えば、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物や水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物を用いることができる。
負極20中の負極バインダの含有量は、例えば1〜20質量%とされる。
The
Examples of the negative electrode binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PA), carboxymethyl cellulose (CMC), polyimide (PI), polyamide imide (PAI), and the like. Acrylic acid is preferred, and cross-linked polyacrylic acid is more preferred.
As the negative electrode binder, one of the above may be used alone, or two or more of them may be used in combination. When polyacrylic acid is used as the negative electrode binder, it is preferable to adjust the pH of polyacrylic acid to 3 to 10 in advance. For adjusting the pH in this case, for example, an alkali metal hydroxide such as lithium hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide such as magnesium hydroxide can be used.
The content of the negative electrode binder in the
なお、負極20の大きさ、厚さについては、正極10の大きさ、厚さと同様とすることができる。
また、図1に示す非水電解質二次電池1においては、負極20の表面、即ち、負極20と後述のセパレータ30との間に、リチウムフォイル60を設けた構成を採用している。
The size and thickness of the
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, a
負極20を製造する方法としては、例えば、負極活物質として上記材料を用い、必要に応じて黒鉛等の負極導電助剤、及び/又は、負極バインダとを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を任意の形状に加圧成形する方法を採用することができる。
この場合の加圧成形時の圧力は、負極導電助剤の種類等を勘案して決定され、例えば0.2〜5ton/cm2とすることができる。
As a method for producing the
The pressure at the time of pressure molding in this case is determined in consideration of the type of the negative electrode conductive additive, and can be, for example, 0.2 to 5 ton/cm 2 .
さらに、図1中に示すように、負極20においても、正極10の場合と同様、負極20に、負極集電部24の少なくとも一部、具体的には負極集電部24の平坦部24aの部分が埋め込まれていることが好ましい。このように、負極20に負極集電部24の少なくとも一部が埋め込まれていることで、負極20と負極集電部24との間の接触面積が大幅に増加して接触抵抗が顕著に低減され、内部抵抗が顕著に低減される効果が期待できる。
Further, as shown in FIG. 1, also in the
本発明においては、上述したように、正極10及び負極20の何れもが、凹凸構造の集電部(正極集電部14、負極集電部24)と電気的に接続された構成を採用した場合には、各電極と各集電部との間の接触面積が増加して接触抵抗が低減し、内部抵抗も顕著に低減する。従って、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池に本発明を適用した場合において、充分な放電特性を確保できる。
In the present invention, as described above, the configuration in which both the
[セパレータ]
セパレータ30は、正極10と負極20との間に介在され、大きなイオン透過度を有するとともに耐熱性に優れ、かつ、所定の機械的強度を有する絶縁膜が用いられる。
セパレータ30としては、従来から非水電解質二次電池のセパレータに用いられ、上記特性を満たす材質からなるものを何ら制限無く適用でき、例えば、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、鉛ガラス等のガラス、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド、ポリイミド(PI)、アラミド、セルロース、フッ素樹脂、セラミックス等の樹脂からなる不織布や繊維等が挙げられる。セパレータ30としては、上記の中でも、ガラス繊維からなる不織布を用いることがより好ましい。ガラス繊維は、機械強度に優れるとともに、大きなイオン透過度を有するため、内部抵抗を低減して放電容量の向上を図ることが可能となる。
セパレータ30の厚さは、非水電解質二次電池1の大きさや、セパレータ30の材質等を勘案して決定され、例えば5〜300μm程度とすることができる。
[Separator]
The
As the
The thickness of the
<非水電解質二次電池の製造方法>
次に、図1に示すような本実施形態の非水電解質二次電池1を製造する方法について、以下に説明する。
本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は、金属板材を加工することで、開口部12aを備えた有底円筒状の正極缶12及び有蓋円筒状の負極缶22を形成し、正極缶12と負極缶22とからなる収納容器2を得る収納容器形成工程と、収納容器2内に、正極活物質を含む正極10と、負極活物質を含む負極20と、正極10と負極20との間に配置されたセパレータ30と、少なくとも支持塩と有機溶媒とを含む非水電解質50とを収容する電池組立工程と、を少なくとも含む方法である。
<Method for manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery>
Next, a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment as shown in FIG. 1 will be described below.
