JP6702231B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本開示は、非水電解質二次電池に関する。   The present disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

特開2013−149434号公報(特許文献1)には、非水電解質二次電池用のセパレータが開示され、セパレータの表面には絶縁性無機フィラーを含む耐熱性多孔質層が形成されている。絶縁性無機フィラーは、金属水酸化物または金属酸化物の水和物からなる第1の絶縁性無機フィラー(吸熱材)と、熱伝導率が10W/m・K以上である第2の絶縁性無機フィラーと、の混合物を含む。   Japanese Patent Laying-Open No. 2013-149434 (Patent Document 1) discloses a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a heat resistant porous layer containing an insulating inorganic filler is formed on the surface of the separator. The insulating inorganic filler is a first insulating inorganic filler (heat absorbing material) made of a metal hydroxide or a hydrate of a metal oxide, and a second insulating material having a thermal conductivity of 10 W/m·K or more. Including a mixture with an inorganic filler.

特開2013−149434号公報JP, 2013-149434, A

特許文献1には、上記の耐熱性多孔質層を有するセパレータによって、非水電解質二次電池(以下、「電池」と略記する場合がある)に局所的な異常発熱が起こった場合においても、電池全体の温度上昇を効果的に抑制することが可能である旨記載されている。しかしながら、電池内部の電極等に発熱が生じた際の温度上昇を抑制する観点から、さらなる改善の余地があった。   In Patent Document 1, even when a local abnormal heat generation occurs in a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, may be abbreviated as “battery”) due to the separator having the heat resistant porous layer, It is described that the temperature rise of the entire battery can be effectively suppressed. However, there is room for further improvement from the viewpoint of suppressing the temperature rise when heat is generated in the electrodes inside the battery.

したがって、本開示の課題は、表面に多孔性の耐熱層を有するセパレータを備える非水電解質二次電池において、電極等に発熱が生じた際の温度上昇を効果的に抑制することである。   Therefore, an object of the present disclosure is to effectively suppress a temperature rise when heat is generated in an electrode or the like in a non-aqueous electrolyte secondary battery including a separator having a porous heat-resistant layer on the surface.

本開示の非水電解質二次電池は、正極、負極およびセパレータを備える。
セパレータは、表面に多孔性の耐熱層を有する。
耐熱層は、耐熱粒子を含む。
耐熱粒子は、高比熱金属からなるコア粒子と、コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁性高熱伝導材からなるコーティング層と、を含む。
高比熱金属は3.2J/(cm・K)以上の体積比熱を有し、かつ、コア粒子は25μm以下の平均粒径を有する。
絶縁性高熱伝導材は50W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、かつ、コーティング層は0.05μm以上10μm以下の厚みを有する。
耐熱層は0.5μm以上の厚みを有する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode and a separator.
The separator has a porous heat-resistant layer on the surface.
The heat resistant layer contains heat resistant particles.
The heat-resistant particles include core particles made of a high specific heat metal, and a coating layer made of an insulating high thermal conductive material that covers at least a part of the surface of the core particles.
The high specific heat metal has a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more, and the core particles have an average particle diameter of 25 μm or less.
The insulating high thermal conductive material has a thermal conductivity of 50 W/(m·K) or more, and the coating layer has a thickness of 0.05 μm or more and 10 μm or less.
The heat resistant layer has a thickness of 0.5 μm or more.

熱発生は、主に電極で起きる。本開示の非水電解質二次電池においては、セパレータの表面の多孔性の耐熱層が、高比熱金属からなるコア粒子と、コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁性高熱伝導材からなるコーティング層と、を含む耐熱粒子から構成されるため、電極と耐熱層(耐熱粒子)の高熱伝導材とが効率的に接触することが期待される。また、高熱伝導材と高比熱金属とも接触している。このため、過充電等により電極等で発生した熱が、耐熱粒子の表面に存在する高熱伝導材を介して、迅速に広範囲に拡散され、かつ、迅速に高比熱金属ヘと伝達される。それにより、発生した熱が、拡散されると共に、効率よく高比熱金属を温めることに使用され、電池全体の温度上昇が抑制される。   Heat generation mainly occurs at the electrodes. In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure, the porous heat-resistant layer on the surface of the separator is composed of a core particle made of a high specific heat metal, and an insulating high thermal conductive material coating at least a part of the surface of the core particle. Since it is composed of heat-resistant particles containing a coating layer, it is expected that the electrode and the high thermal conductive material of the heat-resistant layer (heat-resistant particles) will come into contact efficiently. Further, the high thermal conductive material and the high specific heat metal are also in contact with each other. Therefore, the heat generated in the electrodes due to overcharging or the like is quickly diffused to a wide range and quickly transferred to the high specific heat metal through the high thermal conductive material existing on the surface of the heat resistant particles. Thereby, the generated heat is diffused and used to efficiently heat the high specific heat metal, and the temperature rise of the entire battery is suppressed.

ただし、高比熱金属の比熱が小さいと、発生した熱を十分に吸収できず、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。
また、コア粒子(高比熱金属)の平均粒径が大きいと、コア粒子の内部(中心部)まで熱が伝わり難くなるため、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。
高熱伝導材の熱伝導率が小さいと、発生した熱を効率よく伝達および拡散させることができず、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。
また、コーティング層(絶縁性高熱伝導材)の厚みが薄すぎる場合は、耐熱層(耐熱粒子)の絶縁性が不足する可能性がある。また、熱の移動が起こりにくいことが原因で、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。なお、電池のOCV(開放電圧)不良も発生する可能性がある。一方、コーティング層の厚みが厚すぎる場合は、電極と高比熱金属との距離が離れるため、熱の伝達が非効率となり、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。
また、耐熱層の厚みが薄いと、耐熱粒子の量が少なくなるため、電池の温度上昇の抑制効果が十分に得られない可能性がある。なお、内部短絡も発生しやすくなる。
However, when the specific heat of the high specific heat metal is small, the generated heat cannot be sufficiently absorbed, and the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained.
Further, if the average particle size of the core particles (high specific heat metal) is large, it becomes difficult for heat to be transferred to the inside (center part) of the core particles, so the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained. ..
When the thermal conductivity of the high thermal conductive material is low, the generated heat cannot be efficiently transferred and diffused, and the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained.
If the thickness of the coating layer (insulating high thermal conductive material) is too thin, the heat resistance of the heat resistant layer (heat resistant particles) may be insufficient. In addition, the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained due to the difficulty of heat transfer. In addition, OCV (open circuit voltage) defect of the battery may occur. On the other hand, when the thickness of the coating layer is too thick, the distance between the electrode and the high specific heat metal becomes large, so that the heat transfer becomes inefficient and the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained.
In addition, when the heat-resistant layer is thin, the amount of heat-resistant particles is small, so that the effect of suppressing the temperature rise of the battery may not be sufficiently obtained. An internal short circuit is also likely to occur.

