JP7040290B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。車載電源への適用を指向した非水電解質二次電池は、高容量であることが求められる。 In recent years, various electric vehicles are expected to become widespread in order to solve environmental and energy problems. Secondary batteries are being enthusiastically developed as in-vehicle power sources such as motor drive power sources that hold the key to the spread of these electric vehicles. Non-aqueous electrolyte secondary batteries intended for application to in-vehicle power supplies are required to have high capacity.

非水電解質二次電池は、充放電サイクルやコスト面の観点から負極活物質として黒鉛を使用することがよく行われている。また、非水電解質二次電池に使用される電解液では、高い誘電率であることから、プロピレンカーボネート(PC)などの環状カーボネートが溶媒として使用されている。負極活物質として黒鉛を、電解液の溶媒としてプロピレンカーボネートをそれぞれ使用した場合、黒鉛とプロピレンカーボネートとの反応によりプロピレンカーボネートが分解される。プロピレンカーボネートの分解物により黒鉛表面には被膜が形成される。そして、黒鉛表面全体がこの被膜で覆われてしまうことで、導電助剤や集電体との電気的接触が絶たれ、容量を発現できないという課題があった。このような課題を解決するため、例えば特許文献1には0.7~4mol/Lのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドと0超~15体積%の環状カーボネートおよび85~99体積%の鎖状カーボネートとを含む電解液を使用する技術が開示されている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries often use graphite as a negative electrode active material from the viewpoint of charge / discharge cycle and cost. Further, in the electrolytic solution used for the non-aqueous electrolyte secondary battery, a cyclic carbonate such as propylene carbonate (PC) is used as a solvent because of its high dielectric constant. When graphite is used as the negative electrode active material and propylene carbonate is used as the solvent of the electrolytic solution, propylene carbonate is decomposed by the reaction between graphite and propylene carbonate. A film is formed on the graphite surface by the decomposition product of propylene carbonate. Further, since the entire surface of the graphite is covered with this film, there is a problem that the electrical contact with the conductive auxiliary agent and the current collector is cut off and the capacity cannot be developed. In order to solve such problems, for example, Patent Document 1 describes 0.7 to 4 mol / L lithium bis (fluorosulfonyl) imide, more than 0 to 15% by volume of cyclic carbonate, and 85 to 99% by volume of chain carbonate. A technique for using an electrolytic solution containing and is disclosed.

特開2015-79636号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-79636

ところで、電気自動車においては、1回の充電での航続距離を伸ばすべく、より高いエネルギー密度を有する二次電池が望まれている。電池のエネルギー密度を高める手段として、1つの電極当たりの電極活物質層を厚くする(厚膜化する)方法が挙げられる。かような構成とすることで、電池の単位体積当たりの電池反応に寄与する電極活物質層の体積の割合が大きくなる。その結果、体積エネルギー密度の向上が図られる。 By the way, in an electric vehicle, a secondary battery having a higher energy density is desired in order to extend the cruising range in one charge. As a means for increasing the energy density of the battery, a method of thickening (thickening) the electrode active material layer per electrode can be mentioned. With such a configuration, the ratio of the volume of the electrode active material layer that contributes to the battery reaction per unit volume of the battery becomes large. As a result, the volumetric energy density is improved.

特に、電極活物質層中に含まれるバインダの割合が少ないほど単位体積あたりの電池容量が増加し、高容量密度の電池が得られることから、バインダを用いずに電極を作製する方法が用いられている。 In particular, as the proportion of the binder contained in the electrode active material layer decreases, the battery capacity per unit volume increases and a battery with a high capacity density can be obtained. Therefore, a method of manufacturing an electrode without using a binder is used. ing.

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載の技術では、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる(バインダを使用しない)負極活物質層とリチウム塩およびプロピレンカーボネートを含む電解液とを用いて電極を作製すると、高容量が得られないことが判明した。 However, according to the study by the present inventors, in the technique described in Patent Document 1, a negative electrode active material layer composed of a non-binder (without using a binder) containing graphite as a negative electrode active material, a lithium salt, and a propylene carbonate are used. It was found that a high capacity could not be obtained when an electrode was prepared using an electrolytic solution containing.

そこで本発明は、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる負極活物質層とリチウム塩およびプロピレンカーボネートを含む電解液とを用いた非水電解質二次電池において、高容量を発現させうる手段を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can develop a high capacity in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material layer made of a non-binder containing graphite as a negative electrode active material and an electrolytic solution containing a lithium salt and propylene carbonate. The purpose is to provide means.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる負極活物質層とリチウム塩およびプロピレンカーボネートを含む電解液とを用いた非水電解質二次電池において、電解液におけるプロピレンカーボネートのモル濃度に対するリチウム塩のモル濃度の比率を所定の範囲内に制御することが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made diligent studies to solve the above problems. As a result, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material layer made of a non-binder containing graphite as the negative electrode active material and an electrolytic solution containing a lithium salt and propylene carbonate, the molar concentration of propylene carbonate in the electrolytic solution. We have found that it is effective to control the ratio of the molar concentration of the lithium salt to a predetermined range within a predetermined range, and have completed the present invention.

すなわち、本発明に係る非水電解質二次電池は、正極集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体からなる負極活物質層を有する負極と、セパレータに電解液が含浸されてなる電解質層と、を含む発電要素を有する。ここで、前記負極活物質は、黒鉛を含み、前記電解液は、リチウム塩とプロピレンカーボネートを含む非水溶媒とを含有し、前記電解液における前記プロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)が0.25超であることを特徴とする。 That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of a positive electrode current collector and a non-bonding material containing a negative electrode active material on the surface of a negative electrode current collector. It has a power generation element including a negative electrode having a negative electrode active material layer made of a body and an electrolyte layer obtained by impregnating a separator with an electrolytic solution. Here, the negative electrode active material contains graphite, the electrolytic solution contains a lithium salt and a non-aqueous solvent containing propylene carbonate, and the lithium with respect to the concentration (mol / L) of the propylene carbonate in the electrolytic solution. The salt concentration (mol / L) ratio (lithium salt / propylene carbonate) is more than 0.25.

本発明の一形態に係る非水電解質二次電池によれば、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる負極活物質層とプロピレンカーボネートを含む電解液とを用いた非水電解質二次電池において、高容量を発現させることができる。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material layer made of a non-binder containing graphite as a negative electrode active material and an electrolytic solution containing propylene carbonate. A high capacity can be developed in a battery.

本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。It is sectional drawing which represented typically the bipolar type secondary battery which is one Embodiment of this invention. 二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view which showed the appearance of the flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a secondary battery.

本発明の一形態は、正極集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体からなる負極活物質層を有する負極と、セパレータに電解液が含浸されてなる電解質層と、を含む発電要素を有する非水電解質二次電池である。ここで、前記負極活物質は、黒鉛を含み、前記電解液は、リチウム塩とプロピレンカーボネートを含む非水溶媒とを含有し、前記電解液における前記プロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)が0.25超であることを特徴とする。本形態の非水電解質二次電池によれば、黒鉛表面でのプロピレンカーボネートの分解が抑制され、黒鉛表面での高抵抗被膜の形成が抑制されることで、高容量を発現させることができる。 One embodiment of the present invention comprises a negative electrode active material layer composed of a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of a positive electrode current collector and a non-bonded body containing a negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector. It is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element including a negative electrode having a negative electrode and an electrolyte layer in which a separator is impregnated with an electrolytic solution. Here, the negative electrode active material contains graphite, the electrolytic solution contains a lithium salt and a non-aqueous solvent containing propylene carbonate, and the lithium with respect to the concentration (mol / L) of the propylene carbonate in the electrolytic solution. The salt concentration (mol / L) ratio (lithium salt / propylene carbonate) is more than 0.25. According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, the decomposition of propylene carbonate on the graphite surface is suppressed, and the formation of a high resistance film on the graphite surface is suppressed, so that a high capacity can be developed.

上記効果を奏する詳細なメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。なお、本発明の技術的範囲は下記メカニズムに何ら制限されない。 The detailed mechanism that exerts the above effect is unknown, but it is presumed as follows. The technical scope of the present invention is not limited to the following mechanism.

本発明者らは、上述した特許文献1に記載の技術を、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる負極活物質に適用することを試みた。しかし、バインダを用いずに電極を作製すると、高容量が得られないことが判明した。そこで、黒鉛とプロピレンカーボネートとが接触する確率を低減させることで、黒鉛表面での高抵抗被膜の形成を抑制できると考えた。このような考えのもとでの検証の結果、電解液中のリチウム塩とプロピレンカーボネートとのモル濃度比に着目し、その比率を0.25超とすることで、高容量が得られることを見出した。 The present inventors have attempted to apply the technique described in Patent Document 1 described above to a negative electrode active material made of a non-binding body containing graphite as a negative electrode active material. However, it was found that a high capacity could not be obtained when the electrode was manufactured without using a binder. Therefore, it was considered that the formation of a high resistance film on the graphite surface could be suppressed by reducing the probability of contact between graphite and propylene carbonate. As a result of verification based on this idea, we focused on the molar concentration ratio of lithium salt and propylene carbonate in the electrolytic solution, and set the ratio to more than 0.25 to obtain a high capacity. I found it.

すなわち、本形態の非水電解質二次電池では、電解液におけるプロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)を0.25超とすることにより、プロピレンカーボネートがリチウム塩よりも黒鉛にアタックする確率が減少する。そのため、黒鉛表層でのプロピレンカーボネートの分解が抑制され、プロピレンカーボネートの分解物により黒鉛表面に高抵抗被膜が形成されことを抑制できる。よって、充放電反応が進行しやすくなり、高容量の電池が得られると考えられる。 That is, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the ratio of the lithium salt concentration (mol / L) to the propylene carbonate concentration (mol / L) in the electrolytic solution (lithium salt / propylene carbonate) exceeds 0.25. By doing so, the probability that propylene carbonate will attack graphite is lower than that of lithium salt. Therefore, the decomposition of propylene carbonate on the graphite surface layer can be suppressed, and the formation of a high resistance film on the graphite surface due to the decomposition product of propylene carbonate can be suppressed. Therefore, it is considered that the charge / discharge reaction is facilitated and a high-capacity battery can be obtained.