The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is to process a metal plate material to form a bottomed cylindrical positive electrode can 12 and a closed cylindrical negative electrode can 22 having a positive opening. A storage container forming step of obtaining a
そして、本発明に係る製造方法は、収納容器形成工程が、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面の少なくとも一部をエッチング処理で選択的に除去することにより、平坦部14aと凹部14bとからなる凹凸構造の正極集電部14を形成するとともに、平坦部24aと凹部24bとからなる凹凸構造の負極集電部24を形成する処理を含む方法とされている。
Then, in the manufacturing method according to the present invention, the storage container forming step selectively removes at least a part of the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 by an etching process to form a
なお、本発明に係る非水電解質二次電池1の製造方法においては、上記のような凹凸構造からなる正極集電部14及び負極集電部24を形成する方法とされた収納容器形成工程が含まれる点を除き、従来とほぼ同様の条件や手順を採用することができる。
In the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, the storage container forming step is a method for forming the positive electrode
[収納容器形成工程]
収納容器形成工程においては、まず、上記したステンレス鋼からなる金属板材、又は、複数の金属からなるクラッド材を用いて、この板材をプレス成形加工することにより、図1中に示すような収納容器2を構成する、開口部12aを備えた有底円筒状の正極缶12、及び、有蓋円筒状の負極缶22の成形品を得る。
[Storage container forming process]
In the storage container forming step, first, a metal plate material made of the above-mentioned stainless steel or a clad material made of a plurality of metals is used to press-mold the plate material to thereby obtain a storage container as shown in FIG. A molded product of a bottomed cylindrical positive electrode can 12 having an
次に、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面にエッチング処理を施すことで、正極缶12に、平坦部14aと凹部14bとからなる凹凸構造を有する正極集電体14を形成し、また、負極缶22に、平坦部24aと凹部24bとからなる凹凸構造を有する負極集電体24を形成する。
Next, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 are subjected to etching treatment, so that the positive electrode
具体的には、まず、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面における、エッチングによる凹凸構造の形成予定領域に対してマスキングを施す。この際、所望する凹凸構造の平面視形状に応じて、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて内底面及び内蓋面にレジストを塗布することにより、マスキングパターンを形成する。 Specifically, first, masking is performed on the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 in regions where the concave-convex structure is to be formed by etching. At this time, a masking pattern is formed by applying a resist to the inner bottom surface and the inner lid surface by using, for example, a photolithography method according to the desired plan view shape of the uneven structure.
次いで、マスキングパターンを形成した正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面に対し、エッチング処理を施す。この際のエッチング方法としては、特に限定されず、一般的なウェットエッチングやドライエッチングを採用することが可能であり、さらには、サンドブラストによる方法を採用することも可能である。一方、金属材料に対する加工性の観点から、正極缶12及び負極缶22の内面側のエッチングには、エッチング液を用いたウェットエッチング処理による方法を採用することが好適である。 Then, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 on which the masking pattern is formed are subjected to etching treatment. The etching method at this time is not particularly limited, and general wet etching or dry etching can be adopted, and further, a method by sandblast can also be adopted. On the other hand, from the viewpoint of workability with respect to metal materials, it is preferable to adopt a method of wet etching using an etching solution for etching the inner surfaces of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22.
ウェットエッチングに用いられるエッチング液としては、特に限定されないが、正極缶12及び負極缶22に用いられる金属板材の材質を勘案しながら選択することができ、以下に例示するエッチング液に正極缶12及び負極缶22を浸漬させることでエッチング処理を行う。 The etching solution used for the wet etching is not particularly limited, but can be selected in consideration of the material of the metal plate material used for the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22, and the etching solution exemplified below includes the positive electrode can 12 and An etching process is performed by immersing the negative electrode can 22.
ここで、例えば、正極缶12及び負極缶22にステンレス鋼からなる金属板材を用い、ステンレスをエッチングする場合には、エッチング液として、強い酸化力を有する塩化第二鉄水溶液又は塩化第二銅水溶液や、強酸である硫酸等を用いることが好ましい。 Here, for example, when a metal plate made of stainless steel is used for the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 and stainless steel is etched, an aqueous solution of ferric chloride or an aqueous solution of cupric chloride having a strong oxidizing power is used as an etching solution. Alternatively, it is preferable to use sulfuric acid which is a strong acid.
また、正極缶12及び負極缶22に、外面側がステンレス鋼材料で、内面側にアルミニウム材料が配置されたクラッド材からなる複層の金属板材を用いた場合には、アルミニウムをエッチングすることになる。この場合には、エッチング液として、例えば、塩酸、燐酸、硫酸、酢酸、シュウ酸、アスコルビン酸、安息香酸、酪酸、クエン酸、蟻酸、乳酸、イソブチル酸、リンゴ酸、プロピオン酸、酒石酸等の酸水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、塩化第二鉄溶液、燐酸ナトリウム水溶液及び希硝酸等の何れかを用いることができる。また、これらのエッチング液には、アルミニウム材料の表面に存在する酸化皮膜を除去することを目的として、必要に応じてハロゲンイオンを所定の濃度で含有させることができる。 Further, when the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are made of a multi-layer metal plate material made of a clad material in which the outer surface side is a stainless steel material and the inner surface side is an aluminum material, aluminum is etched. .. In this case, as the etching solution, for example, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, oxalic acid, ascorbic acid, benzoic acid, butyric acid, citric acid, formic acid, lactic acid, isobutyric acid, malic acid, propionic acid, tartaric acid, etc. Any of an aqueous solution, an aqueous solution of sodium hydroxide, a ferric chloride solution, an aqueous solution of sodium phosphate, dilute nitric acid and the like can be used. Further, these etching solutions may contain halogen ions at a predetermined concentration, if necessary, for the purpose of removing the oxide film existing on the surface of the aluminum material.