したがって、本開示の非水電解質二次電池においては、高比熱金属は3.2J/(cm・K)以上の体積比熱を有し、かつ、コア粒子は25μm以下の平均粒径を有する。また、絶縁性高熱伝導材は50W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、かつ、コーティング層は0.05μm以上10μm以下の厚みを有する。また、耐熱層は0.5μm以上の厚みを有する。本発明者らの検討により、耐熱層がこれらの条件を満たす場合において、上記の温度上昇の抑制効果が十分に発揮され易いという知見が得られた。 Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure, the high specific heat metal has a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more, and the core particles have an average particle size of 25 μm or less. Further, the insulating high thermal conductive material has a thermal conductivity of 50 W/(m·K) or more, and the coating layer has a thickness of 0.05 μm or more and 10 μm or less. The heat-resistant layer has a thickness of 0.5 μm or more. The inventors of the present invention have found that, when the heat-resistant layer satisfies these conditions, the above effect of suppressing the temperature rise is easily exhibited sufficiently.

以上のことから、本開示によれば、表面に多孔性の耐熱層を有するセパレータを備える非水電解質二次電池において、電極等に発熱が生じた際の温度上昇を効果的に抑制することができる。   From the above, according to the present disclosure, in a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a separator having a porous heat-resistant layer on the surface, it is possible to effectively suppress the temperature rise when heat is generated in the electrodes and the like. it can.

本開示の実施形態に係るセパレータの構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the separator which concerns on embodiment of this indication. 本開示の実施形態に係る耐熱粒子を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the heat resistant particle which concerns on embodiment of this indication.

以下、本開示の実施形態について説明する。ただし、本開示はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described. However, the present disclosure is not limited to these.

<非水電解質二次電池>
本開示の非水電解質二次電池は、正極、負極およびセパレータを備える。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator.

《セパレータ》
セパレータ1は、絶縁性の多孔質膜である。図1を参照して、本実施形態に係るセパレータ1は、表面に多孔性の耐熱層12を有する。図1において、耐熱層12は、基材11の一方の表面に設けられているが、耐熱層12は、基材11の両方の表面に設けられていてもよい。なお、電池の設計によって、主に正極または負極のいずれか一方で熱の発生が起こり易い場合が多い。このため、基材11の一方の表面に耐熱層12が設けられている場合は、耐熱層12が熱の発生が起こり易い電極(正極または負極)に接するように、セパレータ1と電極とが積層される。
《Separator》
The separator 1 is an insulating porous film. Referring to FIG. 1, the separator 1 according to the present embodiment has a porous heat resistant layer 12 on the surface. In FIG. 1, the heat resistant layer 12 is provided on one surface of the base material 11, but the heat resistant layer 12 may be provided on both surfaces of the base material 11. In many cases, depending on the design of the battery, heat is likely to occur mainly in either the positive electrode or the negative electrode. Therefore, when the heat resistant layer 12 is provided on one surface of the base material 11, the separator 1 and the electrode are laminated so that the heat resistant layer 12 is in contact with the electrode (positive electrode or negative electrode) where heat is easily generated. To be done.

基材11としては、電池用のセパレータの基材として用いられる種々の材料(たとえば、ポリエチレンなどの樹脂)を用いることができる。基材11の厚みは、0〜50μm程度である。なお、セパレータ1は表面に多孔性の耐熱層12を有していればよく、セパレータ1が、基材11を含まず、耐熱層12のみから構成されていてもよい。   As the base material 11, various materials (for example, resin such as polyethylene) used as a base material of a separator for a battery can be used. The thickness of the base material 11 is about 0 to 50 μm. The separator 1 only needs to have the porous heat-resistant layer 12 on the surface, and the separator 1 may include only the heat-resistant layer 12 without including the base material 11.

耐熱層12は、耐熱粒子13を含む。図2を参照して、耐熱粒子13は、高比熱金属からなるコア粒子131と、コア粒子131の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁性高熱伝導材からなるコーティング層132と、を含む。なお、図2では、コア粒子131の表面の全てがコーティング層132で被覆されているように描かれているが、このようにコア粒子131の表面の全てが被覆されている必要はなく、本開示の効果を示す限り、コア粒子131の表面の少なくとも一部が被覆されていればよい。例えば、絶縁性高熱伝導材の粒子がコア粒子の表面に複数付着し、コーティング粒子を形成していてもよい。   The heat resistant layer 12 includes heat resistant particles 13. With reference to FIG. 2, heat-resistant particles 13 include core particles 131 made of a metal having a high specific heat, and a coating layer 132 made of an insulating high thermal conductive material that covers at least a part of the surface of core particles 131. In addition, in FIG. 2, the entire surface of the core particle 131 is depicted as being covered with the coating layer 132, but it is not necessary that the entire surface of the core particle 131 is coated in this manner. As long as the disclosed effect is exhibited, at least a part of the surface of the core particle 131 may be coated. For example, a plurality of particles of an insulating high thermal conductive material may adhere to the surface of the core particles to form coated particles.

高比熱金属は、3.2J/(cm・K)以上の体積比熱を有する。体積比熱は、X線回折(XRD)法等による定性分析を行い、その分析結果に基づいて文献値を採用することにより求めるか、または、水熱量測定法により、測定することができる。高比熱金属としては、たとえば、銅、鉄、ニッケル、コバルト、ニッケルクロム合金、マンガニンなどが挙げられる。 The high specific heat metal has a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more. The volume specific heat can be obtained by performing a qualitative analysis by an X-ray diffraction (XRD) method or the like and adopting a literature value based on the analysis result, or can be measured by a hydrothermal measurement method. Examples of the high specific heat metal include copper, iron, nickel, cobalt, nickel chrome alloy, and manganin.

また、コア粒子131は、25μm以下の平均粒径を有する。なお、コア粒子131の平均粒径の下限は、特に限定されないが、たとえば、1μm程度である。本明細書において、「平均粒径」の用語は、レーザ回折・散乱法によって測定された体積基準の粒度分布において、積算値50%での粒径(「D50」、「メジアン径」とも称される。)を意味する。   The core particles 131 have an average particle diameter of 25 μm or less. The lower limit of the average particle diameter of the core particles 131 is not particularly limited, but is, for example, about 1 μm. In the present specification, the term "average particle size" is also referred to as a particle size ("D50", "median size") at an integrated value of 50% in a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method. Means).

なお、コア粒子131の形状は、特に限定されないが、球形が好ましい。球形の場合、全方向から均等に熱が伝わり、効果が発現されやすいためである。しかし、扁平状、多面体等であっても、本開示の効果は発現可能である。   The shape of the core particles 131 is not particularly limited, but a spherical shape is preferable. This is because in the case of a spherical shape, heat is evenly transmitted from all directions, and the effect is likely to be exhibited. However, the effects of the present disclosure can be exhibited even in a flat shape, a polyhedron, or the like.

