JP7469434B2 - Nonaqueous electrolyte battery and method of manufacturing same - Google Patents

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Description

本発明は、高温貯蔵特性が良好な非水電解液電池及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery with good high-temperature storage characteristics and a method for manufacturing the same.

非水電解液電池は、高容量、高電圧などの特性を生かして、種々の用途に利用されている。特に近年では、車載用機器の非水電解液電池の需要が伸びている。 Non-aqueous electrolyte batteries are used for a variety of purposes, taking advantage of their characteristics such as high capacity and high voltage. In particular, in recent years, the demand for non-aqueous electrolyte batteries for in-vehicle equipment has been growing.

従来は、車載用の電子機器の電源としては、汎用されている非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が利用されている。 Conventionally, non-aqueous electrolyte primary batteries have been used as power sources for in-vehicle electronic devices. These batteries have better storage characteristics than commonly used non-aqueous electrolyte secondary batteries, and experience almost no capacity loss even when stored for long periods of time (several years or more).

前記非水電解液一次電池の負極活物質には、金属リチウムや、Li-Al(リチウム-アルミニウム)合金などのリチウム合金が用いられているが、非水電解液二次電池においても、負極活物質としてリチウム合金を用いることができるため、リチウムを吸蔵、放出可能な金属と、リチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属とのクラッド材を用いて負極を構成することにより、電池特性の安定化を実現することも提案されている(特許文献1、2)。 Metallic lithium and lithium alloys such as Li-Al (lithium-aluminum) alloy are used as the negative electrode active material in the non-aqueous electrolyte primary battery. However, since lithium alloys can also be used as the negative electrode active material in non-aqueous electrolyte secondary batteries, it has been proposed to stabilize the battery characteristics by constructing the negative electrode using a clad material made of a metal capable of absorbing and releasing lithium and a different metal that does not have the ability to absorb and release lithium (Patent Documents 1 and 2).

また、繰り返し充電が可能で、且つ高温環境下での貯蔵特性を高める目的で、Liと合金化しない金属基材層と、その金属基材層の両面にAl活性層とを含有する積層体を有し、Al活性層の表面側にLi-Al合金が形成されているクラッド材を負極として用いた非水電解液電池が提案されている(特許文献3)。 In addition, a non-aqueous electrolyte battery has been proposed that can be repeatedly charged and has improved storage characteristics in high-temperature environments. The battery has a laminate containing a metal substrate layer that does not alloy with Li and an Al active layer on both sides of the metal substrate layer, and uses a clad material as the negative electrode in which a Li-Al alloy is formed on the surface side of the Al active layer (Patent Document 3).

特開平8-293302号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-293302 特開平10-106628号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106628 国際公開第2016/039323号International Publication No. 2016/039323

一方、クラッド材を負極として用いた特許文献3に開示の非水電解液電池では、繰り返し充電が可能で、且つ高温環境下での貯蔵特性を高めることはできるが、クラッド材は高価であり、また、電池が過放電状態になるとクラッド材の金属基材層を構成する金属が非水電解液中に溶出してしまい、電池特性に悪影響があるという問題があった。 On the other hand, the non-aqueous electrolyte battery disclosed in Patent Document 3, which uses a clad material as the negative electrode, can be repeatedly charged and has improved storage characteristics in high-temperature environments, but the clad material is expensive and there are problems with the metal that makes up the metal substrate layer of the clad material dissolving into the non-aqueous electrolyte when the battery is overdischarged, adversely affecting the battery characteristics.

この問題に対応するため、特許文献2に一部開示されているように、負極に高価なクラッド材ではなく、安価なアルミニウム板を用いることも考えられる。しかし、負極にアルミニウム板のみを用いると、過度に充電した場合、AlとLiとが反応しすぎてしまい、アルミニウム板の両面側に形成されるLi-Al合金層の厚さが徐々に大きくなると共にアルミニウム板(Al層)の厚さが徐々に薄くなり、それに伴い負極自体もLi-Al合金層の形成により膨張するため、最終的には負極の膨張による応力に耐え切れずにAl層が破断してしまい、高温環境下での電池の信頼性が低下するという問題が予想される。特に、引用文献2に開示の円筒形電池に比べて、巻回電極体を角形外装体に封入した角形電池の場合には、負極のR部に大きな応力がかかるため、電池の信頼性の低下がより懸念される。 To address this issue, it is possible to use an inexpensive aluminum plate for the negative electrode instead of an expensive clad material, as partially disclosed in Patent Document 2. However, if only an aluminum plate is used for the negative electrode, when the battery is overcharged, Al and Li react excessively, and the thickness of the Li-Al alloy layer formed on both sides of the aluminum plate gradually increases and the thickness of the aluminum plate (Al layer) gradually decreases. As a result, the negative electrode itself expands due to the formation of the Li-Al alloy layer, and ultimately the Al layer breaks because it cannot withstand the stress caused by the expansion of the negative electrode, and the reliability of the battery in a high-temperature environment is reduced. In particular, in the case of a prismatic battery in which a wound electrode body is enclosed in a prismatic exterior body, a large stress is applied to the R part of the negative electrode, and there is a greater concern about a decrease in the reliability of the battery.

本発明は、前記問題を解決したものであり、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供するものである。 The present invention solves the above problems by providing a non-aqueous electrolyte battery that can maintain the strength of the negative electrode even when aluminum is used alone as the negative electrode material, and has high long-term reliability in high-temperature environments.

本発明の非水電解液電池は、正極、負極、非水電解液及びセパレータを含む非水電解液電池であって、前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを含み、前記負極の引張強度が、4N/mm以上である。 The nonaqueous electrolyte battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer is capable of absorbing and releasing Li ions, the area of the negative electrode is larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the negative electrode is disposed so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer via the separator, the negative electrode includes an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer, and the tensile strength of the negative electrode is 4 N/mm or more.

また、本発明の非水電解液電池の製造方法は、上記本発明の非水電解液電池を製造する方法であって、正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを含む。 Further, a method for producing the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is a method for producing the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, and includes the steps of: preparing a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on at least one surface of a positive electrode current collector and having a capacity of 0.68 mAh/ cm2 or more and 4.87 mAh/ cm2 or less; preparing a negative electrode precursor made of an aluminum base material having an area larger than an area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and a thickness of 30 μm or more and 150 μm or less; arranging the negative electrode precursor via a separator so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode to produce an electrode body; and sealing the electrode body and a nonaqueous electrolyte in an exterior body and then charging.

本発明によれば、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供することができる。 The present invention provides a non-aqueous electrolyte battery that has high long-term reliability even in high-temperature environments.

図1は、負極前駆体に用いるアルミニウム基材の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an aluminum substrate used in a negative electrode precursor. 図2は、初充電後の負極の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the negative electrode after the initial charge. 図3は、実施例の非水電解液電池を模式的に表す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view that typically illustrates a nonaqueous electrolyte battery according to the embodiment. 図4は、図3のI-I線の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II of FIG.

本願で開示する非水電解液電池の実施形態について説明する。本実施形態の非水電解液電池は、正極、負極、非水電解液及びセパレータを備え、前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを含み、前記負極の引張強度が、4N/mm以上である。 An embodiment of the nonaqueous electrolyte battery disclosed in this application will be described. The nonaqueous electrolyte battery of this embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator. The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer is capable of absorbing and releasing Li ions. The area of the negative electrode is larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode. The negative electrode is disposed so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer via the separator. The negative electrode includes an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer. The tensile strength of the negative electrode is 4 N/mm or more.

本実施形態の非水電解液電池は、上記構成とすることにより、高温環境下での長期信頼性を向上できる。 The nonaqueous electrolyte battery of this embodiment has the above-mentioned configuration, which improves long-term reliability in high-temperature environments.

Li(金属Li)や、Li-Al合金(LiとAlとの合金)は、炭素材料に比べてLi(Liイオン)の受け入れ性が低く、これを負極活物質に用いた非水電解液二次電池では、充放電を繰り返した際に、早期に容量が低下しやすい。こうしたことから、充放電を繰り返し行って使用することが想定されている従来の非水電解液二次電池では、黒鉛などの炭素材料が負極活物質として汎用されている。 Li (metallic Li) and Li-Al alloys (alloys of Li and Al) have a lower ability to accept Li (Li ions) than carbon materials, and non-aqueous electrolyte secondary batteries that use these as the negative electrode active materials tend to experience a rapid loss of capacity when repeatedly charged and discharged. For this reason, carbon materials such as graphite are commonly used as the negative electrode active material in conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries that are intended to be used by repeatedly charging and discharging.

しかし、炭素材料を負極活物質に用いた非水電解液二次電池では、自己放電が起きやすく、充電状態で貯蔵すると容量低下が生じやすい。 However, non-aqueous electrolyte secondary batteries that use carbon materials as the negative electrode active material are prone to self-discharge, and are prone to capacity loss when stored in a charged state.

こうしたことから、車載用機器や屋外設備用機器に用いる電池としては、従来の非水電解液二次電池よりも貯蔵特性が良好で、数年以上の長期にわたって貯蔵しても、容量低下がほとんどない非水電解液一次電池が適用されている。 For these reasons, non-aqueous electrolyte primary batteries, which have better storage characteristics than conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries and experience almost no capacity loss even when stored for long periods of time (several years or more), are used for batteries to be used in in-vehicle devices and outdoor equipment.

その一方で、こうした用途においても、メンテナンスの容易さなどの理由から、通常の二次電池のように充放電を多数繰り返すことは求めないまでも、数回~数十回程度の回数で充電が可能な電池の適用要請がある。 On the other hand, even for these applications, there is a demand for batteries that can be recharged a few to several dozen times, even if they do not require repeated charging and discharging like normal secondary batteries, due to reasons such as ease of maintenance.

そこで、本実施形態の非水電解液電池では、特に車載用・屋外設備用など高温環境下で使用される場合にあっても、高い貯蔵特性と高容量化とを実現することができ、また、ある程度の回数の充電が可能となるように、Al層の表面に形成されたLi-Al合金を負極活物質として使用することにした。 Therefore, in the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment, a Li-Al alloy formed on the surface of the Al layer is used as the negative electrode active material so that high storage characteristics and high capacity can be achieved, particularly when the battery is used in high-temperature environments such as in vehicles or outdoor equipment, and a certain number of charging cycles can be achieved.

