JP6984202B2 - A control device and a control method for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery system having the control device, and a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery. - Google Patents

A control device and a control method for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery system having the control device, and a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery. Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池の制御装置および制御方法、当該制御装置を有する非水電解質二次電池システム、並びに非水電解質二次電池の製造方法に関する。本発明に係る非水電解質二次電池は、例えば、電気自動車、燃料電池車およびハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。 The present invention relates to a control device and a control method for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery system having the control device, and a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is used, for example, as a driving power source or an auxiliary power source for a motor of a vehicle such as an electric vehicle, a fuel cell vehicle, or a hybrid electric vehicle.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの電気デバイスの開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, it is urgently desired to reduce the amount of carbon dioxide. In the automobile industry, expectations are high for the reduction of carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and electric devices such as secondary batteries for driving motors that hold the key to their practical application. Is being actively developed.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。従って、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 The secondary battery for driving a motor is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in mobile phones, notebook computers and the like. Therefore, lithium-ion secondary batteries, which have the highest theoretical energy among all batteries, are attracting attention and are currently being rapidly developed.

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 Lithium-ion secondary batteries generally include a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both sides of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both sides of a negative electrode current collector using a binder. However, it has a configuration in which it is connected via an electrolyte layer and is housed in a battery case.

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素・黒鉛系材料が用いられてきた。しかし、炭素・黒鉛系の負極材料ではリチウムイオンの黒鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物であるLiCから得られる理論容量372mAh/g以上の充放電容量が得られないという欠点がある。このため、炭素・黒鉛系負極材料で車両用途の実用化レベルを満足する容量、エネルギー密度を得るのは困難である。 Conventionally, a carbon / graphite-based material, which is advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost, has been used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery. However, since carbon / graphite-based negative electrode materials are charged / discharged by occluding / discharging lithium ions into graphite crystals, the charging / discharging capacity obtained from LiC 6 , which is the maximum lithium-introduced compound, has a theoretical capacity of 372 mAh / g or more. Has the drawback of not being obtained. Therefore, it is difficult to obtain a capacity and energy density satisfying the practical level for vehicle applications with carbon / graphite negative electrode materials.

これに対し、Liと化合物を形成するSiO(0<x<2)材料や、ケイ素を含有する合金系材料などのケイ素含有負極活物質を用いた電池は、従来の炭素・黒鉛系負極材料と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極材料として期待されている。例えば、SiOで表される化学組成を有するケイ素酸化物は、微視的にみると、Si(単結晶のナノ粒子)と非晶質(アモルファス)SiOとが相分離して存在する。 On the other hand, a battery using a silicon-containing negative electrode active material such as a SiO x (0 <x <2) material forming a compound with Li or an alloy-based material containing silicon is a conventional carbon / graphite-based negative electrode material. Since the energy density is improved as compared with that of the above, it is expected as a negative electrode material in vehicle applications. For example, in the silicon oxide having a chemical composition represented by SiO x , Si (single crystal nanoparticles) and amorphous SiO 2 are phase-separated from each other when viewed microscopically.

一方、正極材料の高エネルギー密度化への取り組みとして、層状化合物であるxLiMnO−(1−x)LiMe’O(式中、Me’は、Co、Mn、Ni、Cr等を表す)の固溶体を正極活物質として用いることが試みられている。この固溶体正極活物質は、Liの一部が遷移金属に置き換わっており、Li過剰な結晶構造を有している。そして、当該固溶体正極活物質に対して高電圧充電を行うと、結晶構造の再編成(層状構造(LiMnO)からスピネル構造(LiMn)への変化)による活性化が起こることで高容量化が達成されうる。 On the other hand, as an effort to increase the energy density of the positive electrode material, the layered compound xLi 2 MnO 3- (1-x) LiMe'O 2 (Me'in the formula represents Co, Mn, Ni, Cr, etc.). ) Has been attempted to be used as a positive electrode active material. In this solid solution positive electrode active material, a part of Li is replaced with a transition metal, and Li has an excessive crystal structure. Then, when the solid solution positive electrode active material is charged with a high voltage, activation due to reorganization of the crystal structure (change from a layered structure (Li 2 MnO 3 ) to a spinel structure (LiMn 2 O 4 )) occurs. High capacity can be achieved.

しかしながら、このような固溶体正極活物質においては、充電時に結晶構造の変化に伴う酸素ガスの放出が起こり、実際にリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いたときの酸素ガスによる電池の膨れが問題となっている。また、酸素ガスが発生すると、充分な充放電特性が発揮できないという問題もある。 However, in such a solid solution positive electrode active material, oxygen gas is released due to a change in the crystal structure during charging, and the battery swells due to the oxygen gas when actually used as the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery. It's a problem. Further, when oxygen gas is generated, there is a problem that sufficient charge / discharge characteristics cannot be exhibited.

このような問題に対して、特許文献1に記載の技術が提案されている。具体的に、特許文献1に記載の技術は、xLiMnO−(1−x)LiMnCoNi(式中、0.2≦x≦0.5、0.3≦a≦0.5、0.1≦b≦0.3、0.3≦c≦0.5、a+b+c=1である)で表される固溶体の表面の少なくとも一部を、Mn、CoおよびNi以外の遷移金属の酸化物または酸化物リチウム塩により被覆するというものである。これにより、充電時における酸素ガスの発生が抑制された、高容量の固溶体正極活物質が提供されるとされている。 A technique described in Patent Document 1 has been proposed for such a problem. Specifically, the technique described in Patent Document 1 is xLi 2 MnO 3- (1-x) LiMn a Co b Ni c O 2 (in the formula, 0.2 ≦ x ≦ 0.5, 0.3 ≦ a). ≦ 0.5, 0.1 ≦ b ≦ 0.3, 0.3 ≦ c ≦ 0.5, a + b + c = 1) At least a part of the surface of the solid solution is other than Mn, Co and Ni. It is coated with an oxide or an oxide lithium salt of the transition metal of. As a result, it is said that a high-capacity solid solution positive electrode active material in which the generation of oxygen gas during charging is suppressed is provided.

特開2012−129166号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-129166

容量の小さい電池においては、特許文献1に記載の技術によって充電時における酸素ガスの発生の影響をある程度緩和することで、放電容量の低下を抑制することが一応可能である。しかしながら、本発明者らがさらに検討を進めたところ、例えば電気自動車等の駆動用電源として用いられうる、高容量かつ高密度(電池容量あたりの電池体積が小さい)の電池においては、充電時に酸素ガスが発生するとサイクル回数の増加に伴って放電容量が低下する(サイクル耐久性が低下する)ことが判明した。 In a battery having a small capacity, it is possible to suppress a decrease in the discharge capacity by alleviating the influence of the generation of oxygen gas at the time of charging by the technique described in Patent Document 1. However, as a result of further studies by the present inventors, for example, in a high-capacity and high-density (battery volume per battery capacity) battery that can be used as a driving power source for an electric vehicle or the like, oxygen is supplied during charging. It was found that when gas is generated, the discharge capacity decreases (cycle durability decreases) as the number of cycles increases.

そこで本発明は、固溶体正極活物質およびケイ素含有負極活物質を用いた高容量かつ高密度の非水電解質二次電池のサイクル耐久性の低下を抑制しうる手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a means capable of suppressing a decrease in cycle durability of a high-capacity and high-density non-aqueous electrolyte secondary battery using a solid solution positive electrode active material and a silicon-containing negative electrode active material.

本発明の一形態では固溶体正極活物質およびケイ素含有負極活物質を用いた高容量かつ高密度の非水電解質二次電池を製造する際の活性化処理(活性化すべき固溶体正極活物質を含有する発電要素に対して充電処理を施すことにより結晶構造の再編成を起こす処理)において、発電要素の充電状態の値が、当該発電要素の充電状態とガス発生量との関係から予め設定された充電状態の上限値を超えないように上記充電処理を制御することで、上記課題を解決する。 In one embodiment of the present invention, an activation treatment (containing a solid solution positive electrode active material to be activated) for producing a high-capacity and high-density non-aqueous electrolyte secondary battery using a solid solution positive electrode active material and a silicon-containing negative electrode active material. In the process of reorganizing the crystal structure by performing a charge process on the power generation element), the value of the charge state of the power generation element is set in advance from the relationship between the charge state of the power generation element and the amount of gas generated. The above problem is solved by controlling the charging process so as not to exceed the upper limit of the state.

また、本発明の他の形態では、固溶体正極活物質およびケイ素含有負極活物質を用いた高容量かつ高密度の非水電解質二次電池を使用する際に、発電要素の充電状態の値が、当該発電要素の充電状態とガス発生量との関係から予め設定された充電状態の上限値を超えないように当該発電要素の充放電を制御することで、上記課題を解決する。 Further, in another embodiment of the present invention, when a high-capacity and high-density non-aqueous electrolyte secondary battery using a solid solution positive electrode active material and a silicon-containing negative electrode active material is used, the value of the charged state of the power generation element is determined. The above problem is solved by controlling the charge / discharge of the power generation element so as not to exceed the upper limit value of the charge state set in advance from the relationship between the charge state of the power generation element and the amount of gas generated.

本発明においては、固溶体正極活物質およびケイ素含有負極活物質を用いた高容量かつ高密度の非水電解質二次電池について、ガス発生量が少ない充電状態となるように制御して電池を製造または使用する。このため、ガス発生に起因する負極の酸化による容量低下やA/C比の不均衡が防止され、当該電池のサイクル耐久性の低下を抑制することができる。 In the present invention, a high-capacity and high-density non-aqueous electrolyte secondary battery using a solid-solution positive electrode active material and a silicon-containing negative electrode active material is manufactured or manufactured by controlling the state of charge so that the amount of gas generated is small. use. Therefore, it is possible to prevent a decrease in capacity and an imbalance in the A / C ratio due to oxidation of the negative electrode due to gas generation, and it is possible to suppress a decrease in cycle durability of the battery.

本発明に係る製造方法によって製造され、本発明に係る制御方法および制御装置の制御対象である非水電解質二次電池の一例である、扁平型の(双極型でない)非水電解質二次電池を示す平面図である。A flat (non-bipolar) non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present invention and controlled by the control method and the control device according to the present invention. It is a plan view which shows. 図1のIIA−IIA線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IIA-IIA line of FIG. 図1のIIB−IIB線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IIB-IIB line of FIG. 本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法のうち、特に活性化処理を実施するための制御装置を含む構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration including a control device for carrying out an activation treatment, among the methods for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図3Aの制御装置(の特に記憶部)に記憶される充電状態の上限値を設定する根拠となる充電状態(正極容量)と、正極電位(●)および酸素ガス発生量(○)との関係の一例を示す図である。Relationship between the charge state (positive electrode capacity), which is the basis for setting the upper limit value of the charge state stored in the control device (particularly the storage unit) of FIG. 3A, the positive electrode potential (●), and the amount of oxygen gas generated (○). It is a figure which shows an example. 本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を搭載した電気自動車を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric vehicle equipped with the non-aqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例3および比較例3について、サイクル耐久性試験の各サイクルにおける放電容量をプロットしたグラフである。3 is a graph plotting the discharge capacity in each cycle of the cycle durability test for Example 3 and Comparative Example 3. 「電池の定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値が10cm/Ah以下であり、かつ、前記定格容量が3Ah以上である電池」ではない電池を用いて図5Aと同様の比較実験(サイクル耐久性試験)を行った場合の、サイクル耐久性試験の各サイクルにおける放電容量をプロットしたグラフである。"The value of the ratio of the battery volume (the product of the projected area of the battery including the battery exterior and the thickness of the battery) to the rated capacity of the battery is 10 cm 3 / Ah or less, and the rated capacity is 3 Ah or more. It is a graph which plotted the discharge capacity in each cycle of the cycle durability test when the same comparative experiment (cycle durability test) as shown in FIG. 5A was performed using the battery which is not "battery".

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の形態のみに制限されない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

本発明は、活性化された固溶体正極活物質を含有する正極と、ケイ素含有負極活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在する非水電解質を含む電解質層と、を備える発電要素を有する非水電解質二次電池の製造方法、並びに制御方法および制御装置に関する。 The present invention comprises a positive electrode containing an activated solid solution positive electrode active material, a negative electrode containing a silicon-containing negative electrode active material, and an electrolyte layer containing a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. The present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element, and a control method and a control device.

《非水電解質二次電池の構成例》
図1は、本発明に係る製造方法によって製造され、本発明に係る制御方法および制御装置の制御対象である非水電解質二次電池の一例である、扁平型の(双極型でない)非水電解質二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を示す平面図である。図2Aは、図1のIIA−IIA線に沿う断面図である。図2Bは、図1のIIB−IIB線に沿う断面図である。非水電解質二次電池(積層型電池)10としては、たとえば、リチウムイオン二次電池などのリチウム系二次電池などが挙げられる。ただし、以下に示す非水電解質二次電池は、本発明に係る製造方法によって製造され、本発明に係る制御方法および制御装置の制御対象である非水電解質二次電池の一例であって、これ以外の構造を有する非水電解質二次電池も本発明の技術的範囲に含まれる。
<< Configuration example of non-aqueous electrolyte secondary battery >>
FIG. 1 is a flat (non-bipolar) non-aqueous electrolyte which is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the production method according to the present invention and controlled by the control method and the control device according to the present invention. It is a top view which shows the secondary battery (hereinafter, also simply referred to as a "stacked battery"). FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA of FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB of FIG. Examples of the non-aqueous electrolyte secondary battery (laminated battery) 10 include a lithium-based secondary battery such as a lithium-ion secondary battery. However, the non-aqueous electrolyte secondary battery shown below is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present invention and to be controlled by the control method and the control device according to the present invention. Non-aqueous electrolyte secondary batteries having structures other than the above are also included in the technical scope of the present invention.

図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体である電池外装体29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。正極は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。 As shown in FIG. 1, the laminated battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery outer body 29 which is an outer body. Have. Here, the power generation element 21 has a configuration in which a positive electrode, an electrolyte layer 17, and a negative electrode are laminated. The positive electrode has a structure in which the positive electrode active material layers 15 are arranged on both sides of the positive electrode current collector 12. The negative electrode has a structure in which the negative electrode active material layers 13 are arranged on both sides of the negative electrode current collector 11. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 adjacent thereto face each other via the electrolyte layer 17. .. As a result, the adjacent positive electrode, electrolyte layer and negative electrode form one cell cell layer 19. Therefore, it can be said that the laminated battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Although the negative electrode active material layer 13 is arranged on only one side of each of the outermost layer negative electrode current collectors located in both outermost layers of the power generation element 21, active material layers may be provided on both sides. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer having an active material layer on only one side, a current collector having active material layers on both sides may be used as it is as a current collector for the outermost layer. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as in FIG. 1, the outermost layer positive electrode current collectors are located on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost layer positive electrode current collectors are located on one side or both sides of the outermost layer positive electrode current collectors. The positive electrode active material layer may be arranged.

正極集電体12および負極集電体11には、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板27および負極集電板25がそれぞれ取り付けられ、電池外装体29の端部に挟まれるようにして電池外装体29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体12および負極集電体11に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 A positive electrode current collector plate 27 and a negative electrode current collector plate 25 that are conductive to each electrode (positive electrode and negative electrode) are attached to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11, respectively, and are sandwiched between the ends of the battery exterior 29. It has a structure that is led out to the outside of the battery exterior body 29. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 of each electrode via positive electrode leads and negative electrode leads (not shown), respectively, as necessary. It may be attached by resistance welding or the like.