絶縁性高熱伝導材は、50W/(m・K)以上の熱伝導率を有する。熱伝導率は、X線回折(XRD)法等による定性分析を行い、その分析結果に基づいて文献値を採用することにより求めることができる。絶縁性高熱伝導材としては、たとえば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。   The insulating high thermal conductive material has a thermal conductivity of 50 W/(m·K) or more. The thermal conductivity can be determined by performing a qualitative analysis by an X-ray diffraction (XRD) method or the like and adopting a literature value based on the analysis result. Examples of the insulating high thermal conductive material include boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide and the like.

また、コーティング層132は、0.05μm以上10μm以下の厚みを有する。コーティング層132の厚みは、たとえば、耐熱粒子13の断面の元素分析により測定可能である。具体的には、耐熱粒子13の断面の元素分析により、当該断面内の任意の5箇所の厚みを測定し、それらの平均値をコーティング層132の厚みとすればよい。なお、本実施形態の耐熱粒子は、高比熱金属が絶縁体(絶縁性高熱伝導材)で被覆されているため、もし電極や他の部品等に付着したとしても、内部短絡等の不具合が生じ難い。   The coating layer 132 has a thickness of 0.05 μm or more and 10 μm or less. The thickness of the coating layer 132 can be measured, for example, by elemental analysis of the cross section of the heat resistant particles 13. Specifically, elemental analysis of the cross section of the heat-resistant particles 13 may be performed to measure the thickness at any 5 points in the cross section, and the average value thereof may be used as the thickness of the coating layer 132. The heat-resistant particles of the present embodiment, the high specific heat metal is covered with an insulator (insulating high thermal conductive material), even if adhered to the electrode or other parts, such as internal short circuit occurs hard.

耐熱層12は、0.5μm以上の厚みを有する。なお、耐熱層12の厚みの上限は、特に限定されないが、たとえば、20μm程度である。耐熱層12の厚みは、耐熱層12の厚み方向の断面のSEM画像において、当該断面内の任意の5箇所の厚みを測定し、それらの平均値をコーティング層132の厚みとすればよい。   The heat resistant layer 12 has a thickness of 0.5 μm or more. The upper limit of the thickness of the heat resistant layer 12 is not particularly limited, but is, for example, about 20 μm. Regarding the thickness of the heat-resistant layer 12, the thickness of the coating layer 132 may be determined by measuring the thickness at any 5 points in the cross-section in the SEM image of the cross-section in the thickness direction of the heat-resistant layer 12.

耐熱層12は、絶縁性である。ここで、耐熱層12が絶縁性であるとは、たとえば、耐熱層12の面方向の体積抵抗が1.0×10Ω・cm以上であることを意味する。なお、実際に電池を解体して、耐熱層12を取り出し、直流4端子法で耐熱層12の抵抗を測定することが可能である。測定機としては、たとえば、ロレスタGPまたはハイレスタUP(共に、株式会社三菱化学アナリテック製)などを使用できる。 The heat resistant layer 12 is insulative. Here, that the heat-resistant layer 12 is insulative means that, for example, the volume resistance in the surface direction of the heat-resistant layer 12 is 1.0×10 6 Ω·cm or more. It is possible to actually disassemble the battery, take out the heat resistant layer 12, and measure the resistance of the heat resistant layer 12 by the direct current 4-terminal method. As the measuring device, for example, Loresta GP or Hiresta UP (both manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) can be used.

なお、本開示の非水電解質二次電池を解体すれば、たとえば、XRDでの構造解析、XRFでの元素分析などによって、高比熱金属および絶縁性高熱伝導材の構成、組成等は容易に特定することが可能である。   If the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure is disassembled, the structure, composition, etc. of the high specific heat metal and the insulating high thermal conductive material can be easily specified by, for example, structural analysis by XRD, elemental analysis by XRF, or the like. It is possible to

《正極》
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面または両面に設けられた正極合材層と、を備える。
《Positive electrode》
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer provided on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector.

正極集電体は、たとえば、Al箔等でよい。正極集電体は、たとえば、10〜30μm程度の厚さを有してもよい。正極合材層は、正極集電体の表面に形成されている。   The positive electrode current collector may be, for example, Al foil or the like. The positive electrode current collector may have a thickness of, for example, about 10 to 30 μm. The positive electrode mixture layer is formed on the surface of the positive electrode current collector.

正極合材層は、たとえば10〜150μm程度の厚さを有してもよい。正極合材層は、正極活物質、導電材およびバインダ等を含有する。正極合材層は、たとえば、80〜98質量%の正極活物質、1〜15質量%の導電材、および1〜5質量%のバインダを含有する。   The positive electrode mixture layer may have a thickness of, for example, about 10 to 150 μm. The positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a conductive material, a binder and the like. The positive electrode mixture layer contains, for example, 80 to 98% by mass of the positive electrode active material, 1 to 15% by mass of the conductive material, and 1 to 5% by mass of the binder.

正極活物質、導電材およびバインダは特に限定されるべきではない。正極活物質は、たとえば、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/32、LiMnO2、LiMn24、LiFePO4等であってもよい。導電材は、たとえば、アセチレンブラック(AB)、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、黒鉛等であってもよい。バインダは、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等であってもよい。 The positive electrode active material, the conductive material, and the binder are not particularly limited. The positive electrode active material may be, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4, or the like. The conductive material may be, for example, acetylene black (AB), furnace black, vapor grown carbon fiber (VGCF), graphite or the like. The binder may be, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), or the like.

《負極》
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面または両面に設けられた負極合材層と、を備える。
《Negative electrode》
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer provided on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector.

負極集電体は、たとえば、銅(Cu)箔等でよい。負極集電体は、たとえば、5〜20μm程度の厚さを有してもよい。   The negative electrode current collector may be, for example, a copper (Cu) foil or the like. The negative electrode current collector may have a thickness of, for example, about 5 to 20 μm.

負極合材層は、たとえば10〜150μm程度の厚さを有してもよい。負極合材層は、負極活物質およびバインダ材等を含有する。負極合材層は、たとえば、95〜99質量%の負極活物質、および1〜5質量%のバインダを含有する。   The negative electrode mixture layer may have a thickness of, for example, about 10 to 150 μm. The negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, a binder material and the like. The negative electrode mixture layer contains, for example, 95 to 99% by mass of the negative electrode active material and 1 to 5% by mass of the binder.

負極活物質およびバインダは特に限定されるべきではない。負極活物質は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫等であってもよい。バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等であってもよい。   The negative electrode active material and the binder are not particularly limited. The negative electrode active material may be, for example, graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, silicon, silicon oxide, tin, tin oxide or the like. The binder may be, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), or the like.

<非水電解質二次電池の製造>
本実施形態の非水電解質二次電池の製造の一例について、以下に説明する。
<Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery>
An example of manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment will be described below.