また、アルミニウムを負極材料に用いる場合には、アルミニウム箔などにより負極前駆体を構成し、その負極前駆体と、正極、セパレータ、非水電解液などとを電池に収納した後、初充電(化成)を行って、アルミニウム箔と非水電解液中のLiイオンとを電気化学的に反応させて、アルミニウム箔の表面にLi-Al合金を形成し、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを備えた負極を形成して用いる。この初充電の際に無制限にアルミニウム箔の表面にLi-Al合金を形成すると、負極の芯材となるAl層が薄くなりすぎて強度が低下し、最悪の場合には、アルミニウム箔が全てLi-Al合金となり、負極の芯材が消失し、負極の強度が極端に低下する場合も考えられる。そこで、本実施形態では、負極の強度を維持して電池の信頼性を確保するために、負極の引張強度を4N/mm以上とした。この負極の引張強度を4N/mm以上にすることは、実質的には、負極の芯材となるAl層の厚さを一定以上に保持して強度を維持することを意味する。 In addition, when aluminum is used as the negative electrode material, a negative electrode precursor is formed from aluminum foil or the like, and the negative electrode precursor, a positive electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like are stored in a battery, and then initial charging (chemical formation) is performed to electrochemically react the aluminum foil with Li ions in the non-aqueous electrolyte to form a Li-Al alloy on the surface of the aluminum foil, and a negative electrode having an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer is formed and used. If Li-Al alloy is formed on the surface of the aluminum foil indefinitely during this initial charging, the Al layer that serves as the core material of the negative electrode becomes too thin and the strength decreases, and in the worst case, the aluminum foil becomes entirely Li-Al alloy, the core material of the negative electrode disappears, and the strength of the negative electrode is extremely reduced. Therefore, in this embodiment, in order to maintain the strength of the negative electrode and ensure the reliability of the battery, the tensile strength of the negative electrode is set to 4 N/mm or more. Setting the tensile strength of the negative electrode to 4 N/mm or more essentially means that the thickness of the Al layer that serves as the core material of the negative electrode is maintained at a certain level or more to maintain the strength.

以下、本実施形態の非水電解液電池の各構成要素について説明する。 The components of the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment are described below.

<負極>
本実施形態の非水電解液電池に係る負極の形成には、集電体を用いずに、Al基材(Al箔など)のみを負極前駆体として使用するものである。具体的には、前記Al基材からなる負極前駆体をそのまま電池の組み立てに用い、組み立てた後の充電によって、前記Al基材のAlを非水電解液中のLiイオンと電気化学的に反応させて、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを有する負極を形成する。
<Negative Electrode>
In forming the negative electrode of the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment, no current collector is used, and only an Al base material (such as an Al foil) is used as a negative electrode precursor. Specifically, the negative electrode precursor made of the Al base material is used as it is for assembling a battery, and the Al of the Al base material is electrochemically reacted with Li ions in the non-aqueous electrolyte by charging after assembly, to form a negative electrode having an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer.

前記負極には、一定厚さのAl層が必ず存在するので、前記Al層が負極の心材となって、負極の引張強度を4N/mm以上とすることができる。前記負極の引張強度は、7N/mm以上がより好ましい。一方、前記負極の引張強度が大きすぎると、前記Al層の厚さが大きくなりすぎ、充放電に寄与しない心材部の体積が増加して、電池の体積エネルギー密度が低下することから、前記引張強度の上限値は、11N/mm程度が好ましい。 The negative electrode always has an Al layer of a certain thickness, which serves as the core material of the negative electrode, allowing the tensile strength of the negative electrode to be 4 N/mm or more. The tensile strength of the negative electrode is more preferably 7 N/mm or more. On the other hand, if the tensile strength of the negative electrode is too high, the thickness of the Al layer becomes too large, the volume of the core material that does not contribute to charging and discharging increases, and the volumetric energy density of the battery decreases. Therefore, the upper limit of the tensile strength is preferably about 11 N/mm.

前記Al基材としては、例えば、Al(及び不可避不純物)からなる箔や、合金成分としてCu、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、V、Ti、Zr、Nb、Moなどを含み、残部がAl及び不可避不純物であるAl合金(前記合金成分の含有量は、例えば、合計で50質量%以下)からなる箔などが挙げられる。例えば、前記Al基材の合金成分がCuの場合には、そのCuの含有量は、7質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましく、0.4質量%以下がより好ましい。この範囲であれば過放電時のCuの溶出をより確実に抑制できる。 Examples of the Al base material include foil made of Al (and unavoidable impurities), and foil made of an Al alloy (the content of the alloy components is, for example, 50 mass% or less in total) containing Cu, Fe, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, etc. as alloy components, with the balance being Al and unavoidable impurities. For example, when the alloy component of the Al base material is Cu, the Cu content is preferably 7 mass% or less, more preferably 2 mass% or less, and even more preferably 0.4 mass% or less. Within this range, the elution of Cu during overdischarge can be more reliably suppressed.

前記負極前駆体としてのAl基材の厚さは、30μm以上が好ましく、40μm以上がより好ましく、150μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。前記Al基材の厚さが、上記範囲内であれば、充電後の負極の引張強度を4N/mm以上としつつ、負極の容量を一定以上とすることができる。但し、本実施形態の非水電解液電池は、正極容量規制で構成されるため、前記負極前駆体としてのAl基材の厚さが30μm以上150μm以下の場合、充電後の負極の引張強度を4N/mm以上とするためには、正極の容量は、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下であることが好ましく、3.65mAh/cm2以下であることがより好ましい。 The thickness of the Al base material as the negative electrode precursor is preferably 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, and preferably 150 μm or less, and more preferably 100 μm or less. If the thickness of the Al base material is within the above range, the tensile strength of the negative electrode after charging can be 4 N/mm or more, while the capacity of the negative electrode can be a certain level or more. However, since the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is configured with a positive electrode capacity regulation, when the thickness of the Al base material as the negative electrode precursor is 30 μm or more and 150 μm or less, in order to make the tensile strength of the negative electrode after charging 4 N/mm or more, the capacity of the positive electrode is preferably 0.68 mAh/cm 2 or more and 4.87 mAh/cm 2 or less, and more preferably 3.65 mAh/cm 2 or less.

前記負極前駆体として使用するAl基材には、それぞれ常法に従って負極リード体を設けることができる。 A negative electrode lead body can be provided on the Al substrate used as the negative electrode precursor in accordance with standard methods.

図1に、本実施形態の非水電解液電池の負極前駆体に用いるAl基材の一例を模式的に表す断面図を示す。図1において、Al基材(負極前駆体)100の厚さaは、30μm以上150μm以下に設定されている。 Figure 1 shows a cross-sectional view that shows a schematic example of an Al base material used in the negative electrode precursor of the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment. In Figure 1, the thickness a of the Al base material (negative electrode precursor) 100 is set to 30 μm or more and 150 μm or less.

図2に、図1のAl基材100を初充電(化成)して負極を形成した状態の一例を模式的に表す断面図を示す。図2において、負極200は、Al層201と、Al層201の表面に形成されたLi-Al合金層202とを備えている。Al層201の厚さbは、Li-Al合金層202の形成により、図1のAl基材の厚さaより、小さくなっている。一方、Li-Al合金層202の厚さcは、AlとLiイオンとの反応により図2の矢印方向に膨張するため、負極200の厚さ(c+b+c)は、当初のAl基材層の厚さaより大きくなる。但し、実際には、Al基材層とLiイオンとの反応は必ずしも均一には起こらず、Al層201とLi-Al合金層202の界面には起伏が生じるため、Al層201の厚さb及びLi-Al合金層202の厚さcは、場所により変動するが、化成前のAl基材の厚さaは、通常均一である。 Figure 2 shows a cross-sectional view that shows a schematic example of a state in which the Al base material 100 in Figure 1 is initially charged (formed) to form a negative electrode. In Figure 2, the negative electrode 200 comprises an Al layer 201 and a Li-Al alloy layer 202 formed on the surface of the Al layer 201. The thickness b of the Al layer 201 is smaller than the thickness a of the Al base material in Figure 1 due to the formation of the Li-Al alloy layer 202. On the other hand, the thickness c of the Li-Al alloy layer 202 expands in the direction of the arrow in Figure 2 due to the reaction between Al and Li ions, so that the thickness (c + b + c) of the negative electrode 200 is larger than the initial thickness a of the Al base material layer. However, in reality, the reaction between the Al base layer and Li ions does not necessarily occur uniformly, and undulations occur at the interface between the Al layer 201 and the Li-Al alloy layer 202. Therefore, the thickness b of the Al layer 201 and the thickness c of the Li-Al alloy layer 202 vary depending on the location, but the thickness a of the Al base before chemical conversion is usually uniform.

また、本実施形態の非水電解液電池では、前記負極の面積は、後述する正極のLiイオンを吸蔵・放出可能な正極合剤層の面積より大きく設定され、更に、前記負極は、セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置されているため、前記負極の端部は、前記正極合剤層と対面しない部分となり、その部分では、実質的にLi-Al合金層は形成されないと考えられる。そのため、前記負極のAl層の全体の厚さを観察した場合には、Li-Al合金層が形成された部分のAl層の厚さbは、初充電前のAl基材の厚さaよりも小さくなるが、Li-Al合金層が形成されていない部分のAl層の厚さは、初充電前のAl基材の厚さaがそのまま維持されているため、負極全体で観察するとAl層の最大の厚さは、初充電前のAl基材(負極前駆体)の厚さaと一致する。 In addition, in the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment, the area of the negative electrode is set to be larger than the area of the positive electrode mixture layer capable of absorbing and releasing Li ions of the positive electrode described later, and further, since the negative electrode is arranged to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer via a separator, the end of the negative electrode is a portion that does not face the positive electrode mixture layer, and it is considered that a Li-Al alloy layer is not substantially formed in that portion. Therefore, when the overall thickness of the Al layer of the negative electrode is observed, the thickness b of the Al layer in the portion where the Li-Al alloy layer is formed is smaller than the thickness a of the Al base material before the first charge, but the thickness of the Al layer in the portion where the Li-Al alloy layer is not formed maintains the thickness a of the Al base material before the first charge, so that when the entire negative electrode is observed, the maximum thickness of the Al layer coincides with the thickness a of the Al base material (negative electrode precursor) before the first charge.

ここでいう正極合剤層とは、前記正極においてLiイオンを吸蔵・放出可能である部分をいう。例えば、正極活物質を含む層を正極集電体上に形成した後に、当該層上にLiイオンの透過を阻害する層(テープなど)を貼り付けた場合には、当該貼り付け部分の層は、本実施形態でいうところの正極合剤層には該当しない。 The positive electrode mixture layer here refers to the portion of the positive electrode that can absorb and release Li ions. For example, if a layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector, and then a layer that inhibits the permeation of Li ions (such as tape) is attached to the layer, the layer in the attached portion does not correspond to the positive electrode mixture layer as defined in this embodiment.

図2におけるAl層201と、Li-Al合金層202とは、負極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより、識別できる。また、負極に破断が生じているか否かも、負極の断面をSEMで観察することにより、確認できる。 The Al layer 201 and the Li-Al alloy layer 202 in FIG. 2 can be distinguished by observing the cross section of the negative electrode with a scanning electron microscope (SEM). In addition, whether or not the negative electrode is broken can also be confirmed by observing the cross section of the negative electrode with a SEM.

