JPH06243868A - Manufacture of secondary battery - Google Patents

Manufacture of secondary battery

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JPH06243868A
JPH06243868A JP5026850A JP2685093A JPH06243868A JP H06243868 A JPH06243868 A JP H06243868A JP 5026850 A JP5026850 A JP 5026850A JP 2685093 A JP2685093 A JP 2685093A JP H06243868 A JPH06243868 A JP H06243868A
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JP
Japan
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electrode
secondary battery
carbon
battery
lithium
Prior art date
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Application number
JP5026850A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kidai
聖幸 希代
Jun Tsukamoto
遵 塚本
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Priority to CA002130807A priority patent/CA2130807A1/en
Publication of JPH06243868A publication Critical patent/JPH06243868A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PURPOSE:To enhance a Coulomb efficiency, and thereby make an energy density high by assembling a secondary battery after each electrode composed of carbon material is charged/discharged in advance, and thereby eliminating the generation of decomposed gas and byproducts within the battery. CONSTITUTION:After a carbon electrode produced through specified manufacturing processes, is charged/discharge in advance, it is assembled in a battery as an anode or a cathode, so that a secondary battery is thereby made up. This constitution thereby eliminates the generation of decomposed gas and byproducts at the time of initial charging/discharging, can make a Coulomb efficiency equal to or more than 95%, and also can make an energy density high. Besides, a fiber structural body is desirable as carbon material, the kind of raw material and its manufacture are not particularly specified.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭素質を含む電極を用
いた二次電池の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery using an electrode containing carbonaceous material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ビデオカメラやノート型パソコン
などのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次
電池に対する需要が高まっている。現在使用されている
二次電池のほとんどはアルカリ電解液を用いたニッケル
−カドミウム電池であるが、電池電圧が約1.2Vと低
く、エネルギー密度の向上は困難である。そのため、負
極にリチウム金属を使用するリチウム二次電池が検討さ
れた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras and notebook computers, demand for small and high capacity secondary batteries has increased. Most of the secondary batteries currently used are nickel-cadmium batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is low at about 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. Therefore, a lithium secondary battery using lithium metal for the negative electrode has been studied.

【0003】ところが、リチウム金属を負極に使用する
二次電池では、充放電の繰り返しによってリチウムが樹
枝状(デンドライト)に成長し、短絡を起こしたり寿命
が短くなるなどの不都合が生じやすかった。そこで、負
極に各種炭素質材料を用いて、リチウムイオンをドーピ
ング、脱ドーピングすることにより使用する二次電池が
提案された。また、このような各種炭素質材料は、アニ
オンをドーピングして正極として用いることも可能であ
る。上記の炭素質材料へのリチウムイオンあるいはアニ
オンのドーピングを利用した電極を利用した二次電池と
しては、特開昭57−208079号公報、特開昭58
−93176号公報、特開昭58−192266号公
報、特開昭62−90863号公報、特開昭62−12
2066号公報、特開平3−66856号公報等が公知
である。
However, in a secondary battery in which lithium metal is used as the negative electrode, lithium tends to grow into dendrites due to repeated charging / discharging, resulting in short circuits and shortened life. Therefore, there has been proposed a secondary battery in which various carbonaceous materials are used for the negative electrode and used by doping and dedoping with lithium ions. Further, such various carbonaceous materials can be used as a positive electrode after being doped with anions. Secondary batteries using electrodes made by doping lithium ions or anions into the above carbonaceous materials are disclosed in JP-A-57-208079 and JP-A-58.
-93176, JP-A-58-192266, JP-A-62-90863, and JP-A-62-12.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2066 and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 3-66856 are known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素質
材料を電極に用いた二次電池は、電池作成後の初回の充
電に要する電気量に対する放電電気量の比(クーロン効
率)が小さいという問題を有している。初回のクーロン
効率は、炭素材料の種類にもよるが、40〜80%と非
常に小さく、数回の充放電の後に90%以上となること
が知られている。特に、炭素質材料を負極として用い、
この炭素負極へのリチウムイオンのドーピングや脱ドー
ピングを利用したリチウムイオン二次電池においては、
クーロン効率が小さいことは大きな問題である。このリ
チウムイオン二次電池では、炭素負極へドープされるリ
チウムイオンは、電解液を介して正極から供給される。
初回のクーロン効率が小さいと、2回目以降使用しない
余分なリチウム量の分だけ正極も余分に入れる必要があ
る。このため、電池の体積あるいは重量増加になり、エ
ネルギー密度が不利になっていた。
However, a secondary battery using a carbonaceous material as an electrode has a problem that the ratio of the amount of discharged electricity to the amount of electricity required for the first charge after fabrication of the battery (Coulomb efficiency) is small. Have It is known that the initial Coulombic efficiency is very small, 40-80%, depending on the type of carbon material, and reaches 90% or more after several times of charge / discharge. In particular, using a carbonaceous material as the negative electrode,
In the lithium ion secondary battery utilizing the doping or dedoping of lithium ions on the carbon negative electrode,
The small Coulombic efficiency is a big problem. In this lithium ion secondary battery, the lithium ions doped into the carbon negative electrode are supplied from the positive electrode via the electrolytic solution.
If the Coulomb efficiency at the first time is low, it is necessary to add an extra positive electrode by the amount of extra lithium not used after the second time. For this reason, the volume or weight of the battery is increased, and the energy density is disadvantageous.