まず、正極および負極が以下のようにして作製される。
たとえば、正極合材層の材料と溶媒とを含有する塗料が調製される。塗料が正極集電体の表面に塗工され、乾燥されることにより、正極合材層が形成される。これにより、正極が作製される。ただし、これに限定されず、正極は、ロール成形、ロール転写などによって作製されてもよい。なお、正極は、二次電池の仕様に応じて、所定の寸法に加工される。同様に、負極合材層の材料と溶媒とを含有する塗料、および、負極集電体を用いて、負極が作製される。
First, the positive electrode and the negative electrode are manufactured as follows.
For example, a coating material containing the material for the positive electrode mixture layer and a solvent is prepared. The positive electrode mixture layer is formed by applying the coating material to the surface of the positive electrode current collector and drying it. Thereby, the positive electrode is manufactured. However, the present invention is not limited to this, and the positive electrode may be produced by roll molding, roll transfer, or the like. The positive electrode is processed into a predetermined size according to the specifications of the secondary battery. Similarly, a negative electrode is produced using the coating material containing the material of the negative electrode mixture layer and the solvent, and the negative electrode current collector.

次に、セパレータが以下のようにして作製される。
まず、コア粒子の材料として、高比熱金属の粉末が用意され、コーティング層の材料として、絶縁性伝導材の粉末が用意される。高比熱金属の粉末と絶縁性高熱伝導材の粉末とが混合され、ボールミルにて高比熱金属の粒子(コア粒子)と絶縁性高熱伝導材の粒子とを機械的に衝突させることで、コア粒子の表面に絶縁性高熱伝導材からなるコーティング層が形成される。これにより、耐熱粒子が調製される。ただし、耐熱粒子の調製方法は、特にこのような方法に限定されるべきではない。
Next, the separator is manufactured as follows.
First, a powder of high specific heat metal is prepared as a material of the core particles, and a powder of an insulating conductive material is prepared as a material of the coating layer. The powder of the high specific heat metal and the powder of the insulating high thermal conductive material are mixed, and the particles of the high specific heat metal (core particles) and the particles of the insulating high thermal conductive material are mechanically collided with each other in a ball mill, whereby core particles are obtained. A coating layer made of an insulating high thermal conductive material is formed on the surface of the. Thereby, heat resistant particles are prepared. However, the method for preparing the heat resistant particles should not be particularly limited to such a method.

耐熱粒子とバインダ(たとえば、アクリル系バインダ)等とが混合され、混合物に水等の溶媒が加えられ、さらに混合されて、耐熱層の原料ペーストが調製される。原料ペーストの不揮発分率(溶媒以外の成分である不揮発成分の比率)は、例えば、20〜60質量%程度である。なお、不揮発成分中のバインダの含有率は、たとえば、1〜10質量%程度である。次に、この原料ペーストを、基材の片面または両面に所定の厚みとなるように塗布し、乾燥させる。このようにして、表面に多孔性の耐熱層を有するセパレータが作製される。   The heat resistant particles and a binder (for example, an acrylic binder) are mixed, a solvent such as water is added to the mixture, and the mixture is further mixed to prepare a raw material paste for the heat resistant layer. The non-volatile fraction of the raw material paste (the proportion of non-volatile components other than the solvent) is, for example, about 20 to 60 mass %. The content ratio of the binder in the non-volatile component is, for example, about 1 to 10 mass %. Next, this raw material paste is applied to one side or both sides of the base material so as to have a predetermined thickness and dried. In this way, a separator having a porous heat-resistant layer on its surface is produced.

次に、非水電解質二次電池は、上記の正極、負極、セパレータなどから、以下のようにして製造される。   Next, a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured from the above positive electrode, negative electrode, separator and the like as follows.

上記セパレータと、正極および負極とから、電極群が作製される。たとえば、帯状の正極と帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して積層されてなる積層体を巻回することにより、電極群(巻回型の電極群)が作製される。なお、シート状の複数の正極と、シート状の複数の負極とが、シート状のセパレータを介して交互に積層されることにより、電極群(積層型の電極群)が作製されてもよい。   An electrode group is produced from the separator and the positive electrode and the negative electrode. For example, an electrode group (wound electrode group) is produced by winding a laminated body in which a belt-shaped positive electrode and a belt-shaped negative electrode are laminated with a belt-shaped separator interposed therebetween. The electrode group (laminated electrode group) may be produced by alternately stacking a plurality of sheet-shaped positive electrodes and a plurality of sheet-shaped negative electrodes via sheet-shaped separators.

電極群は、電解質と共に、所定の外装体に収納される。なお、電極群の正極は正極端子に電気的に接続され、負極は負極端子に電気的に接続される。電解質は、たとえば、非プロトン性溶媒(エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等)に、Li塩(LiPF6等)を溶解させた液体電解質(非水電解質)である。外装体は、たとえば、Al合金、ステンレス等の金属筐体である。外装体が密閉されることにより、電池が製造される。 The electrode group is housed in a predetermined exterior body together with the electrolyte. The positive electrode of the electrode group is electrically connected to the positive electrode terminal, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal. The electrolyte is, for example, a liquid electrolyte (non-aqueous electrolyte) in which a Li salt (LiPF 6 or the like) is dissolved in an aprotic solvent (ethylene carbonate, dimethyl carbonate or the like). The exterior body is, for example, a metal housing made of Al alloy, stainless steel, or the like. The battery is manufactured by sealing the outer casing.

なお、本開示の非水電解質二次電池は、たとえば、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド車(PHV)等の電源として用いることができる。ただし、本開示の非水電解質二次電池は、このような用途に限られず、あらゆる用途に適用可能である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure can be used as a power source for, for example, a hybrid vehicle (HV), an electric vehicle (EV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), and the like. However, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present disclosure is not limited to such applications and can be applied to all applications.

以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、本開示の範囲を限定するものではない。   Examples will be described below. However, the following examples do not limit the scope of the present disclosure.

《比較例1》
〔正極の作製〕
まず、以下の材料を準備した。
・正極活物質: LiNi1/3Co1/3Mn1/32(平均粒径:5μm)
・導電材: アセチレンブラック(AB)
・バインダー: ポリフッ化ビニリデン(PVdF)
・溶媒: N−メチル−2−ピロリドン
・正極集電体: Al箔(厚み15μm)
<<Comparative Example 1>>
[Preparation of positive electrode]
First, the following materials were prepared.
・Positive electrode active material: LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (average particle size: 5 μm)
・Conductive material: acetylene black (AB)
・Binder: polyvinylidene fluoride (PVdF)
-Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone-Positive electrode current collector: Al foil (thickness 15 μm)

プラネタリミキサの混合容器に、正極活物質、導電材、バインダーおよび溶媒を投入し、混練することにより、正極合材ペーストを得た。不揮発分(溶媒以外の成分)の質量比は、正極活物質:導電材:バインダー=92:5:3とした。   The positive electrode active material, the conductive material, the binder and the solvent were put into a mixing container of the planetary mixer and kneaded to obtain a positive electrode mixture paste. The mass ratio of the non-volatile components (components other than the solvent) was positive electrode active material:conductive material:binder=92:5:3.