<正極>
本実施形態の非水電解液電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含有する正極合剤層を、正極集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。前述のように、負極のAl層の最大の厚さが30μm以上150μm以下の場合、即ち、初充電(化成)前の負極前駆体であるAl基材の厚さが30μm以上150μm以下の場合には、前記正極の容量は、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下に設定することが好ましい。これにより、負極前駆体のAl基材がLiイオンと反応しすぎて、負極のAl層の厚さが薄くなりすぎて、負極の引張強度が4N/mmを下回ることがなくなる。
<Positive electrode>
For the positive electrode of the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment, for example, a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive assistant, a binder, etc. on one side or both sides of a positive electrode current collector can be used. As described above, when the maximum thickness of the Al layer of the negative electrode is 30 μm or more and 150 μm or less, that is, when the thickness of the Al base material which is the negative electrode precursor before the initial charge (chemical formation) is 30 μm or more and 150 μm or less, it is preferable that the capacity of the positive electrode is set to 0.68 mAh / cm 2 or more and 4.87 mAh / cm 2 or less. This prevents the Al base material of the negative electrode precursor from reacting too much with Li ions, causing the thickness of the Al layer of the negative electrode to become too thin, and the tensile strength of the negative electrode to fall below 4 N / mm.

前記正極の容量は、次のようにして測定するものとする。即ち、本実施形態の非水電解液電池を初充電(化成)後に分解して、正極を取り出す。その後、取り出した正極が正極集電体の片面にのみ正極合剤層を有している場合は、その正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとする。また、取り出した正極が正極集電体の両面に正極合剤層を有する場合は、その取り出した正極から片面の正極合剤層を除去し、その片面から正極合剤層を除去した正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとする。次に、その正極容量測定サンプルと、Li箔とを組み合わせて、モデルセルを作製する。このモデルセルの非水電解液としては、本実施形態の非水電解液電池で使用したものと同じ非水電解液を用いる。続いて、このモデルセルを0.25mAの定電流で、上記非水電解液電池の初充電電圧に0.35Vを加えた所定電圧まで定電流充電し、その後、その所定電圧で充電電流が0.025mAに低下するまで定電圧充電を行う。その後、0.25mAの定電流で3Vとなるまで放電を行い、その時の容量を前記正極の容量とする。 The capacity of the positive electrode is measured as follows. That is, the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is disassembled after the initial charge (chemical formation) to take out the positive electrode. Thereafter, when the taken out positive electrode has a positive electrode mixture layer only on one side of the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer of the positive electrode is cut out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode capacity measurement sample. When the taken out positive electrode has a positive electrode mixture layer on both sides of the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer on one side is removed from the taken out positive electrode, and the positive electrode mixture layer of the positive electrode from which the positive electrode mixture layer has been removed is cut out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode capacity measurement sample. Next, the positive electrode capacity measurement sample is combined with Li foil to prepare a model cell. As the nonaqueous electrolyte of this model cell, the same nonaqueous electrolyte as that used in the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is used. Next, this model cell is charged at a constant current of 0.25 mA to a predetermined voltage, which is the initial charging voltage of the nonaqueous electrolyte battery plus 0.35 V, and then is charged at a constant voltage until the charging current drops to 0.025 mA at the predetermined voltage. Thereafter, the cell is discharged at a constant current of 0.25 mA to 3 V, and the capacity at that time is the capacity of the positive electrode.

また、前記正極集電体の片面あたりの前記正極合剤層の質量は、7mg/cm2以上30mg/cm2以下であることが好ましく、8.5mg/cm2以上25mg/cm2以下であることがより好ましい。前記正極合剤層の質量が7mg/cm2を下回ると、高率放電時における正極活物質の単位質量あたりの放電負荷が増大して出力特性が低下し、前記正極合剤層の質量が30mg/cm2を超えると、正極の容量の上限を4.87mAh/cm2に設定することが困難となる場合があるからである。 The mass of the positive electrode mixture layer per one side of the positive electrode current collector is preferably 7 mg/cm 2 or more and 30 mg/cm 2 or less, and more preferably 8.5 mg/cm 2 or more and 25 mg/cm 2 or less. If the mass of the positive electrode mixture layer is less than 7 mg/cm 2 , the discharge load per unit mass of the positive electrode active material during high-rate discharge increases, resulting in a decrease in output characteristics. If the mass of the positive electrode mixture layer exceeds 30 mg/cm 2 , it may be difficult to set the upper limit of the positive electrode capacity to 4.87 mAh/cm 2 .

前記正極合剤層の質量は、正極集電体への単位面積あたりの正極合剤の塗布量を調整することにより制御できる。 The mass of the positive electrode mixture layer can be controlled by adjusting the amount of positive electrode mixture applied per unit area on the positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウム含有ニッケル層状酸化物を用いることが好ましい。 The positive electrode active material is not particularly limited, but it is preferable to use a lithium-containing nickel layered oxide.

一般に正極活物質は高温環境下において非水電解液と反応し、正極上には反応生成物が堆積され、同時にガスが発生する。リチウムイオン二次電池などの非水電解液電池に一般的に使用されるコバルト酸リチウムを正極活物質として用いると、高温下でコバルト酸リチウムの表面と非水電解液とが反応してCoを含む反応生成物が正極の表面に堆積し、同時にガスが発生するが、Coを含む反応生成物は更に分解されて非水電解液中にCoが溶出する。そして、再びコバルト酸リチウムの表面と非水電解液とが反応しCoを含む反応生成物が生じると共にガスが発生する。つまり、正極活物質にコバルト酸リチウムを多く含むと、電池が高温に晒されるたびにCoが溶出し続け、ガスも発生し続ける。 In general, the positive electrode active material reacts with the non-aqueous electrolyte in a high-temperature environment, and reaction products are deposited on the positive electrode, and gas is generated at the same time. When lithium cobalt oxide, which is commonly used in non-aqueous electrolyte batteries such as lithium-ion secondary batteries, is used as the positive electrode active material, the surface of the lithium cobalt oxide reacts with the non-aqueous electrolyte at high temperatures, and reaction products containing Co are deposited on the surface of the positive electrode, and gas is generated at the same time. The reaction products containing Co are further decomposed, and Co is dissolved into the non-aqueous electrolyte. Then, the surface of the lithium cobalt oxide reacts with the non-aqueous electrolyte again, and reaction products containing Co are generated and gas is generated. In other words, if the positive electrode active material contains a large amount of lithium cobalt oxide, Co continues to dissolve and gas continues to be generated every time the battery is exposed to high temperatures.

しかし、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物は、一度は高温下において非水電解液と反応してNiを含む反応生成物が生じると共にガスが発生するが、Niを含む反応生成物は分解されずに正極上にとどまって被膜となる。また、その後電池が高温に晒されたとしてもNiの溶出もガス発生も抑制される。従って、電池を充電した状態で高温下においても金属溶出が起こり難い。そのため、電池を長期間、高温下において貯蔵してもガス発生を抑えることができ、放電容量の低下を抑制することができる。 However, the lithium-containing nickel layered oxide reacts with the non-aqueous electrolyte at high temperatures to produce Ni-containing reaction products and generate gas, but the Ni-containing reaction products do not decompose and remain on the positive electrode to form a coating. Furthermore, even if the battery is subsequently exposed to high temperatures, Ni elution and gas generation are suppressed. Therefore, metal elution is unlikely to occur even at high temperatures when the battery is charged. Therefore, gas generation can be suppressed even when the battery is stored at high temperatures for a long period of time, and a decrease in discharge capacity can be suppressed.

前記リチウム含有ニッケル層状酸化物としては、下記一般式(1)で表される複合酸化物を用いることが好ましい。下記一般式(1)で表される複合酸化物を用いると、長期間の貯蔵におけるガス発生を抑えるだけではなく、抵抗の増加を抑制できる。 As the lithium-containing nickel layered oxide, it is preferable to use a composite oxide represented by the following general formula (1). By using a composite oxide represented by the following general formula (1), not only can gas generation during long-term storage be suppressed, but also an increase in resistance can be suppressed.

Li1+xNi1-y-z1 y2 z2 (1) Li1 +xNi1 - yzM1yM2zO2 ( 1 )

前記一般式(1)中、M1はCo、Mn、Al、Mg、Zr、Mo、Ti、Ba、W及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、M2はLi、Ni及びM1以外の元素であり、-0.1≦x≦0.1、0≦y<0.85、0≦z≦0.05である。 In the general formula (1), M 1 is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Mg, Zr, Mo, Ti, Ba, W, and Er, M 2 is an element other than Li, Ni, and M 1 , and -0.1≦x≦0.1, 0≦y<0.85, and 0≦z≦0.05.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において結晶格子中にCoを存在させると、非水電解液電池の充放電でのLiの挿入及び脱離によるリチウム含有複合酸化物の相転移から起こる不可逆反応を緩和でき、前記複合酸化物の結晶構造の可逆性を高めることができるため、より充放電サイクル寿命の長い非水電解液電池を構成することが可能となる。 When Co is present in the crystal lattice of the composite oxide represented by the general formula (1), the irreversible reaction caused by the phase transition of the lithium-containing composite oxide due to the insertion and removal of Li during charging and discharging of the nonaqueous electrolyte battery can be mitigated, and the reversibility of the crystal structure of the composite oxide can be increased, making it possible to construct a nonaqueous electrolyte battery with a longer charge-discharge cycle life.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がMgを含有していると、Liの脱離及び挿入によって前記複合酸化物の相転位が起こる際に、Mg2+がLiサイトに転位することから不可逆反応が緩和され、空間群R3-mとして表される前記複合酸化物の層状の結晶構造の可逆性が向上する。 When the composite oxide represented by the general formula (1) contains Mg, when a phase transition of the composite oxide occurs due to desorption and insertion of Li, Mg 2+ is transferred to the Li site, thereby mitigating an irreversible reaction, and the reversibility of the layered crystal structure of the composite oxide represented by the space group R3-m is improved.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がMnを含有していると、4価のMnが不安定な4価のNiを安定化させることから、充放電サイクル寿命のより長い非水電解液電池を構成することが可能となる。 When the composite oxide represented by the general formula (1) contains Mn, the tetravalent Mn stabilizes the unstable tetravalent Ni, making it possible to construct a nonaqueous electrolyte battery with a longer charge/discharge cycle life.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がW又はMoを含有していると、これによる充放電での結晶の膨張・収縮の割合を低減させることができ、電池の充放電サイクル特性の向上に繋がる。 When the composite oxide represented by the general formula (1) contains W or Mo, the rate of crystal expansion and contraction during charging and discharging can be reduced, leading to improved charge and discharge cycle characteristics of the battery.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、結晶格子中にAlを存在させると、結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、より安全性の高い非水電解液電池を構成することが可能となる。また、Alが前記複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在することで、その経時安定性や非水電解液との副反応を抑制することができ、より長寿命の非水電解液電池を構成することが可能となる。 When Al is present in the crystal lattice of the complex oxide represented by the general formula (1), the crystal structure can be stabilized and its thermal stability can be improved, making it possible to construct a nonaqueous electrolyte battery with higher safety. Furthermore, the presence of Al in the grain boundaries and surfaces of the particles of the complex oxide can improve the stability over time and suppress side reactions with the nonaqueous electrolyte, making it possible to construct a nonaqueous electrolyte battery with a longer life.