一方、正極缶12及び負極缶22に、外面側がステンレス鋼材料で、内面側にニッケル材料が配置されたクラッド材からなる金属板材を用いた場合には、ニッケルをエッチングすることになる。この場合には、例えば、塩化第二鉄水溶液又は塩化第二銅水溶液等を用いることができる。
さらに、正極缶12及び負極缶22に、外面側がステンレス鋼材料で、内面側に銅材料が配置されたクラッド材からなる金属板材を用いた場合には、銅をエッチングすることになる。この場合には、例えば、硫酸又はシュウ酸に、ハロゲンイオン、過酸化水素又は硝酸を所定量で含有させたものの他、塩化第二鉄溶液又は過硫酸アンモンに塩化第二銅溶液を含有させたもの、又は、硝酸のうちの何れかを用いることができる。
On the other hand, in the case where the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are made of a metal plate material made of a clad material having a stainless steel material on the outer surface side and a nickel material on the inner surface side, nickel is etched. In this case, for example, an aqueous solution of ferric chloride or an aqueous solution of cupric chloride can be used.
Further, when the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are made of a metal plate material made of a clad material having an outer surface made of a stainless steel material and an inner surface made of a copper material, copper is etched. In this case, for example, sulfuric acid or oxalic acid containing halogen ions, hydrogen peroxide or nitric acid in a predetermined amount, or ferric chloride solution or ammonium persulfate containing cupric chloride solution Or nitric acid can be used.
本実施形態で説明する方法においては、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面をエッチング処理して、これらの少なくとも一部を除去して凹部14b,24bを形成するが、この際のエッチング処理時間は特に限定されず、形成する各集電部の平面視形状や凹部の深さ等を勘案しながら設定することができる。また、エッチング処理の際のエッチング液の温度についても同様であり、適宜設定すればよい。
In the method described in the present embodiment, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 are etched to remove at least a part thereof to form the
次いで、正極缶12の内底面及び負極缶22に残存したマスキングパターンを、従来公知の方法によって除去した後、水等を用いて洗浄し、その後、乾燥させる。これにより、内底面又は内蓋面に凹凸構造の集電部が形成された正極缶12及び負極缶22が得られる。 Next, the masking pattern remaining on the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 is removed by a conventionally known method, washed with water or the like, and then dried. As a result, the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 in which the current collector having the uneven structure is formed on the inner bottom surface or the inner lid surface are obtained.
なお、正極缶12及び負極缶22の外面に対し、必要に応じて、Niめっき等の表面処理を施す。 The outer surfaces of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are subjected to surface treatment such as Ni plating, if necessary.
本実施形態においては、上記のクラッド材における硬度が低い金属材料が配置された内面側をエッチングすることにより、凹凸加工が容易になる。従って、上述したような凹凸構造を有する正極集電部14及び負極集電部24の平面視形状を、より精細なパターンで形成することが可能になる。
In the present embodiment, the concave-convex processing is facilitated by etching the inner surface side on which the metal material having low hardness in the clad material is arranged. Therefore, it becomes possible to form the positive electrode
[電池組立工程]
次に、電池組立工程においては、上記の収納容器形成工程で得られた正極缶12及び負極缶22から構成される収納容器2内に、正極10と、負極20と、正極10と負極20との間に配置されたセパレータ30と、少なくとも支持塩と有機溶媒とを含む非水電解質50とを収容し、非水電解質二次電池1を組み立てる(図1における非水電解質二次電池1の断面図を参照)。
[Battery assembly process]
Next, in the battery assembly process, the
具体的には、まず、上記したような各種材料からなる正極10、負極20、セパレータ30、ガスケット40、非水電解質50及びリチウムフォイル60を準備する。
Specifically, first, the
次に、上記の収納容器形成工程で得られた正極缶12内の正極集電部14上に、正極活物質を含むペレットからなる正極10を、例えば、炭素を含む導電性樹脂接着剤を用いて接着することにより、正極ユニットを組み立てる。具体的には、導電性樹脂接着剤を塗布した正極缶12内の正極集電部14上に正極10を載置した後、両者を圧接することにより、正極集電部14の凹凸構造に正極10を食い込ませるように一体化させ、正極ユニットとする。
そして、この正極ユニットを高温条件下で減圧加熱乾燥した後、正極缶の開口部の内側面にシール剤を塗布する。
Next, on the positive electrode
Then, this positive electrode unit is dried under reduced pressure under high temperature conditions, and then a sealant is applied to the inner surface of the opening of the positive electrode can.
また、以下の手順により、負極ユニットを組み立てる。
即ち、まず、収納容器形成工程で得られた負極缶22の負極集電部24上に、負極活物質を含むペレットからなる負極20を、炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤を用いて接着することにより、これらを一体化する。具体的には、上記正極ユニットの場合と同様、導電性樹脂接着剤を塗布した負極缶22の負極集電部24上に負極20を載置した後、両者を圧接することにより、負極集電部24の凹凸構造に負極20を食い込ませるように一体化させ、負極ユニットとする。
次いで、この負極ユニットを高温条件下で減圧加熱乾燥した後、負極20上に、リチウムフォイル60を圧着してリチウム−負極積層電極とし、高温条件下で減圧加熱乾燥する。
次いで、リチウムフォイル60上に、セパレータ30を積層する。
そして、負極缶22の開口部にガスケット40を取り付けることにより、負極ユニットを作製する。この際、負極缶22の先端部22aが、ガスケット40に形成された環状溝41内に入り込むように取り付ける。
In addition, the negative electrode unit is assembled according to the following procedure.