【0005】初回の充放電のクーロン効率が小さいこと
の理由については、炭素表面の官能基による溶媒や電解
質の分解、炭素表面の官能基自身の分解、あるいは、炭
素質中の脱ドープされにくい部分にアルカリ金属イオン
がドープされるため、といった様々な理由が挙げられ
る。いずれにしても、分解ガスや副生成物をともなうも
のである。このため、このようなガスや副生成物の発生
は、過剰な量の正極を仕込まなければならないと同様
に、大きな問題となっていた。
The reason why the Coulomb efficiency of the first charge and discharge is low is that the functional group on the carbon surface decomposes the solvent or the electrolyte, the functional group on the carbon surface itself is decomposed, or the part of the carbonaceous material that is not easily dedoped. There are various reasons such as the fact that it is doped with alkali metal ions. In any case, it is accompanied by decomposition gas and by-products. For this reason, the generation of such gas and by-product has been a big problem as in the case where an excessive amount of positive electrode has to be charged.

【0006】本発明は、これら従来技術の欠点を解消し
ようとするものであり、初回の充放電時の、分解ガスや
副生成物の発生とクーロン効率の低さを押えて、エネル
ギー密度の向上した二次電池の製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention is intended to solve these drawbacks of the prior art, and suppresses generation of decomposition gas and by-products and low Coulombic efficiency at the time of first charge / discharge, thereby improving energy density. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing the secondary battery described above.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の構成を有するものである。
The present invention has the following constitution in order to solve the above problems.

【0008】「少なくとも一方の電極が炭素質を含む電
極と電解液とより構成される二次電池において、あらか
じめ充放電を行った後に、二次電池として組むことを特
徴とする二次電池の製造方法。」 本発明の二次電池は、炭素質からなる電極を、電池とし
て組むまえに、あらかじめ充放電した後に二次電池とし
て組むことを特徴とするものであり、その際に行われる
充放電の方法は特に限定されるものではない。
"A secondary battery comprising at least one electrode composed of an electrode containing carbonaceous material and an electrolytic solution, which is charged and discharged in advance and then assembled as a secondary battery. Method. ”The secondary battery of the present invention is characterized in that an electrode made of a carbonaceous material is charged and discharged in advance before being assembled as a battery and then assembled as a secondary battery. The method is not particularly limited.