また、図2Bに示すように、本実施形態の積層型電池10には、参照電極(リチウム金属参照電極)31が設けられている。参照電極31は、当該参照電極31の電位に対するこの積層型電池10の正極の電位を検出するためのものであり、正極活物質層15(または負極活物質層13)との間でリチウムイオンの移動が行われうるものである。換言すれば、正極と負極との間におけるイオン伝導性が確保されていることが必要である。そのため、本実施形態の参照電極31は、正極活物質層15と負極活物質層13とに挟まれ、充放電時にリチウムイオンの移動が行われる電解質層(本実施形態においてはセパレータ17の中)に設けられている。なお、参照電極31には参照電極リード33が接続され、さらに参照電極タブ35として積層型電池10(具体的には、電池外装体29)の外部に取り出されている。 Further, as shown in FIG. 2B, the laminated battery 10 of the present embodiment is provided with a reference electrode (lithium metal reference electrode) 31. The reference electrode 31 is for detecting the potential of the positive electrode of the laminated battery 10 with respect to the potential of the reference electrode 31, and the lithium ion is connected to the positive electrode active material layer 15 (or the negative electrode active material layer 13). Movement can take place. In other words, it is necessary that the ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode is ensured. Therefore, the reference electrode 31 of the present embodiment is sandwiched between the positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13, and an electrolyte layer in which lithium ions are transferred during charging / discharging (in the separator 17 in the present embodiment). It is provided in. A reference electrode lead 33 is connected to the reference electrode 31, and is further taken out as a reference electrode tab 35 to the outside of the laminated battery 10 (specifically, the battery exterior 29).

[正極活物質層]
正極活物質層は、放電時にリチウムイオン等のイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオン等のイオンを放出できる正極活物質を含む。ここで、上述したように、本発明に係る非水電解質二次電池は、いわゆる高容量かつ高密度の電池である。このような高容量の電池を構成するため、本実施形態の正極活物質層は、活性化された固溶体正極活物質を含有する。固溶体正極活物質は、層状構造部位と、所定の電位範囲における充電または充放電を行うことによりスピネル構造に変化する部位(層状構造のLiMnO)とを有する。ここで、当該固溶体正極活物質の具体的な構成について特に制限はないが、好ましくは固溶体リチウム含有遷移金属酸化物からなるものである。また、固溶体正極活物質は、より好ましくは、下記化学式(1):
Li[NiCoMn[Li]]O ・・・(1)
式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示し、zは原子価を満足する酸素数を表し、a、b、cおよびdは、0<a<0.94、0≦b<0.94、0<c<0.94、0.05≦d≦0.8、a+b+c=1の関係を満足する、
で表される組成を有する固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を基本構造として有するものであることが好ましい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material that can occlude ions such as lithium ions at the time of discharge and release ions such as lithium ions at the time of charging. Here, as described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a so-called high-capacity and high-density battery. In order to form such a high-capacity battery, the positive electrode active material layer of the present embodiment contains an activated solid solution positive electrode active material. The solid solution positive electrode active material has a layered structure portion and a portion (Li 2 MnO 3 having a layered structure) that changes to a spinel structure by being charged or charged / discharged in a predetermined potential range. Here, the specific composition of the solid solution positive electrode active material is not particularly limited, but it is preferably composed of a solid solution lithium-containing transition metal oxide. Further, the solid solution positive electrode active material is more preferably the following chemical formula (1) :.
Li [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O z ... (1)
In the formula, Li is lithium, Ni is nickel, Co is cobalt, Mn is manganese, O is oxygen, z is the number of oxygen satisfying the atomic value, and a, b, c and d are 0 <a <. Satisfy the relationship of 0.94, 0 ≦ b <0.94, 0 <c <0.94, 0.05 ≦ d ≦ 0.8, a + b + c = 1.
It is preferable that the solid solution lithium-containing transition metal oxide having the composition represented by is provided as a basic structure.

このような固溶体正極活物質(好ましくは、固溶体リチウム含有遷移金属酸化物)をリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いた場合、高い放電容量および容量維持率を実現することが可能となる。特に、後述する活性化処理により当該固溶体正極活物質における層状構造のLiMnOをスピネル構造のLiMnに変化させることで、非常に高い放電容量を実現することができる。その結果、車両の駆動電源用や補助電源用のリチウムイオン二次電池として好適に利用できる。このほかにも、家庭用や携帯機器用のリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。 When such a solid solution positive electrode active material (preferably a solid solution lithium-containing transition metal oxide) is used as the positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, it becomes possible to realize a high discharge capacity and a capacity retention rate. In particular, a very high discharge capacity can be realized by changing Li 2 Mn O 3 having a layered structure to Li Mn 2 O 4 having a spinel structure in the solid solution positive electrode active material by an activation treatment described later. As a result, it can be suitably used as a lithium ion secondary battery for a vehicle drive power source or an auxiliary power source. In addition, it is fully applicable to lithium-ion secondary batteries for home and mobile devices.

式(1)において、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示し、zは原子価を満足する酸素数を表し、a、b、cおよびdは、0<a<0.94、0≦b<0.94、0<c<0.94、0.05≦d≦0.8、a+b+c=1の関係を満足するものである。これにより、固溶体の構造は十分に安定であるという利点がある。なお、zで表される酸素数は「原子価を満足する」ものであるが、この「原子価を満足する」酸素数zは、化学式(1)で表される組成を有する固溶体リチウム含有遷移金属酸化物がLiMnOとLiMe’Oとをx:1−x(xは0<x<1)のモル比で含有する固溶体であるとしたときに、z=2+xを満足する値として求めることが可能である。また、この場合において、d=xとなる。 In formula (1), Li is lithium, Ni is nickel, Co is cobalt, Mn is manganese, O is oxygen, z is the number of oxygen satisfying the atomic value, and a, b, c and d are 0. It satisfies the relationship of <a <0.94, 0 ≦ b <0.94, 0 <c <0.94, 0.05 ≦ d ≦ 0.8, a + b + c = 1. This has the advantage that the structure of the solid solution is sufficiently stable. The oxygen number represented by z is "satisfying the valence", and the oxygen number z "satisfying the valence" is a solid solution lithium-containing transition having a composition represented by the chemical formula (1). When the metal oxide is a solid solution containing Li 2 MnO 3 and LiMe'O 2 in a molar ratio of x: 1-x (x is 0 <x <1), a value satisfying z = 2 + x. It is possible to ask for. Further, in this case, d = x.

なお、本実施形態の固溶体リチウム含有遷移金属酸化物は、組成式(1)において、a、bおよびcが、0<a<0.9、0≦b<0.9、0<c<0.9の関係を満足するものであることが好ましく、0<a<0.87、0≦b<0.87、0<c<0.87の関係を満足するものであることがより好ましい。また、本実施形態の固溶体リチウム含有遷移金属酸化物は、活性化処理における発電要素の充電状態の上限値を定めたとしてもエネルギー密度の観点から優位性を確保できる組成として、組成式(1)において、dが、0.1≦d≦0.8の関係を満足するものであることが好ましく、0.2≦d≦0.7の関係を満足するものであることがより好ましく、0.2≦d≦0.6の関係を満足するものであることがさらに好ましい。言い換えれば、上述した組成式(1)におけるリチウム組成(1+dで表される)は、好ましくは1.1〜1.8であり、より好ましくは1.2〜1.7であり、さらに好ましくは1.2〜1.6である。 In the solid solution lithium-containing transition metal oxide of the present embodiment, in the composition formula (1), a, b and c are 0 <a <0.9, 0 ≦ b <0.9, 0 <c <0. It is preferable that the relationship of .9 is satisfied, and more preferably that the relationship of 0 <a <0.87, 0 ≦ b <0.87, 0 <c <0.87 is satisfied. Further, the solid solution lithium-containing transition metal oxide of the present embodiment has a composition formula (1) as a composition that can secure an advantage from the viewpoint of energy density even if the upper limit value of the state of charge of the power generation element in the activation treatment is set. In, d preferably satisfies the relationship of 0.1 ≦ d ≦ 0.8, more preferably satisfies the relationship of 0.2 ≦ d ≦ 0.7, and 0. It is more preferable that the relationship of 2 ≦ d ≦ 0.6 is satisfied. In other words, the lithium composition (represented by 1 + d) in the above-mentioned composition formula (1) is preferably 1.1 to 1.8, more preferably 1.2 to 1.7, and even more preferably. 1.2 to 1.6.

上述した固溶体正極活物質は、それ自体が正極活物質として用いられてもよいし、固溶体正極活物質が、固溶体正極活物質(好ましくは化学式(1)で表される組成を有する固溶体リチウム含有遷移金属酸化物)を由来とするものであることが確認できる程度に適宜改変されて用いられてもよい。ここで、固溶体正極活物質の改変の形態として、例えば以下の(A)〜(C)の3つの形態が例示される。 The above-mentioned solid solution positive electrode active material may be used as the positive electrode active material itself, or the solid solution positive electrode active material has a solid solution lithium-containing transition having a composition represented by the solid solution positive electrode active material (preferably the chemical formula (1)). It may be appropriately modified and used to the extent that it can be confirmed that it is derived from (metal oxide). Here, as the modified form of the solid solution positive electrode active material, for example, the following three forms (A) to (C) are exemplified.

(A)上述した固溶体正極活物質(好ましくは化学式(1)で表される組成を有する固溶体リチウム含有遷移金属酸化物)の粒子表面に、Al、Zr、Ti、Nb、B、S、Sn、W、MoおよびVからなる群から選択される1種または2種以上の元素Mが存在する形態(この際、当該元素Mの存在量(a+b+c=1としたときの原子組成モル比)を[M]としたときに0.002≦[M]/[a+b+c]≦0.05を満たす量で存在することが好ましい);
(B)上述した固溶体正極活物質の粒子表面に、Al、ZrおよびTiからなる群から選択される金属の酸化物または複合酸化物からなる被覆層が形成される形態(この際、被覆後の固溶体正極活物質における前記酸化物または複合酸化物の含有量は酸化物換算で0.1〜3.0重量%であることが好ましい);並びに、
(C)上述した固溶体正極活物質に含まれるMn原子がTi、ZrおよびNbからなる群から選択される少なくとも1種によって置換されてなる形態。
(A) Al, Zr, Ti, Nb, B, S, Sn, on the particle surface of the above-mentioned solid solution positive electrode active material (preferably a solid solution lithium-containing transition metal oxide having a composition represented by the chemical formula (1)). The form in which one or more elements M selected from the group consisting of W, Mo and V are present (at this time, the abundance of the element M (atomic composition molar ratio when a + b + c = 1)) is [. It is preferable that the amount exists in an amount satisfying 0.002 ≦ [M] / [a + b + c] ≦ 0.05 when M] is set);
(B) A form in which a coating layer made of a metal oxide or a composite oxide selected from the group consisting of Al, Zr and Ti is formed on the particle surface of the above-mentioned solid solution positive electrode active material (at this time, after coating). The content of the oxide or composite oxide in the solid solution positive electrode active material is preferably 0.1 to 3.0% by weight in terms of oxide);
(C) A form in which the Mn atom contained in the above-mentioned solid solution positive electrode active material is substituted with at least one selected from the group consisting of Ti, Zr and Nb.

また、正極活物質層は、上記所定の固溶体正極活物質以外の正極活物質をさらに含んでもよい。かような正極活物質の例としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、PbO、AgO、またはNiOOHなどが好ましく挙げられ、これらは単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。 Further, the positive electrode active material layer may further contain a positive electrode active material other than the above-mentioned predetermined solid solution positive electrode active material. Examples of such positive electrode active materials are preferably composite oxides of lithium and transition metals, transition metal oxides, transition metal sulfides, PbO 2 , AgO, NiOOH and the like, which may be used alone or 2 It can also be used by mixing more than seeds.

前記リチウムと遷移金属との複合酸化物の例としては、LiMnO、LiMn、LiMnOなどのLi−Mn系複合酸化物、LiCoOなどのLi−Co系複合酸化物、LiNiO、Li(Ni−Co−Mn)OなどのLi−Ni系複合酸化物、LiFeOなどのLi−Fe系複合酸化物、LiFePOなどのリチウムと遷移金属との複合リン酸化合物、またはリチウムと遷移金属との複合硫酸化合物などが好ましく挙げられる。前記遷移金属酸化物の例としては、V、MnO、VMoO、またはMoOなどが好ましく挙げられる。前記遷移金属硫化物の例としては、TiSまたはMoSなどが好ましく挙げられる。これら正極活物質は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。 Examples of composite oxide of the lithium and a transition metal, LiMnO 2, LiMn based composite oxides such as LiMn 2 O 4, Li 2 MnO 3, Li-Co based composite oxide such as LiCoO 2, LiNiO 2. Li-Ni-based composite oxides such as Li (Ni-Co-Mn) O 2 , Li-Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 , composite phosphate compounds of lithium and transition metals such as LiFePO 4, or A composite sulfate compound of lithium and a transition metal is preferable. Examples of the transition metal oxides, such as V 2 O 5, MnO 2, V 2 MoO 8 or MoO 3, are preferably exemplified. As an example of the transition metal sulfide, TiS 2 or MoS 2 is preferably mentioned. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層は、目的に応じて上記の任意成分(界面活性剤、導電助剤、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩など)を含むことができる。 The positive electrode active material layer includes the above-mentioned optional components (surfactant, conductive auxiliary agent, binder, electrolyte (polymer matrix, ionic conductive polymer, electrolytic solution, etc.), lithium salt for enhancing ionic conductivity, etc.) depending on the purpose. ) Can be included.

正極活物質層に用いられる任意成分のバインダとしては、疎水性であれば、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。 The binder of the optional component used for the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is hydrophobic, and examples thereof include the following materials.

ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、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体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。 Polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which hydrogen atoms are replaced with other halogen elements), polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, polyethernitrile, polytetrafluoroethylene, Polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene / butadiene rubber (SBR), ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and its hydrogen additive , Thermoplastic polymers such as styrene / isoprene / styrene block copolymers and their hydrogenated additives, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymers (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymers (PFA). , Fluororesin such as ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinylfluorovinyl (PVF), vinylidene fluoride- Hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber) Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubbers such as VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber) and vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), and epoxy resins. Of these, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable.

これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、これらバインダは、製造過程では、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)など、バインダが可溶な有機溶媒に溶解させたものを使用することもできる。 These suitable binders have excellent heat resistance, have a very wide potential window and are stable at the positive electrode potential, and can be used as an active material layer. These binders may be used alone or in combination of two or more. As these binders, those dissolved in an organic solvent in which the binder is soluble, such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), can also be used in the manufacturing process.

前記界面活性剤としては、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤を使用することができる。 As the surfactant, known cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants can be used.

前記導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。正極活物質層が導電助剤を含むと、正極活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。 The conductive additive refers to an additive compounded to improve the conductivity of the active material layer. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon black such as acetylene black and carbon materials such as carbon fiber. When the positive electrode active material layer contains a conductive auxiliary agent, an electronic network inside the positive electrode active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery.

前記電解質としては、電解質塩(リチウム塩)が好ましく、具体的には、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 As the electrolyte, an electrolyte salt (lithium salt) is preferable, and specific examples thereof include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like. Be done.

前記イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。 Examples of the ionic conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

また、本発明において、正極活物質層に含まれうる、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤の配合比は、特に限定されない。それらの配合比は、非水電解質二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 Further, in the present invention, other additives such as a conductive auxiliary agent, an electrolyte (polymer matrix, ionic conductive polymer, electrolytic solution, etc.) and a lithium salt for enhancing ionic conductivity, which may be contained in the positive electrode active material layer, are used. The compounding ratio is not particularly limited. Their compounding ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about non-aqueous electrolyte secondary batteries.