以下、図面を参照しながら、上述した本発明に係る実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。以下では、非水電解質二次電池の一形態である、双極型リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。なお、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。本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20~25℃)、相対湿度40~50%RHの条件で行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. .. Hereinafter, the present invention will be described by taking as an example a bipolar lithium ion secondary battery, which is a form of a non-aqueous electrolyte secondary battery. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios. In the present specification, "XY" indicating a range means "X or more and Y or less". Unless otherwise specified, operations and measurements of physical properties are performed under the conditions of room temperature (20 to 25 ° C.) and relative humidity of 40 to 50% RH.

本明細書では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「双極型二次電池」とも称し、双極型リチウムイオン二次電池用電極を単に「双極型電極」と称することがある。 In the present specification, the bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a “bipolar secondary battery”, and the electrode for a bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a “bipolar electrode”.

<双極型二次電池>
図1は、本発明の一実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。図1に示す双極型二次電池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、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。
<Bipolar secondary battery>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery according to an embodiment of the present invention. The bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminated film 29 which is a battery exterior body.

図1に示すように、本形態の双極型二次電池10の発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータに電解液が含浸されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。ただし、本発明の技術的範囲は図1に示すような双極型二次電池に限定されず、例えば国際公開第2016/031688号パンフレットに開示されているような複数の単電池層が電気的に直列に積層されてなる結果として同様の直列接続構造を有する電池であってもよい。 As shown in FIG. 1, in the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 of the present embodiment, a positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed, and the current collector 11 has a positive electrode active material layer 13. It has a plurality of bipolar electrodes 23 having an electrically coupled negative electrode active material layer 15 formed on the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via an electrolyte layer 17 to form a power generation element 21. The electrolyte layer 17 has a structure in which a separator as a base material is impregnated with an electrolytic solution. At this time, the positive electrode active material layer 13 of the one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other via the electrolyte layer 17. The bipolar electrodes 23 and the electrolyte layers 17 are alternately laminated. That is, the electrolyte layer 17 is sandwiched between the positive electrode active material layer 13 of the one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. ing. However, the technical scope of the present invention is not limited to the bipolar secondary battery as shown in FIG. 1, and a plurality of single battery layers as disclosed in, for example, International Publication No. 2016/031688 are electrically formed. Batteries having a similar series connection structure as a result of being stacked in series may be used.

なお、図示はしないが、図1の双極型二次電池10において、負極活物質層15は、負極活物質として黒鉛を含む。また、負極活物質層15は、導電助剤として導電性繊維である炭素繊維を含んでいてもよい。負極活物質層15が炭素繊維を含むことで、負極活物質層15の電解質層17側に接触する第1主面から集電体11側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成することができ、さらに当該導電通路と負極活物質とを電気的に接続することができる。負極活物質層15は、一般的な非水電解質二次電池の活物質層に含まれるバインダを含んでいない(すなわち、「非結着体」である)。正極活物質層13は、一般的な非水電解質二次電池の活物質層に含まれるバインダを含んでもよいが、非結着体であることが好ましい。 Although not shown, in the bipolar secondary battery 10 of FIG. 1, the negative electrode active material layer 15 contains graphite as the negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer 15 may contain carbon fibers, which are conductive fibers, as a conductive auxiliary agent. Since the negative electrode active material layer 15 contains carbon fibers, the first main surface of the negative electrode active material layer 15 in contact with the electrolyte layer 17 side and the second main surface in contact with the current collector 11 side are electrically connected. A conductive passage can be formed, and the conductive passage and the negative electrode active material can be electrically connected to each other. The negative electrode active material layer 15 does not contain the binder contained in the active material layer of a general non-aqueous electrolyte secondary battery (that is, it is a “non-binding body”). The positive electrode active material layer 13 may contain a binder contained in the active material layer of a general non-aqueous electrolyte secondary battery, but is preferably a non-bundling body.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。これにより、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止している。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。 The adjacent positive electrode active material layer 13, the electrolyte layer 17, and the negative electrode active material layer 15 constitute one cell cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are laminated. Further, a seal portion (insulation layer) 31 is arranged on the outer peripheral portion of the cell cell layer 19. As a result, liquid leakage due to leakage of the electrolytic solution from the electrolyte layer 17 is prevented, adjacent current collectors 11 in the battery come into contact with each other, and the ends of the cell cell layer 19 in the power generation element 21 are slightly uneven. It prevents short circuits caused by the above. The positive electrode active material layer 13 is formed on only one side of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21. Further, the negative electrode active material layer 15 is formed on only one side of the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generation element 21.

さらに、図1に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板(正極タブ)25が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板(負極タブ)27が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム29から導出している。 Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 25 is arranged so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a battery exterior. It is derived from the laminated film 29. On the other hand, the negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 27 is arranged so as to be adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and is similarly extended and led out from the laminated film 29.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装体であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。なお、ここでは、双極型二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能な非水電解質電池の種類は特に制限されず、発電要素において単電池層が並列接続されてなる形式のいわゆる並列積層型電池などの従来公知の任意の非水電解質二次電池に適用可能である。 The number of times the cell cell layer 19 is laminated is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar type secondary battery 10, the number of times the single battery layer 19 is laminated may be reduced as long as a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. Even in the bipolar type secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental deterioration during use, the power generation element 21 is vacuum-enclosed in the laminated film 29 which is the battery exterior, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode collector are collected. It is preferable to have a structure in which the electric plate 27 is taken out from the laminated film 29. Although the embodiment of the present invention has been described here by taking a bipolar secondary battery as an example, the type of non-aqueous electrolyte battery to which the present invention can be applied is not particularly limited, and the single battery layer is used as a power generation element. It can be applied to any conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery such as a so-called parallel laminated battery in the form of being connected in parallel.

以下、上述した双極型二次電池の主な構成要素について説明する。 Hereinafter, the main components of the above-mentioned bipolar secondary battery will be described.

[集電体]
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating the movement of electrons from one surface in contact with the positive electrode active material layer to the other surface in contact with the negative electrode active material layer. The material constituting the current collector is not particularly limited, but for example, a metal or a resin having conductivity may be adopted.

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、またはカーボン被覆アルミニウム箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specific examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. 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, it may be a foil obtained by coating a metal surface with aluminum, or a carbon-coated aluminum foil. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electron conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material by sputtering to the current collector, and the like.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 In addition, examples of the latter resin having conductivity include a conductive polymer material or a resin in which a conductive filler is added to a non-conductive polymer material as needed. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, polyoxadiazole and the like. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polyimide. (PI), Polyethyleneimide (PAI), Polyethylene (PA), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Styrene-butadiene rubber (SBR), Polyacrylonitrile (PAN), Polymethylacrylate (PMA), Polymethylmethacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS) and the like. Such non-conductive polymer materials may have excellent potential or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material, if necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is composed of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably indispensable in order to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属またはこれらの金属を含む合金もしくは金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a conductive substance. For example, materials having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking property include metals and conductive carbon. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or a metal thereof. It is preferable to contain an alloy containing or a metal oxide. Further, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, vulcan (registered trademark), black pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one species.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5~80質量%程度である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 80% by mass.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。 The current collector may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include a conductive resin layer made of at least a conductive resin. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the cells of the cell, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質を含む非結着体からなる。「負極活物質を含む非結着体からなる」とは、電極活物質が結着剤(バインダともいう)により互いの位置を固定されていない状態であることを意味する。負極活物質層におけるバインダの含有量は、負極活物質層に含まれる全固形分量100質量%に対して、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.2質量%以下であり、特に好ましくは0.1質量%以下であり、最も好ましくは0質量%である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer is composed of a non-bonded body containing the negative electrode active material. The phrase "consisting of a non-binding body containing a negative electrode active material" means that the electrode active materials are not fixed to each other by a binder (also referred to as a binder). The binder content in the negative electrode active material layer is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and further preferably 0.5% by mass or less, based on 100% by mass of the total solid content contained in the negative electrode active material layer. It is preferably 0.2% by mass or less, particularly preferably 0.1% by mass or less, and most preferably 0% by mass.

また、本明細書において、活物質層が電極活物質の非結着体からなるか否かは、活物質層を電解液中に完全に含浸した場合に活物質層が崩壊するか否かを観察することで確認できる。活物質層が電極活物質を含む結着体からなる場合には、一分以上その形状を維持することができるが、活物質層が電極活物質を含む非結着体からなる場合には、一分未満で形状の崩壊が起こる。 Further, in the present specification, whether or not the active material layer is composed of a non-bonded body of the electrode active material is whether or not the active material layer collapses when the active material layer is completely impregnated in the electrolytic solution. It can be confirmed by observing. When the active material layer is made of a binder containing the electrode active material, the shape can be maintained for one minute or more, but when the active material layer is made of a non-bonded body containing the electrode active material, the shape can be maintained. Shape collapse occurs in less than a minute.

(負極活物質)
負極活物質は、黒鉛(グラファイト)を主成分として必須に含む。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などが挙げられる。天然黒鉛は、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛などが使用できる。人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛が使用できる。「黒鉛を主成分とする」とは、負極活物質に占める黒鉛の割合が50質量%以上であることを意味する。この場合、負極活物質に占める黒鉛の割合は、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは85質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material indispensably contains graphite as a main component. Examples of graphite include natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and the like. As the natural graphite, for example, scaly graphite, lump graphite and the like can be used. As the artificial graphite, bulk graphite, vapor phase growth graphite, scaly graphite, and fibrous graphite can be used. "The main component is graphite" means that the ratio of graphite to the negative electrode active material is 50% by mass or more. In this case, the proportion of graphite in the negative electrode active material is more preferably 70% by mass or more, further preferably 85% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more. It is most preferably 100% by mass.

負極活物質としては、黒鉛に加え、例えばソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料(スズ、シリコン)、リチウム合金系負極材料(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-シリコン合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-アルミニウム-マンガン合金等)などを併用できる。 In addition to graphite, the negative electrode active material includes carbon materials such as soft carbon and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials (tin, silicon), and lithium alloys. Negative electrode materials (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-aluminum-manganese alloy, etc.) can be used in combination.

負極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。 The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

(導電助剤)
負極活物質層は、導電助剤をさらに含むことが好ましい。
(Conductive aid)
The negative electrode active material layer preferably further contains a conductive auxiliary agent.