【0009】通常は、電極、電解液、電池形態や、電
流、電圧、時間などの充放電条件などは、その二次電池
と同じ方法で充放電すればよいが、場合によっては異な
る方法でもよい。また、上述のように初回の充放電によ
りガス発生が伴う場合には、ガスを排出するための機構
を考えた上で充放電をすることが望ましい。あらかじめ
行う充放電の回数は通常1回で構わないが、場合によっ
ては副反応が起きなくなるまで、あるいはクーロン効率
が安定するまで数回繰り返すことも好ましいものであ
る。また、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンの
ドープおよび脱ドープを利用した(リチウム)イオン電
池の場合には、対極にアルカリ金属を用いて充放電を行
うことも可能である。
Usually, the electrodes, the electrolytic solution, the form of the battery, and the charging / discharging conditions such as current, voltage and time may be charged and discharged by the same method as that of the secondary battery, but different methods may be used in some cases. . When gas is generated by the first charge / discharge as described above, it is desirable to charge / discharge after considering a mechanism for discharging the gas. The number of times of charging / discharging performed in advance may usually be once, but in some cases it is also preferable to repeat several times until no side reaction occurs or the Coulombic efficiency stabilizes. Further, in the case of a (lithium) ion battery utilizing the doping and dedoping of an alkali metal ion such as lithium ion, it is possible to charge and discharge by using an alkali metal as a counter electrode.

【0010】本発明の電極に用いられる炭素質として
は、原料や製法など特に限定されずに用いることができ
る。原料としては、石油や石炭などのコークスやピッ
チ、木材などの植物、天然ガスや低級炭化水素などの低
分子量有機化合物、ポリアクリロニトリル、フェノール
樹脂やフルフリルアルコール樹脂などの合成高分子など
が挙げられ、これらを原料や用途に応じて700〜30
00℃で焼成する炭素化あるいは黒鉛化という処理を経
て炭素質材料が得られる。また天然黒鉛も用いることが
できる。炭素質の性質として、密度、結晶厚み(L
c)、結晶面間隔(d002 )、電気抵抗、強度、弾性率
などが挙げられるが、これらは目的とする二次電池の電
極特性に応じて適宜決めるべきものであり、特に限定さ
れるものではない。
The carbonaceous material used in the electrode of the present invention can be used without any particular limitation on the raw materials and manufacturing method. Raw materials include coke and pitch such as petroleum and coal, plants such as wood, low molecular weight organic compounds such as natural gas and lower hydrocarbons, polyacrylonitrile, synthetic polymers such as phenol resin and furfuryl alcohol resin. , These are 700 to 30 depending on raw materials and uses
A carbonaceous material is obtained through a treatment of carbonization or graphitization, which is performed by firing at 00 ° C. Natural graphite can also be used. The properties of carbonaceous matter include density and crystal thickness (L
c), crystal plane spacing (d002), electric resistance, strength, elastic modulus, etc., which should be appropriately determined according to the intended electrode characteristics of the secondary battery, and are not particularly limited. Absent.

【0011】また、上記炭素質が繊維や繊維の構造体の
形態をとることは好ましい実施態様である。炭素繊維と
しては、ポリアクリロニトリル(PAN)から得られる
PAN系炭素繊維、石炭もしくは石油などのピッチから
得られるピッチ系炭素繊維、セルロースから得られるセ
ルロース系炭素繊維、低分子量有機物の気体から得られ
る気相成長炭素繊維などが挙げられるが、そのほかに、
ポリビニルアルコール、リグニン、ポリ塩化ビニル、ポ
リアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、フルフリルア
ルコールなどを焼成して得られる炭素繊維でも構わな
い。これらの炭素繊維の中で、炭素繊維が用いられる電
極および電池の特性に応じて、その特性を満たす炭素繊
維が適宜選択されることが好ましい。
It is a preferred embodiment that the carbonaceous material is in the form of a fiber or a fiber structure. As the carbon fiber, PAN-based carbon fiber obtained from polyacrylonitrile (PAN), pitch-based carbon fiber obtained from pitch of coal or petroleum, cellulose-based carbon fiber obtained from cellulose, gas obtained from gas of low molecular weight organic substance Examples include phase-grown carbon fiber, but in addition,
Carbon fibers obtained by firing polyvinyl alcohol, lignin, polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, phenol resin, furfuryl alcohol, etc. may be used. Among these carbon fibers, it is preferable to appropriately select carbon fibers satisfying the characteristics according to the characteristics of the electrode and the battery in which the carbon fibers are used.