Erが前記一般式(1)で表される複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在すると、正極活物質表面での触媒性を低下させ、非水電解液の分解を抑制することができる。 When Er is present at the grain boundaries or on the surface of the particles of the composite oxide represented by the general formula (1), it reduces the catalytic activity on the surface of the positive electrode active material, and can suppress the decomposition of the nonaqueous electrolyte.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、粒子中にBaといったアルカリ土類金属元素を含有させると、一次粒子の成長が促進され、前記複合酸化物の結晶性が向上するため、非水電解液との副反応が抑制されて、高温貯蔵時に膨れがより生じ難い電池を構成できるようになる。 In the composite oxide represented by the general formula (1), when an alkaline earth metal element such as Ba is contained in the particles, the growth of the primary particles is promoted and the crystallinity of the composite oxide is improved, thereby suppressing side reactions with the nonaqueous electrolyte and enabling the construction of a battery that is less likely to swell during high-temperature storage.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、粒子中にTiを含有させると、LiNiO2型の結晶構造において、酸素欠損などの結晶の欠陥部に配置されて結晶構造を安定化させるため、前記複合酸化物の反応の可逆性が高まり、より充放電サイクル特性に優れた非水電解液電池を構成できるようになる。 In the composite oxide represented by the general formula (1), when Ti is contained in the particles, Ti is arranged in crystal defects such as oxygen vacancies in the LiNiO2 type crystal structure, thereby stabilizing the crystal structure. This enhances the reversibility of the reaction of the composite oxide, making it possible to configure a nonaqueous electrolyte battery having better charge-discharge cycle characteristics.

前記一般式(1)で表される複合酸化物がZrを含有する場合、これが前記複合酸化物の粒子の粒界や表面に存在することで、前記複合酸化物の電気化学特性を損なうことなく、その表面活性を抑制する。また、Zrによる粒子表面の活性抑制効果によって、より貯蔵性に優れ長寿命の非水電解液電池を構成することが可能となる。 When the composite oxide represented by the general formula (1) contains Zr, the presence of Zr at the grain boundaries and surfaces of the composite oxide particles suppresses the surface activity of the composite oxide without impairing its electrochemical properties. In addition, the effect of Zr in suppressing the activity of the particle surfaces makes it possible to construct a nonaqueous electrolyte battery with better storage properties and a longer life.

前記一般式(1)で表される複合酸化物において、M1の元素は、上述のそれぞれの元素を求められる特性に応じて含有させてもよいし、させなくてもよい。 In the composite oxide represented by the general formula (1), the element M1 may or may not contain each of the above elements depending on the desired properties.

前記一般式(1)で表される複合酸化物には、Li、Ni及びM1以外の元素であるM2を含有させてもよいし、含有させなくてもよい。M2の元素の含有量を表すzは、0.05以下であれば本実施形態における効果を阻害しないが、より好ましくは0.01以下である。 The composite oxide represented by the general formula (1) may or may not contain M2 , which is an element other than Li, Ni, and M1. If z, which represents the content of the element M2 , is 0.05 or less, the effect of this embodiment is not hindered, but it is more preferably 0.01 or less.

前記正極活物質の組成分析は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行うことができる。先ず、測定対象となる正極活物質を0.2g採取して100mL容器に入れる。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、更に純水で25倍に希釈してJARRELASH社製のICP分析装置“ICP-757”(製品名)を用いて、検量線法により組成を分析する。得られた結果から、組成量を導くことができる。 The composition of the positive electrode active material can be analyzed using the ICP (Inductive Coupled Plasma) method as follows. First, 0.2 g of the positive electrode active material to be measured is taken and placed in a 100 mL container. Then, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water are added in that order, and the mixture is heated and dissolved. After cooling, the mixture is further diluted 25 times with pure water, and the composition is analyzed by the calibration curve method using an ICP analyzer "ICP-757" (product name) manufactured by JARRELASH. The composition amount can be derived from the results obtained.

前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物を1種類含有していてもよく、2種類以上含有していてもよい。 The positive electrode active material may contain one type of the lithium-containing nickel layered oxide, or may contain two or more types.

また、前記正極活物質には、求められる電池特性に応じて、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なる他のリチウム含有複合状酸化物を含ませることができる。 In addition, the positive electrode active material can contain other lithium-containing composite oxides different from the lithium-containing nickel layered oxide, depending on the desired battery characteristics.

前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なる前記リチウム含有複合状酸化物としては、例えば、LiCoO2などのリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、Li2MnO3などのリチウムマンガン酸化物;LiMn24、Li4/3Ti5/34などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePO4などのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;これらの酸化物を基本組成とし、その構成元素の一部を他の元素で置換した酸化物;などが挙げられる。これらのリチウム含有複合状酸化物も、1種類を使用していてもよく、2種類以上を使用してもよい。 Examples of the lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide include lithium cobalt oxides such as LiCoO2, lithium manganese oxides such as LiMnO2 and Li2MnO3 , lithium - containing composite oxides having a spinel structure such as LiMn2O4 and Li4 / 3Ti5 / 3O4 , lithium-containing composite oxides having an olivine structure such as LiFePO4 , and oxides having these oxides as basic compositions and some of the constituent elements replaced with other elements. These lithium-containing composite oxides may also be used alone or in combination of two or more.

前記正極活物質に、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物とは異なるリチウム含有複合状酸化物を含む場合であっても、前記正極活物質は、前記リチウム含有ニッケル層状酸化物を50質量%以上含むことが好ましく、80質量%以上含むことが更に好ましい。これにより、前述のリチウム含有ニッケル層状酸化物の効果を良好に得ることができるからである。 Even if the positive electrode active material contains a lithium-containing composite oxide different from the lithium-containing nickel layered oxide, the positive electrode active material preferably contains 50% by mass or more of the lithium-containing nickel layered oxide, and more preferably contains 80% by mass or more of the lithium-containing nickel layered oxide. This is because the effect of the lithium-containing nickel layered oxide can be obtained well.

正極合剤層に係る導電助剤には、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料の他、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;銅、ニッケルなどの金属粉末類;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることができる。 Examples of conductive assistants for the positive electrode mixture layer include carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; carbon fibers; and other carbon materials; conductive fibers such as metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as copper and nickel; and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives.

正極合剤層に係るバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルピロリドン(PVP)などが挙げられる。 Examples of binders for the positive electrode mixture layer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylpyrrolidone (PVP), etc.

正極は、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含有する正極合剤を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒又は水に分散させて正極合剤含有塗料(ペースト、スラリーなど)を調製し、この正極合剤含有塗料を集電体の片面又は両面などに塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。 The positive electrode can be manufactured, for example, by dispersing a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive assistant, a binder, etc., in an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water to prepare a paint containing the positive electrode mixture (paste, slurry, etc.), applying this paint containing the positive electrode mixture to one or both sides of a current collector, drying it, and, if necessary, carrying out a pressing process.

また、前記正極合剤を用いて成形体を形成し、この成形体の片面の一部又は全部を正極集電体と貼り合わせて正極としてもよい。正極合剤成形体と正極集電体との貼り合わせは、プレス処理などにより行うことができる。 The positive electrode mixture may be used to form a molded body, and a part or all of one side of the molded body may be attached to a positive electrode current collector to form a positive electrode. The positive electrode mixture molded body and the positive electrode current collector may be attached to each other by pressing or the like.

正極の集電体としては、AlやAl合金などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、Al箔が好適に用いられる。正極集電体の厚みは、10~30μmであることが好ましい。 The positive electrode current collector may be made of a metal such as Al or an Al alloy, a punched metal, a mesh, or an expanded metal, but typically, Al foil is used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 10 to 30 μm.

正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質を80.0~99.8質量%とし、導電助剤を0.1~10質量%とし、バインダを0.1~10質量%とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15~100μmであることが好ましい。 The composition of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 80.0 to 99.8% by mass of positive electrode active material, 0.1 to 10% by mass of conductive additive, and 0.1 to 10% by mass of binder. The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 15 to 100 μm per side of the current collector.

正極の集電体には、常法に従って正極リード体を設けることができる。 A positive electrode lead body can be attached to the positive electrode current collector in the usual manner.

<セパレータ>
セパレータは、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(即ち、シャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウムイオン二次電池などの非水電解液電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10~30μmであることが好ましい。
<Separator>
The separator preferably has a property of blocking its pores (i.e., a shutdown function) at 80° C. or higher (more preferably 100° C. or higher) and 170° C. or lower (more preferably 150° C. or lower), and a separator used in nonaqueous electrolyte batteries such as ordinary lithium ion secondary batteries, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), can be used. The microporous membrane constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using only PP, or may be a laminate of a microporous membrane made of PE and a microporous membrane made of PP. The thickness of the separator is preferably, for example, 10 to 30 μm.

<電極体>
本実施形態の非水電解液電池において、正極と負極とは、例えば、セパレータを介して重ねて構成した電極体、前記電極体を更に渦巻状に巻回して形成された巻回電極体、又は複数の正極と複数の負極とを交互に積層した積層電極体の形態で使用されるが、円筒形電池に比べて、巻回電極体を角形外装体に封入した角形電池の場合には、特に負極のR部に大きな応力がかかるため、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性を確保できる本実施形態の非水電解液電池電池の構成が好適に用いられる。
<Electrode body>
In the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment, the positive electrode and the negative electrode are used in the form of, for example, an electrode body constructed by stacking them with a separator interposed therebetween, a wound electrode body formed by further winding the electrode body into a spiral shape, or a laminated electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately stacked. Compared to a cylindrical battery, in the case of a prismatic battery in which a wound electrode body is enclosed in a prismatic exterior body, a large stress is particularly applied to the R portion of the negative electrode. Therefore, even if aluminum is used alone as the negative electrode material, the strength of the negative electrode can be maintained, and the nonaqueous electrolyte battery configuration of this embodiment, which can ensure long-term reliability in a high-temperature environment, is preferably used.

<非水電解液>
非水電解液には、有機溶媒中に、リチウム塩を溶解させた溶液を使用する。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used is a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent.

非水電解液に係る有機溶媒には、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;ラクトン環を有する化合物などの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3-ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、環状カーボネートと前記例示の鎖状カーボネートとの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。 Examples of organic solvents for non-aqueous electrolytes include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate (PC), butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as compounds having lactone rings; chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme, and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile, and methoxypropionitrile; sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like. Two or more of these can also be mixed and used. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of a cyclic carbonate and the chain carbonate exemplified above.

また、非水電解液の有機溶媒には、PCを使用することがより好ましい。PCは、特に非水電解液電池の低温での放電特性の確保に寄与する。例えば、非水電解液電池に係る非水電解液の有機溶媒にはエチレンカーボネートを使用することが多いが、PCはエチレンカーボネートよりも凝固点が低いため、より低温の環境下においても、電池の出力特性を高めることが可能となる。 It is also preferable to use PC as the organic solvent for the non-aqueous electrolyte. PC contributes to ensuring the discharge characteristics of non-aqueous electrolyte batteries, especially at low temperatures. For example, ethylene carbonate is often used as the organic solvent for the non-aqueous electrolyte in non-aqueous electrolyte batteries, but PC has a lower freezing point than ethylene carbonate, making it possible to improve the output characteristics of the battery even in low-temperature environments.

更に、非水電解液電池の低温での放電特性をより向上させる観点からは、非水電解液の有機溶媒として、PCと共にラクトン環を有する化合物を使用することが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of further improving the discharge characteristics of a nonaqueous electrolyte battery at low temperatures, it is preferable to use a compound having a lactone ring together with PC as the organic solvent of the nonaqueous electrolyte.