導電助剤は、負極活物質層中で電子伝導パス(導電通路)を形成する機能を有する。このような電子伝導パスが負極活物質層中に形成されると、電池の内部抵抗が低減し、高レートでの出力特性向上に寄与しうる。特に、導電助剤の少なくとも一部が、負極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、負極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)ことが好ましい。このような形態を有することで、負極活物質層中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減されるため、電池の高レートでの出力特性をより一層向上しうる。なお、導電助剤の少なくとも一部が、負極活物質層の2つの主面同士を電気的に接続する導電通路を形成している(本実施形態では、負極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成している)か否かは、SEMや光学顕微鏡を用いて負極活物質層の断面を観察することにより確認することができる。 The conductive auxiliary agent has a function of forming an electron conduction path (conductive path) in the negative electrode active material layer. When such an electron conduction path is formed in the negative electrode active material layer, the internal resistance of the battery is reduced, which can contribute to the improvement of output characteristics at a high rate. In particular, at least a part of the conductive auxiliary agent forms a conductive passage that electrically connects the two main surfaces of the negative electrode active material layer (in the present embodiment, it contacts the electrolyte layer side of the negative electrode active material layer). It is preferable to form a conductive passage that electrically connects from the first main surface to the second main surface in contact with the current collector side). By having such a form, the electron transfer resistance in the thickness direction in the negative electrode active material layer is further reduced, so that the output characteristics at a high rate of the battery can be further improved. At least a part of the conductive auxiliary agent forms a conductive passage that electrically connects the two main surfaces of the negative electrode active material layer (in the present embodiment, it contacts the electrolyte layer side of the negative electrode active material layer). Whether or not a conductive passage is formed that electrically connects from the first main surface to the second main surface in contact with the current collector side) is determined by using an SEM or an optical microscope to determine the cross section of the negative electrode active material layer. It can be confirmed by observing.

このような導電通路を確実に形成するという観点から、導電助剤は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。具体的には、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。 From the viewpoint of reliably forming such a conductive passage, the conductive auxiliary agent is preferably a conductive fiber having a fibrous form. Specifically, carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers in which a metal having good conductivity or graphite is uniformly dispersed in synthetic fibers, and a metal such as stainless steel are used as fibers. Examples thereof include carbonized metal fibers, conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with metal, and conductive fibers in which the surface of organic fibers is coated with a resin containing a conductive substance. Of these, carbon fiber is preferable because it has excellent conductivity and is lightweight.

ただし、繊維状の形態を有しない導電助剤が用いられてももちろんよい。例えば、粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤が用いられうる。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 However, of course, a conductive auxiliary agent that does not have a fibrous form may be used. For example, a conductive auxiliary agent having a particulate (for example, spherical) morphology can be used. When the conductive auxiliary agent is in the form of particles, the shape of the particles is not particularly limited, and may be any shape such as powder, sphere, plate, columnar, amorphous, fluffy, and spindle-shaped. The average particle size (primary particle size) when the conductive auxiliary agent is in the form of particles is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. In the present specification, the “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the contour line of the conductive auxiliary agent. As the value of the "average particle size", an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is used, and the average value of the particle size of the particles observed in several to several tens of fields is used. The calculated value shall be adopted.

粒子状(例えば、球状)の形態を有する導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。 Conductive aids having a particulate (eg, spherical) morphology include, for example, metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, titanium, alloys or metal oxides containing these metals; carbon nanotubes. (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.) and the like, but are not limited thereto. Further, a particulate ceramic material or a resin material coated with the above metal material by plating or the like can also be used as a conductive auxiliary agent. Among these conductive auxiliaries, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to contain at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon, and aluminum, stainless steel. It is more preferable to contain at least one selected from the group consisting of silver, gold, and carbon, and even more preferably to contain at least one carbon. Only one kind of these conductive auxiliary agents may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination.

負極活物質層中における導電助剤の含有量は、負極活物質層の全固形分量(全ての部材の固形分量の合計)100質量%に対して、2~20質量%であることが好ましい。導電助剤の含有量が上記範囲であると、負極活物質層中で電子伝導パスを良好に形成できるとともに、電池のエネルギー密度が低下するのを抑えることができるという利点がある。 The content of the conductive auxiliary agent in the negative electrode active material layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the total solid content of the negative electrode active material layer (total of the solid content of all the members). When the content of the conductive auxiliary agent is in the above range, there is an advantage that the electron conduction path can be satisfactorily formed in the negative electrode active material layer and the decrease in the energy density of the battery can be suppressed.

負極活物質層の厚さは、好ましくは150~1500μmであり、より好ましくは180~1200μmであり、さらに好ましくは200~650μmである。負極活物質層の厚さが150μm以上であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、負極活物質層の厚さが1500μm以下であれば、負極活物質層の構造を十分に維持することができる。 The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 1200 μm, and further preferably 200 to 650 μm. When the thickness of the negative electrode active material layer is 150 μm or more, the energy density of the battery can be sufficiently increased. On the other hand, when the thickness of the negative electrode active material layer is 1500 μm or less, the structure of the negative electrode active material layer can be sufficiently maintained.

負極活物質層の空隙率は、好ましくは30~60%である。負極活物質層の空隙率が30%以上であれば、負極活物質層の形成時に負極活物質スラリーを塗布した後、塗膜をプレスする際のプレス圧を大きくする必要がない。その結果、所望の厚さおよび面積を有する負極活物質層を好適に形成することができる。一方、負極活物質層の空隙率が60%以下であれば、負極活物質層中の電子伝導性材料(導電助剤、負極活物質等)同士の接触を十分に維持することができ、電子移動抵抗の増大が防止できる。なお、本明細書において、負極活物質層の空隙率は、以下の方法により測定するものとする。また、後述の正極活物質層の空隙率も同様の方法により測定することができる。 The porosity of the negative electrode active material layer is preferably 30 to 60%. When the porosity of the negative electrode active material layer is 30% or more, it is not necessary to increase the pressing pressure when pressing the coating film after applying the negative electrode active material slurry at the time of forming the negative electrode active material layer. As a result, the negative electrode active material layer having a desired thickness and area can be suitably formed. On the other hand, when the void ratio of the negative electrode active material layer is 60% or less, the contact between the electron conductive materials (conductive auxiliary agent, negative electrode active material, etc.) in the negative electrode active material layer can be sufficiently maintained, and the electrons can be sufficiently maintained. It is possible to prevent an increase in movement resistance. In the present specification, the porosity of the negative electrode active material layer shall be measured by the following method. Further, the porosity of the positive electrode active material layer described later can also be measured by the same method.

負極活物質層の空隙率は、下記式(1)に従って算出する。なお、前記空隙内の一部には電解液が存在していてもよい。
式(1):空隙率(%)=100-負極活物質層の固形分占有体積率(%)
ここで、負極活物質層の「固形分占有体積率(%)」は、下記式(2)より算出される。
式(2):固形分占有体積率(%)=(固形材料体積(cm)/負極活物質層体積(cm))×100
なお、負極活物質層体積は負極の厚みと塗布面積から算出する。また、固形材料体積は以下手順により求める。
(a)負極活物質スラリーに含まれる各材料の添加量を秤量する。
(b)集電体表面に負極活物質スラリーを塗布した後、集電体および塗膜の重さを秤量する。
(c)塗布後のスラリーをプレスし、プレス後の集電体および塗膜の重さを秤量する。
(d)プレス時に吸出した電解液量を「(c)で得られた値-(b)で得られた値」より算出する。
(e)(a)、(c)、(d)の値より、プレス後の負極活物質層中の各材料の質量を算出する。(f)(e)で算出した各材料の質量および各材料の密度から、負極活物質層中の各材料の体積を算出する。
(g)(f)で算出した各材料の体積のうち、固体材料の体積のみを足し合わせることにより固形材料体積を算出する。
The porosity of the negative electrode active material layer is calculated according to the following formula (1). The electrolytic solution may be present in a part of the void.
Formula (1): Porosity (%) = 100-Solid content occupied volume fraction (%) of the negative electrode active material layer
Here, the "solid content occupied volume fraction (%)" of the negative electrode active material layer is calculated by the following formula (2).
Equation (2): Solid content occupied volume ratio (%) = (solid material volume (cm 3 ) / negative electrode active material layer volume (cm 3 )) × 100
The volume of the negative electrode active material layer is calculated from the thickness of the negative electrode and the coating area. The volume of solid material is determined by the following procedure.
(A) Weigh the amount of each material added to the negative electrode active material slurry.
(B) After applying the negative electrode active material slurry to the surface of the current collector, the weights of the current collector and the coating film are weighed.
(C) The slurry after coating is pressed, and the weights of the current collector and the coating film after pressing are weighed.
(D) The amount of the electrolytic solution sucked out at the time of pressing is calculated from "the value obtained in (c)-the value obtained in (b)".
(E) From the values of (a), (c) and (d), the mass of each material in the negative electrode active material layer after pressing is calculated. (F) The volume of each material in the negative electrode active material layer is calculated from the mass of each material and the density of each material calculated in (e).
(G) Of the volumes of each material calculated in (f), only the volume of the solid material is added to calculate the volume of the solid material.

負極活物質層の密度は、好ましくは0.60~1.30g/cmであり、より好ましくは0.70~1.20g/cmであり、さらに好ましくは0.80~1.10g/cmである。負極活物質層の密度が0.60g/cm以上であれば、十分なエネルギー密度を有する電池を得ることができる。一方、負極活物質層の密度が1.30g/cm以下であれば、上述の負極活物質層の空隙率の低下を防止することができる。空隙率の低下を抑えれば空隙を満たす電解液が十分に確保され、負極活物質層におけるイオン移動抵抗の増大が防止できる。なお、本明細書において、負極活物質層の密度は、以下の方法により測定するものとする。また、後述の正極活物質層の密度も同様の方法により測定することができる。 The density of the negative electrode active material layer is preferably 0.60 to 1.30 g / cm 3 , more preferably 0.70 to 1.20 g / cm 3 , and further preferably 0.80 to 1.10 g / cm 3. It is cm 3 . When the density of the negative electrode active material layer is 0.60 g / cm 3 or more, a battery having a sufficient energy density can be obtained. On the other hand, when the density of the negative electrode active material layer is 1.30 g / cm 3 or less, it is possible to prevent the above-mentioned decrease in the porosity of the negative electrode active material layer. If the decrease in porosity is suppressed, an electrolytic solution that fills the voids is sufficiently secured, and an increase in ion transfer resistance in the negative electrode active material layer can be prevented. In the present specification, the density of the negative electrode active material layer shall be measured by the following method. Further, the density of the positive electrode active material layer described later can also be measured by the same method.