【0012】本発明の炭素質からなる電極を、リチウム
イオンなどのアルカリ金属イオンのドーピングや脱ドー
ピングを利用した(リチウム)イオン二次電池の負極に
使用する場合には、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊
維、気相成長炭素繊維が好ましい。特に、リチウムイオ
ンのドーピングが良好であるという点で、PAN系炭素
繊維やピッチ系炭素繊維が好ましく、この中でも、東レ
(株)製の”トレカ”Tシリーズ、または、”トレカ”
MシリーズなどのPAN系炭素繊維やメゾフェーズピッ
チコークスを焼成して得られるピッチ系炭素繊維がさら
に好ましく用いられる。
When the carbonaceous electrode of the present invention is used as a negative electrode of a (lithium) ion secondary battery utilizing doping or dedoping of alkali metal ions such as lithium ions, PAN-based carbon fiber, pitch Carbon-based fibers and vapor-grown carbon fibers are preferred. In particular, PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers are preferable in that lithium ion doping is good. Among them, "Torayca" T series or "Torayca" manufactured by Toray Industries, Inc.
PAN-based carbon fibers such as M series and pitch-based carbon fibers obtained by firing mesophase pitch coke are more preferably used.

【0013】上記の炭素繊維を電極に用いる際に、炭素
繊維を一軸方向に配置したり、布帛状やフェルト状の構
造体にすることは、好ましい電極形態である。布帛状あ
るいはフェルト状などの構造体としては、織物、編物、
組物、レース、網、フェルト、紙、不織布、マットなど
が挙げられるが、炭素繊維の性質や電極特性などの点か
ら、織物やフェルト、マットなどが好ましい。
When the above-mentioned carbon fiber is used for an electrode, it is a preferable electrode form to dispose the carbon fiber in a uniaxial direction or to form a cloth-like or felt-like structure. Examples of the fabric-like or felt-like structure include woven fabric, knitted fabric,
Examples thereof include braids, laces, nets, felts, papers, non-woven fabrics, mats, etc., but woven fabrics, felts, mats and the like are preferable from the viewpoint of the properties of carbon fibers and electrode characteristics.

【0014】本発明の電極に炭素繊維を用いる際の炭素
繊維の直径は、それぞれの形態を採り易いように決めら
れるべきであるが、好ましくは0.01〜1000μmの直径の
炭素繊維が用いられ、0.1 〜10μmがさらに好ましい。
また、異なった直径の炭素繊維を数種類用いることも好
ましいものである。
The diameter of the carbon fiber when the carbon fiber is used for the electrode of the present invention should be determined so that each form can be easily adopted, but preferably the carbon fiber having a diameter of 0.01 to 1000 μm is used, and 0.1 ˜10 μm is more preferred.
It is also preferable to use several kinds of carbon fibers having different diameters.