ダイコータを用いて、正極集電体の両面に正極合材ペーストを塗布し、乾燥させた。これにより、正極集電体の両面に正極合材層(幅:100mm)が形成されてなる帯状の正極を得た。乾燥後の正極合材層は、所定の厚みに圧縮された。さらに正極は、所定の長さに切断加工された。   The positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the positive electrode current collector using a die coater and dried. As a result, a strip-shaped positive electrode was obtained in which the positive electrode mixture layers (width: 100 mm) were formed on both surfaces of the positive electrode current collector. The dried positive electrode mixture layer was compressed to a predetermined thickness. Further, the positive electrode was cut into a predetermined length.

〔負極の作製〕
まず、以下の材料を準備した。
・負極活物質: 黒鉛(平均粒径:10μm)
・バインダー: SBR
・増粘材: CMC
・溶媒: 水
・負極集電体: 銅箔(厚み10μm)
[Preparation of negative electrode]
First, the following materials were prepared.
・Negative electrode active material: graphite (average particle size: 10 μm)
・Binder: SBR
・Thickening agent: CMC
・Solvent: Water/Negative electrode current collector: Copper foil (thickness 10 μm)

混合装置の混合槽に、負極活物質、バインダーおよび増粘材を投入し、混合した。混合装置の混合槽に、さらに溶媒(水)を投入し、混合することにより負極合材ペーストを調製した。不揮発分の質量比は、負極活物質:バインダー:増粘材=98:1:1とした。   The negative electrode active material, the binder, and the thickener were put into the mixing tank of the mixing device and mixed. A solvent (water) was further charged into the mixing tank of the mixing device and mixed to prepare a negative electrode mixture paste. The mass ratio of the non-volatile components was negative electrode active material:binder:thickener=98:1:1.

ダイコータを用いて、負極集電体の両面に負極合材ペーストを塗布し、乾燥させた。これにより負極集電体の両面に負極合材層(幅:105mm)が形成されてなる帯状の負極を得た。乾燥後の負極合材層は、所定の厚みに圧縮された。さらに負極は、所定の長さに切断加工された。   The negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of the negative electrode current collector using a die coater and dried. As a result, a strip-shaped negative electrode was obtained in which the negative electrode mixture layers (width: 105 mm) were formed on both surfaces of the negative electrode current collector. The dried negative electrode mixture layer was compressed to a predetermined thickness. Further, the negative electrode was cut into a predetermined length.

〔セパレータの作製〕
95質量部のアルミナ粉末および5質量部のアクリル系樹脂(バインダ)の粉末に対して、不揮発分率が40質量%となるように水を加え、超高速攪拌システム(T.K.ロボミックス:プライミクス株式会社製)を用いて攪拌混合し、耐熱層の原料ペーストを作製した。次に、基材(ポリエチレン製膜、厚み25μm、空隙率50%)の両面に、上記原料ペーストを所定の厚み(乾燥後の厚み:5μm)となるように塗布し、乾燥させた。これにより、両面に耐熱層を有する帯状のセパレータが作製された。
[Preparation of separator]
To 95 parts by mass of alumina powder and 5 parts by mass of acrylic resin (binder) powder, water was added so that the nonvolatile content was 40% by mass, and an ultra-high speed stirring system (TK Robomix: The mixture was stirred and mixed using PRIMIX Corporation to prepare a raw material paste for the heat-resistant layer. Next, the raw material paste was applied to both surfaces of the base material (polyethylene film, thickness 25 μm, porosity 50%) to a predetermined thickness (thickness after drying: 5 μm) and dried. As a result, a strip-shaped separator having heat resistant layers on both sides was produced.

(非水電解質の調製)
ECとDMCとDECとを、体積比でEC:DMC:DEC=1:1:1となるように混合して非プロトン性溶媒を得た。次に、該非プロトン性溶媒に、溶質として1.0M(1.0mol/L)のLiPFを溶解させることにより、非水電解質を調製した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
EC, DMC, and DEC were mixed in a volume ratio of EC:DMC:DEC=1:1:1 to obtain an aprotic solvent. Next, 1.0 M (1.0 mol/L) LiPF 6 was dissolved as a solute in the aprotic solvent to prepare a non-aqueous electrolyte.

(非水電解質二次電池の作製)
次に、上記のように作製した材料を用いて、電池を作製した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
Next, a battery was manufactured using the materials manufactured as described above.

正極と負極とをセパレータを介して積層してなる積層体を楕円柱状に巻回した後、平板により加圧して、扁平状の巻回型電極群(タブレス電極群)が作製された。   A laminate obtained by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator was wound into an elliptic cylinder, and then pressed by a flat plate to produce a flat wound electrode group (tableless electrode group).

次に、電極群を角形の外装ケースに収容し、負極集電体および正極集電体の各々を外装ケースの上部の封口体(蓋)に設けられた負極端子および正極端子に電気的に接続した。   Next, the electrode group is housed in a rectangular outer case, and each of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector is electrically connected to the negative electrode terminal and the positive electrode terminal provided in the sealing body (lid) on the upper part of the outer case. did.

次に、上記非水電解質を封口体に設けられた注入孔から外装ケース内に注入し、続いて該注入孔を封止用のネジで封止した。以上のようにして、比較例1の電池(非水電解質二次電池、角形のリチウムイオン二次電池)が作製された。なお、電池の側面は、SUS板で500kgfの荷重で拘束された。   Next, the non-aqueous electrolyte was injected into the outer case through the injection hole provided in the sealing body, and then the injection hole was sealed with a screw for sealing. As described above, the battery of Comparative Example 1 (non-aqueous electrolyte secondary battery, prismatic lithium ion secondary battery) was produced. The side surface of the battery was restrained by a SUS plate with a load of 500 kgf.

《比較例2〜5》
アルミナに代えて、コア粒子の材料として表1に示される各材料を使用した。それ以外の点は比較例1と基本的に同じ方法で、比較例2〜5の電池を作製した。なお、表1の「混合比率」欄は、2種の材料を配合して用いる場合(比較例3および5)の混合比率であり、1種の材料を用いる場合は100(質量%)と表記している。
<<Comparative Examples 2-5>>
Instead of alumina, each material shown in Table 1 was used as the material of the core particles. Other than that, the batteries of Comparative Examples 2 to 5 were manufactured by the same method as in Comparative Example 1 basically. The “mixing ratio” column in Table 1 is the mixing ratio when two types of materials are used in combination (Comparative Examples 3 and 5), and when one type of material is used, it is written as 100 (mass %). is doing.

《実施例1》
銅(高比熱金属)粉末と窒化ホウ素(絶縁性高熱伝導材)粉末を混合し、ボールミルにて機械的に衝突させることで、銅粒子(コア粒子)の表面に窒化ホウ素からなるコーティング層を形成し、耐熱粒子を得た。その耐熱粒子をアルミナ粉末の代わりに用いた。それ以外の点は比較例1と基本的に同じ方法で、実施例1の電池を作製した。
<<Example 1>>
A coating layer made of boron nitride is formed on the surface of copper particles (core particles) by mixing copper (high specific heat metal) powder and boron nitride (insulating high thermal conductive material) powder and mechanically colliding them with a ball mill. Then, heat resistant particles were obtained. The heat resistant particles were used instead of the alumina powder. A battery of Example 1 was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except for the points described above.