ラクトン環を有する化合物としては、γ-ブチロラクトンやα位に置換基を有するラクトン類などが挙げられる。 Examples of compounds having a lactone ring include γ-butyrolactone and lactones having a substituent at the α-position.

また、α位に置換基を有するラクトン類は、例えば5員環のもの(環を構成する炭素数が4つのもの)が好ましい。前記ラクトン類のα位の置換基は、1つであってもよく、2つであってもよい。 The lactones having a substituent at the α-position are preferably, for example, five-membered rings (having four carbon atoms in the ring). The lactones may have one or two substituents at the α-position.

前記置換基としては、炭化水素基、ハロゲン基(フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基)などが挙げられる。炭化水素基としては、アルキル基、アリール基などが好ましく、その炭素数は1以上15以下(より好ましくは6以下)であることが好ましい。前記置換基が炭化水素基の場合、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基などが更に好ましい。 The substituents include hydrocarbon groups and halogen groups (fluoro, chloro, bromo, and iodine groups). The hydrocarbon groups are preferably alkyl and aryl groups, and preferably have 1 to 15 carbon atoms (more preferably 6 or less). When the substituent is a hydrocarbon group, more preferably a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group.

α位に置換基を有するラクトン類の具体例としては、α-メチル-γ-ブチロラクトン、α-エチル-γ-ブチロラクトン、α-プロピル-γ-ブチロラクトン、α-ブチル-γ-ブチロラクトン、α-フェニル-γ-ブチロラクトン、α-フルオロ-γ-ブチロラクトン、α-クロロ-γ-ブチロラクトン、α-ブロモ-γ-ブチロラクトン、α-ヨード-γ-ブチロラクトン、α,α-ジメチル-γ-ブチロラクトン、α,α-ジエチル-γ-ブチロラクトン、α,α-ジフェニル-γ-ブチロラクトン、α-エチル-α-メチル-γ-ブチロラクトン、α-メチル-α-フェニル-γ-ブチロラクトン、α,α-ジフルオロ-γ-ブチロラクトン、α,α-ジクロロ-γ-ブチロラクトン、α,α-ジブロモ-γ-ブチロラクトン、α,α-ジヨード-γ-ブチロラクトンなどが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、α-メチル-γ-ブチロラクトンがより好ましい。 Specific examples of lactones having a substituent at the α-position include α-methyl-γ-butyrolactone, α-ethyl-γ-butyrolactone, α-propyl-γ-butyrolactone, α-butyl-γ-butyrolactone, α-phenyl-γ-butyrolactone, α-fluoro-γ-butyrolactone, α-chloro-γ-butyrolactone, α-bromo-γ-butyrolactone, α-iodo-γ-butyrolactone, α,α-dimethyl-γ-butyrolactone, and α,α-di Examples of the ethyl-γ-butyrolactone include ethyl-γ-butyrolactone, α,α-diphenyl-γ-butyrolactone, α-ethyl-α-methyl-γ-butyrolactone, α-methyl-α-phenyl-γ-butyrolactone, α,α-difluoro-γ-butyrolactone, α,α-dichloro-γ-butyrolactone, α,α-dibromo-γ-butyrolactone, and α,α-diiodo-γ-butyrolactone. Only one of these may be used, or two or more may be used in combination. Among these, α-methyl-γ-butyrolactone is more preferable.

非水電解液に使用する全有機溶媒中におけるPCの含有量は、その使用による前記の効果を良好に確保する観点から、10体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましい。前記の通り、非水電解液の有機溶媒はPCのみであってもよいことから、非水電解液に使用する全有機溶媒中の、PCの好適含有量の上限値は100体積%である。 The content of PC in all organic solvents used in the nonaqueous electrolyte is preferably 10% by volume or more, and more preferably 30% by volume or more, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects of its use. As described above, the organic solvent in the nonaqueous electrolyte may be only PC, so the upper limit of the suitable content of PC in all organic solvents used in the nonaqueous electrolyte is 100% by volume.

ラクトン環を有する化合物を使用する場合には、その使用による効果を良好に確保する観点から、非水電解液に使用する全有機溶媒中におけるラクトン環を有する化合物の含有量は、0.1質量%以上であることが好ましく、この好適値を満たし、且つ全有機溶媒中のPCの含有量が前記の好適値を満たす範囲内で使用することが望ましい。 When using a compound having a lactone ring, in order to ensure the desired effect of its use, the content of the compound having a lactone ring in all organic solvents used in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.1% by mass or more, and it is desirable to use the compound within a range that satisfies this preferred value and in which the content of PC in all organic solvents satisfies the above-mentioned preferred value.

非水電解液に係るリチウム塩には、耐熱性が高く、非水電解液電池の高温環境下での貯蔵特性を高め得ることに加えて、電池内で用いるアルミニウムの腐食を抑制する機能を有していることから、LiBF4を使用することが好ましい。 It is preferable to use LiBF4 as the lithium salt for the nonaqueous electrolyte, since LiBF4 has high heat resistance and can improve the storage characteristics of the nonaqueous electrolyte battery in a high-temperature environment, and also has the function of suppressing corrosion of aluminum used in the battery.

非水電解液に係る他のリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li224(SO32、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiCn2n+1SO3(2≦n≦7)、LiN(RfOSO22〔ここで、Rfはフルオロアルキル基〕などが挙げられる。 Other lithium salts for non-aqueous electrolytes include, for example, LiClO4 , LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiCF3SO3 , LiCF3CO2, Li2C2F4(SO3)2, LiN(CF3SO2)2 , LiC ( CF3SO2)3 , LiCnF2n + 1SO3 ( 2 n 7 ) , LiN( RfOSO2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] , and the like.

非水電解液中のリチウム塩の濃度は、0.6mol/L以上であることが好ましく、0.9mol/L以上であることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.6 mol/L or more, and more preferably 0.9 mol/L or more.

非水電解液中の全リチウム塩の濃度は、1.8mol/L以下であることが好ましく、1.6mol/L以下であることがより好ましい。よって、リチウム塩にLiBF4のみを使用する場合には、その濃度が前記の好適上限値を満たす範囲で使用することが好ましい。他方、LiBF4と共に他のリチウム塩を使用する場合には、LiBF4の濃度が前記の好適下限値を満たしつつ、全リチウム塩の濃度が前記の好適上限値を満たす範囲で使用することが好ましい。 The concentration of all lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 1.8 mol/L or less, more preferably 1.6 mol/L or less. Therefore, when only LiBF4 is used as the lithium salt, it is preferable to use it in a range where its concentration satisfies the above-mentioned preferred upper limit. On the other hand, when other lithium salts are used together with LiBF4 , it is preferable to use it in a range where the concentration of LiBF4 satisfies the above-mentioned preferred lower limit and the concentration of all lithium salts satisfies the above-mentioned preferred upper limit.

また、非水電解液には、添加剤としてニトリル化合物を含有させると好ましい。ニトリル化合物を添加した非水電解液を使用することで、正極活物質の表面にニトリル化合物が吸着して被膜を形成し、この被膜が非水電解液の酸化分解によるガス発生を抑制することから、特に高温環境下で貯蔵した際の電池の膨れを抑えることができる。 It is also preferable to add a nitrile compound as an additive to the non-aqueous electrolyte. By using a non-aqueous electrolyte with an added nitrile compound, the nitrile compound is adsorbed onto the surface of the positive electrode active material to form a coating, and this coating suppresses gas generation due to oxidative decomposition of the non-aqueous electrolyte, making it possible to suppress swelling of the battery, especially when stored in a high-temperature environment.

非水電解液に添加するニトリル化合物としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリルなどのモノニトリル;マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4-ジシアノヘプタン、1,5-ジシアノペンタン(ピメロニトリル)、1,6-ジシアノヘキサン(スベロニトリル)、1,7-ジシアノヘプタン(アゼラオニトリル)、2,6-ジシアノヘプタン、1,8-ジシアノオクタン、2,7-ジシアノオクタン、1,9-ジシアノノナン、2,8-ジシアノノナン、1,10-ジシアノデカン、1,6-ジシアノデカン、2,4-ジメチルグルタロニトリルなどのジニトリル;ベンゾニトリルなどの環状ニトリル;メトキシアセトニトリルなどのアルコキシ置換ニトリル;などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。これらのニトリル化合物の中でも、ジニトリルがより好ましく、アジポニトリル、ピメロニトリル及びスベロニトリルが更に好ましい。 Examples of nitrile compounds to be added to the non-aqueous electrolyte include mononitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile; dinitriles such as malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane (pimelonitrile), 1,6-dicyanohexane (suberonitrile), 1,7-dicyanoheptane (azelaonitrile), 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, and 2,4-dimethylglutaronitrile; cyclic nitriles such as benzonitrile; and alkoxy-substituted nitriles such as methoxyacetonitrile. Only one of these may be used, or two or more may be used. Among these nitrile compounds, dinitriles are more preferred, and adiponitrile, pimelonitrile and suberonitrile are even more preferred.

電池に使用する非水電解液におけるニトリル化合物の含有量は、これらの使用による前記の効果を良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。但し、非水電解液中のニトリル化合物の量が多すぎると、電池の低温での放電特性が低下する傾向にある。よって、非水電解液中のニトリル化合物の量をある程度制限して、電池の低温での放電特性をより良好にする観点からは、電池に使用する非水電解液中のニトリル化合物の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects of the use of the nonaqueous electrolyte, the content of the nitrile compound in the nonaqueous electrolyte used in the battery is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more. However, if the amount of the nitrile compound in the nonaqueous electrolyte is too large, the discharge characteristics of the battery at low temperatures tend to deteriorate. Therefore, from the viewpoint of limiting the amount of the nitrile compound in the nonaqueous electrolyte to some extent and improving the discharge characteristics of the battery at low temperatures, the content of the nitrile compound in the nonaqueous electrolyte used in the battery is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.

また、非水電解液は、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有していることが好ましい。 In addition, the non-aqueous electrolyte preferably contains a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule.

Figure 0007469434000001
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前記一般式(2)中、XはSi、Ge又はSnであり、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基又は炭素数6~10のアリール基を表し、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい。 In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, in which some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine.

例えば、車載用機器や、屋外設備用機器に用いる電池においては、高温環境下に限らず寒冷地での使用も考えられる。低温環境下では、常温の時と比べて電池の作動性が低下し、特に経年劣化した電池は放電特性が低下する傾向にある。そのため、あらゆる温度下での使用を想定して、高温環境下に一定時間置いた(経年劣化とほぼ同じ状態にした)後で、低温環境下でも高率放電ができることが好ましい。 For example, batteries used in in-vehicle devices and outdoor equipment can be used not only in high-temperature environments but also in cold regions. In low-temperature environments, the operability of the battery decreases compared to room temperature, and batteries that have deteriorated over time tend to have poorer discharge characteristics. Therefore, it is preferable to have batteries that can be placed in a high-temperature environment for a certain period of time (in a state roughly equivalent to that of deterioration over time) and then be able to discharge at a high rate even in a low-temperature environment, assuming use in a variety of temperatures.