[負極活物質層]
負極活物質層は、放電時にリチウムイオン等のイオンを放出し、充電時にリチウムイオン等のイオンを吸蔵できる負極活物質を含む。ここで、上述したように、本発明に係る非水電解質二次電池は、いわゆる高容量かつ高密度の電池である。このような高容量の電池を構成するため、本実施形態の負極活物質層は、ケイ素含有負極活物質を必須に含む。かようなケイ素含有負極活物質の具体的な形態について特に制限はないが、特に好ましくは、SiOxまたはケイ素含有合金(これらをまとめて「Si材料」とも称する)を必須に含むことが好ましく、特に高容量の負極を構成できるという観点から、ケイ素含有合金を必須に含むことがより好ましい。また、他の好ましい実施形態では、Si材料を炭素材料とともに含むことがより好ましく、ケイ素含有合金を炭素材料とともに含むことがさらに好ましい。以下では、好ましいケイ素含有負極活物質であるSi材料と、好ましく併用される炭素材料について、より詳細に説明する。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material that can emit ions such as lithium ions at the time of discharge and occlude ions such as lithium ions at the time of charging. Here, as described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a so-called high-capacity and high-density battery. In order to form such a high-capacity battery, the negative electrode active material layer of the present embodiment indispensably contains a silicon-containing negative electrode active material. The specific form of such a silicon-containing negative electrode active material is not particularly limited, but it is particularly preferable that SiOx or a silicon-containing alloy (collectively referred to as “Si material”) is essentially contained. From the viewpoint of being able to form a high-capacity negative electrode, it is more preferable to include a silicon-containing alloy indispensably. Moreover, in another preferable embodiment, it is more preferable to include the Si material together with the carbon material, and it is further preferable to include the silicon-containing alloy together with the carbon material. Hereinafter, the Si material, which is a preferable silicon-containing negative electrode active material, and the carbon material, which is preferably used in combination, will be described in more detail.

本明細書中、Si材料とは、アモルファスSiO粒子とSi粒子との混合体であるSiOx(xはSiの原子価を満足する酸素数を表す)およびケイ素含有合金を意味する。これらのうちの1種のみがSi材料として用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。以下、これらのSi材料について詳細に説明する。 In the present specification, the Si material means SiOx (x represents an oxygen number satisfying the valence of Si) which is a mixture of amorphous SiO 2 particles and Si particles, and a silicon-containing alloy. Only one of these may be used as the Si material, or two or more may be used in combination. Hereinafter, these Si materials will be described in detail.

(SiOx)
SiOxは、アモルファスSiO粒子とSi粒子との混合体であり、xはSiの原子価を満足する酸素数を表す。xの具体的な値について特に制限はなく、適宜設定されうる。
(SiOx)
SiOx is a mixture of two amorphous SiO particles and Si particles, and x represents the number of oxygens satisfying the valence of Si. There is no particular limitation on the specific value of x, and it can be set as appropriate.

また、上記SiOxは、機械的表面融合処理によってSiOx粒子の表面が導電性物質で被覆されてなる導電性SiOx粒子であってもよい。かような構成とすることにより、SiOx粒子内のSiがリチウムイオンの脱離および挿入をしやすくなり、活物質における反応がよりスムーズに進行することができるようになる。この場合、導電性SiOx粒子における導電性物質の含有量は1〜30重量%であることが好ましく、2〜20重量%であることがより好ましい。 Further, the SiOx may be conductive SiOx particles in which the surface of the SiOx particles is coated with a conductive substance by a mechanical surface fusion treatment. With such a configuration, Si in the SiOx particles can easily desorb and insert lithium ions, and the reaction in the active material can proceed more smoothly. In this case, the content of the conductive substance in the conductive SiOx particles is preferably 1 to 30% by weight, more preferably 2 to 20% by weight.

上記SiOxの平均粒子径は、既存の負極活物質層13に含まれる負極活物質の平均粒子径と同程度であればよく、特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmの範囲であればよい。ただし、上記範囲に何ら制限されるものではなく、本実施形態の作用効果を有効に発現できるものであれば、上記範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。なお、本明細書において「平均粒子径」は、レーザ回折法によって得られる体積基準のメジアン径(D50)をいうものとする。また、SiOxの形状としては、特に制限はなく、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、鱗片状、不定形などでありうる。 The average particle size of the SiOx may be about the same as the average particle size of the negative electrode active material contained in the existing negative electrode active material layer 13, and is not particularly limited. From the viewpoint of increasing the output, it may be preferably in the range of 1 to 20 μm. However, it is needless to say that the range is not limited to the above range and may be out of the above range as long as the effects of the present embodiment can be effectively exhibited. In the present specification, the "average particle diameter" refers to the volume-based median diameter (D50) obtained by the laser diffraction method. The shape of SiOx is not particularly limited and may be spherical, elliptical, columnar, polygonal, scaly, amorphous or the like.

xの値は蛍光X線分析により求めることができる。例えば、O−Kα線を用いた蛍光X線分析でのファンダメンタルパラメータ法を用いて求めることができる。蛍光X線分析には、例えば、株式会社リガク製RIX3000を用いることができる。蛍光X線分析の条件としては、例えば、ターゲットにロジウム(Rh)を用い、管電圧50kV、管電流50mAとすればよい。ここで得られるx値は、基板上の測定領域で検出されるO−Kα線の強度から算出されるため、測定領域の平均値となる。 The value of x can be obtained by fluorescent X-ray analysis. For example, it can be obtained by using the fundamental parameter method in fluorescent X-ray analysis using OKα rays. For fluorescent X-ray analysis, for example, RIX3000 manufactured by Rigaku Co., Ltd. can be used. As the conditions for fluorescent X-ray analysis, for example, rhodium (Rh) may be used as the target, the tube voltage may be 50 kV, and the tube current may be 50 mA. The x value obtained here is an average value of the measurement area because it is calculated from the intensity of the OKα ray detected in the measurement area on the substrate.

(ケイ素含有合金)
ケイ素含有合金は、ケイ素を含有する他の金属との合金であれば特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。ここでは、ケイ素含有合金の好ましい実施形態として、SiTiGe、SiTiZn、SiTiSn、SiSnAl、SiSn、SiSn、SiZn、SiZnSn、SiZnAl、SiZn、SiAlおよびSiAlNb(式中、Aは、不可避不純物である。さらに、x、y、z、およびaは、重量%の値を表し、0<x<100、0<y<100、0<z<100、および0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である)が挙げられる。これらのケイ素含有合金を負極活物質として用いることで、所定の第1添加元素および所定の第2添加元素を適切に選択することによって、Li合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。
(Silicon-containing alloy)
The silicon-containing alloy is not particularly limited as long as it is an alloy with another metal containing silicon, and conventionally known findings can be appropriately referred to. Here, as preferred embodiments of the silicon-containing alloy, Si x T y G z A a , S x T y Z z A a , Si x T y Sn z A a , Si x Sn y Al z A a , Si x Sn y V z A a , Si x Sn y C z A a , Si x Zn y V z A a , Si x Zn y Sn z A a , Si x Zn y Al z A a , Si x Zn y C z A a , Si x Al y C z A a and Si x Al y Nb z A a (A is an unavoidable impurity in the formula. Further, x, y, z, and a represent values of% by weight. 0 <x <100, 0 <y <100, 0 <z <100, and 0 ≦ a <0.5, and x + y + z + a = 100). By using these silicon-containing alloys as the negative electrode active material, the phase transition of amorphous-crystal is suppressed during Li alloying by appropriately selecting the predetermined first additive element and the predetermined second additive element. The cycle life can be improved. Further, this makes the capacity of the conventional negative electrode active material higher than that of the conventional negative electrode active material, for example, a carbon-based negative electrode active material.

(炭素材料)
本発明に用いられうる炭素材料は、特に制限されないが、天然黒鉛、人造黒鉛等の高結晶性カーボンである黒鉛(グラファイト);ソフトカーボン、ハードカーボン等の低結晶性カーボン;ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリル等の炭素材料が挙げられる。これらのうち、黒鉛を用いることが好ましい。炭素材料の形状としては、特に制限はなく、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、鱗片状、不定形などでありうる。
(Carbon material)
The carbon material that can be used in the present invention is not particularly limited, but is graphite (graphite) which is a highly crystalline carbon such as natural graphite and artificial graphite; low crystalline carbon such as soft carbon and hard carbon; Carbon blacks such as acetylene black, channel black, lamp black, oil furnace black, and thermal black; carbon materials such as fullerene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and carbon fibrils can be mentioned. Of these, it is preferable to use graphite. The shape of the carbon material is not particularly limited and may be spherical, elliptical, columnar, polygonal, scaly, amorphous or the like.

また、炭素材料の平均粒子径としては、特に制限されないが、5〜25μmであることが好ましく、5〜10μmであることがより好ましい。この際、上述のSiOxとの平均粒子径との比率については、炭素材料の平均粒子径は、SiOxの平均粒子径と同一であっても、異なっていてもよいが、異なることが好ましい。特に、前記SiOxの平均粒子径が、前記炭素材料の平均粒子径よりも小さいことがより好ましい。炭素材料の平均粒子径がSiOxの平均粒子径よりも相対的に大きいと、均一に炭素材料の粒子が配置され、当該炭素材料の粒子間にSiOxが配置した構成を有するため、負極活物質層内においてSiOxが均一に配置されうる。 The average particle size of the carbon material is not particularly limited, but is preferably 5 to 25 μm, more preferably 5 to 10 μm. At this time, regarding the ratio of the above-mentioned average particle size to SiOx, the average particle size of the carbon material may be the same as or different from the average particle size of SiOx, but it is preferable that the average particle size is different. In particular, it is more preferable that the average particle size of the SiOx is smaller than the average particle size of the carbon material. When the average particle size of the carbon material is relatively larger than the average particle size of SiOx, the particles of the carbon material are uniformly arranged, and SiOx is arranged between the particles of the carbon material. Therefore, the negative electrode active material layer. SiOx can be uniformly arranged in the room.

炭素材料の平均粒子径とSiOxの平均粒子径との粒子径の比(SiOxの平均粒子径/炭素材料の平均粒子径)は、1/250〜1未満であることが好ましく、1/100〜1/4であることがより好ましい。 The ratio of the particle size to the average particle size of the carbon material and the average particle size of SiOx (average particle size of SiOx / average particle size of the carbon material) is preferably less than 1/250 to 1,100 to 1/100. It is more preferably 1/4.

本実施形態では、負極活物質として、上記ケイ素含有負極活物質が用いられることにより、好ましくは上記Si材料が用いられることにより、さらに好ましくは上記ケイ素含有合金が用いられることにより、より高いサイクル耐久性を示しつつ、かつ、初期容量も高くバランスよい特性を示すことができる。また、これらのケイ素含有負極活物質が炭素材料と併用されることによっても、これらの特性を向上させることができる。 In the present embodiment, the silicon-containing negative electrode active material is used as the negative electrode active material, preferably the Si material is used, and more preferably the silicon-containing alloy is used, so that the cycle durability is higher. It is possible to show well-balanced characteristics with high initial capacity while showing the properties. Further, these characteristics can also be improved by using these silicon-containing negative electrode active materials in combination with a carbon material.

場合によっては、上述したケイ素含有負極活物質以外の負極活物質が併用されてもよい。併用可能な負極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。これ以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 In some cases, a negative electrode active material other than the silicon-containing negative electrode active material described above may be used in combination. Examples of the negative electrode active material that can be used in combination include a lithium-transition metal composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), a metal material, and a lithium alloy-based negative electrode material. Of course, other negative electrode active materials may be used.

負極活物質層は上記所定の負極活物質を含み、必要に応じて、界面活性剤、導電助剤、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。界面活性剤、導電助剤、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤については、上記正極活物質層の欄で述べたものと同様である。 The negative electrode active material layer contains the above-mentioned predetermined negative electrode active material, and if necessary, to enhance a surfactant, a conductive auxiliary agent, a binder, an electrolyte (polymer matrix, an ionic conductive polymer, an electrolytic solution, etc.), and ionic conductivity. Further contains other additives such as the lithium salt of. For other additives such as surfactants, conductive auxiliaries, binders, electrolytes (polymer matrix, ionic conductive polymers, electrolytes, etc.), lithium salts to enhance ionic conductivity, see the above Positive Active Material Layer column. It is the same as the one described in.

[電解質層]
電解質層は、電解質を含む層であり、通常、セパレータに電解液が含浸されてなる構成を有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is a layer containing an electrolyte, and usually has a structure in which a separator is impregnated with an electrolytic solution.

(セパレータ)
セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
(Separator)
The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。 Examples of the form of the separator include a separator of a porous sheet made of a polymer or fiber that absorbs and retains the electrolyte, a non-woven fabric separator, and the like.

これらセパレータを構成する素材としては、微多孔質セパレータか不織布セパレータかに関わらず、有機電解液と親和性があり、これに対して膨潤しうるものであることが好ましい。このような素材としては、特に限定されないが、例えば、セルロース、ポリエチレングリコール、またはPVDF−HFPを主骨格とする素材が挙げられる。電解液によって膨潤することにより空孔が広がり、イオン伝導度を損なうことなく、分解生成物による閉塞を抑制することができる。また、これらの膨潤しうる素材を主骨格とするセパレータの平均空孔径は、0.5μm以上であることが望ましい。このような空孔径であれば、分解生成物によって空孔が閉塞しにくく、イオンの移動が阻害されにくいためサイクル特性を改善することができる。 As the material constituting these separators, regardless of whether it is a microporous separator or a non-woven fabric separator, it is preferable that the material has an affinity with an organic electrolytic solution and can swell. Such a material is not particularly limited, and examples thereof include a material having cellulose, polyethylene glycol, or PVDF-HFP as a main skeleton. By swelling with the electrolytic solution, the pores are widened, and clogging by decomposition products can be suppressed without impairing the ionic conductivity. Further, it is desirable that the average pore diameter of the separator having these swellable materials as the main skeleton is 0.5 μm or more. With such a pore diameter, the pores are less likely to be blocked by the decomposition product and the movement of ions is less likely to be hindered, so that the cycle characteristics can be improved.

セパレータに使用できる他の素材としては、ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータであれば、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。 As another material that can be used for the separator, for example, a microporous (microporous membrane) can be used as long as it is a separator of a porous sheet made of a polymer or a fiber. Specific forms of the porous sheet made of the polymer or fiber include, for example, a polyolefin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP). Examples thereof include a microporous (microporous film) separator made of a (structured laminate, etc.), a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and glass fiber.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。 The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely specified because it varies depending on the intended use. To give an example, in applications such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and secondary batteries for driving motors such as fuel cell vehicles (FCVs), the length is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Is desirable.

不織布セパレータに使用する素材としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなどを用いることができ、これらを単独または混合して用いてもよい。 As the material used for the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; polyimide, aramid and the like can be used, and these may be used alone or in combination.

また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。 Further, the bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Further, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.

(電解質)
セパレータに浸潤する電解質としては、特に制限されないが、液体電解質またはゲルポリマー電解質が用いられる。ゲルポリマー電解質を用いることにより、電極間距離の安定化が図られ、分極の発生が抑制され、耐久性(サイクル特性)が向上する。
(Electrolytes)
The electrolyte that infiltrates the separator is not particularly limited, but a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte is used. By using the gel polymer electrolyte, the distance between the electrodes is stabilized, the occurrence of polarization is suppressed, and the durability (cycle characteristics) is improved.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示され、これらは2種類以上を混合して用いてもよい。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte has a function as a carrier of lithium ions. The liquid electrolyte constituting the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethylmethyl carbonate, and these are two or more kinds. It may be mixed and used. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 Compounds that can be added to the active material layer of the electrode can be similarly employed. The liquid electrolyte may further contain additives other than the above-mentioned components. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate. , 1-Methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylenecarbonate, 1-ethyl-2-vinylethylenecarbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylenecarbonate, vinyl Oxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acrylicoxymethylethylene carbonate, methacryloxymethylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, propargylethylene carbonate, ethynyloxymethylethylene carbonate, propargyloxyethylene carbonate, methyleneethylene carbonate, 1,1- Examples thereof include dimethyl-2-methyleneethylene carbonate. Of these, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate and vinylethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinylethylene carbonate are more preferable. Only one of these cyclic carbonic acid esters may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。 The gel polymer electrolyte has a structure in which the above-mentioned liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ionic conductive polymer. By using a gel polymer electrolyte as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is eliminated, and it is easy to block the ionic conductivity between the layers. Examples of the ionic conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene). PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA)) and copolymers thereof and the like.

ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。 The matrix polymer of the gel electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, a suitable polymerization initiator is used, and a polymerizable polymer for forming a polymer electrolyte (for example, PEO or PPO) is subjected to thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. It may be polymerized.