《実施例2,3、比較例6,7》
銅粉末の表面への窒化ホウ素のコーティング量(コーティング層の厚み)を、表1に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施例2および3並びに比較例6および7の電池を作製した。コーティング量は、ボールミルによる処理時間を変えることで制御した。なお、処理時間を長くするとコーティング層の厚みが厚くなり、処理時間を短くするとコーティング層の厚みは薄くなる。具体的には、実施例1、実施例2および3、並びに、比較例6および7における処理時間は、それぞれ、3時間、10分、20時間、5分および30時間である。
<<Examples 2 and 3, Comparative Examples 6 and 7>>
The coating amount of boron nitride (thickness of coating layer) on the surface of the copper powder was changed as shown in Table 1. Except for this, the batteries of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 6 and 7 were manufactured in basically the same manner as in Example 1. The coating amount was controlled by changing the treatment time by the ball mill. It should be noted that when the treatment time is lengthened, the thickness of the coating layer is increased, and when the treatment time is shortened, the thickness of the coating layer is decreased. Specifically, the treatment times in Example 1, Examples 2 and 3 and Comparative Examples 6 and 7 are 3 hours, 10 minutes, 20 hours, 5 minutes and 30 hours, respectively.

《実施4,5、比較例8》
耐熱層の厚み(耐熱層の原料ペーストの塗布量)を、表1に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施4、5および比較例8の電池を作製した。
<<Examples 4 and 5, Comparative Example 8>>
The thickness of the heat-resistant layer (the coating amount of the raw material paste of the heat-resistant layer) was changed as shown in Table 1. Except for this, the batteries of Examples 4 and 5 and Comparative Example 8 were manufactured by basically the same method as that of Example 1.

《実施例6》
基材(ポリエチレン製膜)は用いずに、負極の表面(両面)に、実施例1と同様にして耐熱層(耐熱層のみからなるセパレータ)を形成し、セパレータ付き負極を作製した。その負極と正極とを積層してなる積層体を巻回して巻回型電極群を作製した。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施例6の電池を作製した。
<<Example 6>>
A heat-resistant layer (separator consisting of only the heat-resistant layer) was formed on the surface (both sides) of the negative electrode in the same manner as in Example 1 without using the substrate (polyethylene film), to produce a negative electrode with a separator. A wound type electrode group was produced by winding a laminated body formed by laminating the negative electrode and the positive electrode. A battery of Example 6 was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the points described above.

《実施例7、比較例9》
コア粒子の粒子径を、表1に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施例7および比較例9の電池を作製した。
<<Example 7, Comparative Example 9>>
The particle size of the core particles was changed as shown in Table 1. Except for this, the batteries of Example 7 and Comparative Example 9 were manufactured in the basically same manner as in Example 1.

《実施例8〜12、比較例10,11》
コア粒子の材料の種類を、表1に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施例8〜12、比較例10および11の電池を作製した。
<<Examples 8 to 12, Comparative Examples 10 and 11>>
The material type of the core particles was changed as shown in Table 1. Except for this, the batteries of Examples 8 to 12 and Comparative Examples 10 and 11 were manufactured in basically the same manner as in Example 1.

《実施例13〜15、比較例12,13》
コーティング層の材料の種類を、表1に示されるように変化させた。それ以外の点は実施例1と基本的に同じ方法で、実施例13〜15ならびに比較例12および13の電池を作製した。
<<Examples 13 to 15 and Comparative Examples 12 and 13>>
The material type of the coating layer was changed as shown in Table 1. Except for this, the batteries of Examples 13 to 15 and Comparative Examples 12 and 13 were manufactured in the basically same manner as in Example 1.

<評価>
上記実施例および比較例の電池について、以下の評価を行った。
<Evaluation>
The following evaluations were performed on the batteries of the above Examples and Comparative Examples.

《耐熱層の体積抵抗率》
正極および負極と積層される前に、セパレータの耐熱層について、直流4端子法により体積抵抗率の測定を行った。測定器としては、ロレスタGP(株式会社三菱化学アナリテック製)を使用した。測定結果を表1の「耐熱層の体積抵抗率」の欄に示す。
<<Volume resistivity of heat resistant layer>>
Before being laminated with the positive electrode and the negative electrode, the volume resistivity of the heat-resistant layer of the separator was measured by a DC 4-terminal method. Loresta GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) was used as a measuring instrument. The measurement results are shown in the column of "Volume resistivity of heat resistant layer" in Table 1.

《過充電試験》
過充電試験を次のようにして実施した。25℃の環境下で、電池の電圧が4.2Vになるまで充電した。その後、10Cの電流でさらに充電を継続し、内圧で注液弁が開放されるまで充電を継続した。電池の注液弁が開放された時の発煙の有無を、目視で確認した。結果を表1の「過充電試験」の「発煙の有無」の欄に示す。発煙が有った場合は、過充電による電池内部の温度上昇が大きく、発煙が無かった場合は、過充電による電池内部の温度上昇が小さいと考えられる。
また、過充電試験の間、熱電対を電池の側面に付けた状態で電池側面の温度を測定し、最高到達温度を測定した。測定結果を表1の「過充電試験」の「最高到達温度」の欄に示す。
《Overcharge test》
The overcharge test was performed as follows. The battery was charged in an environment of 25° C. until the voltage of the battery reached 4.2V. After that, the charging was further continued at a current of 10 C, and the charging was continued until the liquid injection valve was opened by the internal pressure. Whether or not smoke was generated when the liquid injection valve of the battery was opened was visually confirmed. The results are shown in the column "Presence or absence of smoke" in "Overcharge test" of Table 1. It is considered that, if smoke is generated, the temperature rise inside the battery due to overcharge is large, and if there is no smoke, the temperature rise inside the battery due to overcharge is small.
During the overcharge test, the temperature of the side surface of the battery was measured while the thermocouple was attached to the side surface of the battery, and the maximum temperature reached was measured. The measurement results are shown in the "maximum temperature reached" column of the "overcharge test" in Table 1.

《不良率(OCV不良率)》
上記の実施例および比較例の各々について、10個の電池を作製し、電池完成(初期充電を含む)までに発生した不良数をカウントした。なお、不良の発生の有無については、OCV不良以外の不良の有無も含めてカウントしたが、今回発生した不良は、全て、OCV不良)であった。なお、OCV不良とは、(初期充電時に)充電してもOCV(開放電圧)が低下する不良である。不良率(10個中の不良発生数の比率)の結果を表1の「OCV不良率」の欄に示す。
<<Defective rate (OCV defective rate)>>
For each of the above-mentioned Examples and Comparative Examples, 10 batteries were produced, and the number of defects that had occurred until the battery was completed (including initial charging) was counted. It should be noted that the presence/absence of defects was counted including the presence/absence of defects other than OCV defects, but the defects that occurred this time were all OCV defects). Note that the OCV defect is a defect in which the OCV (open circuit voltage) decreases even after charging (during initial charging). The result of the defective rate (ratio of the number of defectives out of 10) is shown in the column of "OCV defective rate" in Table 1.