That is, first, on the negative electrode
Next, this negative electrode unit is dried under reduced pressure under high temperature conditions, and then a
Next, the
Then, the
次に、正極缶12及び負極缶22に、非水電解質50を、電池1個あたりの合計で40μLとなるように充填する。
Next, the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are filled with the
次に、セパレータ30が正極10に当接するように、上記の手順で得られた負極ユニットを正極ユニットにかしめる。
具体的には、まず、負極缶22内に各部材が収容された負極ユニットを、正極缶12の開口部12aに挿入する。
次いで、正極缶12の開口部12aの周縁を内側、即ち負極缶22側にかしめ、嵌合することで、ガスケット40を圧縮しながら、正極缶12と負極缶22とに覆われた空間を密封する。
以上のような手順により、図1に例示するような、小型でコイン型(ボタン型)とされた本実施形態の非水電解質二次電池1が得られる。
Next, the negative electrode unit obtained by the above procedure is caulked to the positive electrode unit so that the
Specifically, first, the negative electrode unit in which each member is housed in the negative electrode can 22 is inserted into the opening 12 a of the positive electrode can 12.
Next, by crimping the periphery of the
By the procedure as described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment, which is small and is coin-shaped (button-shaped) as illustrated in FIG. 1, is obtained.
本発明に係る製造方法によれば、収納容器形成工程において、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面をエッチング処理で加工して凹凸構造の正極集電部14及び負極集電部24を形成することにより、これら各集電部を、加工片等が生じることなく、精細なパターンの凹凸構造で形成できる。これにより、電池の内部抵抗が顕著に低減された、1mA以上の領域の大電流パルスを供給できる、放電特性に優れた小型の非水電解質二次電池1を、電池内に加工片等が残存することなく、歩留まり良く製造することが可能になる。
According to the manufacturing method of the present invention, in the storage container forming step, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 are processed by etching to process the positive and negative electrode
また、本発明係る製造方法は、正極缶12及び負極缶22の内面側をエッチング処理することで凹凸構造の各集電部を形成する方法なので、正極缶12及び負極缶22の外面側には凹凸形状が生じないため、優れた外観特性を有する非水電解質二次電池1を製造することが可能となる。 In addition, since the manufacturing method according to the present invention is a method of forming each current collecting portion having an uneven structure by etching the inner surface side of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22, the outer surface side of the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 is not formed. Since the uneven shape does not occur, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 having excellent appearance characteristics can be manufactured.
<非水電解質二次電池のその他の形態>
本実施形態において説明する構成は、例えば、リチウムイオンキャパシタ等の電気化学セルにも応用可能である。
<Other forms of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The configuration described in the present embodiment can be applied to, for example, an electrochemical cell such as a lithium ion capacitor.
<非水電解質二次電池の用途>
本実施形態の非水電解質二次電池1は、上述したように、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型のコインセル等を構成した場合に、非常に優れた放電特性が得られるものなので、例えば、携帯電話、PDA、携帯用ゲーム機、デジタルカメラ等の各種小型電子機器において、半導体メモリのバックアップ用電源やリアルタイムクロック機能のバックアップ用の電源に好適に用いられる。
<Use of non-aqueous electrolyte secondary battery>
As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment has extremely excellent discharge characteristics, particularly when a small coin cell or the like capable of supplying a large current pulse in a region of about 1 mA to several mA is configured. Therefore, it is suitable for use as a backup power source for semiconductor memories and a backup power source for the real-time clock function in various small electronic devices such as mobile phones, PDAs, portable game machines, and digital cameras.
<作用効果>
以上説明したように、本発明に係る非水電解質二次電池1によれば、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面に、これら正極缶12及び負極缶22と一体化された凹凸構造を有する正極集電部14又は負極集電部24が備えられた構成なので、各電極と各集電部との間の接触面積が増加し、これらの間の接触抵抗が低減される。
これにより、内部抵抗を顕著に低減することができ、特に、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる小型の非水電解質二次電池において、充分な放電電流及び電圧を維持した状態で長時間の放電が可能になり、優れた放電特性が得られる。また、正極缶12及び負極缶22の内面側に凹凸構造の集電部が設けられ、外面側には凹凸形状が生じない構成なので、優れた外観特性が得られるとともに、製造時に加工片等が生じることが無く、歩留まりに優れたものとなる。
従って、コイン型等の小型の非水電解質二次電池が適用される各種小型電子機器において求められる放電特性を充分に満足でき、機器特性の向上が可能な非水電解質二次電池1を歩留まり良く提供することが可能になる。
<Effect>
As described above, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present invention, the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are integrated with the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22. Since the positive electrode
As a result, the internal resistance can be remarkably reduced, and particularly in a small non-aqueous electrolyte secondary battery capable of supplying a large current pulse in the region of 1 mA to several mA, a state in which sufficient discharge current and voltage are maintained. Discharge for a long time and excellent discharge characteristics can be obtained. In addition, the positive electrode can 12 and the negative electrode can 22 are provided with a current collecting portion having an uneven structure on the inner surface side, and no uneven shape is formed on the outer surface side. Therefore, excellent appearance characteristics can be obtained, and a processed piece or the like is not produced during manufacturing. It does not occur, and the yield is excellent.