[集電体]
集電体を構成する材料に特に制限はないが、好適には金属が用いられる。
[Current collector]
The material constituting the current collector is not particularly limited, but a metal is preferably used.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅、その他合金等などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。 Specific examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, and other alloys. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Further, the foil may be a metal surface coated with aluminum. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoint of electron conductivity and battery operating potential.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。 The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires high energy density, a current collector having a large area is used. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive current collector plate and negative electrode current collector plate]
The material constituting the current collector plates (25, 27) is not particularly limited, and known highly conductive materials conventionally used as current collector plates for lithium ion secondary batteries can be used. As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. The same material may be used for the positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25, or different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体と集電板との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative electrode lead]
Further, although not shown, the current collector and the current collector plate may be electrically connected via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As the constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, a material used in a known lithium ion secondary battery can be similarly adopted. The part taken out from the exterior is heat-shrinkable with heat-resistant insulation so that it does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices) by contacting peripheral devices and wiring and causing electric leakage. It is preferable to cover with a tube or the like.

[参照電極]
参照電極31を構成する材料としては、例えば、Li金属やSn−Li合金などが挙げられる。本実施形態の参照電極31は、参照電極端子リード33の先端部分に参照電極31を構成する材料をコーティングしたり、貼り付けたりすることによって形成してもよい。参照電極31をコーティングする形態では、参照電極端子リード33となるニッケルの細線の先端部に錫をめっきし、これをリチウム電解液中で還元してLiメッキした参照電極31として使用する形態などが例示できるが、これらに制限されるものではない。また、参照電極31は、高精度に電位を計測しうるだけの大きさがあればよく、電池反応に影響がないようにできるだけ小さなものを正極活物質層15と負極活物質層13との間に置くことが好ましい。
[Reference electrode]
Examples of the material constituting the reference electrode 31 include Li metal and Sn—Li alloy. The reference electrode 31 of the present embodiment may be formed by coating or attaching a material constituting the reference electrode 31 to the tip end portion of the reference electrode terminal lead 33. In the form of coating the reference electrode 31, tin is plated on the tip of the thin nickel wire to be the reference electrode terminal lead 33, and this is reduced in a lithium electrolytic solution and used as the Li-plated reference electrode 31. By way of example, but not limited to these. Further, the reference electrode 31 may be large enough to measure the potential with high accuracy, and the reference electrode 31 should be as small as possible between the positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 so as not to affect the battery reaction. It is preferable to put it in.

参照電極端子リード33は、参照電極31と参照電極タブ35とを結ぶものである。そのため、正極活物質層15および負極活物質層13から電子的に絶縁されている必要があり、参照電極端子リード33の一部も、正極活物質層15および負極活物質層13から電子的に絶縁された電解質層(セパレータ17)内部に設置されうる。なお、参照電極端子リード33は、参照電極31として機能させるものではなく、参照電極31の電位を外部に取り出す端子リードとして機能すればよい。以上のことから、参照電極端子リード33を構成する材料としては、例えば、Ni金属、ステンレス、Fe金属などが挙げられる。 The reference electrode terminal lead 33 connects the reference electrode 31 and the reference electrode tab 35. Therefore, it is necessary to be electronically insulated from the positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13, and a part of the reference electrode terminal lead 33 is also electronically insulated from the positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13. It can be installed inside an insulated electrolyte layer (separator 17). The reference electrode terminal lead 33 does not function as the reference electrode 31, but may function as a terminal lead that takes out the potential of the reference electrode 31 to the outside. From the above, examples of the material constituting the reference electrode terminal lead 33 include Ni metal, stainless steel, and Fe metal.

参照電極タブ35は、電池外装体29を構成するラミネートシートの間で接合され、積層型電池10の外部に取り出した構造とされている。かかる構造とすることで、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止することができる。特に、電気自動車用の電池システムに用いる場合、外部からの衝撃により電池外部に取り出されている参照電極タブ33の部分が破断しない程度に、一定の厚さを有することが好ましい。参照電極タブ35としては、電極集電板27、25と同じ材料、厚さのものを、必要に応じて所定の幅にカットして用いることができる。参照電極タブ35を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。また参照電極タブ35の積層型電池10の外部への取り出しは、図1に示すように電極集電板27、25と異なる辺から取り出してもよいし、同じ辺から取り出してもよい。 The reference electrode tab 35 is joined between the laminated sheets constituting the battery exterior body 29, and has a structure taken out to the outside of the laminated battery 10. With such a structure, it is possible to prevent external impact and environmental deterioration during use. In particular, when used in a battery system for an electric vehicle, it is preferable to have a certain thickness so that the portion of the reference electrode tab 33 taken out to the outside of the battery is not broken by an impact from the outside. As the reference electrode tab 35, the same material and thickness as the electrode current collector plates 27 and 25 can be cut to a predetermined width and used. As the material constituting the reference electrode tab 35, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. Further, the laminated battery 10 of the reference electrode tab 35 may be taken out from a different side from the electrode current collector plates 27 and 25 as shown in FIG. 1, or may be taken out from the same side.

[電池外装体]
電池外装体29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[Battery exterior]
As the battery exterior 29, a known metal can case can be used, or a bag-shaped case using a laminated film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. As the laminated film, for example, a laminated film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but the laminated film is not limited thereto. A laminated film is desirable from the viewpoint of high output, excellent cooling performance, and suitable use for batteries for large equipment for EVs and HEVs. Further, since the group pressure applied to the power generation element from the outside can be easily adjusted and the thickness of the electrolytic solution layer can be easily adjusted, an aluminumate laminate is more preferable for the exterior body.

[セルサイズ]
図1並びに図2Aおよび図2Bに示すように、積層型電池10は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極集電板27および負極集電板25が引き出されている。発電要素21は、積層型電池10の電池外装体29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、正極集電板27および負極集電板25を外部に引き出した状態で密封されている。
[Cell size]
As shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, the laminated battery 10 has a rectangular flat shape, and a positive electrode current collector plate 27 and a negative electrode current collector for extracting electric power from both sides thereof. The plate 25 is pulled out. The power generation element 21 is wrapped by the battery exterior body 29 of the laminated battery 10, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 21 has a positive electrode current collector plate 27 and a negative electrode current collector plate 25 pulled out to the outside. It is sealed with.

発電要素を外装体で覆った電池構造体は、昨今、自動車用途などにおいては、大型化された電池が求められていることから負極活物質層が矩形状(長方形状)であり、当該長方形の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、負極活物質層の短辺の長さとは、各電極の中で最も長さが短い辺を指す。電池構造体の短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、充電時に発生したガスが面方向に均一に排出されることが可能となるため、好ましい。その結果、長期間使用した場合のサイクル耐久性(放電容量維持率)を向上させることができる。 In the battery structure in which the power generation element is covered with an exterior body, the negative electrode active material layer has a rectangular shape (rectangular shape) because a large-sized battery is recently required for automobile applications and the like. The length of the short side is preferably 100 mm or more. Such large batteries can be used in vehicle applications. Here, the length of the short side of the negative electrode active material layer refers to the side having the shortest length among the electrodes. The upper limit of the length of the short side of the battery structure is not particularly limited, but is usually 400 mm or less. Further, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2. The aspect ratio of the electrodes is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, the gas generated during charging can be uniformly discharged in the surface direction, which is preferable. As a result, the cycle durability (discharge capacity retention rate) when used for a long period of time can be improved.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、高エネルギー密度電池の観点として、本発明に係る非水電解質二次電池においては、電池体積や電池容量の関係から電池が高密度のものであることが規定されている。具体的に、本発明に係る非水電解質二次電池において、定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値は、10cm/Ah以下である。また、本発明に係る非水電解質二次電池の定格容量は3Ah以上である。この大型化電池は、単位体積当たりの電池容量が大きく、言い換えれば、単位容量当たりの電池体積(定格容量に対する電池体積の比)が小さく(10cm/Ah以下)、かつ電池容量(定格容量)が大きい(3Ah以上)ものとして規定している。 Further, from the viewpoint of a high energy density battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the battery has a high density due to the relationship between the battery volume and the battery capacity. It is stipulated that. Specifically, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the value of the ratio of the battery volume (the product of the projected area of the battery including the battery exterior and the thickness of the battery) to the rated capacity is 10 cm 3 / Ah. It is as follows. Further, the rated capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is 3 Ah or more. This large-sized battery has a large battery capacity per unit volume, in other words, the battery volume per unit capacity (ratio of the battery volume to the rated capacity) is small (10 cm 3 / Ah or less), and the battery capacity (rated capacity). Is specified as large (3Ah or more).

定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と厚みとの積)の比の値が10cm/Ahを超える場合には、上述したように、そもそも本発明が解決すべき課題が生じないため、その解決手段を適用する必要もないといえる。また、定格容量が3Ah未満の場合には、容量が小さいために本発明の解決課題が生じないほか、大型化電池とするには不十分である。 When the value of the ratio of the battery volume (the product of the projected area of the battery including the battery exterior and the thickness) to the rated capacity exceeds 10 cm 3 / Ah, as described above, the problem to be solved by the present invention in the first place. It can be said that it is not necessary to apply the solution because the problem does not occur. Further, when the rated capacity is less than 3 Ah, the problem to be solved by the present invention does not occur because the capacity is small, and it is insufficient to make a large-sized battery.

上記定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と厚みとの積)の比の値の上限は、好ましくは8cm/Ah以下である。一方、定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と厚みとの積)の比の値の下限は特に制限されるものではないが、2cm/Ah以上であればよく、好ましくは3cm/Ah以上である。また、定格容量は、好ましくは5Ah以上であり、より好ましくは10Ah以上、さらに好ましくは15Ah以上、特に好ましくは20Ah以上、なかでも好ましくは25Ah以上である。このように高容量かつ高密度の電池とされて初めて、固溶体正極活物質から酸素ガスの発生に起因して、非水電解質二次電池のサイクル耐久性の低下という問題が顕在化するのである。一方、従来の民生型電池のような、上記のように高容量かつ高密度ではない電池においては、固溶体正極活物質から酸素ガスが発生したとしても、これに伴う非水電解質二次電池のサイクル耐久性の低下はみられない。 The upper limit of the ratio of the battery volume (the product of the projected area and the thickness of the battery including the battery exterior) to the rated capacity is preferably 8 cm 3 / Ah or less. On the other hand, the lower limit of the value of the ratio of the battery volume (the product of the projected area and the thickness of the battery including the battery exterior) to the rated capacity is not particularly limited, but it may be 2 cm 3 / Ah or more. It is preferably 3 cm 3 / Ah or more. The rated capacity is preferably 5 Ah or more, more preferably 10 Ah or more, further preferably 15 Ah or more, particularly preferably 20 Ah or more, and particularly preferably 25 Ah or more. Only when such a high-capacity and high-density battery is used, the problem of deterioration of the cycle durability of the non-aqueous electrolyte secondary battery becomes apparent due to the generation of oxygen gas from the solid solution positive electrode active material. On the other hand, in a battery such as a conventional consumer battery, which has a high capacity and is not high density as described above, even if oxygen gas is generated from the solid solution positive electrode active material, the cycle of the non-aqueous electrolyte secondary battery is accompanied by the oxygen gas. There is no decrease in durability.

非水電解質二次電池の定格容量は、以下により求められる。 The rated capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery is determined by the following.

(定格容量の測定方法)
定格容量は、試験用電池について、電解液を注入した後で、10時間程度放置し、その後、温度25℃、3.0Vから4.15Vの電圧範囲で、次の手順1〜5によって測定される。
(Measuring method of rated capacity)
The rated capacity of the test battery is measured by the following steps 1 to 5 in the voltage range of 3.0 V to 4.15 V at a temperature of 25 ° C. after injecting the electrolytic solution and leaving it for about 10 hours. To.

手順1:0.1Cの定電流充電にて4.15Vに到達した後、5分間休止する。 Step 1: After reaching 4.15V with a constant current charge of 0.1C, rest for 5 minutes.

手順2:手順1の後、定電圧充電にて1.5時間充電し、5分間休止する。 Step 2: After step 1, charge for 1.5 hours with constant voltage charging and rest for 5 minutes.

手順3:0.1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間休止する。 Step 3: After reaching 3.0V by constant current discharge of 0.1C, discharge by constant voltage discharge for 2 hours, and then rest for 10 seconds.

手順4:0.1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧充電にて2.5時間充電し、その後、10秒間休止する。 Step 4: After reaching 4.1 V by constant current charging of 0.1 C, charge by constant voltage charging for 2.5 hours, and then rest for 10 seconds.

手順5:0.1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間停止する。 Step 5: After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.1 C, discharge by constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.

定格容量:手順5における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を定格容量とする。 Rated capacity: The rated capacity is the discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in step 5.

電池体積は、電池外装体まで含めた電池の投影面積と厚みとの積により求める。このうち、電池外装体まで含めた電池の投影面積に関しては、正面、背面、右側面、左側面、平面、底面の6つの電池の投影面積が得られるが、このうちの最大の電池の投影面積を用いればよく、通常は、電池を平板上に最も安定した状態に置いた際の平面または底面の電池の投影面積である。また、電池外装体まで含めた電池の厚みは、満充電時の厚みを測定するものとする。また、電池外装体まで含めた電池の厚みは、測定箇所によるばらつきを考慮し、8か所以上を測定し、これらを平均した値とする。例えば、後述する実施例では、発電要素の2本の対角線をそれぞれ5等分した点(計9点)またはその近傍で電池外装体まで含めた電池の厚みを測定し、これらを平均した値とした。 The battery volume is obtained by multiplying the projected area and the thickness of the battery including the battery exterior. Of these, regarding the projected area of the battery including the battery exterior, the projected area of the six batteries, front, back, right side, left side, plane, and bottom, can be obtained, and the largest projected area of the battery is obtained. Is usually used, which is the projected area of the battery on a flat surface or a bottom surface when the battery is placed on a flat plate in the most stable state. In addition, the thickness of the battery including the battery exterior shall be measured when fully charged. Further, the thickness of the battery including the battery exterior is measured at 8 or more points in consideration of the variation depending on the measurement points, and these are averaged values. For example, in the embodiment described later, the thickness of the battery including the battery exterior is measured at or near the points where the two diagonal lines of the power generation element are each divided into five equal parts (9 points in total), and these are averaged. did.

《非水電解質二次電池の製造方法》
本発明の一形態は、非水電解質二次電池の製造方法に関する。ここで、本形態に係る非水電解質二次電池の製造方法においては、上記固溶体正極活物質およびケイ素含有負極活物質を用いた高容量かつ高密度の非水電解質二次電池を製造する際に、活性化すべき固溶体正極活物質を含有する発電要素に対して活性化処理(充電処理)を施す。この活性化処理(充電処理)により、上記固溶体正極活物質の結晶構造の再編成(層状構造(LiMnO)からスピネル構造(LiMn)への変化)が起こり、それによって固溶体正極活物質の高容量化が達成されうる。このように、活性化処理を経て高容量化された固溶体正極活物質を、本明細書においては「活性化された固溶体正極活物質」と称する。なお、活性化処理を行う前までの製造工程については、非水電解質二次電池の製造に関する従来公知の知見が適宜参照されうる。
<< Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery >>
One embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery. Here, in the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, when a high-capacity and high-density non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured using the solid solution positive electrode active material and the silicon-containing negative electrode active material. , The power generation element containing the solid solution positive electrode active material to be activated is subjected to activation treatment (charging treatment). This activation treatment (charging treatment) causes a reorganization of the crystal structure of the solid solution positive electrode active material (change from a layered structure (Li 2 MnO 3 ) to a spinel structure (LiMn 2 O 4 )), thereby causing a solid solution positive electrode. Higher capacity of active material can be achieved. As described above, the solid solution positive electrode active material whose capacity has been increased through the activation treatment is referred to as "activated solid solution positive electrode active material" in the present specification. As for the manufacturing process before the activation treatment, conventionally known knowledge regarding the manufacturing of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be appropriately referred to.