なお、表1の「耐熱層」の「コア粒子」欄において、「体積比熱」は「材料」欄に示される材料の体積比率(容積比率)であり、文献値である。また、「D50」は、レーザ回折・散乱法によって測定された体積基準の粒度分布において、積算値50%での粒径である。
表1の「耐熱層」の「コーティング層」の欄において、「熱伝導率」は、「材料」欄に示される材料の熱伝導率であり、文献値である。また、「厚み」欄の数値は、耐熱粒子の断面の元素分析により測定されたコーティング層の厚みである。具体的には、耐熱粒子の断面の元素分析により、当該断面内の任意の5箇所の厚みを測定して測定値の平均値である。
また、「耐熱層」の「厚み」欄の数値は、耐熱層の厚み方向の断面のSEM画像において、当該断面内の任意の5箇所の厚みを測定して得た測定値の平均値である。
In addition, in the "core particle" column of the "heat resistant layer" of Table 1, "volume specific heat" is the volume ratio (volume ratio) of the material shown in the "material" column, and is a literature value. Further, "D50" is a particle size at an integrated value of 50% in a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method.
In the column of "coating layer" of "heat resistant layer" in Table 1, "thermal conductivity" is the thermal conductivity of the material shown in the "material" column, and is a literature value. The numerical value in the "thickness" column is the thickness of the coating layer measured by elemental analysis of the cross section of the heat resistant particles. Specifically, it is an average value of the measurement values obtained by measuring the thickness at any 5 points in the cross section by elemental analysis of the cross section of the heat resistant particles.
The numerical value in the “thickness” column of the “heat resistant layer” is the average value of the measured values obtained by measuring the thickness at any 5 points in the cross section in the SEM image of the cross section in the thickness direction of the heat resistant layer. ..

Figure 0006702231
Figure 0006702231

<結果>
表1に示される結果について、以下に記載する。
<Results>
The results shown in Table 1 are described below.

耐熱粒子のコア粒子の材料として、体積比熱が3.2J/(cm・K)未満の材料(アルミナ、窒化ホウ素、または、水酸化アルミニウムと窒化ホウ素との混合体)を用い、コア粒子がコーティング層で被覆されていない、比較例1〜3の電池においては、過充電時の発煙が有り、最高到達温度が高くなった。なお、比較例2について、窒化ホウ素は熱伝導率が比較的高いが、電池容量が大きく、電流値も大きかったため、熱の移動が発熱に追い付かず、電池の温度が上昇してしまったと考えられる。また、比較例3について、吸熱反応を生じる吸熱材の水酸化アルミニウムを用いても、吸熱作用が発熱に追い付かなかったため、電池温度が上がった。 As a material for the core particles of the heat-resistant particles, a material having a volume specific heat of less than 3.2 J/(cm 3 ·K) (alumina, boron nitride, or a mixture of aluminum hydroxide and boron nitride) is used. In the batteries of Comparative Examples 1 to 3 which were not covered with the coating layer, smoke was generated during overcharge, and the maximum temperature reached was high. Regarding Comparative Example 2, although boron nitride has a relatively high thermal conductivity, the battery capacity was large and the current value was also large. Therefore, it is considered that the movement of heat did not catch up with the heat generation and the temperature of the battery increased. .. Further, in Comparative Example 3, even when aluminum hydroxide, which is an endothermic material that causes an endothermic reaction, was used, the endothermic action did not catch up with the heat generation, so the battery temperature increased.

比較例4および5では、コア粒子として体積比熱が3.2J/(cm・K)以上の高比熱金属材を用いたことで、過充電時の最高到達温度は少し下ったが、発煙が有り、温度上昇の抑制効果が十分ではなかったと考えられる。これは、コア粒子が絶縁性高熱伝導材で被覆されていないため、発生した熱の拡散および高比熱金属への伝導が十分ではないかったためであると考えられる。
また、OCV不良が多発した。被覆されていないコア粒子の材料として、導電性の金属(銅)粉が用いられているため、耐熱層の絶縁性が低く(体積抵抗率が低く)、また、導電性の金属が電池作製時に正極、負極、他の部品等へ付着する場合があるため、内部短絡が起こったと考えられる。
In Comparative Examples 4 and 5, by using a high specific heat metal material having a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more as the core particles, the maximum temperature reached at the time of overcharging was slightly lowered, but smoke was emitted. Yes, it is considered that the effect of suppressing the temperature rise was not sufficient. It is considered that this is because the core particles were not covered with the insulating high thermal conductive material, so that the generated heat was not sufficiently diffused and conducted to the high specific heat metal.
Also, OCV defects frequently occurred. Since the conductive metal (copper) powder is used as the material of the uncoated core particles, the insulating property of the heat-resistant layer is low (volume resistivity is low), and the conductive metal is used during battery fabrication. Since it may adhere to the positive electrode, the negative electrode, other parts, etc., it is considered that an internal short circuit occurred.

これに対して、実施例1では、コア粒子に体積比熱が3.2J/(cm・K)以上の高比熱金属を用い、その表面を絶縁性高熱伝導率材で被覆することで、過充電時の発煙がなく、過充電時の温度上昇が十分に抑制されていた。これは、過充電状態において電極等で発生した熱が、耐熱層を構成する耐熱粒子表面に存在する高熱伝導材(コーティング層)を介して、高比熱金属(コア粒子)へ迅速に伝達されることで、発生した熱が効率的に高比熱金属へ伝達されたためであると考えられる。
また、OCV不良は発生しなかった。これは、導電性の高比熱金属(コア粒子)が絶縁体(絶縁性高熱伝導材)で被覆されているため、耐熱層の絶縁性が高く(体積抵抗率が高く)、また、もし電極や部品等に付着しても、内部短絡等の不具合は起こり難いからであると考えられる。
On the other hand, in Example 1, by using a high specific heat metal having a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more for the core particles and coating the surface thereof with an insulating high thermal conductivity material, There was no smoke during charging and the temperature rise during overcharging was sufficiently suppressed. This is because the heat generated in the electrode or the like in the overcharged state is quickly transferred to the high specific heat metal (core particle) through the high thermal conductive material (coating layer) existing on the surface of the heat resistant particle forming the heat resistant layer. It is considered that this is because the generated heat was efficiently transferred to the high specific heat metal.
Further, no OCV failure occurred. This is because the conductive high specific heat metal (core particle) is covered with the insulator (insulating high thermal conductive material), so that the heat-resistant layer has high insulation (high volume resistivity), and if the electrode or It is considered that even if it adheres to parts or the like, it is unlikely that a defect such as an internal short circuit will occur.