負極活物質層の密度は、下記式(3)に従って算出する。
式(3):電極密度(g/cm)=固体材料質量(g)÷電極体積(cm)。
The density of the negative electrode active material layer is calculated according to the following formula (3).
Equation (3): Electrode density (g / cm 3 ) = solid material mass (g) ÷ electrode volume (cm 3 ).

なお、固体材料質量は、上記(e)で得られたプレス後の電極中の各材料の質量のうち、固体材料の質量のみを足し合わせることにより算出する。電極体積は電極の厚みと塗布面積から算出する。 The mass of the solid material is calculated by adding only the mass of the solid material to the mass of each material in the electrode after pressing obtained in (e) above. The electrode volume is calculated from the thickness of the electrode and the coating area.

(負極の製造方法)
負極の製造方法は、特に制限されず、従来公知の手法を適宜参照することにより製造することができる。以下では、一実施形態に係る負極の製造方法を説明する。
(Manufacturing method of negative electrode)
The method for manufacturing the negative electrode is not particularly limited, and the negative electrode can be manufactured by appropriately referring to a conventionally known method. Hereinafter, a method for manufacturing a negative electrode according to an embodiment will be described.

まず、上述した負極活物質および導電助剤を溶媒とともに混合して負極活物質層用スラリーを調製する。 First, the above-mentioned negative electrode active material and the conductive auxiliary agent are mixed with a solvent to prepare a slurry for the negative electrode active material layer.

ここで、負極活物質、導電助剤および溶媒を混合し、負極活物質層用スラリーを調製する方法は特に制限されず、部材の添加順、混合方法等、従来公知の知見が適宜参照される。この際、溶媒としては、後述する液体電解質の非水溶媒が適宜用いられうる。また、リチウム塩や電解液への添加剤などをさらに含んだ電解液を、そのまま本工程における溶媒に代えて用いてもよい。 Here, the method for preparing the slurry for the negative electrode active material layer by mixing the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent and the solvent is not particularly limited, and conventionally known knowledge such as the order of addition of members and the mixing method is appropriately referred to. .. At this time, as the solvent, a non-aqueous solvent of a liquid electrolyte described later can be appropriately used. Further, an electrolytic solution further containing a lithium salt, an additive to the electrolytic solution, or the like may be used as it is in place of the solvent in this step.

負極活物質層用スラリーの濃度は、特に制限されない。ただし、後述する工程におけるスラリーの塗布や、さらにその後の工程におけるプレスを容易にする観点から、負極活物質層用スラリー100質量%に対する全固形分の濃度は、好ましくは35~75質量%であり、より好ましくは40~70質量%であり、さらに好ましくは45~60質量%である。濃度が上記範囲内であると、塗布で十分な厚さを有する負極活物質層を容易に形成することができる。 The concentration of the slurry for the negative electrode active material layer is not particularly limited. However, from the viewpoint of facilitating the application of the slurry in the step described later and the pressing in the subsequent steps, the concentration of the total solid content with respect to 100% by mass of the slurry for the negative electrode active material layer is preferably 35 to 75% by mass. , More preferably 40 to 70% by mass, still more preferably 45 to 60% by mass. When the concentration is within the above range, a negative electrode active material layer having a sufficient thickness can be easily formed by coating.

次いで、多孔質シート上に上記で調製した負極活物質層用スラリーの塗膜を形成し、必要に応じてスラリーから溶媒を除去してから、当該塗膜の表面に集電体を配置する。スラリーの塗膜を塗布する方法については、特に制限されず、アプリケーター等の従来公知の知見が適宜参照される。また、スラリーから溶媒を除去するための手法についても制限はなく、例えば多孔質シートの塗膜形成面とは反対の表面から吸引ろ過を行うことにより、溶媒を除去することができる。 Next, a coating film of the slurry for the negative electrode active material layer prepared above is formed on the porous sheet, the solvent is removed from the slurry if necessary, and then the current collector is placed on the surface of the coating film. The method for applying the coating film of the slurry is not particularly limited, and conventionally known knowledge such as an applicator is appropriately referred to. Further, there is no limitation on the method for removing the solvent from the slurry, and the solvent can be removed, for example, by performing suction filtration from the surface opposite to the coating film forming surface of the porous sheet.

ここで、多孔質シートとしては、本技術分野においてセパレータとして使用される、微多孔膜、不織布などと同様のものを使用することができる。具体的には、微多孔膜としては、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膜が挙げられる。また、不織布としては、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、単独または混合して用いた不織布が挙げられる。なお、スラリーの塗布(負極活物質層の形成)後に除去されることを前提として、ニッケルメッシュやステンレスメッシュ等の金属メッシュが多孔質シートとして用いられてもよい。 Here, as the porous sheet, the same one as the microporous membrane, the non-woven fabric, etc. used as the separator in the present technical field can be used. Specifically, examples of the microporous membrane include a microporous membrane made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and glass fiber. Examples of the non-woven fabric include non-woven fabrics in which cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; polyimide, aramid and the like are used alone or in combination. A metal mesh such as a nickel mesh or a stainless mesh may be used as the porous sheet on the premise that the slurry is removed after the application of the slurry (formation of the negative electrode active material layer).

なお、上記多孔質シートは、負極活物質層の形成後に取り除いてもよいし、絶縁性の多孔質シートについてはそのまま電池のセパレータとして用いても構わない。多孔質シートをそのままセパレータとして用いる場合は、当該多孔質シートのみをセパレータとして電解質層を形成してもよいし、当該多孔質シートと別のセパレータとを組み合わせて(すなわち、セパレータを2枚以上として)電解質層を形成してもよい。 The porous sheet may be removed after the negative electrode active material layer is formed, or the insulating porous sheet may be used as it is as a battery separator. When the porous sheet is used as it is as a separator, the electrolyte layer may be formed by using only the porous sheet as a separator, or a combination of the porous sheet and another separator (that is, two or more separators). ) An electrolyte layer may be formed.

さらに、必要に応じて、負極活物質層用スラリーの塗膜と多孔質シートとの積層体をプレスしてもよい。この際に用いられるプレス装置は、塗布した負極活物質層用スラリーの全面に均一に圧力を加えられる装置であることが好ましく、具体的には、ハイプレッシャージャッキ J-1(アズワン株式会社製)が使用できる。プレスの際の圧力は、特に制限されないが、好ましくは0.4~40MPaである。 Further, if necessary, a laminate of the coating film of the slurry for the negative electrode active material layer and the porous sheet may be pressed. The press device used at this time is preferably a device that can uniformly apply pressure to the entire surface of the applied slurry for the negative electrode active material layer, specifically, High Pressure Jack J-1 (manufactured by AS ONE Corporation). Can be used. The pressure at the time of pressing is not particularly limited, but is preferably 0.4 to 40 MPa.

[正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質を含む。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni-Mn-Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられる。さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)、またはリチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム複合酸化物(以下単に、「NCA複合酸化物」とも称する)などが用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を有する。そして、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2 , and lithium such as those in which some of these transition metals are replaced by other elements. Examples thereof include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used. More preferably, Li (Ni-Mn-Co) O 2 and a part of these transition metals are substituted with other elements (hereinafter, also simply referred to as "NMC composite oxide"), or lithium-nickel-cobalt. -Aluminum composite oxide (hereinafter, also simply referred to as "NCA composite oxide") or the like is used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni and Co are arranged in an orderly manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. Then, one Li atom is contained in each atom of the transition metal M, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。 As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is replaced with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu. , Ag, Zn and the like, preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, and more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, It is Cr, and more preferably Ti, Zr, Al, Mg, and Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0≦c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable to use the general formula (1): Li a Ni b Mn c Code M x O 2 (however, in the formula, a, b, c, d, x). Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, b + c + d = 1. It has a composition represented by (at least one kind of element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化される。その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 Generally, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of the material and improving the electron conductivity. Ti and the like partially replace the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). The crystal structure is stabilized by solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr. As a result, it is considered that the capacity of the battery can be prevented from decreasing even if charging and discharging are repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位質量あたりの容量が大きい。これにより、エネルギー密度の向上が可能となり、コンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しているため、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31 and 0.19 ≦ d ≦ 0.26. Is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 includes LiCo O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , etc., which have been proven in general consumer batteries. Compared with, the capacity per unit mass is large. This has the advantage that the energy density can be improved and a compact and high-capacity battery can be manufactured, which is preferable from the viewpoint of cruising range. In addition, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in that it has a larger capacity, but it has a difficulty in life characteristics. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has excellent life characteristics comparable to LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、第2の正極活物質層に含まれる第2の正極活物質の平均粒子径は、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。 Of course, a positive electrode active material other than the above may be used. The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but the average particle size of the second positive electrode active material contained in the second positive electrode active material layer is preferably 1 to 100 μm from the viewpoint of increasing the output. It is preferably 1 to 20 μm.

正極活物質層は、負極活物質層について上述したのと同様に、必要に応じて、導電助剤をさらに含むことが好ましい。また、正極活物質層は、バインダを含有してもよい。 The positive electrode active material layer preferably further contains a conductive auxiliary agent, if necessary, in the same manner as described above for the negative electrode active material layer. Further, the positive electrode active material layer may contain a binder.

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、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, 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.

正極活物質層に含まれうる、導電助剤、バインダ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。なお、負極活物質層と同様に、正極活物質層は、バインダを含有しないものであることが好ましい。すなわち、本形態に係る非水電解質二次電池の好ましい実施形態において、正極活物質層は、正極活物質がバインダによって結着されていない、いわゆる正極活物質を含む非結着体からなる。「正極活物質を含む非結着体からなる」とは、上記負極活物質層と同様に、電極活物質がバインダにより互いの位置を固定されていない状態であることを意味する。この際、正極活物質層におけるバインダの含有量は、正極活物質層に含まれる全固形分量100質量%に対して、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.2質量%以下であり、特に好ましくは0.1質量%以下であり、最も好ましくは0質量%である。 The compounding ratio of other additives such as the conductive auxiliary agent and the binder that can be contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited. Their compounding ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about non-aqueous electrolyte secondary batteries. As with the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer preferably does not contain a binder. That is, in a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material layer is composed of a non-bound body containing a so-called positive electrode active material in which the positive electrode active material is not bound by a binder. The phrase "consisting of a non-bonded body containing a positive electrode active material" means that the electrode active materials are not fixed to each other by a binder, as in the case of the negative electrode active material layer. At this time, the content of the binder in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, based on 100% by mass of the total solid content contained in the positive electrode active material layer. It is more preferably 0.2% by mass or less, particularly preferably 0.1% by mass or less, and most preferably 0% by mass.