本実施形態の非水電解液電池において、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液を使用すると、高温下での長期貯蔵を経た後の、低温環境下での高率放電特性を高めることができる。その理由は定かではないが、本発明者らは以下のように推測している。 In the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment, if a nonaqueous electrolyte containing a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule is used, the high-rate discharge characteristics in a low-temperature environment after long-term storage at high temperatures can be improved. The reason for this is unclear, but the inventors speculate as follows.

前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液を使用すると、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物が上述した正極活物質の表面に抵抗が低く強固な被膜を形成するため、電池を高温下で長期間貯蔵しても被膜が破壊されることがないため、正極活物質からの金属の溶出を抑制できる。また、この被膜は低温下においてもLiイオンの挿入を阻害し難いため、高温下での長期間貯蔵後の電池の、低温下での高率放電特性を良好にすることができる。 When a non-aqueous electrolyte containing a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in its molecule is used, the phosphoric acid compound or the boric acid compound forms a low-resistance, strong coating on the surface of the above-mentioned positive electrode active material, so that the coating is not destroyed even when the battery is stored at high temperatures for a long period of time, and therefore elution of metal from the positive electrode active material can be suppressed. In addition, since this coating does not easily inhibit the insertion of Li ions even at low temperatures, the high-rate discharge characteristics at low temperatures of a battery after long-term storage at high temperatures can be improved.

更に、非水電解液電池の負極においても、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物が作用して、被膜が形成される。前記リン酸化合物又はホウ酸化合物は、負極表面に被膜が形成される際に使用されるLiの量を減少させて、負極表面で薄く且つ良質な被膜を形成すると考えられる。これにより、高温下での長期間貯蔵でも負極表面の被膜が破壊されることがないため、負極の劣化を抑制することができる。また、この被膜は低温下においてもLiイオンの脱離を阻害し難い。これらの理由によっても、高温下での長期間貯蔵後の電池の、低温下での高率放電特性を良好にすることができる。 Furthermore, the phosphoric acid compound or boric acid compound acts on the negative electrode of a non-aqueous electrolyte battery to form a coating. It is believed that the phosphoric acid compound or boric acid compound reduces the amount of Li used when forming a coating on the negative electrode surface, forming a thin and high-quality coating on the negative electrode surface. As a result, the coating on the negative electrode surface is not destroyed even during long-term storage at high temperatures, so deterioration of the negative electrode can be suppressed. In addition, this coating does not easily inhibit the desorption of Li ions even at low temperatures. For these reasons, the high-rate discharge characteristics at low temperatures of a battery after long-term storage at high temperatures can be improved.

上記のように、本実施形態に係る特定の正極及び特定の負極と、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物を含有する非水電解液とを組み合わせることで、前記の各作用が相乗的に機能して、高温環境下での貯蔵特性がより良好で、且つ温度変化に対応可能な電池とすることができる。 As described above, by combining the specific positive electrode and specific negative electrode according to this embodiment with the nonaqueous electrolyte solution containing the phosphoric acid compound or boric acid compound, the above-mentioned actions function synergistically, resulting in a battery with better storage characteristics in high-temperature environments and capable of adapting to temperature changes.

前記一般式(2)において、XはSi、Ge又はSnであるが、Siがより好ましい。即ち、前記リン酸化合物は、リン酸シリルエステルであることがより好ましく、前記ホウ酸化合物は、ホウ酸シリルエステルであることがより好ましい。また、前記一般式(2)において、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基又は炭素数6~10のアリール基であるが、メチル基又はエチル基がより好ましい。そして、前記一般式(2)で表される基としては、トリメチルシリル基が特に好ましい。 In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, with Si being more preferred. That is, the phosphoric acid compound is more preferably a phosphoric acid silyl ester, and the boric acid compound is more preferably a boric acid silyl ester. In addition, in the general formula (2), R 1 , R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, with a methyl group or an ethyl group being more preferred. As the group represented by the general formula (2), a trimethylsilyl group is particularly preferred.

また、前記リン酸化合物においては、リン酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、リン酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。 In addition, in the phosphoric acid compound, only one of the hydrogen atoms of the phosphoric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2), two of the hydrogen atoms of the phosphoric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2), or all three of the hydrogen atoms of the phosphoric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2). However, it is more preferable that all three of the hydrogen atoms of the phosphoric acid are substituted with a group represented by the general formula (2).

このような前記リン酸化合物としては、リン酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましいものとして挙げられる。 As such a phosphate compound, tris(trimethylsilyl) phosphate is particularly preferred.

また、前記ホウ酸化合物においては、ホウ酸が有する水素原子のうちの1つのみが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子のうちの2つが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよく、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていてもよいが、ホウ酸が有する水素原子の3つ全てが前記一般式(2)で表される基で置換されていることが、より好ましい。 In addition, in the boric acid compound, only one of the hydrogen atoms of the boric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2), two of the hydrogen atoms of the boric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2), or all three of the hydrogen atoms of the boric acid may be substituted with a group represented by the general formula (2). However, it is more preferable that all three of the hydrogen atoms of the boric acid are substituted with a group represented by the general formula (2).

このような前記ホウ酸化合物としては、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)が、特に好ましいものとして挙げられる。 As such a boric acid compound, tris(trimethylsilyl) borate is particularly preferred.

電池に使用する非水電解液中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物の含有量は、その使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、0.2質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。また、含有量が多くなりすぎると、被膜生成時に発生するガスが多くなることから、電池に使用する非水電解質中の、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物の含有量は、7質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが特に好ましい。 In order to better ensure the above-mentioned effects of the use of the non-aqueous electrolyte, the content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. In addition, if the content is too high, a large amount of gas will be generated during the formation of the coating, so the content of the phosphoric acid compound or boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 7% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less.

前記非水電解液電池においては、前記リン酸化合物又はホウ酸化合物に加えて、リチウム塩としてLiBF4を含有し、且つ有機溶媒としてPCを含有し、更にニトリル化合物が添加された非水電解液を使用することが特に好ましい。このような非水電解液を使用すると、前記各成分による作用が相乗的に機能して、高温貯蔵時の電池の膨れをより高度に抑制できると共に、高温貯蔵を経た後の低温環境下(例えば-20℃以下)での放電特性をより高めることができる。 In the non-aqueous electrolyte battery, it is particularly preferable to use a non-aqueous electrolyte containing LiBF4 as a lithium salt, PC as an organic solvent, and further containing a nitrile compound in addition to the phosphoric acid compound or boric acid compound. When such a non-aqueous electrolyte is used, the actions of the components function synergistically, and the swelling of the battery during high-temperature storage can be more highly suppressed, and the discharge characteristics in a low-temperature environment (for example, −20° C. or lower) after high-temperature storage can be further improved.

また、これらの非水電解液に、電池の各種特性を更に向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3-プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t-ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。更に、非水電解液は、公知のポリマーなどのゲル化剤を用いてゲル状(ゲル状電解質)としてもよい。 Additives such as vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, and t-butylbenzene can also be added to these non-aqueous electrolytes as appropriate to further improve various battery characteristics. Furthermore, the non-aqueous electrolytes may be made into a gel (gel electrolyte) using a gelling agent such as a known polymer.

<非水電解液電池>
本実施形態の非水電解液電池は、例えば、電極体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止することで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte battery>
The nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is manufactured, for example, by loading the electrode body into an exterior body, injecting a nonaqueous electrolyte into the exterior body to immerse the electrode body in the nonaqueous electrolyte, and then sealing the opening of the exterior body. The exterior body may be an exterior can made of steel, aluminum, or aluminum alloy, or an exterior body made of a laminate film on which a metal is vapor-deposited.

本実施形態の非水電解液電池は、正極容量規制で構成されるため、充電電気量の制御や、充電電圧の制御などにより、充電終了時期を検出することができることから、あらかじめ充電回路側に充電終了条件を設定しておくことが可能である。 The nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is configured with positive electrode capacity regulation, so the end of charging can be detected by controlling the amount of charge electricity or the charging voltage, and it is therefore possible to set the charging end conditions in advance on the charging circuit side.

組み立て後の電池は、満充電とした状態で比較的高温(例えば60℃)でエージング処理を施すことが好ましい。前記のエージング処理によって負極においてLi-Al合金の形成が進むため、電池の放電容量や出力特性がより向上する。 After assembly, it is preferable to perform an aging treatment at a relatively high temperature (e.g., 60°C) while the battery is fully charged. This aging treatment promotes the formation of a Li-Al alloy in the negative electrode, thereby further improving the discharge capacity and output characteristics of the battery.

次に、本願で開示する非水電解液電池の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態の非水電解液電池の製造方法は、前記実施形態の非水電解液電池を製造する方法であって、正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを備えている。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte battery disclosed in the present application will be described. The method for manufacturing a nonaqueous electrolyte battery of this embodiment is a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte battery of the above embodiment, and includes the steps of preparing a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on at least one side of a positive electrode current collector and a capacity of 0.68 mAh/ cm2 to 4.87 mAh/ cm2 , preparing a negative electrode precursor made of an aluminum base material having an area larger than the area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and a thickness of 30 μm to 150 μm, disposing the negative electrode precursor via a separator so as to cover the entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode to prepare an electrode body, and sealing the electrode body and a nonaqueous electrolyte in an exterior body and then charging.

前記正極を準備する工程では、前記実施形態の非水電解液電池で説明した正極を準備する。また、前記負極前駆体を準備する工程では、前記実施形態の非水電解液電池で説明した負極前駆体を準備する。また、前記セパレータ及び前記非水電解液についても、前記実施形態の非水電解液電池で説明したセパレータ及び非水電解液を用いる。 In the step of preparing the positive electrode, the positive electrode described in the nonaqueous electrolyte battery of the above embodiment is prepared. In the step of preparing the negative electrode precursor, the negative electrode precursor described in the nonaqueous electrolyte battery of the above embodiment is prepared. In addition, the separator and the nonaqueous electrolyte are the same as those described in the nonaqueous electrolyte battery of the above embodiment.

負極前駆体として厚さが30μm以上150μm以下のAl基材を用い、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を用いることにより、初充電(化成)工程後に、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とを備えた負極が形成され、負極の引張強度を4N/mm以上とすることができる。一旦、前記負極が形成された後は、再度充放電を行っても、負極を構成するAl層の厚さに大きな変化はなく、負極は一定の引張強度を維持することができる。 By using an Al base material having a thickness of 30 μm or more and 150 μm or less as the negative electrode precursor and a positive electrode having a capacity of 0.68 mAh/cm 2 or more and 4.87 mAh/cm 2 or less, after the initial charging (chemical formation) step, a negative electrode having an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on the surface of the Al layer is formed, and the tensile strength of the negative electrode can be made 4 N/mm or more. Once the negative electrode is formed, even if charging and discharging are performed again, there is no significant change in the thickness of the Al layer constituting the negative electrode, and the negative electrode can maintain a constant tensile strength.