実施例2および3並びに比較例6および7の結果から、高熱伝導材からなるコーティング層の厚みが薄い(0.05μm未満)場合は、過充電時の温度上昇を十分に抑制できないことが分かる。これは、高比熱金属への熱の伝達が遅いため、過充電時の温度上昇が大きくなったためであると考えられる。また、耐熱層の絶縁性が低い(体積抵抗率が低い)ため、絶縁性が確保できず、電池のOCV不良が発生したと考えられる。
一方、高熱伝導材からなるコーティング層の厚みが厚い(10μm超)場合も、過充電時の温度上昇を十分に抑制できないことが分かる。これは、電極と高比熱金属との距離が離れるため、熱の伝達効率が低下し、電池温度の上昇が起こったと考えられる。
From the results of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 6 and 7, it is understood that when the thickness of the coating layer made of the high thermal conductive material is thin (less than 0.05 μm), the temperature rise during overcharge cannot be sufficiently suppressed. It is considered that this is because the heat transfer to the high specific heat metal is slow and the temperature rise during overcharge becomes large. In addition, it is considered that since the heat-resistant layer has low insulation (low volume resistivity), insulation cannot be ensured and OCV failure of the battery occurs.
On the other hand, it can be seen that even when the thickness of the coating layer made of the high thermal conductive material is large (greater than 10 μm), the temperature rise during overcharge cannot be sufficiently suppressed. It is considered that this is because the distance between the electrode and the high specific heat metal is large, so that the heat transfer efficiency is reduced and the battery temperature is increased.

実施例4および5並びに比較例8の結果から、耐熱層の厚みが0.5μm未満である場合、過充電時の温度上昇を十分に抑制できないことが分かる。これは、耐熱層の厚みが薄過ぎるため、見掛けの比熱が小さくなり、温度上昇が起こったと考えられる。また、この場合、耐熱層の体積抵抗値は高いものの、耐熱層が薄すぎるため十分な絶縁が行われず、内部短絡が発生しやすくなり、OCV不良が発生したと考えられる。   From the results of Examples 4 and 5 and Comparative Example 8, it can be seen that when the thickness of the heat resistant layer is less than 0.5 μm, the temperature rise during overcharge cannot be sufficiently suppressed. It is considered that this is because the heat-resistant layer was too thin, so that the apparent specific heat became small and the temperature increased. Further, in this case, although the heat resistance layer has a high volume resistance value, sufficient insulation is not performed because the heat resistance layer is too thin, an internal short circuit is likely to occur, and an OCV defect is considered to have occurred.

実施例6の結果から、ポリエチレン等の樹脂製の基材が無い場合でも、温度上昇の抑制効果が十分に得られることが確認できた。また、耐熱層は絶縁性を有しており(体積抵抗率が高く)、OCV不良も発生しなかった。   From the results of Example 6, it was confirmed that the effect of suppressing the temperature rise was sufficiently obtained even when there was no resin base material such as polyethylene. Further, the heat-resistant layer had an insulating property (high volume resistivity), and no OCV failure occurred.

実施例7および比較例9の結果から、コア粒子の平均粒径(D50)が25μm超である場合、温度上昇の抑制効果が十分に得られないことが分かる。これは、コア粒子の粒子径が大きいと、コア粒子(高比熱金属)の内部まで熱が伝わらず、電極等で発生した熱の吸収効率が低いためであると考えられる。なお、平均粒径が25μmの場合と30μmの場合との間で、コア粒子の1粒子あたりの体積は約50000μmの差があり、そのため、平均粒径が30μmのコア粒子を用いた場合、内部までの熱の伝わりやすさが急激に低下する。 From the results of Example 7 and Comparative Example 9, it can be seen that when the average particle diameter (D50) of the core particles is more than 25 μm, the effect of suppressing the temperature rise cannot be sufficiently obtained. It is considered that this is because when the particle size of the core particles is large, the heat is not transferred to the inside of the core particles (high specific heat metal), and the efficiency of absorbing the heat generated in the electrodes and the like is low. In addition, there is a difference of about 50000 μm 3 in volume per core particle between the case where the average particle size is 25 μm and the case where the average particle size is 30 μm. The easiness of transmitting heat to the inside drops sharply.

実施例8〜12並びに比較例10および11の結果から、コア粒子の構成材料の体積比熱が3.2J/(cm・K)未満であると、過充電時の温度上昇を十分に抑制できないことが分かる。 From the results of Examples 8 to 12 and Comparative Examples 10 and 11, when the volume specific heat of the constituent material of the core particles is less than 3.2 J/(cm 3 ·K), the temperature rise during overcharge cannot be sufficiently suppressed. I understand.

実施例13〜15および比較例12の結果から、コーティング層の構成材料の熱伝導率が50W/(m・K)未満である場合は、過充電時の温度上昇を十分に抑制できないことが分かる。これは、電極等で発生した熱を効率よく移動させることができず、電池温度の上昇につながったと考えられる。   From the results of Examples 13 to 15 and Comparative Example 12, it can be seen that when the thermal conductivity of the constituent material of the coating layer is less than 50 W/(m·K), the temperature rise during overcharge cannot be sufficiently suppressed. .. It is considered that this is because the heat generated in the electrodes and the like could not be efficiently transferred, which led to an increase in battery temperature.

比較例13においては、コーティング層の構成材料(黒鉛)の熱伝導率が大きいため、過充電時の温度上昇は抑制されたが、黒鉛は電気伝導率が高い(絶縁性でない)ため、OCV不良率が増加した。   In Comparative Example 13, since the thermal conductivity of the constituent material (graphite) of the coating layer was large, the temperature increase during overcharge was suppressed, but graphite had a high electric conductivity (not insulating), and thus OCV failure. The rate has increased.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

1 セパレータ、11 基材、12 耐熱層、13 耐熱粒子、131 コア粒子、132 コーティング層。   1 separator, 11 base material, 12 heat resistant layer, 13 heat resistant particles, 131 core particles, 132 coating layer.

Claims (1)

正極、負極およびセパレータを備える、非水電解質二次電池であって、
前記セパレータは、表面に多孔性の耐熱層を有し、
前記耐熱層は、耐熱粒子を含み、
前記耐熱粒子は、高比熱金属からなるコア粒子と、前記コア粒子の表面の少なくとも一部を被覆する絶縁性高熱伝導材からなるコーティング層と、を含み、
前記高比熱金属は3.2J/(cm・K)以上の体積比熱を有し、かつ、前記コア粒子は25μm以下の平均粒径を有し、
前記絶縁性高熱伝導材は50W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、かつ、前記コーティング層は0.05μm以上10μm以下の厚みを有し、
前記耐熱層は0.5μm以上の厚みを有する、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a separator,
The separator has a porous heat-resistant layer on the surface,
The heat-resistant layer contains heat-resistant particles,
The heat-resistant particles include a core particle made of a high specific heat metal, and a coating layer made of an insulating high thermal conductive material that covers at least a part of the surface of the core particle,
The high specific heat metal has a volume specific heat of 3.2 J/(cm 3 ·K) or more, and the core particles have an average particle size of 25 μm or less,
The insulating high thermal conductive material has a thermal conductivity of 50 W/(m·K) or more, and the coating layer has a thickness of 0.05 μm or more and 10 μm or less,
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the heat-resistant layer has a thickness of 0.5 μm or more.
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