Therefore, the yield of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 capable of sufficiently satisfying the discharge characteristics required in various small electronic devices to which the small non-aqueous electrolyte secondary battery such as a coin type is applied and improving the device characteristics is improved. It will be possible to provide.
また、本発明に係る非水電解質二次電池1の製造方法によれば、収納容器形成工程において、正極缶12の内底面及び負極缶22の内蓋面をエッチング処理して凹凸構造の正極集電部14及び負極集電部24を形成する方法なので、加工片等が生じることなく、精細なパターンの凹凸構造で集電部を形成できる。
従って、特に、電池の内部抵抗が顕著に低減された、1mAから数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、放電特性に優れた小型の非水電解質二次電池1を、歩留まり良く製造することが可能になる。
Further, according to the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present invention, in the storage container forming step, the inner bottom surface of the positive electrode can 12 and the inner lid surface of the negative electrode can 22 are subjected to etching treatment to collect the positive electrode having the uneven structure. Since the current collecting
Therefore, in particular, a small-sized non-aqueous electrolyte secondary battery 1 having excellent discharge characteristics and capable of supplying a large current pulse in the region of 1 mA to several mA, in which the internal resistance of the battery is remarkably reduced, is manufactured with high yield. It will be possible.
次に、実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は、本実施例によってその範囲が制限されるものではなく、本発明に係る非水電解質二次電池は、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。 Next, the present invention will be described more specifically by showing Examples and Comparative Examples. Note that the scope of the present invention is not limited by the present embodiment, and the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be appropriately modified and implemented within a range not changing the gist of the present invention. is there.
<非水電解質二次電池の作製>
[実施例]
実施例においては、正極缶の内底面、及び、負極缶の内蓋面に凹凸構造の集電部をそれぞれ形成した、電気化学セルであるコイン型の非水電解質二次電池を作製し、その放電特性を測定した(図1の非水電解質二次電池1を参照)。
<Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery>
[Example]
In the examples, the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are each formed with a current collector having a concavo-convex structure, and a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery that is an electrochemical cell is produced. The discharge characteristics were measured (see non-aqueous electrolyte secondary battery 1 in FIG. 1).
即ち、実施例では、まず、以下に示す組成の非水電解質を調整し、さらに、正極活物質としてLi1.14Co0.06Mn1.80O4、負極活物質として表面全体が炭素で被覆されたSiOを用いて非水電解質二次電池を作製した。本実施例では、図1に示す断面図において、外形が9.5mm、厚さが2.0mmのコイン型(920サイズ)の非水電解質二次電池(リチウム二次電池)を作製した。 That is, in the examples, first, a non-aqueous electrolyte having the following composition was prepared , and further, Li 1.14 Co 0.06 Mn 1.80 O 4 was used as the positive electrode active material, and carbon was used on the entire surface as the negative electrode active material. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced using the coated SiO. In this example, a coin-type (920 size) non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium secondary battery) having an outer shape of 9.5 mm and a thickness of 2.0 mm in the cross-sectional view shown in FIG. 1 was produced.
(収納容器の作製)
収納容器として、図1中に示すような、内面側に凹凸構造の集電部を有する正極缶及び負極缶を作製した。
まず、正極缶の材料として、ステンレス鋼(SUS329J4L:t=0.20mm)からなる金属板材を準備し、これをプレス加工することにより、図1中に示すような、開口部を備えた有底円筒状の正極缶を成形した。
また、負極缶の材料として、ステンレス鋼(SUS304−BA:t=0.20mm)からなる金属板材を準備し、これをプレス加工することにより、図1中に示すような、有蓋円筒状の負極缶を成形した。
(Preparation of storage container)
As a storage container, as shown in FIG. 1, a positive electrode can and a negative electrode can having a current collecting portion having an uneven structure on the inner surface side were produced.
First, as a material for the positive electrode can, a metal plate material made of stainless steel (SUS329J4L: t=0.20 mm) was prepared, and this was pressed to form a bottomed plate having an opening as shown in FIG. A cylindrical positive electrode can was molded.
Further, as a material for the negative electrode can, a metal plate material made of stainless steel (SUS304-BA: t=0.20 mm) was prepared, and this was pressed to form a cylindrical negative electrode with a lid as shown in FIG. The can was molded.
次に、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に、フォトリソグラフィ法を用いてマスクパターンを形成し、ウェットエッチング処理を施すことにより、図2に示すような、平面視で格子状の凹凸構造を有する正極集電部及び負極集電部を形成した。
具体的には、まず、正極缶及び負極缶の内面の凹凸構造の形成予定領域に対して、フォトリソグラフィ法によってレジスト材料を塗布することにより、マスキングパターンを形成した。
次いで、エッチング液として、濃度が35質量%の塩化第二鉄水溶液を用い、エッチング液の温度を65℃として、正極缶及び負極缶を10minで浸漬することにより、各々の内底面及び内蓋面をエッチング処理した。
その後、レジスト材料を除去し、洗浄した。
Next, a mask pattern is formed on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can by a photolithography method, and a wet etching process is performed to form a grid pattern in plan view as shown in FIG. A positive electrode current collector and a negative electrode current collector having an uneven structure were formed.