本形態に係る非水電解質二次電池の製造方法において、固溶体正極活物質の活性化処理を行うには、セルを構成した後、活性化すべき固溶体正極活物質を含有する発電要素に対して充電処理(または充放電処理)を施せばよい。この際、結晶構造の再編成を生じさせるのに必要な具体的な条件(結晶構造の再編成が生じるのに必要な発電要素の充電状態の下限値など)については、従来公知の知見が適宜参照されうる。一例として、当該充電処理により充電される発電要素における正極の最高電位が、リチウム金属対極に対して4.3V以上となるような充電状態まで、充電処理(または充放電処理)を施すことが挙げられる。なお、「活性化すべき固溶体正極活物質」は、活性化処理によって結晶構造の再編成の余地のある固溶体正極活物質であれば特に制限はなく、まったく活性化処理を施されていない活物質であってもよいし、既に多少の活性化処理を施された活物質であってもよい。 In the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, in order to perform the activation treatment of the solid solution positive electrode active material, after forming the cell, the power generation element containing the solid solution positive electrode active material to be activated is charged. The treatment (or charge / discharge treatment) may be performed. At this time, conventionally known knowledge is appropriate for the specific conditions necessary for causing the reorganization of the crystal structure (such as the lower limit of the charged state of the power generation element required for the reorganization of the crystal structure to occur). Can be referenced. As an example, the charging process (or charging / discharging process) may be performed until the maximum potential of the positive electrode in the power generation element charged by the charging process becomes 4.3 V or more with respect to the lithium metal counter electrode. Be done. The "solid solution positive electrode active material to be activated" is not particularly limited as long as it is a solid solution positive electrode active material that has room for reorganization of the crystal structure by the activation treatment, and is an active material that has not been activated at all. It may be present, or it may be an active material that has already been subjected to some activation treatment.

ここで、本発明者らは、上述したような固溶体正極活物質を正極に用いた非水電解質二次電池について検討を行ったところ、新たな課題を知得した。すなわち、高容量かつ高密度(電池容量あたりの電池体積が小さい)の電池にこのような固溶体正極活物質を適用すると、当該正極活物質からの酸素ガス発生に起因して、サイクル耐久性が低下する場合があることが判明したのである。 Here, the present inventors have studied a non-aqueous electrolyte secondary battery using the solid solution positive electrode active material as the positive electrode as described above, and have found a new problem. That is, when such a solid solution positive electrode active material is applied to a high-capacity and high-density (battery volume per battery capacity is small) battery, the cycle durability is lowered due to the generation of oxygen gas from the positive electrode active material. It turned out that there was a case.

このような課題を解決することを目的として、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、活性化処理における充電処理(または充放電処理)における充電状態の上限値を規定し、当該上限値を超えないように発電要素に対して充電処理(活性化処理)を施すことで上記課題が解決されうることを見出した。なお、従来技術においては、酸素ガスが発生するのが高充電状態領域に存在するとの認識はなかった。このため、固溶体正極活物質を可能な限り高容量化するという観点から、酸素ガスが発生する上限値の充電状態を超えて活性化処理を施すことが一般的であった。本発明者らが知得した上記解決手段は、従来技術におけるこのような常識に反するものである。すなわち、本形態に係る非水電解質二次電池の製造方法では、前記活性化処理において、発電要素の充電状態の値が当該発電要素の充電状態とガス発生量との関係から予め設定された充電状態の上限値を超えないように、活性化処理における充電処理(または充放電処理)を制御する。このような制御を行うことで、固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生に起因する負極の酸化が防止される。その結果、処理の充放電容量を多少犠牲にしたとしても、負極の酸化に起因する容量低下やA/C比の不均衡が防止され、最終的には電池のサイクル耐久性の低下を抑制することができるのである。なかでも、好ましい実施形態においては、前記活性化処理において、発電要素の充電状態の値が上記所定の上限値に到達した場合に、当該活性化処理における充電処理を終了させる。このような構成とすることにより、酸素ガスの発生を最小限に抑制しつつ、可能な限り高容量を発現できるように活性化処理を施すことが可能となる。 For the purpose of solving such a problem, the present inventors have conducted diligent studies. As a result, the upper limit value of the charge state in the charge process (or charge / discharge process) in the activation process is defined, and the power generation element is subjected to the charge process (activation process) so as not to exceed the upper limit value. We found that the problem could be solved. In the prior art, there was no recognition that oxygen gas was generated in the high charge state region. Therefore, from the viewpoint of increasing the capacity of the solid solution positive electrode active material as much as possible, it is common to perform the activation treatment beyond the charging state of the upper limit value at which oxygen gas is generated. The above-mentioned solution that the present inventors have learned is contrary to such common sense in the prior art. That is, in the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, in the activation process, the value of the charge state of the power generation element is set in advance from the relationship between the charge state of the power generation element and the amount of gas generated. The charge process (or charge / discharge process) in the activation process is controlled so as not to exceed the upper limit of the state. By performing such control, oxidation of the negative electrode due to generation of oxygen gas from the solid solution positive electrode active material is prevented. As a result, even if the charge / discharge capacity of the treatment is sacrificed to some extent, the capacity decrease due to the oxidation of the negative electrode and the imbalance of the A / C ratio are prevented, and finally the decrease in the cycle durability of the battery is suppressed. You can do it. Above all, in the preferred embodiment, when the value of the charge state of the power generation element reaches the predetermined upper limit value in the activation process, the charge process in the activation process is terminated. With such a configuration, it is possible to perform the activation treatment so that the generation of oxygen gas can be suppressed to the minimum and the maximum capacity can be expressed.

図3Aは、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法のうち、特に活性化処理を実施するための制御装置を含む構成を示すブロック図である。図3Bは、図3Aの制御装置(の特に記憶部)に記憶される充電状態の上限値を設定する根拠となる充電状態(正極容量)と、正極電位(●)および酸素ガス発生量(○)との関係の一例を示す図である。 FIG. 3A is a block diagram showing a configuration including a control device for carrying out an activation treatment, among the methods for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 3B shows a charging state (positive electrode capacity), a positive electrode potential (●), and an oxygen gas generation amount (◯), which are the basis for setting an upper limit value of the charging state stored in the control device (particularly the storage unit) of FIG. 3A. It is a figure which shows an example of the relationship with).

本実施形態に係る非水電解質二次電池の制御装置は、図3Aに示すように、上述した積層型電池10(活性化すべき固溶体正極活物質を含有する発電要素を備える)に含まれる固溶体正極活物質に対して活性化処理を施す際に充電装置200を制御する。そして、この制御装置は、充電装置200を制御するための構成として、制御部100と、電流センサ110と、電圧センサ120と、を備える。 As shown in FIG. 3A, the control device for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is a solid solution positive electrode contained in the above-mentioned laminated battery 10 (including a power generation element containing a solid solution positive electrode active material to be activated). The charging device 200 is controlled when the active material is subjected to the activation treatment. The control device includes a control unit 100, a current sensor 110, and a voltage sensor 120 as a configuration for controlling the charging device 200.

本実施形態に係る制御部100は、充電装置200を制御することにより、積層型電池10を構成する発電要素21の活性化処理における充電処理(または充放電処理)を制御する。制御部100は、CPUまたはMPU等の制御ユニットと、ROM、RAM等の記憶部とを有している。制御部100は、電流センサ110により検出される積層型電池10に流れる充放電電流(=発電要素21に流れる充放電電流)や、電圧センサ120により検出される積層型電池10の端子電圧(=発電要素21の端子電圧)に基づいて、発電要素21の充電および放電の制御や発電要素21の充電状態、具体的にはSOC値(State of Charge)の算出を行う。本実施形態において、制御部100は、次に説明する活性化処理を含む積層型電池10の製造方法を実行するために、積層型電池10に流れる電流(発電要素21に流れる電流)を電流センサ110で検出する。また、制御部100は、積層型電池10の端子電圧(=発電要素21の端子電圧)を電圧センサ120で検出する。 The control unit 100 according to the present embodiment controls the charging process (or charging / discharging process) in the activation process of the power generation element 21 constituting the laminated battery 10 by controlling the charging device 200. The control unit 100 has a control unit such as a CPU or MPU, and a storage unit such as a ROM or RAM. The control unit 100 has a charge / discharge current (= charge / discharge current flowing through the power generation element 21) detected by the current sensor 110 and a terminal voltage (=) of the laminated battery 10 detected by the voltage sensor 120. Based on the terminal voltage of the power generation element 21), the charge and discharge of the power generation element 21 are controlled, and the charge state of the power generation element 21, specifically, the SOC value (State of Charge) is calculated. In the present embodiment, the control unit 100 determines the current flowing through the laminated battery 10 (current flowing through the power generation element 21) in order to execute the method for manufacturing the laminated battery 10 including the activation process described below. Detect at 110. Further, the control unit 100 detects the terminal voltage of the laminated battery 10 (= the terminal voltage of the power generation element 21) with the voltage sensor 120.

本実施形態に係る制御部100が有する記憶部(図示せず)には、発電要素21を充電する際の充電状態の上限値が予め記憶される。制御部100は、この上限値を超えないように活性化処理(充電処理または充放電処理)を実行する。 In the storage unit (not shown) of the control unit 100 according to the present embodiment, the upper limit value of the charging state when charging the power generation element 21 is stored in advance. The control unit 100 executes the activation process (charging process or charge / discharge process) so as not to exceed this upper limit value.

ここで、充電状態の上限値は以下のようにして設定される。すなわち、具体的な例は実施例の項で詳述するが、本発明者らが検証したところ、積層型電池10の充電状態(=発電要素21の充電状態(正極容量))と酸素ガス発生量との関係は、図3Bの○印で示したグラフのようになる。つまり、種々の容量に充電したリチウムイオン二次電池について酸素ガス発生量を確認すると、正極容量Cを境界にして酸素ガスの発生量が急激に増加する。一方、積層型電池10の充電状態(=発電要素21の充電状態(正極容量))と正極電位(リチウム金属対極に対する電位)との関係は、図3Bの●印で示したグラフのようになる。したがって、充電状態(正極容量)−酸素ガス発生量のグラフにおいて酸素ガスの発生量が急激に増加する充電状態(正極容量C)に相当する正極電位EMAXを充電状態の上限値として設定し、活性化処理のための充電処理または充放電処理において正極電位Eが上限値EMAXを超えないようにすれば、発電要素21の正極を構成する固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生を防止することができる。その結果、酸素ガスの発生に起因するサイクル耐久性の低下を効果的に防止することが可能となる。なお、本発明の制御を実施するための発電要素(正極容量)の上限値は、用いられる固溶体正極活物質の種類や配合量、各活物質層に含まれるその他の材料や配合量など、種々の要因によって変動しうる。しかしながら、図3Bに示すような予備検討を行っておくことで、本発明の制御を実施するための発電要素(正極容量)の上限値を帰納的に求めることが可能である。この上限値(酸素ガスの発生量が急激に増加する充電状態(正極容量C)に相当する正極電位EMAX)は、例えば、図3Bに示す正極容量−ガス発生量のグラフにおいて、その微分係数(容量をCとし、ガス発生量をAとしたときのΔA/ΔCについてのΔC→0の極限値)が200以上となる点における正極容量をC1とし、それに対応する正極電位をEMAXとすることにより決定することができる。 Here, the upper limit of the state of charge is set as follows. That is, a specific example will be described in detail in the section of Examples, but as a result of verification by the present inventors, the charge state of the laminated battery 10 (= charge state of the power generation element 21 (positive electrode capacity)) and oxygen gas generation. The relationship with the quantity is as shown in the graph indicated by the circle in FIG. 3B. That confirms the oxygen gas generation amount of the lithium ion secondary battery has been charged to the various volumes, the amount of oxygen gas is rapidly increased by the positive electrode capacity C 1 in the boundary. On the other hand, the relationship between the charged state of the laminated battery 10 (= the charged state of the power generation element 21 (positive electrode capacity)) and the positive electrode potential (potential with respect to the lithium metal counter electrode) is as shown in the graph shown by ● in FIG. 3B. .. Thus, state of charge (positive electrode capacity) - Sets the positive electrode potential E MAX corresponding to the charging state (the positive electrode capacity C 1) generation of oxygen gas in the graph of the oxygen gas generation amount is rapidly increased as the upper limit of the state of charge , prevented in the charging process or the charge-discharge process for the activation treatment positive electrode potential E if not to exceed the upper limit value E MAX, the generation of oxygen gas from the solid solution positive electrode active material constituting the positive electrode of the power generating element 21 can do. As a result, it is possible to effectively prevent a decrease in cycle durability due to the generation of oxygen gas. The upper limit of the power generation element (positive electrode capacity) for carrying out the control of the present invention varies depending on the type and blending amount of the solid solution positive electrode active material used, other materials and blending amounts contained in each active material layer, and the like. It can vary depending on the factors of. However, by conducting a preliminary study as shown in FIG. 3B, it is possible to inductively obtain an upper limit value of the power generation element (positive electrode capacity) for carrying out the control of the present invention. The upper limit (positive electrode potential E MAX corresponding to the state of charge generation of oxygen gas is rapidly increased (positive electrode capacity C 1)), for example, positive electrode capacity shown in FIG. 3B - in the graph of gas generation, the differential The positive electrode capacity at the point where the coefficient (the limit value of ΔC → 0 for ΔA / ΔC when the capacity is C and the amount of gas generated is A) is 200 or more is C1, and the corresponding positive electrode potential is EMAX . Can be determined by doing.

一方、本発明者らが推定しているところによれば、本発明の制御を実施するための発電要素(正極容量)の上限値は、演繹的にも算出可能であると考えられる。すなわち、固溶体正極活物質を構成するリチウム含有遷移金属酸化物の結晶構造において、活性カ処理の際の充電初期には3bサイトおよび4hサイトから優先的にリチウムイオンが放出される。そして、その後も充電処理を継続すると、2cサイトからもリチウムイオンが放出され、その結果、Li(2b)−O−Li(2c)間の軌道相互作用が低下し、酸素原子が分子状酸素(O)として結晶構造の外部に放出されるものと本発明者らは推定している。したがって、固溶体正極活物質を構成するリチウム含有遷移金属酸化物の結晶構造において、リチウムイオンが存在しうるすべてのサイト(3b、4h、2b、2c)のうち、3bサイトおよび4hサイトに存在するリチウムイオンのみが放出されるように活性化処理の際の充電処理を行えば、酸素ガスの発生は防止されるものと考えられる。ここで、例えば上述した化学式(1)で表される組成を有するリチウム含有遷移金属酸化物において、リチウムの組成比は(1+d)で表される。そして、本明細書においては、この(1+d)モルのリチウムのうち、活性化処理(充電処理)によって放出される(つまり、充電に寄与する)リチウムの量を「リチウム利用量」と称するものとする。そして、このリチウム利用量が3bサイトおよび4hサイトに存在するリチウム量以下であれば、酸素ガスの発生は防止されるものと考えられる。したがって、このことに基づけば、活性化処理(充電処理)におけるリチウム利用量が3bサイトおよび4hサイトに存在するリチウム量以下となるように、本発明の制御を実施するための発電要素(正極容量)の上限値を算出することが可能である。 On the other hand, according to the estimation by the present inventors, it is considered that the upper limit value of the power generation element (positive electrode capacity) for carrying out the control of the present invention can be calculated deductively. That is, in the crystal structure of the lithium-containing transition metal oxide constituting the solid solution positive electrode active material, lithium ions are preferentially released from the 3b site and the 4h site at the initial stage of charging during the active treatment. When the charging process is continued after that, lithium ions are also released from the 2c site, and as a result, the orbital interaction between Li (2b) and O-Li (2c) is reduced, and the oxygen atom becomes molecular oxygen ( The present inventors presume that it is released to the outside of the crystal structure as O 2). Therefore, in the crystal structure of the lithium-containing transition metal oxide constituting the solid solution positive electrode active material, lithium present at the 3b site and the 4h site among all the sites (3b, 4h, 2b, 2c) where lithium ions can exist. It is considered that the generation of oxygen gas can be prevented by performing the charging treatment during the activation treatment so that only the ions are released. Here, for example, in the lithium-containing transition metal oxide having the composition represented by the above-mentioned chemical formula (1), the composition ratio of lithium is represented by (1 + d). In the present specification, out of this (1 + d) mol of lithium, the amount of lithium released by the activation treatment (charging treatment) (that is, contributing to charging) is referred to as "lithium utilization amount". do. If the amount of lithium used is equal to or less than the amount of lithium existing at the 3b site and the 4h site, it is considered that the generation of oxygen gas is prevented. Therefore, based on this, a power generation element (positive electrode capacity) for carrying out the control of the present invention so that the amount of lithium utilized in the activation treatment (charging treatment) is equal to or less than the amount of lithium existing at the 3b site and the 4h site. ) Can be calculated.