本形態の非水電解質二次電池において、正極活物質層の厚さは特に制限されず、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、正極活物質層の厚さは、好ましくは150~1500μmであり、より好ましくは180~950μmであり、さらに好ましくは200~800μmである。正極活物質層の厚さが150μm以上であれば、電池のエネルギー密度を十分に高めることができる。一方、正極活物質層の厚さが1500μm以下であれば、正極活物質層の構造を十分に維持することができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, the thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the positive electrode active material layer is preferably 150 to 1500 μm, more preferably 180 to 950 μm, and further preferably 200 to 800 μm. When the thickness of the positive electrode active material layer is 150 μm or more, the energy density of the battery can be sufficiently increased. On the other hand, when the thickness of the positive electrode active material layer is 1500 μm or less, the structure of the positive electrode active material layer can be sufficiently maintained.

正極活物質層の空隙率は、好ましくは35~50%である。正極活物質層の空隙率が35%以上であれば、正極活物質層の形成時に正極活物質スラリーを塗布した後、塗膜をプレスする際のプレス圧を大きくする必要がない。その結果、所望の厚さおよび面積を有する正極活物質層を好適に形成することができる。一方、正極活物質層の空隙率が50%以下であれば、正極活物質層中の電子伝導性材料(導電助剤、正極活物質等)同士の接触を十分に維持することができ、電子移動抵抗の増大が防止できる。 The porosity of the positive electrode active material layer is preferably 35 to 50%. When the porosity of the positive electrode active material layer is 35% or more, it is not necessary to increase the pressing pressure when pressing the coating film after applying the positive electrode active material slurry at the time of forming the positive electrode active material layer. As a result, the positive electrode active material layer having a desired thickness and area can be suitably formed. On the other hand, when the void ratio of the positive electrode active material layer is 50% or less, the contact between the electron conductive materials (conductive auxiliary agent, positive electrode active material, etc.) in the positive electrode active material layer can be sufficiently maintained, and the electrons can be sufficiently maintained. It is possible to prevent an increase in movement resistance.

正極活物質層の密度は、好ましくは2.10~3.00g/cmであり、より好ましくは2.15~2.85g/cmであり、さらに好ましくは2.20~2.80g/cmである。正極活物質層の密度が2.10g/cm以上であれば、十分なエネルギー密度を有する電池を得ることができる。一方、正極活物質層の密度が3.00g/cm以下であれば、上述の正極活物質層の空隙率の低下を防止することができる。空隙率の低下を抑えれば空隙を満たす電解液が十分に確保され、正極活物質層におけるイオン移動抵抗の増大が防止できる。 The density of the positive electrode active material layer is preferably 2.10 to 3.00 g / cm 3 , more preferably 2.15 to 2.85 g / cm 3 , and further preferably 2.20 to 2.80 g / cm 3. It is cm 3 . When the density of the positive electrode active material layer is 2.10 g / cm 3 or more, a battery having a sufficient energy density can be obtained. On the other hand, when the density of the positive electrode active material layer is 3.00 g / cm 3 or less, it is possible to prevent the above-mentioned decrease in the porosity of the positive electrode active material layer. If the decrease in porosity is suppressed, an electrolytic solution that fills the voids is sufficiently secured, and an increase in ion transfer resistance in the positive electrode active material layer can be prevented.

正極(正極活物質層)は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、スパッタ法、蒸着法、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法および溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。 The positive electrode (positive electrode active material layer) shall be formed by any of a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a PVD method, an ion plating method and a thermal spraying method, in addition to a method of applying (coating) a normal slurry. Can be done.

[電解質層]
本形態に係る非水電解質二次電池の電解質層は、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 of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment has a structure in which a separator is impregnated with an electrolytic solution.

電解液(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電解液(液体電解質)は、非水溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。 The electrolytic solution (liquid electrolyte) has a function as a carrier of lithium ions. The electrolytic solution (liquid electrolyte) constituting the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.

本形態に係る非水電解質二次電池において、電解液は、リチウム塩とプロピレンカーボネートを含む非水溶媒とを含有し、前記電解液における前記プロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)が0.250超である。この構成により、負極活物質として黒鉛を使用しても、黒鉛とプロピレンカーボネートとの反応を抑制することで、プロピレンカーボネートの分解を抑制できる。よって、黒鉛表面でのプロピレンカーボネート分解物による高抵抗被膜の形成を抑制し、充放電反応が進行しやすくなる。前記比率の上限は、特に制限されないが、好ましくは1.43以下であり、より好ましくは1.15以下であり、さらに好ましくは1.00以下であり、特に好ましくは0.70以下である。前記比率が1.43以下であれば、十分な電池性能を確保できる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the electrolytic solution contains a lithium salt and a non-aqueous solvent containing propylene carbonate, and the concentration of the lithium salt with respect to the concentration (mol / L) of the propylene carbonate in the electrolytic solution. The concentration (mol / L) ratio (lithium salt / propylene carbonate) is more than 0.250. With this configuration, even if graphite is used as the negative electrode active material, the decomposition of propylene carbonate can be suppressed by suppressing the reaction between graphite and propylene carbonate. Therefore, the formation of a high resistance film due to the decomposition product of propylene carbonate on the graphite surface is suppressed, and the charge / discharge reaction easily proceeds. The upper limit of the ratio is not particularly limited, but is preferably 1.43 or less, more preferably 1.15 or less, still more preferably 1.00 or less, and particularly preferably 0.70 or less. When the ratio is 1.43 or less, sufficient battery performance can be ensured.

非水溶媒は、プロピレンカーボネート(PC)を含む。非水溶媒は、上記比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)を満たす限り、プロピレンカーボネート以外の非水溶媒を含むことができる。プロピレンカーボネート以外の非水溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4-メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2-メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびγ-ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。中でも、PC以外の非水溶媒は、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、およびブチレンカーボネート(BC)が好ましく、エチレンカーボネートを含むことが好ましい。 The non-aqueous solvent contains propylene carbonate (PC). The non-aqueous solvent can contain a non-aqueous solvent other than propylene carbonate as long as the above ratio (lithium salt / propylene carbonate) is satisfied. Examples of non-aqueous solvents other than propylene carbonate include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), and methyl acetate (MA). , Methyl formate (MF), 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC). , And γ-butyrolactone (GBL) and the like. Among them, as the non-aqueous solvent other than PC, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and butylene carbonate (BC) are preferable. , It is preferable to contain ethylene carbonate.

非水溶媒中の前記プロピレンカーボネートの含有量は、前記非水溶媒の全体積に対して、好ましくは30~100vol%である。また、非水溶媒中の前記プロピレンカーボネートの濃度は、好ましくは3.5~11.8mol/Lである。このような範囲であれば、より高い放電容量を得ることができる。 The content of the propylene carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 30 to 100 vol% with respect to the total volume of the non-aqueous solvent. The concentration of the propylene carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 3.5 to 11.8 mol / L. Within such a range, a higher discharge capacity can be obtained.

リチウム塩としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。なかでも、電池出力および充放電サイクル特性の観点から、LiPFやLi[(FSON](LiFSI)がより好ましく、LiPFが特に好ましい。 Examples of the lithium salt 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. Among them, LiPF 6 and Li [(FSO 2 ) 2N] ( LiFSI) are more preferable, and LiPF 6 is particularly preferable, from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.

電解液中におけるリチウム塩の濃度は、0.88~5.00mol/Lであることが好ましく、1.0~4.0mol/Lであることがより好ましく、1.5~3.0mol/Lであることがさらに好ましい。このような範囲であれば、より高い放電容量を得ることができる。 The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.88 to 5.00 mol / L, more preferably 1.0 to 4.0 mol / L, and more preferably 1.5 to 3.0 mol / L. Is more preferable. Within such a range, a higher discharge capacity can be obtained.

電解液は、上述した成分以外の添加剤をさらに混合してもよい。また、添加剤は電解液に含有させてもよい。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。これらの添加剤は、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。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、添加剤を添加する前の電解液100質量%に対して、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは0.5~5質量%である。 The electrolytic solution may be further mixed with additives other than the above-mentioned components. Further, the additive may be contained in the electrolytic solution. 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-vinylethylenecarbonate, 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. Only one of these additives may be used alone, or two or more of these additives may be used in combination. When the additive is used in the electrolytic solution, the amount used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5 with respect to 100% by mass of the electrolytic solution before the additive is added. It is mass%.

本形態に係る非水電解質二次電池において、電解質層にはセパレータが用いられる。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。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, a separator is used for the electrolyte layer. 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、上記電解液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 electrolytic solution, a non-woven fabric separator, and the like.

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としては、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 the separator of the porous sheet made of a polymer or a fiber, for example, a microporous (microporous membrane) can be used. 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車(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。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)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 a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the length is 4 to 60 μm in a single layer or a multilayer. Is desirable. It is desirable that the fine pore size of the microporous (microporous membrane) separator is 1 μm or less at the maximum (usually, the pore size is about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、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、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。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。 As the non-woven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. 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.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。 Further, the separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate (separator with a heat-resistant insulating layer). The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a separator having a melting point or a thermal softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, having high heat resistance is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is relaxed, so that the effect of suppressing heat shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise. Further, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer is improved, and the film breakage of the separator is less likely to occur. Further, due to the effect of suppressing heat shrinkage and high mechanical strength, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 Inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing heat shrinkage. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. For example, silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2O 3 , ZrO 2 , TIO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or may be artificially produced. Further, only one kind of these inorganic particles may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination. Of these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3 ).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5~15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . Within this range, sufficient ionic conductivity can be obtained and heat resistance is preferably maintained.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。 The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of adhering the inorganic particles to each other and the inorganic particles and the resin porous substrate layer. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer and prevents peeling between the porous substrate layer and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、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)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited, and is, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber. , Butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate and the like can be used as the binder. Of these, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. Only one of these compounds may be used alone, or two or more of these compounds may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2~20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。 The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the binder content is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour under the conditions of 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the separator from shrinking even when the heat generation amount becomes high and the battery internal temperature reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise.