Specifically, first, a masking pattern was formed by applying a resist material by photolithography to the areas where the concave-convex structure was to be formed on the inner surfaces of the positive electrode can and the negative electrode can.
Then, using an aqueous ferric chloride solution having a concentration of 35% by mass as an etching solution, the temperature of the etching solution was set to 65° C., and the positive electrode can and the negative electrode can were immersed for 10 min to obtain the inner bottom surface and the inner lid surface of each. Was etched.
After that, the resist material was removed and washed.
このような条件及び手順により、内底面及び内蓋面に、図2に示すような、平坦部と凹部とからなり、凹部が格子状に配置された平面視形状を有する凹凸構造を形成した正極缶及び負極缶を得た。この際に形成した凹部は、縦横の幅W2が1.5mmの平面視矩形状であり、また、平坦部は、幅W1が0.3mmで縦横に複数で延びる格子状であった。また、凹部の平均深さDは0.10mmであり、各々の集電部の面積に対する平坦部の割合は、28%であった。 By such conditions and procedures, a positive electrode having an inner bottom surface and an inner lid surface, as shown in FIG. 2, having a concavo-convex structure having flat portions and concave portions and having a planar view shape in which the concave portions are arranged in a grid pattern. A can and a negative electrode can were obtained. The concave portions formed at this time were rectangular in plan view with a width W2 of 1.5 mm in the vertical and horizontal directions, and the flat portions were in a lattice shape having a width W1 of 0.3 mm and extending in a plurality of rows in the vertical and horizontal directions. Further, the average depth D of the concave portions was 0.10 mm, and the ratio of the flat portion to the area of each current collecting portion was 28%.
(非水電解質の調整)
まず、下記の配合比率(体積%)に従って有機溶媒を調整し、この有機溶媒に支持塩を溶解させることで非水電解質を調整した。この際、有機溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、及び、ジメトキシエタン(DME)を、体積比で{PC:EC:DME}={1:1:2}の割合で混合することで、混合溶媒を調整した。次いで、得られた混合溶媒に、支持塩として、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を、モル濃度が、それぞれ1mol/Lとなるように溶解させることで非水電解質を得た。
(Adjustment of non-aqueous electrolyte)
First, an organic solvent was prepared according to the following blending ratio (volume %), and a supporting salt was dissolved in this organic solvent to prepare a non-aqueous electrolyte. At this time, as an organic solvent, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethoxyethane (DME) are mixed in a volume ratio of {PC:EC:DME}={1:1:2}. By doing so, the mixed solvent was adjusted. Next, a non-aqueous electrolyte was obtained by dissolving lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) as a supporting salt in the obtained mixed solvent so that each had a molar concentration of 1 mol/L.
(電池の作製)
正極として、まず、市販のリチウムマンガン酸化物(Li1.14Co0.06Mn1.80O4)に、導電助剤として、粒度(D50)が10.36μmであり、比表面積が12.5m2/gである黒鉛を、バインダ(結着剤)としてポリアクリル酸を用い、リチウムマンガン酸化物:黒鉛:ポリアクリル酸=95:4:1(質量比)の割合で混合して正極合剤とした。
次いで、得られた正極合剤98.6mgを、2ton/cm2の加圧力で加圧成形し、直径8.9mmの円盤形ペレットに加圧成形した。
(Preparation of battery)
As a positive electrode, first, a commercially available lithium manganese oxide (Li 1.14 Co 0.06 Mn 1.80 O 4 ) was used, and as a conductive additive, a particle size (D50) was 10.36 μm and a specific surface area was 12. 5 m 2 /g of graphite was mixed at a ratio of lithium manganese oxide:graphite:polyacrylic acid=95:4:1 (mass ratio) using polyacrylic acid as a binder (binder), and a positive electrode mixture was prepared. I used it as an agent.
Next, 98.6 mg of the obtained positive electrode mixture was pressure-molded with a pressing force of 2 ton/cm 2 , and was pressure-molded into a disk-shaped pellet having a diameter of 8.9 mm.
次に、得られたペレット(正極)を、上記手順で得られた正極缶の正極集電部に、炭素を含む導電性樹脂接着剤を用いて接着し、これらを一体化して正極ユニットを得た。その後、この正極ユニットを、大気中で120℃・11時間の条件で減圧加熱乾燥した。
そして、正極ユニットにおける正極缶の開口部の内側面にシール剤を塗布した。
Next, the obtained pellet (positive electrode) is adhered to the positive electrode current collector of the positive electrode can obtained by the above procedure using a conductive resin adhesive containing carbon, and these are integrated to obtain a positive electrode unit. It was Then, this positive electrode unit was dried under reduced pressure in the air at 120° C. for 11 hours.
Then, a sealant was applied to the inner surface of the opening of the positive electrode can in the positive electrode unit.
次に、負極として、まず、表面全体に炭素(C)が形成されたSiO粉末を準備し、これを負極活物質とした。そして、この負極活物質に、導電助剤として、粒度(D50)が10.36μmであり、比表面積が12.5m2/gである黒鉛を、結着剤としてポリアクリル酸を用い、75:20:5(質量比)の割合で混合して負極合剤とした。
次いで、得られた負極合剤15.1mgを、2ton/cm2加圧力で加圧成形し、直径6.7mmの円盤形ペレットに加圧成形した。
Next, as a negative electrode, first, a SiO powder having carbon (C) formed on the entire surface was prepared and used as a negative electrode active material. Then, in this negative electrode active material, graphite having a particle size (D50) of 10.36 μm and a specific surface area of 12.5 m 2 /g was used as a conduction aid, and polyacrylic acid was used as a binder, and 75: The mixture was mixed at a ratio of 20:5 (mass ratio) to obtain a negative electrode mixture.