ここで、一般的な充電状態SOCの算出には、電圧センサ120により積層型電池10(=発電要素21)の開回路電圧(無負荷状態における積層型電池10の両端子間電圧)を用いることができる。ただし、積層型電池10(すなわち、発電要素21)の正極を構成する固溶体正極活物質から酸素ガスの発生は、充電状態にある固溶体正極活物質からのリチウムイオンの放出による活物質の構造変化によって生じる。したがって、本実施形態のように酸素ガスの発生を抑制する制御においては、上述した正極電位Eを測定する参照電極31を用いて正極電位の上限値EMAXを超えないように制御することが好ましい。ここで、図3Aに示す電流センサ110および電圧センサ120、並びに図2B等に示す参照電極31は、充電状態検出センサとして機能する。 Here, in the calculation of the general charge state SOC, the open circuit voltage of the laminated battery 10 (= power generation element 21) (voltage between both terminals of the laminated battery 10 in the no-load state) is used by the voltage sensor 120. Can be done. However, the generation of oxygen gas from the solid solution positive electrode active material constituting the positive electrode of the laminated battery 10 (that is, the power generation element 21) is due to the structural change of the active material due to the release of lithium ions from the solid solution positive electrode active material in the charged state. Occurs. Accordingly, in the control of suppressing the generation of oxygen gas as in the present embodiment, it is preferable to control so as not to exceed the upper limit E MAX of the cathode potential with a reference electrode 31 for measuring the above-mentioned positive electrode potential E .. Here, the current sensor 110 and the voltage sensor 120 shown in FIG. 3A, and the reference electrode 31 shown in FIG. 2B and the like function as a charge state detection sensor.

上記では、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法における固溶体正極活物質の活性化処理に本発明の制御を適用する場合について説明した。ただし、本発明の制御は、非水電解質二次電池の使用時(運転時)にも適用可能である。すなわち、上述した活性化処理を経て製造された非水電解質二次電池(正極は活性化された固溶体正極活物質を含有する)を使用する際の充電処理(または充放電処理)にも、本発明の制御は適用可能である。以下では、電気自動車に搭載された本発明に係る非水電解質二次電池の使用時(運転時)における制御について、説明する。 In the above, the case where the control of the present invention is applied to the activation treatment of the solid solution positive electrode active material in the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment of the present invention has been described. However, the control of the present invention can also be applied when the non-aqueous electrolyte secondary battery is used (during operation). That is, the present invention can also be used for charging (or charging / discharging) when using a non-aqueous electrolyte secondary battery (the positive electrode contains an activated solid solution positive electrode active material) manufactured through the above-mentioned activation treatment. The controls of the invention are applicable. Hereinafter, the control of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention mounted on the electric vehicle during use (during operation) will be described.

図4は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を搭載した電気自動車を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an electric vehicle equipped with a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.

図4に示すように、本実施形態に係る電気自動車300は、上述した積層型電池10と、上述した制御装置(制御部100、電流センサ110および電圧センサ120を備える)と、インバータ310と、モータ320と、を備える。制御部100、電流センサ110および電圧センサ120は、図3Aに示す制御部100、電流センサ110および電圧センサ120と同様の構成であるため、説明を省略する。なお、図4に示す電気自動車300は、積層型電池10と、上述した制御装置とを備えていることから、非水電解質二次電池システムであるということもできる。 As shown in FIG. 4, the electric vehicle 300 according to the present embodiment includes the above-mentioned laminated battery 10, the above-mentioned control device (including a control unit 100, a current sensor 110, and a voltage sensor 120), an inverter 310, and an inverter 310. It includes a motor 320. Since the control unit 100, the current sensor 110, and the voltage sensor 120 have the same configuration as the control unit 100, the current sensor 110, and the voltage sensor 120 shown in FIG. 3A, the description thereof will be omitted. Since the electric vehicle 300 shown in FIG. 4 includes the laminated battery 10 and the control device described above, it can be said that the electric vehicle 300 is a non-aqueous electrolyte secondary battery system.

インバータ310は、積層型電池10が発生する直流電力を、交流電力に変換してモータ320に与え、モータ320を駆動させて電気自動車300を走行させる。また、インバータ310は、電気自動車300の制動時にモータ320が発生する交流電力である回生電力を、直流電力に変換して積層型電池10に与え、積層型電池10を充電する。 The inverter 310 converts the DC power generated by the laminated battery 10 into AC power and gives it to the motor 320 to drive the motor 320 to drive the electric vehicle 300. Further, the inverter 310 converts the regenerative power, which is the AC power generated by the motor 320 when the electric vehicle 300 is braked, into DC power and gives it to the laminated battery 10, and charges the laminated battery 10.

このようにしてモータ320が発生する回生電力によって積層型電池10が充電される際に、本発明の制御が適用可能である。すなわち、本実施形態において、制御部100は、積層型電池10の使用時(電気自動車300の走行時)における回生電力による充電処理(または充放電処理)を、上記と同様にして制御する。具体的には、図3Bに示す充電状態(正極容量)−酸素ガス発生量のグラフにおいて酸素ガスの発生量が急激に増加する充電状態(正極容量C)に相当する正極電位EMAXを充電状態の上限値として設定し、回生電力による充電処理(または充放電処理)において正極電位Eが上限値EMAXを超えないようにすれば、発電要素21の正極を構成する固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生を防止することができる。その結果、酸素ガスの発生に起因するサイクル耐久性の低下を効果的に防止することが可能となる。もちろん、本実施形態におけるような制御においても、上記と同様に、正極電位Eを測定する参照電極31を用いて正極電位の上限値EMAXを超えないように制御することが好ましい。このような構成とすることにより、酸素ガスの発生を最小限に抑制しつつ、可能な限り多くの回生電力を発電要素21の充電に利用することが可能となる。 When the laminated battery 10 is charged by the regenerative power generated by the motor 320 in this way, the control of the present invention can be applied. That is, in the present embodiment, the control unit 100 controls the charging process (or charging / discharging process) by the regenerative power when the laminated battery 10 is used (when the electric vehicle 300 is running) in the same manner as described above. Specifically, the charge state shown in FIG. 3B (the positive electrode capacity) - charging the positive electrode potential E MAX generation of oxygen gas generation amount of the oxygen gas in the graph is equivalent to the state of charge increases rapidly (the positive electrode capacity C 1) set the upper limit of the state, in the charging process by regenerative power (or the charge-discharge process) is positive electrode potential E if not to exceed the upper limit value E MAX, from a solid solution positive electrode active material constituting the positive electrode of the power generating element 21 It is possible to prevent the generation of oxygen gas. As a result, it is possible to effectively prevent a decrease in cycle durability due to the generation of oxygen gas. Of course, in the control as in the present embodiment, similarly to the above, it is preferable to control so as not to exceed the upper limit E MAX of the cathode potential with a reference electrode 31 for measuring the positive electrode potential E. With such a configuration, it is possible to use as much regenerative power as possible for charging the power generation element 21 while suppressing the generation of oxygen gas to the minimum.

上記の説明では、積層型電池10の使用時における本発明の制御の適用例について、電気自動車の走行時における回生電力による充電処理の制御を例に挙げて説明した。ただし、本発明の制御は、これ以外にも、例えば充電装置を用いた積層型電池10の通常の充電処理にも適用可能である。 In the above description, an application example of the control of the present invention when the laminated battery 10 is used has been described by exemplifying the control of the charging process by the regenerative power when the electric vehicle is running. However, the control of the present invention can also be applied to, for example, a normal charging process of the laminated battery 10 using a charging device.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The effects of the present invention will be described with reference to the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(正極サンプルの作製)
正極活物質として、LiMnOとLiNi0.375Co0.375Mn0.25とを1:9のモル比で含有する固溶体であるリチウム含有遷移金属酸化物を、従来公知の複合炭酸塩法を用いて調製した。このリチウム含有遷移金属酸化物の組成式は、
Li[Ni0.3375Co0.3375Mn0.325[Li]0.1]O2.1
であった。これを化学式(1)に当てはめると、z=2.1(原子価を満足する酸素数)、a=b=0.3375、c=0.325、d=0.1、a+b+c=1となる。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode sample)
A conventionally known composite of a lithium-containing transition metal oxide which is a solid solution containing Li 2 MnO 3 and LiNi 0.375 Co 0.375 Mn 0.25 O 2 in a molar ratio of 1: 9 as a positive electrode active material. Prepared using the carbonate method. The composition formula of this lithium-containing transition metal oxide is
Li [Ni 0.3375 Co 0.3375 Mn 0.325 [Li] 0.1 ] O 2.1
Met. When this is applied to the chemical formula (1), z = 2.1 (the number of oxygen satisfying the valence), a = b = 0.3375, c = 0.325, d = 0.1, a + b + c = 1. ..

このようにして準備した固溶体正極活物質(リチウム含有遷移金属酸化物)90質量部と、導電助剤として燐片状黒鉛1質量部およびアセチレンブラック4質量部と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量部と、粘度調整溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)74質量部とを準備した。そして、PVDF5質量部をNMP50質量部に溶解してバインダ溶液を調製した。次いで、燐片状黒鉛1質量部およびアセチレンブラック4質量部(合計5質量部)と、固溶体正極活物質(リチウム含有遷移金属酸化物)90質量部とを、上記バインダ溶液60質量部に加え、プラネタリーミキサー(プライミクス社製、ハイビスミックス2P−03型)にて混練し、その後、混練物にNMP24質重量部を加えて、正極活物質スラリー(固形分濃度60質量%)を得た。 90 parts by mass of the solid solution positive electrode active material (lithium-containing transition metal oxide) prepared in this manner, 1 part by mass of lyphite graphite and 4 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. 5 parts by mass and 74 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a viscosity adjusting solvent were prepared. Then, 5 parts by mass of PVDF was dissolved in 50 parts by mass of NMP to prepare a binder solution. Next, 1 part by mass of flake graphite, 4 parts by mass of acetylene black (5 parts by mass in total), and 90 parts by mass of the solid solution positive electrode active material (lithium-containing transition metal oxide) were added to 60 parts by mass of the binder solution. The mixture was kneaded with a planetary mixer (Hibismix 2P-03 type manufactured by Primex Co., Ltd.), and then 24 parts by weight of NMP was added to the kneaded product to obtain a positive electrode active material slurry (solid content concentration 60% by mass).

その後、集電体として20μm厚の(シート状の)アルミニウム集電箔の片面に、上記正極活物質スラリーをバーコーターにより(乾燥後の正極活物質層の質量が概ね3.5mg/cmとなるように)塗布した。続いて、この正極活物質スラリーを塗布した集電箔を、ホットプレート上にて乾燥(120℃〜130℃、乾燥時間10分)させて、正極活物質層を形成した。なお、この乾燥処理により、正極活物質層に残留するNMP量を0.02質量%以下とした。このようにして、シート状正極を得た。 Then, the positive electrode active material slurry was applied to one side of a 20 μm-thick (sheet-shaped) aluminum current collector foil as a current collector by a bar coater (the mass of the positive electrode active material layer after drying was approximately 3.5 mg / cm 2 ). (To be) applied. Subsequently, the current collector foil coated with the positive electrode active material slurry was dried on a hot plate (120 ° C. to 130 ° C., drying time 10 minutes) to form a positive electrode active material layer. By this drying treatment, the amount of NMP remaining in the positive electrode active material layer was set to 0.02% by mass or less. In this way, a sheet-shaped positive electrode was obtained.

次に、上記シート状正極をローラープレスにかけて圧縮成形し、切断して、片面の正極活物質層の質量を約3.5mg/cmに、厚さを約50μmに、密度を2.70g/cmに調整した。 Next, the sheet-shaped positive electrode is compression-molded by a roller press and cut to make the mass of the positive electrode active material layer on one side about 3.5 mg / cm 2 , the thickness about 50 μm, and the density 2.70 g /. Adjusted to cm 3.

その後、このシート状正極に対して、真空乾燥炉にて乾燥処理を行った。乾燥炉内部にシート状正極を設置した後、室温(25℃)にて減圧(100mmHg(1.33×10Pa))して、乾燥炉内の空気を除去した。続いて、窒素ガスを流通(100cm/分)しながら、10℃/分で120℃まで昇温し、120℃で再度減圧して炉内の窒素を排気したまま12時間保持した後、室温まで降温した。こうして正極サンプルを完成させた。 Then, the sheet-shaped positive electrode was dried in a vacuum drying oven. After installing the sheet-shaped positive electrode inside the drying oven, the pressure was reduced (100 mmHg (1.33 × 10 4 Pa)) at room temperature (25 ° C.) to remove the air in the drying oven. Subsequently, while flowing nitrogen gas (100 cm 3 / min), the temperature was raised to 120 ° C. at 10 ° C./min, the pressure was reduced again at 120 ° C., and the nitrogen in the furnace was kept exhausted for 12 hours, and then at room temperature. The temperature dropped to. In this way, the positive electrode sample was completed.

(ガス発生測定用セルの作製)
上記で作製した正極サンプルを切り出し、正極活物質層が露出するように圧電型AEセンサ(Vallen systeme社製、VS900−M)の内部に入れ、さらにセパレータとして準備したポリプロピレン(PP)製微多孔膜(厚さ25μm)、および負極としてのリチウム金属箔(厚さ200μm)をこの順に積層した。次いで、電解液(エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を、EC:DEC=1:2(体積比)の割合で混合した有機溶媒に、支持塩としてのLiPFを濃度が1M(mol/L)となるように溶解させたもの)をシリンジを用いて注入し、密閉して、ガス発生測定用セルを完成させた。
(Making a cell for measuring gas generation)
A microporous film made of polypropylene (PP) prepared as a separator by cutting out the positive electrode sample prepared above and putting it inside a piezoelectric AE sensor (VS900-M manufactured by Vallen system) so that the positive electrode active material layer is exposed. (Thickness 25 μm) and a lithium metal foil as a negative electrode (thickness 200 μm) were laminated in this order. Next, LiPF 6 as a supporting salt was added to an organic solvent in which an electrolytic solution (ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) was mixed at a ratio of EC: DEC = 1: 2 (volume ratio)) at a concentration of 1 M (mol). / L) was dissolved using a syringe) and sealed to complete the cell for measuring gas generation.

(ガス発生測定用セルに対する活性化処理)
上記で作製したガス発生測定用セルを恒温槽(25℃)の内部に載置して調温し、その状態で充放電試験機:HJ0501SM8A(北斗電工株式会社製)を用いてガス発生測定用セルに対して1回の充電処理を施した。なお、この充電処理では、0.1Cの充電電流の定電流方式で4.8Vまで充電を行った後、4.8Vの定電圧方式で正極の充電容量が320mAh/gとなるまで充電を行った。ここで、電流密度が1Cとは、公称容量値a[Ah]のセルを1時間定電流放電すると放電終了となる電流値をいい、この場合1C=a[A]となる。
(Activation treatment for gas generation measurement cell)
The gas generation measurement cell produced above is placed inside a constant temperature bath (25 ° C.) to control the temperature, and in that state, a charge / discharge tester: HJ0501SM8A (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) is used for gas generation measurement. The cell was charged once. In this charging process, charging is performed up to 4.8 V using a constant current method with a charging current of 0.1 C, and then charging is performed using a constant voltage method of 4.8 V until the charging capacity of the positive electrode reaches 320 mAh / g. rice field. Here, the current density of 1C means a current value at which the discharge ends when a cell having a nominal capacity value a [Ah] is discharged at a constant current for 1 hour, and in this case, 1C = a [A].