[非水電解質二次電池の製造方法]
本形態の非水電解質二次電池は、常法により作製することができる。具体的には、正極と負極が電解質層を介して対向するように積層させることにより、単電池を作製するとよい。そして、単電池の数が所望の数となるまで電解質層および電極の積層を繰り返し、積層体を得る。次に、得られた積層体に正極タブ、負極タブを溶接により接合する。必要に応じて、溶接後に余分なタブ等をトリミングにより除去するのが望ましい。接合方法としては特に制限されるものではないが、超音波溶接機にて行うのが、接合時に発熱(加熱)せず、極めて短時間で接合できる為、熱による電極活物質層(負極活物質層および正極活物質層)の劣化を防止できる点で優れている。この際、正極タブと、負極タブとは、同じ辺(同じ取出し側)で対向(対峙)するように配置することができる。これにより、各正極の正極タブを1つに束ねて1つの正極集電板として外装体から取り出すことができる。同様に各負極の負極タブを1つに束ねて1つの負極集電板として外装体から取り出すことができる。また、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)とが、反対の辺(異なる取出し辺)となるように配置してもよい。
[Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can be produced by a conventional method. Specifically, a cell may be manufactured by laminating the positive electrode and the negative electrode so as to face each other via the electrolyte layer. Then, the stacking of the electrolyte layer and the electrodes is repeated until the number of cells becomes a desired number, and a laminated body is obtained. Next, the positive electrode tab and the negative electrode tab are joined to the obtained laminate by welding. If necessary, it is desirable to remove excess tabs and the like by trimming after welding. The joining method is not particularly limited, but the ultrasonic welding machine does not generate heat (heating) at the time of joining and can be joined in an extremely short time. Therefore, the electrode active material layer (negative electrode active material) by heat is used. It is excellent in that it can prevent deterioration of the layer and the positive electrode active material layer). At this time, the positive electrode tab and the negative electrode tab can be arranged so as to face each other on the same side (same extraction side). As a result, the positive electrode tabs of each positive electrode can be bundled into one and taken out from the exterior body as one positive electrode current collector plate. Similarly, the negative electrode tabs of each negative electrode can be bundled into one and taken out from the exterior body as one negative electrode current collector plate. Further, the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) may be arranged so as to be opposite sides (different extraction sides).

次いで、積層体を外装体へ収納する。積層体を、電池外装体に用いるラミネートフィルムで、上下から、正極集電板(正極集電タブ)と、負極集電板(負極集電タブ)を電池外装体の外部に取り出せるようにして、挟み込む。 Next, the laminated body is stored in the exterior body. The laminate is a laminate film used for the battery exterior, and the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) can be taken out from above and below to the outside of the battery exterior body. Insert it.

次に、上下のラミネートフィルムの外周部(封止部)のうち3辺を熱圧着して封止する。外周部のうち3辺を熱圧着して封止することで、3辺封止体を得る。この際、正極集電板(正極集電タブ)、負極集電板(負極集電タブ)を取り出す辺の熱封止部は、封止しておくのが好ましい。これは、その後の注液時に、これらの正極集電板、負極集電板が開口部にあると、注液時に電解液が飛び散るなどする恐れがあるためである。 Next, three sides of the outer peripheral portions (sealing portions) of the upper and lower laminated films are thermocompression bonded to be sealed. A three-sided sealed body is obtained by thermocompression-bonding three sides of the outer peripheral portion to seal the outer peripheral portion. At this time, it is preferable to seal the heat-sealed portion on the side where the positive electrode current collector plate (positive electrode current collector tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode current collector tab) are taken out. This is because if these positive electrode current collector plates and negative electrode current collector plates are located at the openings during subsequent liquid injection, the electrolytic solution may scatter during liquid injection.

なお、上記においては、積層構造の電池の説明を行ったが、積層型に限定されず、電池の構成としては、角形、ペーパー型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。 Although the battery having a laminated structure has been described above, the battery is not limited to the laminated type, and various shapes such as a square type, a paper type, a cylindrical type, and a coin type can be adopted as the battery configuration. can.

次に、注液装置にて3辺封止体の残る1辺の開口部より、3辺封止体内部に、電解液を注液する。これによりセパレータに電解質を含浸した電解質層が形成される。この際、電解質が3辺封止体内部の積層体、特にセパレータおよび電極活物質層にできるだけ早く含浸できるように、3辺封止体は、真空ポンプに連結された真空ボックスに収納することが好ましい。さらに、減圧して内部を高真空状態にした状態で注液を行うのが望ましい。注液後、3辺封止体を真空ボックスから取出し、3辺封止体の残る1辺を仮封止して、ラミネートタイプ(積層構造)の非水電解質二次電池を得る。なお、ここで注液される電解液は、上述の電解液を使用するが、電極活物質スラリーを形成する際に用いた電解液と同じ組成であっても異なる組成であってもよいが、同じ組成であることが好ましい。 Next, the electrolytic solution is injected into the inside of the three-sided encapsulant from the opening on the remaining one side of the three-sided encapsulant with the liquid injection device. As a result, an electrolyte layer in which the separator is impregnated with an electrolyte is formed. At this time, the three-sided sealant may be housed in a vacuum box connected to a vacuum pump so that the electrolyte can be impregnated into the laminate inside the three-sided sealant, particularly the separator and the electrode active material layer as soon as possible. preferable. Further, it is desirable to inject the liquid in a state where the pressure is reduced and the inside is in a high vacuum state. After pouring the liquid, the three-sided encapsulant is taken out from the vacuum box, and the remaining one side of the three-sided encapsulant is temporarily sealed to obtain a laminated type (laminated structure) non-aqueous electrolyte secondary battery. The electrolytic solution injected here uses the above-mentioned electrolytic solution, and may have the same composition or a different composition as the electrolytic solution used when forming the electrode active material slurry. It is preferably the same composition.

[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 a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a lithium ion secondary battery 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11と集電板(25、27)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]
Although not shown, the current collector 11 and the current collector plates (25, 27) may be electrically connected to each other 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.

[シール部]
シール部(絶縁層)は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム(エチレン-プロピレン-ジエンゴム:EPDM)、等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いても良く、ホットメルト接着剤(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂)などを用いても良い。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることが、好ましい。
[Seal part]
The sealing portion (insulating layer) has a function of preventing contact between current collectors and a short circuit at the end of the cell cell layer. As the material constituting the sealing portion, if it has insulating property, sealing property against falling off of solid electrolyte, sealing property against moisture permeation from the outside (sealing property), heat resistance under battery operating temperature, etc. good. For example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber (ethylene-propylene-diene rubber: EPDM), and the like can be used. Further, an isocyanate-based adhesive, an acrylic resin-based adhesive, a cyanoacrylate-based adhesive, or the like may be used, or a hot-melt adhesive (urethane resin, polyamide resin, polyolefin resin) or the like may be used. Among them, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as constituent materials of the insulating layer from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film formation), economy, etc., and mainly non-crystalline polypropylene resin. It is preferable to use a resin obtained by copolymerizing ethylene, propylene, and butene as components.

[電池外装体]
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1に示すように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29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, a known metal can case can be used, or a bag-shaped case using a laminated film 29 containing aluminum, which can cover the power generation element as shown in FIG. 1, 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2は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Cell size]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of the secondary battery.

図2に示すように、扁平な双極型二次電池50では、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タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、双極型二次電池50の電池外装体(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図1に示す双極型二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、双極型電極23が、電解質層17を介して複数積層されたものである。 As shown in FIG. 2, the flat bipolar secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and positive electrode tabs 58 and negative electrode tabs 59 for extracting electric power are pulled out from both sides thereof. There is. The power generation element 57 is wrapped by a battery exterior (laminated film 52) of the bipolar secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 pulls out the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 to the outside. It is sealed in a closed state. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above. The power generation element 57 is formed by stacking a plurality of bipolar electrodes 23 via the electrolyte layer 17.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装体に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 The lithium ion secondary battery is not limited to a laminated flat battery. The wound lithium-ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may be formed by deforming such a cylindrical shape into a rectangular flat shape. There are no particular restrictions. The cylindrical shape is not particularly limited, for example, a laminated film may be used for the exterior body, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used. Preferably, the power generation element is exteriorized with an aluminum laminated film. By this form, weight reduction can be achieved.

また、図2に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of each and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in the winding type lithium ion battery, the terminal may be formed by using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the tab.

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。 In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170 L. Since the cell and auxiliary equipment such as charge / discharge control equipment are stored in this space, the storage space efficiency of the normal cell is about 50%. The loading efficiency of the cell in this space is a factor that controls the cruising range of the electric vehicle. If the size of the single cell becomes small, the above loading efficiency is impaired, so that the cruising range cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが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、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。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。 Therefore, in the present invention, it is preferable that the battery structure in which the power generation element is covered with the exterior body is large. Specifically, the length of the short side of the laminated cell battery is preferably 100 mm or more. Such large batteries can be used in vehicle applications. Here, the length of the short side of the laminated cell battery refers to the side having the shortest side. The upper limit of the length of the short side is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

[体積エネルギー密度および定格放電容量]
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)をいかに長くするかが重要な開発目標である。かような点を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
[Volume energy density and rated discharge capacity]
In a general electric vehicle, how to lengthen the mileage (cruising range) by one charge is an important development goal. Considering these points, the volume energy density of the battery is preferably 157 Wh / L or more, and the rated capacity is preferably 20 Wh or more.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池に対して本発明が適用されることが好ましい。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、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 Further, from the viewpoint of a large-sized battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, it is possible to specify the size of the battery from the viewpoint of the battery area and the battery capacity. For example, in the case of a flat laminated laminated battery, the value of the ratio of the battery area (projected area of the battery including the battery exterior) to the rated capacity is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more. It is preferable that the present invention is applied to a certain battery. Further, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and 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 within such a range, there is an advantage that both vehicle required performance and mounting space can be achieved.