Next, 15.1 mg of the obtained negative electrode mixture was pressure-molded with a pressing force of 2 ton/cm 2 , and was pressure-molded into a disk-shaped pellet having a diameter of 6.7 mm.
次に、得られたペレット(負極)を、上記手順で得られた負極缶の負極集電部に、炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤を用いて接着し、これらを一体化して負極ユニットを得た。その後、この負極ユニットを、大気中で160℃・11時間の条件で減圧加熱乾燥した。
そして、ペレット状の負極上に、さらに、直径6.1mm、厚さ0.38mmに打ち抜いたリチウムフォイルを圧着し、リチウム−負極積層電極とした。
Next, the obtained pellet (negative electrode) is adhered to the negative electrode current collector of the negative electrode can obtained by the above procedure using a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and these are integrated. A negative electrode unit was obtained. Then, this negative electrode unit was dried under reduced pressure in the atmosphere at 160° C. for 11 hours.
Then, a lithium foil punched to have a diameter of 6.1 mm and a thickness of 0.38 mm was pressure-bonded onto the pellet-shaped negative electrode to obtain a lithium-negative electrode laminated electrode.
次に、ガラス繊維からなる不織布を乾燥させた後、直径7mmの円盤型に打ち抜いてセパレータとした。そして、このセパレータを負極上に圧着されたリチウムフォイル上に載置し、負極缶の開口部に、ポリプロピレン製のガスケットを配置した。 Next, after drying the nonwoven fabric made of glass fiber, it was punched out into a disk shape having a diameter of 7 mm to obtain a separator. Then, this separator was placed on a lithium foil pressure-bonded onto the negative electrode, and a polypropylene gasket was placed in the opening of the negative electrode can.
次に、正極缶及び負極缶に、上記手順で調整した非水電解質を、電池1個あたりの合計で40μL充填した。 Next, the positive electrode can and the negative electrode can were filled with the non-aqueous electrolyte prepared by the above procedure in a total amount of 40 μL per battery.
次に、セパレータが正極に当接するように、負極ユニットを正極ユニットにかしめた。そして、正極缶の開口部を嵌合することで正極缶と負極缶とを密封した後、25℃で7日間静置して、下記表1中に示すような非水電解質二次電池を得た。 Next, the negative electrode unit was caulked to the positive electrode unit so that the separator was in contact with the positive electrode. Then, the positive electrode can and the negative electrode can were sealed by fitting the opening of the positive electrode can and then allowed to stand at 25° C. for 7 days to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery as shown in Table 1 below. It was
[比較例]
比較例においては、正極缶の内底面、及び、負極缶の内蓋面に凹凸構造を形成せず、平面状の集電部とした点を除き、実施例と同様にコイン型の非水電解質二次電池を作製し、その放電特性を測定した。
[Comparative example]
In the comparative example, the coin-shaped non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in the example, except that the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can were not formed with a concavo-convex structure and a flat current collector was used. A secondary battery was prepared and its discharge characteristics were measured.
即ち、比較例においては、実施例に示した収納容器を作製する工程において、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に対するエッチング処理を省略した点以外は、上記の実施例と同様の手順で、表1中に示すようなコイン型(920サイズ)の非水電解質二次電池を作製した。 That is, in the comparative example, in the step of producing the storage container shown in the example, the same procedure as the above example except that the etching treatment for the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can was omitted. Then, a coin-type (920 size) non-aqueous electrolyte secondary battery as shown in Table 1 was produced.
<評価方法>
上記手順で得られた上記実施例及び比較例の非水電解質二次電池の内部抵抗を、市販のLCRメーターを用い、R機能により、交流1kHzにおける値を測定した。この際、常温(25℃)環境下の温度条件で各例の非水電解質二次電池の内部抵抗を測定し、結果を表1に示した。
<Evaluation method>
The internal resistance of the non-aqueous electrolyte secondary batteries of the above-mentioned Examples and Comparative Examples obtained by the above procedure was measured by an R function using a commercially available LCR meter at an alternating current of 1 kHz. At this time, the internal resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery of each example was measured under temperature conditions of normal temperature (25° C.), and the results are shown in Table 1.
[評価結果]
まず、表1中に示した実施例のように、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に、それぞれ、平坦部と凹部とからなる凹凸構造を有する集電部が設けられ、各電極と各集電部との間が電気的に接続される構成を採用することで、集電部を平面状とした比較例に比べて内部抵抗が大きく低減され、放電特性が向上していることがわかる。
[Evaluation results]
First, as in the examples shown in Table 1, the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can were provided with a current collecting portion having a concavo-convex structure including a flat portion and a concave portion, and each electrode By adopting a configuration in which the current collector and each current collector are electrically connected, the internal resistance is greatly reduced and the discharge characteristics are improved compared to the comparative example in which the current collector is flat. I understand.