この充電処理においては、ガス発生測定用セルの正負極間の端子電圧(開回路電圧)を、電圧センサを用いて経時的にモニターした。また、ガス発生測定用セルの内部におけるガス発生イベントを、圧電型AEセンサを作動させることによりやはり経時的にモニターした。これらの結果から、本実施例において用いたガス発生測定用セルの充電状態(正極容量)を横軸にプロットし、金属リチウムに対する正極電位(●)および酸素ガス発生量(酸素ガス発生イベント)(○)を縦軸にプロットすることにより、図3Bに示すグラフを得た。図3Bに示すように、正極容量として294mAh/gを境にして酸素ガス発生イベント(酸素ガス発生量)が急激に増加することがわかる。そして、294mAh/gの正極容量は、リチウム金属に対する正極電位として4.68Vに相当することもわかる。したがって、これらの正極容量(または正極電位)を上限値として設定し、これを超えないように固溶体正極活物質の活性化処理(充電処理)を行うことで、活性化処理の際における酸素ガスの発生を十分に抑制することができることが示された。また、ここで用いた正極を備える電池の通常使用時においても、上記で得られた正極容量(または正極電位)を上限値として設定し、これを超えないように当該電池の発電要素に対して充電処理を行うことで、やはり充電処理の際における酸素ガスの発生を十分に抑制することができることも示された。 In this charging process, the terminal voltage (open circuit voltage) between the positive and negative electrodes of the gas generation measurement cell was monitored over time using a voltage sensor. In addition, the gas generation event inside the gas generation measurement cell was also monitored over time by operating the piezoelectric AE sensor. From these results, the charge state (positive electrode capacity) of the gas generation measurement cell used in this example is plotted on the horizontal axis, and the positive electrode potential (●) and the amount of oxygen gas generated (oxygen gas generation event) with respect to metallic lithium (oxygen gas generation event) ( ◯) was plotted on the vertical axis to obtain the graph shown in FIG. 3B. As shown in FIG. 3B, it can be seen that the oxygen gas generation event (oxygen gas generation amount) sharply increases with the positive electrode capacity of 294 mAh / g as a boundary. It can also be seen that the positive electrode capacity of 294 mAh / g corresponds to 4.68 V as the positive electrode potential for the lithium metal. Therefore, by setting these positive electrode capacities (or positive electrode potentials) as upper limit values and performing activation treatment (charging treatment) of the solid solution positive electrode active material so as not to exceed this, oxygen gas in the activation treatment is performed. It was shown that the outbreak can be sufficiently suppressed. Further, even during normal use of the battery provided with the positive electrode used here, the positive electrode capacity (or positive electrode potential) obtained above is set as an upper limit value, and the power generation element of the battery is not exceeded. It was also shown that the charging process can sufficiently suppress the generation of oxygen gas during the charging process.

(負極サンプルの作製)
ケイ素含有負極活物質として、以下の手法により、Si65SnTi30(組成比は質量比)の組成を有するケイ素含有合金を製造した。
(Preparation of negative electrode sample)
As the silicon-containing negative electrode active material, a silicon-containing alloy having a composition of Si 65 Sn 5 Ti 30 (composition ratio is mass ratio) was produced by the following method.

具体的には、ドイツZOZ社製撹拌ボールミル装置C−01Mを用いて、SUS製粉砕ポットに1920gのジルコニア製粉砕ボール(φ5mm)および1gのカーボン(SGL)を投入し、その後1000rpmで10分間、プレ粉砕処理を実施した。その後、合金の各原料粉末(高純度金属Siインゴット(5N)、高純度Tiワイヤ(3N)、高純度Sn板(3N))を100g投入し、1500rpmで5時間かけて合金化させ(合金化処理)、その後400rpmで1時間、微粉砕処理を実施して、ケイ素含有合金(負極活物質)を得た。なお、本実施例において用いた撹拌ボールミル装置において、公転半径rs=0.070[m]、自転半径rpl=0[m]、回転数rpm=1500[回/分]であったことから、遠心力はGnl=176.0[G]と算出される。また、得られたケイ素含有合金(負極活物質)粉末の平均粒子径(D50)は5.4μmであった。 Specifically, using a stirring ball mill device C-01M manufactured by ZOZ of Germany, 1920 g of zirconia crushed balls (φ5 mm) and 1 g of carbon (SGL) were put into a SUS crushing pot, and then at 1000 rpm for 10 minutes. A pre-crushing process was carried out. After that, 100 g of each raw material powder of the alloy (high-purity metal Si ingot (5N), high-purity Ti wire (3N), high-purity Sn plate (3N)) was added and alloyed at 1500 rpm for 5 hours (alloying). Treatment), and then finely pulverized at 400 rpm for 1 hour to obtain a silicon-containing alloy (negative electrode active material). In the stirring ball mill device used in this embodiment, the revolution radius rs = 0.070 [m], the rotation radius rpl = 0 [m], and the rotation speed rpm = 1500 [times / minute]. The force is calculated as Gnl = 176.0 [G]. The average particle size (D50) of the obtained silicon-containing alloy (negative electrode active material) powder was 5.4 μm.

このようにして準備したケイ素含有負極活物質(Si65SnTi30粉末)80質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック5質量部と、バインダであるポリアミドイミド15質量部と、を混合し、N−メチル−2−ピロリドン適量に分散させて負極活物質スラリーを得た。次いで、得られた負極活物質スラリーを、銅箔(厚さ15μm)よりなる負極集電体の片面に負極活物質層の厚さが30μmとなるように均一に塗布し、真空中で24時間乾燥させて、負極サンプルを得た。 80 parts by mass of the silicon-containing negative electrode active material (Si 65 Sn 5 Ti 30 powder) prepared in this manner, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 15 parts by mass of polyamide-imide as a binder are mixed. , N-Methyl-2-pyrrolidone was dispersed in an appropriate amount to obtain a negative electrode active material slurry. Next, the obtained negative electrode active material slurry was uniformly applied to one side of a negative electrode current collector made of a copper foil (thickness 15 μm) so that the thickness of the negative electrode active material layer was 30 μm, and the negative electrode active material layer was uniformly applied in a vacuum for 24 hours. Drying gave a negative electrode sample.

(試験用ラミネートセルの作製)
上記で得られた正極サンプルを、活物質層面積;縦2.5cm×横2.0cmになるように切り出し、これら2枚を集電体同士が向き合うようにして、未塗工面(アルミニウム集電箔のスラリーを塗工していない面)を合わせて集電体部分をスポット溶接した。これにより、外周部をスポット溶接により一体化された2枚重ねの集電箔の両面に正極活物質層を有する正極を形成した。その後、さらに集電体部分にアルミニウムの正極タブ(正極集電板)を溶接して正極を形成した。すなわち、正極は、集電箔の両面に正極活物質層が形成された構成である。
(Preparation of test laminated cell)
The positive electrode sample obtained above is cut out so as to have an active material layer area; length 2.5 cm × width 2.0 cm, and these two sheets are placed so that the current collectors face each other so that the uncoated surface (aluminum current collector) is used. The surface where the foil slurry was not applied) was aligned and the current collector part was spot welded. As a result, a positive electrode having a positive electrode active material layer was formed on both sides of a double-layered current collector foil whose outer peripheral portion was integrated by spot welding. After that, an aluminum positive electrode tab (positive electrode current collector plate) was further welded to the current collector portion to form a positive electrode. That is, the positive electrode has a structure in which positive electrode active material layers are formed on both sides of the current collector foil.

一方、上記で得られた負極サンプルを、活物質層面積;縦2.7cm×横2.2cmになるように切り出し、その後、さらに集電体部分に電解銅の負極タブを溶接して負極を形成した。すなわち、負極サンプルは、集電体の片面に負極活物質層が形成された構成である。 On the other hand, the negative electrode sample obtained above is cut out so as to have an active material layer area; length 2.7 cm × width 2.2 cm, and then a negative electrode tab of electrolytic copper is welded to the current collector portion to form a negative electrode. Formed. That is, the negative electrode sample has a structure in which a negative electrode active material layer is formed on one side of a current collector.

これらタブを溶接した負極と正極との間に多孔質ポリプロピレン製セパレータ(縦3.0cm×横2.5cm、厚さ25μm、空孔率55%)を挟んで5層からなる積層型の発電要素を作製した。積層型の発電要素の構成は、負極(片面)/セパレータ/正極(両面)/セパレータ/負極(片面)の構成とした。次いで、アルミラミネートフィルム製外装材(縦3.5cm×横3.5cm)で発電要素の両側を挟み込み、3辺を熱圧着封止して上記発電要素を収納した。この発電要素に、上記と同様の電解液0.8cm(上記5層構成の場合、2セル構成となり、1セル当たりの注液量0.4cm)を注入した後、残りの1辺を熱圧着で仮封止し、試験用ラミネートセルを作製した。電解液を電極細孔内に十分に浸透させるため、面圧0.5MPaで加圧しながら、25℃にて24時間保持した。 A laminated power generation element consisting of five layers with a porous polypropylene separator (length 3.0 cm x width 2.5 cm, thickness 25 μm, porosity 55%) sandwiched between the negative electrode and the positive electrode to which these tabs are welded. Was produced. The configuration of the laminated power generation element was a negative electrode (single side) / separator / positive electrode (both sides) / separator / negative electrode (single side). Next, both sides of the power generation element were sandwiched between aluminum laminated film exterior materials (length 3.5 cm × width 3.5 cm), and the three sides were thermocompression-bonded to accommodate the power generation element. After injecting the same electrolytic solution 0.8 cm 3 as above (in the case of the above five-layer configuration, a two-cell configuration and a liquid injection amount of 0.4 cm 3 per cell) into this power generation element, the remaining one side is Temporarily sealed by thermocompression bonding to prepare a test laminated cell. In order to allow the electrolytic solution to sufficiently penetrate into the electrode pores, the mixture was held at 25 ° C. for 24 hours while being pressurized at a surface pressure of 0.5 MPa.

(発電要素の充電処理(活性化処理))
本実施例においては、上述したガス発生測定用セルを用いた予備検討により、294mAh/gの正極容量(リチウム金属に対する正極電位として4.68V)に対応する発電要素の充電状態を上限値として設定し、この上限値を超えないように活性化処理を施すことで発電要素(特に固溶体正極活物質)からの酸素ガスの発生が抑制されうることが判明している。そこで、本実施例では、上記で作製された試験用セルに対し、294mAh/gの正極容量(リチウム金属に対する正極電位として4.68V)となるまで活性化処理を施した。
(Charging process of power generation element (activation process))
In this embodiment, the charge state of the power generation element corresponding to the positive electrode capacity of 294 mAh / g (4.68 V as the positive electrode potential for lithium metal) is set as the upper limit value by the preliminary study using the above-mentioned gas generation measurement cell. However, it has been found that the generation of oxygen gas from the power generation element (particularly the solid solution positive electrode active material) can be suppressed by performing the activation treatment so as not to exceed this upper limit value. Therefore, in this example, the test cell produced above was activated until it had a positive electrode capacity of 294 mAh / g (positive electrode potential for lithium metal was 4.68 V).

具体的には、まず、25℃にて、定電流充電法で0.05C、4時間の充電(SOC約20%)を行った。次いで、25℃にて0.1Cレートで4.45Vまで充電した後、充電を止め、その状態(SOC約70%)で約2日間(48時間)保持した(エージング処理)。次いで、熱圧着で仮封止した一辺を開封し、10±3hPaで5分間ガス除去を行った後、再度、熱圧着を行い仮封止を行った。さらに、ローラーで加圧(面圧0.5±0.1MPa)成形し、電極とセパレータとを十分に密着させた。 Specifically, first, charging was performed at 25 ° C. by a constant current charging method at 0.05 C for 4 hours (SOC of about 20%). Then, after charging to 4.45 V at a rate of 0.1 C at 25 ° C., charging was stopped and held in that state (SOC about 70%) for about 2 days (48 hours) (aging treatment). Next, one side temporarily sealed by thermocompression bonding was opened, gas was removed at 10 ± 3 hPa for 5 minutes, and then thermocompression bonding was performed again to perform temporary sealing. Further, it was formed under pressure (surface pressure 0.5 ± 0.1 MPa) with a roller, and the electrode and the separator were sufficiently brought into close contact with each other.

その後、活性化処理として、上述した発電要素の充電状態の上限値を超えないように、0.1Cの充電電流の定電流方式で4.68Vまで充電を行った。そして10分間休止させた後、0.1Cの充電電流の定電流方式で2.0Vまで放電を行うことにより、活性化処理を行った。なお、本実施例での活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量は、0.941と算出された。 After that, as an activation process, charging was performed up to 4.68 V by a constant current method with a charging current of 0.1 C so as not to exceed the upper limit of the charged state of the above-mentioned power generation element. Then, after resting for 10 minutes, the activation process was performed by discharging to 2.0 V by a constant current method with a charging current of 0.1 C. The theoretical lithium utilization amount during charging in the activation treatment in this example was calculated to be 0.941.

また、活性化処理の前後における試験用ラミネートセルの体積変化から、アルキメデス法により活性化処理の前後における酸素ガスの発生量を測定した。結果を下記の表1に示す。 In addition, the amount of oxygen gas generated before and after the activation treatment was measured by the Archimedes method from the volume change of the test laminate cell before and after the activation treatment. The results are shown in Table 1 below.

(サイクル耐久性評価)
上記で活性化処理を施した試験用セルについて、サイクル耐久性評価を行った。具体的には、室温条件下において、0.1Cの充電電流で電池電圧が4.5Vとなるまで充電した後、約1時間〜1.5時間保持する定電流定電圧充電法とし、放電は、電池電圧が2.0Vとなるまで0.1Cの放電電流で放電する定電流方式で行った。このサイクルを50回繰り返し、1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量の割合を「容量維持率(%)」として評価した。結果を下記の表1に示す:
容量維持率(%)=50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量×100
なお、1サイクル目の充電容量および放電容量の値、試験用ラミネートセルの定格容量の値、並びに試験用ラミネートセルの定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値についても、下記の表1に併せて示す。
(Cycle durability evaluation)
The cycle durability of the test cell subjected to the above activation treatment was evaluated. Specifically, under room temperature conditions, a constant current constant voltage charging method is used in which the battery is charged with a charging current of 0.1 C until the battery voltage reaches 4.5 V, and then held for about 1 hour to 1.5 hours. The constant current method was used in which the battery was discharged with a discharge current of 0.1 C until the battery voltage reached 2.0 V. This cycle was repeated 50 times, and the ratio of the discharge capacity in the 50th cycle to the discharge capacity in the first cycle was evaluated as the "capacity retention rate (%)". The results are shown in Table 1 below:
Capacity retention rate (%) = Discharge capacity in the 50th cycle / Discharge capacity in the 1st cycle x 100
The values of charge capacity and discharge capacity in the first cycle, the value of the rated capacity of the test laminate cell, and the battery volume with respect to the rated capacity of the test laminate cell (projected area of the battery including the battery exterior and the thickness of the battery). The value of the ratio of) is also shown in Table 1 below.

[実施例2]
正極活物質として、LiMnOとLiNi0.375Co0.375Mn0.25とを3:7のモル比で含有する固溶体であるリチウム含有遷移金属酸化物を、従来公知の複合炭酸塩法を用いて調製した。このリチウム含有遷移金属酸化物の組成式は、
Li[Ni0.2625Co0.2625Mn0.475[Li]0.3]O2.3
であった。これを化学式(1)に当てはめると、z=2.3(原子価を満足する酸素数)、a=b=0.2625、c=0.475、d=0.3、a+b+c=1となる。
[Example 2]
A conventionally known composite of a lithium-containing transition metal oxide which is a solid solution containing Li 2 MnO 3 and LiNi 0.375 Co 0.375 Mn 0.25 O 2 in a molar ratio of 3: 7 as a positive electrode active material. Prepared using the carbonate method. The composition formula of this lithium-containing transition metal oxide is
Li [Ni 0.2625 Co 0.2625 Mn 0.475 [Li] 0.3 ] O 2.3
Met. When this is applied to the chemical formula (1), z = 2.3 (the number of oxygen satisfying the valence), a = b = 0.2625, c = 0.475, d = 0.3, a + b + c = 1. ..