さらに、本形態の非水電解質二次電池において、大型化電池の観点として、単位面積(cm)当たりの電池容量は、好ましくは6mAh/cm以上であり、より好ましくは6.5mAh/cm以上である。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the battery capacity per unit area (cm 2 ) is preferably 6 mAh / cm 2 or more, more preferably 6.5 mAh / cm, from the viewpoint of a large-sized battery. 2 or more.

単位面積当たりの電池容量は、以下の式に従って算出する。
式:単位面積当たりの電池容量(mAh/cm)=正極活物質当りの放電容量(mAh/g)×正極活物質の目付量(mg/cm)/10
The battery capacity per unit area is calculated according to the following formula.
Formula: Battery capacity per unit area (mAh / cm 2 ) = Discharge capacity per positive electrode active material (mAh / g) x Amount of positive electrode active material (mg / cm 2 ) / 10 3 .

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery set]
An assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. More specifically, it is composed of serialization, parallelization, or both by using at least two or more. By serializing and parallelizing, it becomes possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 It is also possible to connect a plurality of batteries in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached / detached. Then, by connecting a plurality of small detachable batteries in series or in parallel, a large capacity and a large capacity suitable for a vehicle drive power source or an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density. It is also possible to form an assembled battery with an output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be decided according to the output.

[車両]
本形態の非水電解質二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment maintains the discharge capacity even after long-term use and has good cycle characteristics. In addition, the volumetric energy density is high. In vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles, higher capacity and larger size are required and longer life is required compared to electric and portable electronic device applications. .. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a power source for a vehicle, for example, a vehicle drive power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。 Specifically, a battery or a combined battery formed by combining a plurality of batteries can be mounted on the vehicle. In the present invention, a long-life battery having excellent long-term reliability and output characteristics can be configured. Therefore, when such a battery is installed, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long one-charge mileage can be configured. .. For example, in the case of automobiles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (passenger vehicles, trucks, commercial vehicles such as buses, light vehicles, etc.)) can be used as batteries or a combination of multiple batteries. This is because it becomes a highly reliable automobile with a long life by using it for two-wheeled vehicles (including motorcycles) and three-wheeled vehicles. However, the application is not limited to automobiles, and can be applied to various power sources of other vehicles, for example, moving objects such as trains, and power supplies for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use it as.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。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。なお、「部」は特に断りのない限り、「質量部」を意味する。なお、正極活物質スラリーおよび負極活物質スラリーの調製から電池の作製までの工程をグローブボックス内で行った。また、特に断りがない限り、大気圧下で行った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples. Unless otherwise specified, "part" means "part by mass". The steps from the preparation of the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry to the production of the battery were performed in the glove box. In addition, unless otherwise specified, it was carried out under atmospheric pressure.

[実施例1]
<電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)との混合溶媒(体積比率1:1)に、リチウム塩(LiPF)を1.5mol/Lの割合で溶解させて、電解液を得た。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.254であった。
[Example 1]
<Preparation of electrolyte>
A lithium salt (LiPF 6 ) was dissolved in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at a ratio of 1.5 mol / L to obtain an electrolytic solution. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.254.

<正極活物質スラリーの調製>
正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05粉末、導電助剤としてアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)](平均粒子径(一次粒子径):0.036μm)、およびカーボンナノファイバー[昭和電工株式会社製、VGCF(登録商標)、アスペクト比60(平均繊維径:約150nm、平均繊維長:約9μm)、電気抵抗率40μΩm、嵩密度0.04g/cm]を使用した。
<Preparation of positive electrode active material slurry>
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 powder as positive electrode active material, acetylene black as conductive aid [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denka Co., Ltd.] (average particle size (primary particle size): 0 .036 μm), and carbon nanofiber [Showa Denko Co., Ltd., VGCF (registered trademark), aspect ratio 60 (average fiber diameter: about 150 nm, average fiber length: about 9 μm), electrical resistance 40 μΩm, bulk density 0.04 g / Cm 3 ] was used.

部材として、LiNi0.8Co0.15Al0.05粉末とアセチレンブラックとカーボンナノファイバーとを質量比92:6:2となるように秤量した。上記部材に固形分比率70質量%となるように電解液を加えた。得られた混合物を混合脱泡機(ARE-250、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで4分間混合した。スラリー性状を確認後、さらに2000rpmで4分間混合することで正極活物質スラリーを得た。 As a member, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 powder, acetylene black and carbon nanofibers were weighed so as to have a mass ratio of 92: 6: 2. An electrolytic solution was added to the above member so that the solid content ratio was 70% by mass. The obtained mixture was mixed at 2000 rpm for 4 minutes using a mixing defoamer (ARE-250, manufactured by Shinky Co., Ltd.). After confirming the slurry properties, the mixture was further mixed at 2000 rpm for 4 minutes to obtain a positive electrode active material slurry.

<負極活物質スラリーの調製>
負極活物質として黒鉛、導電助剤としてアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)](平均粒子径(一次粒子径):0.036μm)、およびカーボンナノファイバー[昭和電工株式会社製、VGCF(登録商標)、アスペクト比60(平均繊維径:約150nm、平均繊維長:約9μm)、電気抵抗率40μΩm、嵩密度0.04g/cm]を使用した。
<Preparation of negative electrode active material slurry>
Graphite as the negative electrode active material, acetylene black as a conductive auxiliary agent [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denka Co., Ltd.] (average particle size (primary particle size): 0.036 μm), and carbon nanofiber [manufactured by Showa Denko KK] , VGCF®, aspect ratio 60 (average fiber diameter: about 150 nm, average fiber length: about 9 μm), electrical resistance 40 μΩm, bulk density 0.04 g / cm 3 ] was used.

部材として、黒鉛とアセチレンブラックとカーボンナノファイバーとを質量比92:6:2となるように秤量した。上記部材に固形分比率70質量%となるように電解液を加えた。得られた混合物を混合脱泡機(ARE-250、株式会社シンキー製)を用いて2000rpmで4分間混合した。スラリー性状を確認後、さらに2000rpmで4分間混合することで負極物質スラリーを得た。 As a member, graphite, acetylene black, and carbon nanofibers were weighed so as to have a mass ratio of 92: 6: 2. An electrolytic solution was added to the above member so that the solid content ratio was 70% by mass. The obtained mixture was mixed at 2000 rpm for 4 minutes using a mixing defoamer (ARE-250, manufactured by Shinky Co., Ltd.). After confirming the slurry properties, the mixture was further mixed at 2000 rpm for 4 minutes to obtain a negative electrode material slurry.

<集電体およびセパレータ>
正極集電体としてのカーボンコートアルミニウム箔(昭和電工株式会社製、カーボン層の厚さ1μm、アルミニウム層の厚さ20μm、サイズ61×72mm)、負極集電体としての銅箔(株式会社サンクメタル製、厚さ10μm、サイズ61×72mm)、およびセパレータ(5cm×5cm、厚さ23μm、セルガード2500 ポリプロピレン製)を準備した。
<Current collector and separator>
Carbon-coated aluminum foil as a positive electrode current collector (manufactured by Showa Denko KK, carbon layer thickness 1 μm, aluminum layer thickness 20 μm, size 61 × 72 mm), copper foil as a negative electrode current collector (Thunk Metal Co., Ltd.) , Thickness 10 μm, size 61 × 72 mm), and separator (5 cm × 5 cm, thickness 23 μm, made of Cellguard 2500 polypropylene) were prepared.

<正極の作製>
上記正極集電体を、スラリー塗布部のサイズが29×40mmとなるようにPETシートを用いてマスクした。この正極集電体を吸着定盤を用い、減圧して定盤上に固定した状態で、正極集電体上に、上記で調製した正極活物質スラリー1を、アプリケーターを用いて、アプリケーターのギャップが650μmとなるように設定して塗布した。また、塗工速度は30mm/sとした。このように塗布することで正極活物質質量(正極活物質の目付量)で40mg/cmの電極を作製した。
<Manufacturing of positive electrode>
The positive electrode current collector was masked with a PET sheet so that the size of the slurry coated portion was 29 × 40 mm. With the positive electrode current collector fixed on the surface plate under reduced pressure using an adsorption surface plate, the positive electrode active material slurry 1 prepared above is placed on the positive electrode current collector using an applicator to create a gap in the applicator. Was set to be 650 μm and applied. The coating speed was set to 30 mm / s. By applying in this way, an electrode having a positive electrode active material mass (a basis weight of the positive electrode active material) of 40 mg / cm 2 was produced.

塗布後のスラリーの表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、厚さ45μm)を6枚配置し、ハイプレッシャージャッキ J-1(アズワン株式会社製)を用いてプレスを行った。この際、プレス圧0.4MPaであり、目的の電極密度(電極空孔率)に達するまで繰り返し実施して、正極活物質層を得た。なお、当該正極活物質層は、厚さ250μm、空隙率40%、密度2.55g/cmであった。また、得られた正極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で確認したところ、導電部材の少なくとも一部が、正極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成していた。 Six aramid sheets (manufactured by Japan Vilene Co., Ltd., thickness 45 μm) were placed on the surface of the slurry after coating, and pressed using a high pressure jack J-1 (manufactured by AS ONE Corporation). At this time, the press pressure was 0.4 MPa, and the process was repeated until the desired electrode density (electrode porosity) was reached to obtain a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer had a thickness of 250 μm, a porosity of 40%, and a density of 2.55 g / cm 3 . Further, when the cross section of the obtained positive electrode active material layer was confirmed by a scanning electron microscope (SEM), at least a part of the conductive member collected electricity from the first main surface in contact with the electrolyte layer side of the positive electrode active material layer. A conductive passage was formed to electrically connect to the second main surface in contact with the body side.

<負極の作製>
上記乾燥後の負極集電体を、スラリー塗布部のサイズが33×44mmとなるようにPETシートを用いてマスクした。この負極集電体を吸着定盤を用い、減圧して定盤上に固定した状態で、負極集電体上に、上記で調製した負極活物質スラリー1を、アプリケーターを用いて、アプリケーターのギャップが600μmとなるように設定して塗布した。また、塗工速度は30mm/sとした。このように塗布することで負極活物質および導電助剤の合計質量で21mg/cmの電極を作製した。
<Manufacturing of negative electrode>
The dried negative electrode current collector was masked with a PET sheet so that the size of the slurry-coated portion was 33 × 44 mm. With this negative electrode current collector fixed on the surface plate under reduced pressure using an adsorption surface plate, the negative electrode active material slurry 1 prepared above is placed on the negative electrode current collector using an applicator to create a gap in the applicator. Was set to 600 μm and applied. The coating speed was set to 30 mm / s. By applying in this way, an electrode having a total mass of the negative electrode active material and the conductive auxiliary agent of 21 mg / cm 2 was produced.