また、実施例においては、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に設けられる凹凸構造を、それぞれエッチング処理によって形成したものなので、工程において加工片等が発生することがなく、また、電池内に加工片が残存することによって電池のショートが生じたり、各電極と各集電部との間に加工片が介在して固定状態が不完全になったりする等の問題は生じなかった。 In addition, in the examples, since the uneven structure provided on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can are formed by the etching treatment, no work pieces are generated in the process, and the battery is There were no problems such as short-circuiting of the battery due to the remaining processed pieces inside, or incomplete fixing state due to the processed pieces interposed between each electrode and each current collector.
以上説明した実施例における結果より、本発明の請求項1で規定するように、正極缶の内底面及び負極缶の内蓋面に、それぞれ、平坦部と凹部とからなる凹凸構造を有する集電部が設けられ、各電極と各集電部との間が電気的に接続される構成を採用することで、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の非水電解質二次電池を構成した場合に優れた放電特性が得られることが明らかである。 From the results of the examples described above, as defined in claim 1 of the present invention, a current collector having an uneven structure including a flat portion and a concave portion on the inner bottom surface of the positive electrode can and the inner lid surface of the negative electrode can, respectively. By adopting a configuration in which a portion is provided and each electrode and each current collecting portion are electrically connected, a large current pulse in a region of about 1 mA to several mA can be supplied, as compared with the conventional case. It is clear that excellent discharge characteristics can be obtained when a small non-aqueous electrolyte secondary battery with increased discharge current is constructed.
本発明の非水電解質二次電池は、上述したように、特に、1mA〜数mA程度の領域の大電流パルスを供給できる、従来に比べて放電電流が上昇した小型の非水電解質二次電池を構成した場合に、優れた放電特性が得られるものである。従って、本発明の非水電解質二次電池は、例えば、携帯電話、PDA、携帯用ゲーム機、デジタルカメラ等の各種小型電子機器において、半導体メモリのバックアップ用電源やリアルタイムクロック機能のバックアップ用電源等に好適に用いられる。 As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can supply a large current pulse in the region of about 1 mA to several mA, and is a small-sized non-aqueous electrolyte secondary battery having an increased discharge current compared to the conventional one. In this case, excellent discharge characteristics can be obtained. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is used in various small electronic devices such as mobile phones, PDAs, portable game machines, and digital cameras, as a backup power source for semiconductor memories and a backup power source for the real-time clock function. It is preferably used for.
1…非水電解質二次電池
2…収納容器
12…正極缶
12a…開口部
14…正極集電部(正極缶の内底面)、
14a…平坦部
14b…凹部
22…負極缶
22a…先端部
24…負極集電部(負極缶の内蓋面)、
24a…平坦部
24b…凹部
10…正極
20…負極
25…導電性接着剤
30…セパレータ
40…ガスケット
41…環状溝
50…非水電解質
60…リチウムフォイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Non-aqueous electrolyte
14a...
24a...
Claims (10)
前記収納容器は、開口部を備えた有底円筒状の正極缶と、該正極缶との間に収容空間を形成する有蓋円筒状の負極缶とが組み合わせられてなるとともに、前記正極缶の内底面及び前記負極缶の内蓋面が、それぞれ前記正極又は前記負極と電気的に接続される集電部とされており、
前記集電部は、前記内底面及び前記内蓋面に設けられた平坦部と凹部とからなる凹凸構造を有し、且つ、前記集電部の面積に対する前記平坦部の割合が10〜50%であることを特徴とする非水電解質二次電池。 A positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator arranged between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing at least a supporting salt and an organic solvent are made of metal. A non-aqueous electrolyte secondary battery housed in a container,
The storage container is a combination of a bottomed cylindrical positive electrode can having an opening and a capped cylindrical negative electrode can forming a storage space between the positive electrode can and the inside of the positive electrode can. The bottom surface and the inner lid surface of the negative electrode can each be a current collecting portion electrically connected to the positive electrode or the negative electrode,
The current collector may have a concave-convex structure composed of a flat portion and a recess provided in said bottom surface and said inner lid surface, and the proportion of the flat portion to the area of the current collector is 10% to 50% non-aqueous electrolyte secondary battery which is characterized in der Rukoto.
前記収納容器形成工程は、前記正極缶の内底面及び前記負極缶の内蓋面における少なくとも一部をエッチング処理で選択的に除去することにより、平坦部と凹部とからなる凹凸構造の集電部を形成する処理を含み、且つ、前記集電部の面積に対する前記平坦部の割合を10〜50%として前記集電部を形成することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。 By processing a metal plate material to form a bottomed cylindrical positive electrode can and an open cylindrical negative electrode can having an opening, and a storage container forming step for obtaining a storage container composed of the positive electrode can and the negative electrode can. The storage container includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing at least a supporting salt and an organic solvent. A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising:
In the storage container forming step, by selectively removing at least a part of an inner bottom surface of the positive electrode can and an inner lid surface of the negative electrode can by an etching process, a current collecting portion having a concavo-convex structure including a flat portion and a concave portion. look including a process of forming a and method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery, and forming the current collecting portion the ratio of the flat portion to the area of the current collector as 10-50%.
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