このように、本実施形態の製造方法により、アルミニウムを単独で負極材料として用いても負極の強度を維持でき、高温環境下での長期信頼性の高い非水電解液電池を提供できる。 In this way, the manufacturing method of this embodiment makes it possible to maintain the strength of the negative electrode even when aluminum is used alone as the negative electrode material, and to provide a nonaqueous electrolyte battery that has high long-term reliability in high-temperature environments.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。但し、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<正極の作製>
先ず、正極活物質であるLiNi0.33Co0.33Mn0.332で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部と、バインダであるPVDF:1.5質量部とを、NMPに分散させた正極合剤含有スラリーを調製した。次に、この正極合剤含有スラリーを厚さ12μmのAl箔の両面に塗布し、乾燥し、プレス処理を行うことにより、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり10mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した。更に、正極合剤層のプレス処理を行うことにより、長さ974mm、幅40mmの大きさの帯状の正極を作製した。但し、スラリーの塗布面の一部には正極合剤層を形成せず、Al箔が露出する箇所を設け、そのAl箔が露出する箇所に、電池外部との導電接続のためのAl製のリード体を超音波溶接した。
Example 1
<Preparation of Positive Electrode>
First, a positive electrode mixture-containing slurry was prepared by dispersing 97 parts by mass of lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , which is a positive electrode active material, 1.5 parts by mass of acetylene black, which is a conductive assistant, and 1.5 parts by mass of PVDF, which is a binder, in NMP. Next, the positive electrode mixture-containing slurry was applied to both sides of an Al foil having a thickness of 12 μm, dried, and pressed to form a positive electrode mixture layer of a mass of 10 mg/cm 2 per side on both sides of the Al foil current collector. Furthermore, a belt-shaped positive electrode having a length of 974 mm and a width of 40 mm was produced by pressing the positive electrode mixture layer. However, a part of the applied surface of the slurry was provided with a portion where the Al foil was exposed without forming a positive electrode mixture layer, and an Al lead body for conductive connection with the outside of the battery was ultrasonically welded to the portion where the Al foil was exposed.

<負極前駆体の作製>
厚さ70μm、長さ988mm、幅44mmの大きさの帯状のAl箔を負極前駆体として用いた。但し、前記Al箔の端部に、電池外部との導電接続のためのNi製のリード体を超音波溶接した。
<Preparation of negative electrode precursor>
A strip of Al foil having a thickness of 70 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor, with a Ni lead body ultrasonically welded to the end of the Al foil for conductive connection to the outside of the battery.

<電極体の作製>
前記正極と前記負極前駆体とを、厚さ16μmのPE製の微多孔フィルムよりなるセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻回した後、押しつぶして扁平状の巻回電極体を作製した。
<Preparation of electrode body>
The positive electrode and the negative electrode precursor were laminated with a separator made of a 16 μm-thick microporous film made of PE interposed therebetween, wound in a spiral shape, and then crushed to prepare a flat wound electrode body.

<非水電解液の作製>
プロピレンカーボネート(PC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)との体積比17:63:20の混合溶媒に、LiBF4を1.2mol/Lの濃度で溶解させ、更にアジポニトリルを5質量%、リン酸トリス(トリメチルシリル:TMSP)を2質量%となる量で添加することで、非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiBF 4 was dissolved at a concentration of 1.2 mol/L in a mixed solvent of propylene carbonate (PC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 17:63:20, and adiponitrile was further added in an amount of 5 mass% and tris(trimethylsilyl: TMSP) phosphate in an amount of 2 mass% to prepare a nonaqueous electrolyte solution.

<電池の組み立て>
103450サイズで板厚が0.8mmのAl合金製の外装缶に、前記巻回電極体及び前記非水電解液を封入することにより、定格容量が800mAhで、図3及び図4に示す角形の非水電解液電池を作製した。
<Battery assembly>
The wound electrode body and the nonaqueous electrolyte were enclosed in an aluminum alloy outer can having a thickness of 0.8 mm and a size of 103450, thereby producing a rectangular nonaqueous electrolyte battery having a rated capacity of 800 mAh as shown in FIGS. 3 and 4.

ここで、図3及び図4について説明すると、図3は、本実施例の非水電解液電池を模式的に表す斜視図であり、図4は、図3のI-I線の断面図である。図4においては、電極体の内周側の部分及びセパレータは断面にしていない。図3及び図4において、正極1と負極2とはセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形(角筒形)の外装缶4に非水電解液と共に収容されている。但し、図4では、煩雑化を避けるため、正極1の作製にあたって使用した集電体としてのAl箔や、非水電解液などは図示していない。 Now, referring to Fig. 3 and Fig. 4, Fig. 3 is a perspective view showing a non-aqueous electrolyte battery of this embodiment, and Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line I-I in Fig. 3. In Fig. 4, the inner peripheral portion of the electrode body and the separator are not shown in cross section. In Fig. 3 and Fig. 4, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are spirally wound with the separator 3 interposed therebetween, and then pressed to be flattened to form a flat wound electrode body 6, which is housed in a rectangular (rectangular cylindrical) exterior can 4 together with the non-aqueous electrolyte. However, in Fig. 4, to avoid complication, the Al foil used as the current collector in the production of the positive electrode 1 and the non-aqueous electrolyte are not shown.

外装缶4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この外装缶4は正極端子を兼ねている。そして、外装缶4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2及びセパレータ3からなる扁平状の巻回電極体6からは、正極1及び負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、外装缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用の蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。 The exterior can 4 is made of an aluminum alloy and constitutes the exterior body of the battery, and this exterior can 4 also serves as the positive electrode terminal. An insulator 5 made of a polyethylene sheet is placed at the bottom of the exterior can 4, and a positive electrode lead body 7 and a negative electrode lead body 8 connected to one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are drawn out from a flat wound electrode body 6 consisting of a positive electrode 1, a negative electrode 2, and a separator 3. A stainless steel terminal 11 is attached to an aluminum alloy sealing cover plate 9 that seals the opening of the exterior can 4 via a polypropylene insulating packing 10, and a stainless steel lead plate 13 is attached to this terminal 11 via an insulator 12.

そして、この蓋板9は外装缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。 The cover plate 9 is inserted into the opening of the exterior can 4, and the joint between the two is welded to seal the opening of the exterior can 4 and hermetically seal the inside of the battery. The cover plate 9 is also provided with a non-aqueous electrolyte injection port 14, which is welded and sealed with a sealing member inserted therein, ensuring the hermeticity of the battery. Furthermore, the cover plate 9 is provided with a split vent 15 as a mechanism for releasing internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

(実施例2)
負極前駆体として、厚さ38μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 2
A nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an Al foil having a thickness of 38 μm, a length of 988 mm and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor.

(実施例3)
負極前駆体として、厚さ56μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり25mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 3
An Al foil having a thickness of 56 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode mixture layer was formed on both sides of the Al foil current collector at a mass of 25 mg/ cm2 per side. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(実施例4)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.052で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 4
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of a lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that this positive electrode was used.

(実施例5)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.5Co0.2Mn0.32で表されるリチウム含有ニッケル層状酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 5
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of a lithium-containing nickel layered oxide represented by LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that this positive electrode was used.

(実施例6)
実施例1の正極活物質に代えて、LiCoO2で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 6
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of a lithium-containing composite oxide represented by LiCoO2 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that this positive electrode was used.

(実施例7)
実施例1の正極活物質に代えて、LiMn24で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 7)
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of a lithium -containing composite oxide represented by LiMn2O4 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that this positive electrode was used.

(実施例8)
負極前駆体として、厚さ31μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、実施例1の正極活物質に代えて、LiMn24で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり7mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Example 8)
As the negative electrode precursor, an Al foil having a thickness of 31 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used. Moreover, instead of the positive electrode active material of Example 1, 97 parts by mass of a lithium-containing composite oxide represented by LiMn 2 O 4 was used as the positive electrode active material, and a positive electrode mixture layer having a mass of 7 mg/cm 2 per side was formed on both sides of the Al foil current collector. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(実施例9)
実施例1の正極活物質に代えて、LiNi0.80Co0.15Al0.052で表されるリチウム含有複合酸化物:97質量部を正極活物質として用い、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり30mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
Example 9
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass of a lithium -containing composite oxide represented by LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 was used as the positive electrode active material instead of the positive electrode active material of Example 1, and a positive electrode mixture layer was formed on both sides of an Al foil current collector with a mass of 30 mg/cm2 per side. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1, except that this positive electrode was used.

(比較例1)
負極前駆体として、厚さ25μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an Al foil having a thickness of 25 μm, a length of 988 mm and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor.

(比較例2)
負極前駆体として、厚さ60μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり40mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 2)
An Al foil having a thickness of 60 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode mixture layer was formed on both sides of the Al foil current collector at a mass of 40 mg/ cm2 per side. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

(比較例3)
負極前駆体として、厚さ40μm、長さ988mm、幅44mmのAl箔を用いた。また、Al箔集電体の両面に、それぞれ片面あたり20mg/cm2の質量の正極合剤層を形成した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。上記負極前駆体及び上記正極を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解液電池を作製した。
(Comparative Example 3)
An Al foil having a thickness of 40 μm, a length of 988 mm, and a width of 44 mm was used as the negative electrode precursor. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode mixture layer was formed on both sides of the Al foil current collector with a mass of 20 mg/cm 2 per side. A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode precursor and the positive electrode were used.

表1に実施例1~9及び比較例1~3の非水電解液電池の正極の構成を示す。 Table 1 shows the configuration of the positive electrodes of the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 0007469434000002
Figure 0007469434000002

実施例1~9及び比較例1~3の非水電解液電池について、正極の容量、負極の引張強度及び高温貯蔵特性の評価を行った。 The positive electrode capacity, negative electrode tensile strength, and high-temperature storage characteristics were evaluated for the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.

<正極の容量>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。次に、各電池を分解して、正極を取り出し、その取り出した正極の片面の正極合剤層を除去し、その片面から正極合剤層を除去した正極の正極合剤層の部分を1cm2の大きさに切り抜いて正極容量測定サンプルとした。続いて、その正極容量測定サンプルと、Li箔とを組み合わせて、モデルセルを作製した。このモデルセルの非水電解液としては、各電池で使用したものと同じ非水電解液を用いた。次に、このモデルセルを0.25mAの定電流で、各電池の初充電電圧3.8Vに0.35Vを加えた4.15Vまで定電流充電し、その後、4.15Vの電圧で充電電流が0.025mAに低下するまで定電圧充電を行った。その後、0.25mAの定電流で3Vとなるまで放電を行い、その時の容量を前記正極の容量とした。
<Positive electrode capacity>
For each battery of the examples and comparative examples, the initial charge (formation) was performed at a constant current (100 mA)/constant voltage (3.8 V), and the charging was stopped when the charging current dropped to 10 mA to make it fully charged. Next, each battery was disassembled, the positive electrode was taken out, the positive electrode mixture layer on one side of the taken out positive electrode was removed, and the portion of the positive electrode mixture layer of the positive electrode from which the positive electrode mixture layer was removed was cut out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode capacity measurement sample. Then, the positive electrode capacity measurement sample was combined with Li foil to prepare a model cell. As the nonaqueous electrolyte of this model cell, the same nonaqueous electrolyte as that used in each battery was used. Next, this model cell was charged at a constant current of 0.25 mA to 4.15 V, which is the initial charging voltage of each battery plus 0.35 V of 3.8 V, and then constant voltage charging was performed at a voltage of 4.15 V until the charging current dropped to 0.025 mA. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 0.25 mA until the voltage reached 3 V, and the capacity at that time was recorded as the capacity of the positive electrode.