塗布後のスラリーの表面にアラミドシート(日本バイリーン株式会社製、厚さ45μm)を6枚配置し、ハイプレッシャージャッキ J-1(アズワン株式会社製)を用いてプレスを行った。この際、プレス圧0.4MPaであり、目的の電極密度(電極空孔率)に達するまで繰り返し実施して、負極活物質層を得た。なお、当該負極活物質層は、厚さ280μm、空隙率34%、密度1.00g/cmであった。また、得られた負極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で確認したところ、導電部材の少なくとも一部が、負極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成していた。 Six aramid sheets (manufactured by Japan Vilene Co., Ltd., thickness 45 μm) were placed on the surface of the slurry after coating, and pressed using a high pressure jack J-1 (manufactured by AS ONE Corporation). At this time, the press pressure was 0.4 MPa, and the process was repeated until the desired electrode density (electrode porosity) was reached to obtain a negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer had a thickness of 280 μm, a porosity of 34%, and a density of 1.00 g / cm 3 . Further, when the cross section of the obtained negative electrode active material layer was confirmed by a scanning electron microscope (SEM), at least a part of the conductive member collected electricity from the first main surface in contact with the electrolyte layer side of the negative electrode active material layer. A conductive passage was formed to electrically connect to the second main surface in contact with the body side.

<リチウムイオン電池の作製>
正極および負極でセパレータ(5cm×5cm、厚さ23μm、セルガード2500 ポリプロピレン製)を挟持して電池を形成し、端子(Ni,5mm×3cm)付き銅箔(3cm×3cm、厚さ17μm)と端子(Al,5mm×3cm)付きカーボンコートアルミ箔(3cm×3cm、厚さ21μm)でこの電池を挟持し、それを2枚の市販の熱融着型アルミラミネートフィルム(10cm×8cm)を用いて封入した。そして、上記と同様の電解液を60μL注液した後に、当該外装体を真空封止して、リチウムイオン電池を作製した。
<Manufacturing of lithium-ion batteries>
A separator (5 cm x 5 cm, thickness 23 μm, made of Cellguard 2500 polypropylene) is sandwiched between the positive and negative electrodes to form a battery, and a copper foil (3 cm x 3 cm, thickness 17 μm) with terminals (Ni, 5 mm x 3 cm) and terminals. This battery is sandwiched between carbon-coated aluminum foil (3 cm x 3 cm, thickness 21 μm) with (Al, 5 mm x 3 cm), and it is held by using two commercially available heat-sealed aluminum laminate films (10 cm x 8 cm). Enclosed. Then, after injecting 60 μL of the same electrolytic solution as above, the exterior body was vacuum-sealed to prepare a lithium ion battery.

[実施例2]
電解液中のリチウム塩の濃度を1.5mol/Lから2mol/Lへと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.339であった。
[Example 2]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution was changed from 1.5 mol / L to 2 mol / L. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.339.

[実施例3]
電解液中のリチウム塩の濃度を1.5mol/Lから3mol/Lへと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.508であった。
[Example 3]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution was changed from 1.5 mol / L to 3 mol / L. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.508.

[実施例4]
電解液中のリチウム塩の濃度を1.5mol/Lから4mol/Lへと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.678であった。
[Example 4]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution was changed from 1.5 mol / L to 4 mol / L. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.678.

[実施例5]
電解液中のECとPCとの混合溶媒の体積比率を1:1から2:1へと変更したこと以外は、実施例2と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.508であった。
[Example 5]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the volume ratio of the mixed solvent of EC and PC in the electrolytic solution was changed from 1: 1 to 2: 1. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.508.

[実施例6]
電解液中のECとPCとの混合溶媒をPCの単一溶媒へと変更したこと以外は、実施例3と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.254であった。
[Example 6]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the mixed solvent of EC and PC in the electrolytic solution was changed to a single solvent of PC. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.254.

[比較例1]
電解液中のリチウム塩の濃度を1.5mol/Lから1mol/Lへと変更したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.169であった。
[Comparative Example 1]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution was changed from 1.5 mol / L to 1 mol / L. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.169.

[比較例2]
電解液中のECとPCとの混合溶媒をPCの単一溶媒へと変更したこと以外は、比較例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.085であった。
[Comparative Example 2]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the mixed solvent of EC and PC in the electrolytic solution was changed to a single solvent of PC. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.085.

[比較例3]
電解液中のリチウム塩の濃度を1mol/Lから2mol/Lへと変更したこと以外は、比較例2と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。プロピレンカーボネートに対するリチウム塩の濃度比は、0.169であった。
[Comparative Example 3]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution was changed from 1 mol / L to 2 mol / L. The concentration ratio of the lithium salt to the propylene carbonate was 0.169.

<充放電容量の測定>
充放電容量の測定は、25℃および以下の条件で行った。
1.プレ充電条件
実施例および比較例で作製したリチウムイオン電池を0.01Cの電流で10時間定電流(CC)充電を行った。
2.初充電条件
初充電は、0.05Cの電流で4.2VまでCC充電を行い、その後電流値が0.01Cとなるまで定電圧(CV)充電を行った。
3.初放電条件
初放電は、0.05Cの電流で2.5Vに達するまで、CC放電を行った。
4.充放電条件
充電条件:0.05Cの電流で4.2VまでCC充電を行い、その後電流値が0.01CとなるまでCV充電を行った;
放電条件:0.05Cの電流で2.5Vに達するまで、CC放電を行い、正極活物質質量当たりの放電容量(mAh/g)および単位面積(cm)当たりの電池容量(mAh/cm)を求めた。
<Measurement of charge / discharge capacity>
The charge / discharge capacity was measured at 25 ° C. and under the following conditions.
1. 1. Pre-charging conditions The lithium-ion batteries prepared in Examples and Comparative Examples were charged with a constant current (CC) for 10 hours at a current of 0.01 C.
2. 2. Initial charging conditions For the initial charging, CC charging was performed up to 4.2V with a current of 0.05C, and then constant voltage (CV) charging was performed until the current value reached 0.01C.
3. 3. Initial discharge conditions For the initial discharge, CC discharge was performed until 2.5 V was reached with a current of 0.05 C.
4. Charging / discharging conditions Charging conditions: CC charging was performed up to 4.2 V with a current of 0.05 C, and then CV charging was performed until the current value reached 0.01 C;
Discharge conditions: CC discharge is performed until 2.5 V is reached with a current of 0.05 C, and the discharge capacity per unit mass of the positive electrode active material (mAh / g) and the battery capacity per unit area (cm 2 ) (mAh / cm 2 ). ) Was asked.

なお、単位面積当たりの電池容量は、以下の式に従って計算した。
式:単位面積当たりの電池容量(mAh/cm)=正極活物質当りの放電容量(mAh/g)×正極活物質の目付量(mg/cm)/10
The battery capacity per unit area was calculated according to the following formula.
Formula: Battery capacity per unit area (mAh / cm 2 ) = Discharge capacity per positive electrode active material (mAh / g) x Amount of positive electrode active material (mg / cm 2 ) / 10 3 .

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

Figure 0007040290000001
Figure 0007040290000001

表1に示す結果から、負極活物質として黒鉛を含む非結着体からなる負極活物質層とリチウム塩およびプロピレンカーボネートを含む電解液とを用いた非水電解質二次電池において、前記電解液における前記プロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)が0.25超である実施例1~6は、当該比率が0.25以下である比較例1~3と比べて、高い放電容量を得られることが分かる。 From the results shown in Table 1, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material layer made of a non-binder containing graphite as a negative electrode active material and an electrolytic solution containing a lithium salt and propylene carbonate, the electrolytic solution is used. In Examples 1 to 6, in which the ratio (lithium salt / propylene carbonate) of the lithium salt concentration (mol / L) to the propylene carbonate concentration (mol / L) is more than 0.25, the ratio is 0.25. It can be seen that a higher discharge capacity can be obtained as compared with Comparative Examples 1 to 3 below.

Claims (6)

正極集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、
負極集電体の表面に負極活物質を含む非結着体からなる負極活物質層を有する負極と、
セパレータに電解液が含浸されてなる電解質層と、
を含む発電要素を有し、
前記負極活物質が、黒鉛を含み、
前記電解液が、リチウム塩とプロピレンカーボネートを含む非水溶媒とを含有し、前記電解液における前記プロピレンカーボネートの濃度(mol/L)に対する前記リチウム塩の濃度(mol/L)の比率(リチウム塩/プロピレンカーボネート)が0.25超である、非水電解質二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of a positive electrode current collector,
A negative electrode having a negative electrode active material layer made of a non-binding body containing a negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector, and a negative electrode.
An electrolyte layer in which the separator is impregnated with an electrolytic solution,
Has power generation elements, including
The negative electrode active material contains graphite and contains
The electrolytic solution contains a lithium salt and a non-aqueous solvent containing propylene carbonate, and the ratio of the concentration (mol / L) of the lithium salt to the concentration (mol / L) of the propylene carbonate in the electrolytic solution (lithium salt). / Propylene carbonate) is more than 0.25, a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記非水溶媒中の前記プロピレンカーボネートの含有量が、前記非水溶媒の全体積に対して、30~100vol%である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the content of the propylene carbonate in the non-aqueous solvent is 30 to 100 vol% with respect to the total volume of the non-aqueous solvent. 前記比率が1.43以下である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the ratio is 1.43 or less. 前記電解液における前記リチウム塩の濃度が、1.5~3.0mol/Lである、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is 1.5 to 3.0 mol / L. 単位面積(cm)あたりの電池容量が、6mAh/cm以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the battery capacity per unit area (cm 2 ) is 6 mAh / cm 2 or more. 前記負極活物質層の厚さが、200~650μmである、請求項1~5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the negative electrode active material layer has a thickness of 200 to 650 μm.
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