このようにして得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、ガス発生測定用セルを作製し、固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生量が急激に増加する正極の充電状態の上限値を調べた。 A cell for measuring gas generation was produced by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material thus obtained was used, and the amount of oxygen gas generated from the solid solution positive electrode active material suddenly increased. The upper limit of the charging state of the increasing positive electrode was investigated.

次いで、本実施例で得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。なお、本実施例での活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量は、1.057と算出された。 Next, a test laminate cell was prepared by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material obtained in this example was used, and the activation treatment and the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time were measured. , And cycle durability was evaluated. The results are shown in Table 1 below. The theoretical lithium utilization amount during charging in the activation treatment in this example was calculated to be 1.057.

[実施例3]
正極活物質として、LiMnOとLiNi0.375Co0.375Mn0.25とを5:5のモル比で含有する固溶体であるリチウム含有遷移金属酸化物を、従来公知の複合炭酸塩法を用いて調製した。このリチウム含有遷移金属酸化物の組成式は、
Li[Ni0.1875Co0.1875Mn0.625[Li]0.5]O2.5
であった。これを化学式(1)に当てはめると、z=2.5(原子価を満足する酸素数)、a=b=0.1875、c=0.625、d=0.5、a+b+c=1となる。
[Example 3]
A conventionally known composite of a lithium-containing transition metal oxide, which is a solid solution containing Li 2 MnO 3 and LiNi 0.375 Co 0.375 Mn 0.25 O 2 in a molar ratio of 5: 5, as a positive electrode active material. Prepared using the carbonate method. The composition formula of this lithium-containing transition metal oxide is
Li [Ni 0.1875 Co 0.1875 Mn 0.625 [Li] 0.5 ] O 2.5
Met. When this is applied to the chemical formula (1), z = 2.5 (the number of oxygen satisfying the valence), a = b = 0.1875, c = 0.625, d = 0.5, a + b + c = 1. ..

このようにして得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、ガス発生測定用セルを作製し、固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生量が急激に増加する正極の充電状態の上限値を調べた。 A cell for measuring gas generation was produced by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material thus obtained was used, and the amount of oxygen gas generated from the solid solution positive electrode active material suddenly increased. The upper limit of the charging state of the increasing positive electrode was investigated.

次いで、本実施例で得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。なお、本実施例での活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量は、1.088と算出された。 Next, a test laminate cell was prepared by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material obtained in this example was used, and the activation treatment and the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time were measured. , And cycle durability was evaluated. The results are shown in Table 1 below. The theoretical lithium utilization amount during charging in the activation treatment in this example was calculated to be 1.088.

[実施例4]
正極活物質として、LiMnOとLiNi0.375Co0.375Mn0.25とを7:3のモル比で含有する固溶体であるリチウム含有遷移金属酸化物を、従来公知の複合炭酸塩法を用いて調製した。このリチウム含有遷移金属酸化物の組成式は、
Li[Ni0.1125Co0.1125Mn0.775[Li]0.7]O2.7
であった。これを化学式(1)に当てはめると、z=2.7(原子価を満足する酸素数)、a=b=0.1125、c=0.775、d=0.7、a+b+c=1となる。
[Example 4]
A conventionally known composite of a lithium-containing transition metal oxide which is a solid solution containing Li 2 MnO 3 and LiNi 0.375 Co 0.375 Mn 0.25 O 2 in a molar ratio of 7: 3 as a positive electrode active material. Prepared using the carbonate method. The composition formula of this lithium-containing transition metal oxide is
Li [Ni 0.1125 Co 0.1125 Mn 0.775 [Li] 0.7 ] O 2.7
Met. When this is applied to the chemical formula (1), z = 2.7 (the number of oxygen satisfying the valence), a = b = 0.1125, c = 0.775, d = 0.7, a + b + c = 1. ..

このようにして得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、ガス発生測定用セルを作製し、固溶体正極活物質からの酸素ガスの発生量が急激に増加する正極の充電状態の上限値を調べた。 A cell for measuring gas generation was produced by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material thus obtained was used, and the amount of oxygen gas generated from the solid solution positive electrode active material suddenly increased. The upper limit of the charging state of the increasing positive electrode was investigated.

次いで、本実施例で得られた正極活物質を用いたこと以外は上述した実施例1と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。なお、本実施例での活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量は、1.057と算出された。 Next, a test laminate cell was prepared by the same method as in Example 1 described above except that the positive electrode active material obtained in this example was used, and the activation treatment and the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time were measured. , And cycle durability was evaluated. The results are shown in Table 1 below. The theoretical lithium utilization amount during charging in the activation treatment in this example was calculated to be 1.057.

[比較例1]
活性化処理における充電処理の際に、上述した発電要素の充電状態の上限値を超える充電状態まで充電を行った。具体的には、活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量が1.093となるように活性化処理(充電処理)を行った。それ以外は、上述した実施例1と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。
[Comparative Example 1]
During the charging process in the activation process, charging was performed to a state of charge exceeding the upper limit of the state of charge of the above-mentioned power generation element. Specifically, the activation treatment (charging treatment) was performed so that the theoretical lithium utilization amount at the time of charging in the activation treatment was 1.093. Other than that, a test laminated cell was prepared by the same method as in Example 1 described above, and the activation treatment, the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time, and the cycle durability evaluation were performed. The results are shown in Table 1 below.

[比較例2]
活性化処理における充電処理の際に、上述した発電要素の充電状態の上限値を超える充電状態まで充電を行った。具体的には、活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量が1.154となるように活性化処理(充電処理)を行った。それ以外は、上述した実施例2と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。
[Comparative Example 2]
During the charging process in the activation process, charging was performed to a state of charge exceeding the upper limit of the state of charge of the above-mentioned power generation element. Specifically, the activation treatment (charging treatment) was performed so that the theoretical lithium utilization amount at the time of charging in the activation treatment was 1.154. Other than that, a test laminated cell was prepared by the same method as in Example 2 described above, and the activation treatment, the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time, and the cycle durability evaluation were performed. The results are shown in Table 1 below.

[比較例3]
活性化処理における充電処理の際に、上述した発電要素の充電状態の上限値を超える充電状態まで充電を行った。具体的には、活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量が1.176となるように活性化処理(充電処理)を行った。それ以外は、上述した実施例3と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。
[Comparative Example 3]
During the charging process in the activation process, charging was performed to a state of charge exceeding the upper limit of the state of charge of the above-mentioned power generation element. Specifically, the activation treatment (charging treatment) was performed so that the theoretical lithium utilization amount at the time of charging in the activation treatment was 1.176. Other than that, a test laminated cell was prepared by the same method as in Example 3 described above, and the activation treatment, the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time, and the cycle durability evaluation were performed. The results are shown in Table 1 below.

[比較例4]
活性化処理における充電処理の際に、上述した発電要素の充電状態の上限値を超える充電状態まで充電を行った。具体的には、活性化処理における充電時の理論上のリチウム利用量が1.150となるように活性化処理(充電処理)を行った。それ以外は、上述した実施例4と同様の手法により、試験用ラミネートセルを作製し、活性化処理およびその際の酸素ガス発生量の測定、並びにサイクル耐久性評価を行った。結果を下記の表1に示す。
[Comparative Example 4]
During the charging process in the activation process, charging was performed to a state of charge exceeding the upper limit of the state of charge of the above-mentioned power generation element. Specifically, the activation treatment (charging treatment) was performed so that the theoretical lithium utilization amount at the time of charging in the activation treatment was 1.150. Other than that, a test laminated cell was prepared by the same method as in Example 4 described above, and the activation treatment, the measurement of the amount of oxygen gas generated at that time, and the cycle durability evaluation were performed. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0006984202
Figure 0006984202

表1に示す結果からわかるように、実施例1〜4では、リチウムイオン二次電池の製造時における固溶体正極活物質の活性化処理(充電処理)に対して本発明の制御を適用したことにより、活性化処理の際の酸素ガスの発生が抑制されたこと、および、それによって電池のサイクル耐久性も格段に向上したことがわかる。一方、本発明の制御を適用しなかった比較例1〜4においては、活性化処理の際に酸素ガスが大量に発生したこと、および、それによって電池のサイクル耐久性が大幅に低下したことがわかる。 As can be seen from the results shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the control of the present invention was applied to the activation treatment (charging treatment) of the solid solution positive electrode active material at the time of manufacturing the lithium ion secondary battery. It can be seen that the generation of oxygen gas during the activation treatment was suppressed, and that the cycle durability of the battery was significantly improved. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4 to which the control of the present invention was not applied, a large amount of oxygen gas was generated during the activation treatment, and the cycle durability of the battery was significantly reduced due to this. Recognize.

ここで、上述した実施例3および比較例3について、サイクル耐久性試験の各サイクルにおける放電容量をプロットしたグラフを図5Aに示す。図5Aに示すように、上述した実施例3および比較例3のように高容量かつ高密度の電池(電池の定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値が10cm/Ah以下であり、かつ、前記定格容量が3Ah以上である電池)においては、本発明の制御を行った場合(実施例3)と行わなかった場合(比較例3)との間でサイクル耐久性に大きな差が見られることがわかる。 Here, for Example 3 and Comparative Example 3 described above, a graph plotting the discharge capacity in each cycle of the cycle durability test is shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5A, a high-capacity and high-density battery as in Example 3 and Comparative Example 3 described above (battery volume with respect to the rated capacity of the battery (projected area of the battery including the battery exterior and thickness of the battery). (Product) ratio value is 10 cm 3 / Ah or less, and the rated capacity is 3 Ah or more), when the control of the present invention is performed (Example 3) and when it is not performed (Example 3). It can be seen that there is a large difference in cycle durability from Comparative Example 3).

一方、上述したような高容量かつ高密度の電池(電池の定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値が10cm/Ah以下であり、かつ、前記定格容量が3Ah以上である電池)ではない電池を用いて図5Aと同様の比較実験(サイクル耐久性試験)を行った場合の、サイクル耐久性試験の各サイクルにおける放電容量をプロットしたグラフを図5Bに示す。図5Bに示すように、「高容量かつ高密度」の条件を満たさない電池においては、本発明の制御を行った場合と行わなかった場合との間で、サイクル耐久性にはほとんど差が見られないことがわかる。 On the other hand, the value of the ratio of the high-capacity and high-density battery as described above (the product of the battery volume (the product of the projected area of the battery including the battery exterior and the thickness of the battery) to the rated capacity of the battery) is 10 cm 3 / Ah or less. The discharge capacity in each cycle of the cycle durability test when the same comparative experiment (cycle durability test) as in FIG. 5A is performed using a battery that is not (a battery having a rated capacity of 3 Ah or more). The graph in which is plotted is shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5B, in a battery that does not satisfy the condition of "high capacity and high density", there is almost a difference in cycle durability between the case where the control of the present invention is performed and the case where the control of the present invention is not performed. I know I can't.

以上のことから、本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法や制御方法、制御装置、非水電解質二次電池システムは、固溶体正極活物質を正極に含む高容量かつ高密度の電池に特有の課題(高電位状態における酸素ガス発生に起因するサイクル耐久性の低下)を解決しうるものであることがわかる。 Based on the above, the method for manufacturing and controlling the non-aqueous electrolyte secondary battery, the control device, and the non-aqueous electrolyte secondary battery system according to the present invention are high-capacity and high-density batteries containing a solid solution positive electrode active material in the positive electrode. It can be seen that the peculiar problem (decrease in cycle durability due to generation of oxygen gas in a high potential state) can be solved.

10 積層型電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板(負極タブ)、
27 正極集電板(正極タブ)、
29 電池外装体、
31 参照電極、
33 参照電極端子リード、
35 参照電極タブ、
100 制御部、
110 電流センサ、
120 電圧センサ、
200 充電装置、
300 電気自動車、
310 インバータ、
320 モータ。
10 stacked batteries,
11 Negative electrode current collector,
12 Positive electrode current collector,
13 Negative electrode active material layer,
15 Positive electrode active material layer,
17 Electrolyte layer,
19 Single battery layer,
21 Power generation element,
25 Negative electrode current collector plate (negative electrode tab),
27 Positive electrode current collector plate (positive electrode tab),
29 Battery exterior,
31 reference electrode,
33 Reference electrode terminal lead,
35 Reference Electrode Tab,
100 control unit,
110 current sensor,
120 voltage sensor,
200 charging device,
300 electric car,
310 inverter,
320 motor.

Claims (4)

活性化された固溶体正極活物質を含有する正極と、ケイ素含有負極活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在する非水電解質を含む電解質層と、を備える発電要素を有する非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記非水電解質二次電池の定格容量に対する電池体積(電池外装体まで含めた電池の投影面積と電池の厚みとの積)の比の値が10cm/Ah以下であり、かつ、前記定格容量が3Ah以上であり、
活性化処理すべき固溶体正極活物質を含有する発電要素に、前記非水電解質二次電池を使用する前の製造段階において充電処理を施すことによって前記固溶体正極活物質における層状構造のLiMnOをスピネル構造のLiMnに変化させることで前記固溶体正極活物質を活性化処理することを含み、
前記活性化処理において、前記発電要素の充電状態の値が前記発電要素の充電状態とガス発生量との関係から予め設定された充電状態の上限値を超えないように前記充電処理を制御することをさらに含む、非水電解質二次電池の製造方法。
A power generation element including a positive electrode containing an activated solid solution positive electrode active material, a negative electrode containing a silicon-containing negative electrode active material, and an electrolyte layer containing a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery that has.
The value of the ratio of the battery volume (the product of the projected area of the battery including the battery exterior and the thickness of the battery) to the rated capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery is 10 cm 3 / Ah or less, and the rated capacity is Is 3Ah or more,
By subjecting the power generation element containing the solid solution positive electrode active material to be activated to a charging treatment at the manufacturing stage before using the non-aqueous electrolyte secondary battery, the layered structure Li 2 MnO 3 in the solid solution positive electrode active material is applied. Includes activating treatment of the solid solution positive electrode active material by changing to LiMn 2 O 4 having a spinel structure.
In the activation process, the charge process is controlled so that the value of the charge state of the power generation element does not exceed the upper limit value of the charge state set in advance from the relationship between the charge state of the power generation element and the amount of gas generated. A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, further comprising.
前記活性化処理において、前記発電要素の充電状態の値が前記上限値に到達した場合に、前記活性化処理における充電処理を終了させる、請求項に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 In the activation process, if the value of the charge state of the power generating element has reached the upper limit value, and terminates the charging process in the activation process, a manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 .. 前記固溶体正極活物質が、下記化学式(1):
Li[NiCoMn[Li]]O ・・・(1)
式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示し、zは原子価を満足する酸素数を表し、a、b、cおよびdは、0<a<0.94、0≦b<0.94、0<c<0.94、0.2≦d≦0.6、a+b+c=1の関係を満足する、
で表される組成を有する固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を基本構造として有するものである、請求項またはに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
The solid solution positive electrode active material has the following chemical formula (1):
Li [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O z ... (1)
In the formula, Li is lithium, Ni is nickel, Co is cobalt, Mn is manganese, O is oxygen, z is the number of oxygen satisfying the atomic value, and a, b, c and d are 0 <a <. Satisfy the relationship of 0.94, 0 ≦ b <0.94, 0 <c <0.94, 0.2 ≦ d ≦ 0.6, a + b + c = 1.
The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2 , which has a solid solution lithium-containing transition metal oxide having a composition represented by.
前記dが0.3≦d≦0.5を満足する、請求項に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 The method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3 , wherein d satisfies 0.3 ≦ d ≦ 0.5.
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