<負極の引張強度>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を解体して負極を取り出し、負極を10mm×50mmの矩形状に切り出して試験片とした。この試験片を、チャック間距離を30mmとして、今田製作所社製の引張試験機“SDT-52型”(製品名)に取り付け、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行い、引張強度を測定した。
<Tensile strength of negative electrode>
For each battery of the examples and comparative examples, an initial charge (formation) was performed at a constant current (100 mA)/constant voltage (3.8 V), and when the charging current dropped to 10 mA, charging was stopped to fully charge the battery. Each battery in this fully charged state was disassembled to remove the negative electrode, and the negative electrode was cut into a rectangular shape of 10 mm x 50 mm to prepare a test piece. This test piece was attached to a tensile tester "SDT-52 type" (product name) manufactured by Imada Seisakusho Co., Ltd. with a chuck distance of 30 mm, and a tensile test was performed at a crosshead speed of 10 mm/min to measure the tensile strength.

<高温貯蔵特性>
実施例及び比較例の各電池について、定電流(100mA)/定電圧(3.8V)の初充電(化成)を行い、充電電流が10mAまで低下した時点で充電を停止して満充電状態とした。この満充電状態とした各電池を、定電流2000mAで2.0Vとなるまで放電を行い、初回放電容量を求めた。
<High temperature storage characteristics>
Each battery in the Examples and Comparative Examples was initially charged (formed) at a constant current (100 mA)/constant voltage (3.8 V), and when the charging current dropped to 10 mA, charging was stopped to fully charge the battery. Each fully charged battery was discharged at a constant current of 2000 mA to 2.0 V, and the initial discharge capacity was determined.

次に、上記初充電と同様の条件で満充電状態とした各電池を、100℃で150日間貯蔵した。その後、上記条件と同様の条件で満充電状態とし、20℃の環境下で、定電流2000mAで2.0Vとなるまで放電を行い、貯蔵後放電容量を求めた。 Next, each battery was fully charged under the same conditions as the initial charging described above and stored at 100°C for 150 days. After that, it was fully charged under the same conditions as above and discharged at a constant current of 2000 mA in an environment of 20°C until the voltage reached 2.0 V, and the discharge capacity after storage was calculated.

続いて、下記式により、貯蔵後の容量維持率を計算し、下記評価基準で高温貯蔵特性の評価を行った。
容量維持率(%)=(貯蔵後放電容量/初回放電容量)×100
容量維持率が70%以上の場合:高温貯蔵特性は優良(○)
容量維持率が50~69%の場合:高温貯蔵特性は良(△)
容量維持率が49%以下の場合:高温貯蔵特性は不良(×)
Next, the capacity retention rate after storage was calculated by the following formula, and the high-temperature storage characteristics were evaluated according to the following evaluation criteria.
Capacity retention rate (%)=(discharge capacity after storage/initial discharge capacity)×100
If the capacity retention rate is 70% or more, the high-temperature storage characteristics are excellent (○).
If the capacity retention rate is 50-69%, the high temperature storage characteristics are good (△).
If the capacity retention rate is 49% or less, the high-temperature storage characteristics are poor (×).

上記評価結果を表2に示す。 The above evaluation results are shown in Table 2.

Figure 0007469434000003
Figure 0007469434000003

表2から、負極の引張強度が4N/mm以上であった実施例1~9の電池では、高温貯蔵特性の評価を優良又は良とすることができ、高温環境下での長期信頼性の高い電池を実現できたことが分かる。一方、負極の引張強度が4N/mmを下回った比較例1~3の電池では、高温貯蔵特性の評価が不良となり、高温貯蔵特性が劣ることが分かる。 From Table 2, it can be seen that the batteries of Examples 1 to 9, in which the tensile strength of the negative electrode was 4 N/mm or more, were able to be rated as excellent or good in high-temperature storage characteristics, and batteries with high long-term reliability in high-temperature environments were realized. On the other hand, the batteries of Comparative Examples 1 to 3, in which the tensile strength of the negative electrode was below 4 N/mm, were rated as poor in high-temperature storage characteristics, and it can be seen that the high-temperature storage characteristics were inferior.

本願で開示する非水電解液電池は、高温環境下での長期信頼性が高いことから、こうした特性を生かして、車載用機器の電源用途や、屋外設備用機器の電源用途のように、高温環境下で長期にわたって容量を良好に維持できることが求められる用途に好ましく適用することができる。 The nonaqueous electrolyte battery disclosed in this application has high long-term reliability in high-temperature environments, and by taking advantage of these characteristics, it can be favorably applied to applications that require good capacity to be maintained for a long period of time in high-temperature environments, such as power sources for in-vehicle equipment and outdoor equipment.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 外装缶
5 絶縁体
6 巻回電極体
7 正極リード体
8 負極リード体
9 蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 非水電解液注入口
15 開裂ベント
100 Al基材(負極前駆体)
200 負極
201 Al層
202 Li-Al合金層
REFERENCE SIGNS LIST 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Outer can 5 Insulator 6 Wound electrode body 7 Positive electrode lead body 8 Negative electrode lead body 9 Cover plate 10 Insulating packing 11 Terminal 12 Insulator 13 Lead plate 14 Non-aqueous electrolyte injection port 15 Cracked vent 100 Al substrate (negative electrode precursor)
200 negative electrode 201 Al layer 202 Li-Al alloy layer

Claims (10)

正極、負極、非水電解液及びセパレータを含む非水電解液電池であって、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の上に形成された正極合剤層とを含み、
前記正極合剤層は、Liイオンを吸蔵・放出可能であり、
前記負極の面積は、前記正極の前記正極合剤層の面積より大きく、且つ、前記負極は、前記セパレータを介して前記正極合剤層の全面を覆うように配置され、
前記負極は、Al層と、前記Al層の表面に形成されたLi-Al合金層とからなり
前記負極の引張強度が、4N/mm以上であり、
前記Al層の最大の厚さが、30μm以上150μm以下であり、
前記正極の容量が、0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下であり、
前記正極合剤層は、正極活物質として、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物及びオリビン構造のリチウム含有複合酸化物からなる群から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする非水電解液電池。
A non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector,
The positive electrode mixture layer is capable of absorbing and releasing Li ions,
an area of the negative electrode is larger than an area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode, and the negative electrode is disposed so as to cover an entire surface of the positive electrode mixture layer via the separator;
the negative electrode comprises an Al layer and a Li-Al alloy layer formed on a surface of the Al layer,
The negative electrode has a tensile strength of 4 N/mm or more;
The maximum thickness of the Al layer is 30 μm or more and 150 μm or less,
The capacity of the positive electrode is 0.68 mAh/cm 2 or more and 4.87 mAh/cm 2 or less,
The positive electrode mixture layer contains, as a positive electrode active material, at least one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, and lithium-containing composite oxide having an olivine structure.
前記正極合剤層は、前記正極集電体の少なくとも片面に形成され、
前記正極集電体の片面あたりの前記正極合剤層の質量が、7mg/cm2以上30mg/cm2以下である請求項1に記載の非水電解液電池。
The positive electrode mixture layer is formed on at least one surface of the positive electrode current collector,
2. The nonaqueous electrolyte battery in accordance with claim 1, wherein the mass of the positive electrode mixture layer per one surface of the positive electrode current collector is 7 mg/cm <2> or more and 30 mg/cm <2> or less.
前記正極、前記負極及び前記セパレータが、巻回電極体を形成し、
前記巻回電極体が、角形外装体に封入されている請求項1又は2に記載の非水電解液電池。
the positive electrode, the negative electrode, and the separator form a wound electrode body;
3. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the wound electrode body is enclosed in a prismatic exterior body.
前記非水電解液は、下記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物又はホウ酸化合物を更に含む請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解液電池。
Figure 0007469434000004
前記一般式(2)中、XはSi、Ge又はSnであり、R1、R2及びR3は、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基又は炭素数6~10のアリール基を表し、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい。
4. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte further contains a phosphoric acid compound or a boric acid compound having a group represented by the following general formula (2) in the molecule:
Figure 0007469434000004
In the general formula (2), X is Si, Ge or Sn, and R 1 , R 2 and R 3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, in which some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine.
前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するリン酸化合物として、リン酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項4に記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 4, wherein the nonaqueous electrolyte contains tris(trimethylsilyl) phosphate as a phosphate compound having a group represented by the general formula (2) in its molecule. 前記非水電解液は、前記一般式(2)で表される基を分子内に有するホウ酸化合物として、ホウ酸トリス(トリメチルシリル)を含む請求項4に記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 4, wherein the nonaqueous electrolyte contains tris(trimethylsilyl) borate as a boric acid compound having a group represented by the general formula (2) in its molecule. 前記非水電解液は、リチウム塩としてLiBF4を含み、有機溶媒としてプロピレンカーボネートを含み、更にニトリル化合物を含む請求項1~6のいずれか1項に記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the nonaqueous electrolyte contains LiBF4 as a lithium salt, contains propylene carbonate as an organic solvent, and further contains a nitrile compound. 前記非水電解液は、前記ニトリル化合物として、スベロニトリル、ピメロニトリル及びアジポニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項7に記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7, wherein the nonaqueous electrolyte contains at least one nitrile compound selected from the group consisting of suberonitrile, pimelonitrile, and adiponitrile. 前記非水電解液の前記ニトリル化合物の含有量が、0.1質量%以上10質量%以下である請求項7又は8に記載の非水電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7 or 8, wherein the content of the nitrile compound in the nonaqueous electrolyte is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. 請求項1~9のいずれか1項に記載の非水電解液電池を製造する方法であって、
正極集電体の少なくとも片面に正極合剤層が形成され、且つ、容量が0.68mAh/cm2以上4.87mAh/cm2以下である正極を準備する工程と、
前記正極の前記正極合剤層の面積よりも大きな面積を有し、且つ、厚さが30μm以上150μm以下のアルミニウム基材からなる負極前駆体を準備する工程と、
前記負極前駆体を、セパレータを介して、前記正極の前記正極合剤層の全面を覆うように配置して電極体を作製する工程と、
前記電極体と、非水電解液とを外装体に封入した後、充電する工程とを含むことを特徴とする非水電解液電池の製造方法。
A method for producing the nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 9, comprising the steps of:
A step of preparing a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on at least one surface of a positive electrode current collector and a capacity of 0.68 mAh/ cm2 or more and 4.87 mAh/ cm2 or less;
preparing a negative electrode precursor having an area larger than an area of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and made of an aluminum base material having a thickness of 30 μm or more and 150 μm or less;
a step of disposing the negative electrode precursor via a separator so as to cover an entire surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode to prepare an electrode body;
and sealing the electrode assembly and the nonaqueous electrolyte in an exterior body and then charging the battery.
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