【0015】本発明の炭素質からなる電極を、リチウム
イオンなどのアルカリ金属イオンのドープや脱ドープを
利用したイオン二次電池に用いる場合には、カチオンが
ドープされる炭素電極が負極に用いられるが、正極には
アニオンがドープされる炭素電極を用いてもよいし、炭
素電極以外を正極に用いてもよい。正極に炭素質からな
る電極を用いる際には、負極の炭素質と同じ性質である
必要はなく、要求される正極特性に応じた炭素質を用い
ればよい。また、炭素電極以外を正極に用いる際には、
金属あるいは金属酸化物などの無機化合物や有機高分子
化合物などを正極として用いることが好ましい。この場
合、金属あるいは金属酸化物などの無機化合物を正極に
用いると、カチオンのドープと脱ドープにより正極活物
質となるが、有機高分子化合物の際には、アニオンのド
ープと脱ドープにより正極活物質となるなど、物質によ
り様々なドーピング様式を採るものであり、これらは電
池の正極特性に応じて適宜選択されるものである。この
ような正極としては、アルカリ金属を含む遷移金属酸化
物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合物、ポリアセチ
レン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、
ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの共
役系高分子、ジスルフィド結合を有する架橋高分子、塩
化チオニルなど、通常の二次電池において用いられる正
極を挙げることができる。これらの中で、(リチウム)
イオン二次電池の正極の場合には、コバルト、マンガ
ン、モリブデン、バナジウム、クロム、鉄、銅、チタン
などの遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどが好ま
しく用いられる。
When the carbonaceous electrode of the present invention is used in an ion secondary battery utilizing doping or dedoping of alkali metal ions such as lithium ions, a cation-doped carbon electrode is used for the negative electrode. However, a carbon electrode doped with anions may be used for the positive electrode, or a material other than the carbon electrode may be used for the positive electrode. When an electrode made of carbonaceous material is used for the positive electrode, it does not have to have the same properties as the carbonaceous material of the negative electrode, and carbonaceous material according to the required positive electrode characteristics may be used. Further, when using other than the carbon electrode for the positive electrode,
It is preferable to use an inorganic compound such as metal or metal oxide, or an organic polymer compound as the positive electrode. In this case, when an inorganic compound such as a metal or a metal oxide is used for the positive electrode, it becomes a positive electrode active material by cation doping and dedoping, but in the case of an organic polymer compound, it is positive electrode active by anion doping and dedoping. Various doping modes are adopted depending on the substance, such as being a substance, and these are appropriately selected according to the positive electrode characteristics of the battery. As such a positive electrode, an inorganic compound such as a transition metal oxide or a transition metal chalcogen containing an alkali metal, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene,
Examples of the positive electrode used in ordinary secondary batteries include conjugated polymers such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene, crosslinked polymers having disulfide bonds, and thionyl chloride. Among these, (lithium)
In the case of the positive electrode of the ion secondary battery, transition metal oxides such as cobalt, manganese, molybdenum, vanadium, chromium, iron, copper and titanium and transition metal chalcogens are preferably used.

【0016】本発明の二次電池に用いる電解液として
は、特に限定されることなく従来の電解液が用いられ、
例えば酸あるいはアルカリ水溶液、または非水溶媒など
が挙げられる。この中で、上述の(リチウム)イオン二
次電池の電解液に用いられる溶媒としては、プロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、γ- ブチロラク
トン、N- メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N
−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テ
トラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチ
ル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,
2−ジメトキシエタン、ジエチルカーボネートや、これ
らの誘導体、混合物などが好ましく用いられる。電解液
に含まれる電解質としては、アルカリ金属、特にリチウ
ムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフ
ッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、アルミニウムフ
ッ化塩、トリフルオロメタン硫酸塩などが好ましく用い
られる。
The electrolytic solution used in the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and a conventional electrolytic solution can be used.
For example, an acid or alkaline aqueous solution, a non-aqueous solvent, etc. may be mentioned. Among these, as the solvent used for the electrolytic solution of the above (lithium) ion secondary battery, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, acetonitrile, N, N
-Dimethylformamide, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl formate, sulfolane, oxazolidone, thionyl chloride, 1,
2-dimethoxyethane, diethyl carbonate, derivatives and mixtures of these are preferably used. As the electrolyte contained in the electrolytic solution, alkali metal, particularly lithium halide, perchlorate, thiocyanate, borofluoride, phosphorus fluoride, arsenic fluoride, aluminum fluoride, trifluoromethane sulfate, etc. It is preferably used.

【0017】本発明に用いる炭素質からなる電極の形状
および作成方法としては、炭素質の形状と二次電池の特
性に応じて適宜決められるべきもので、特に限定される
ものでない。例えば、炭素質が粉末の場合には、テフロ
ン、ポリフッ化ビリニリデン、ポリプロピレンなどのポ
リマを結着材として用い、金属網上に圧着したり、金属
箔上にスラリー塗布や圧着することにより作成される。
また、炭素質が繊維の場合には、上述のように一軸方向
に配したり、織物などの構造体の形にし、金属や導電性
高分子などの導電性繊維で束ねたり編み込むことによ
り、電極として作成される。
The shape and method of forming the carbonaceous electrode used in the present invention should be appropriately determined according to the shape of the carbonaceous material and the characteristics of the secondary battery, and are not particularly limited. For example, when the carbonaceous material is a powder, it is prepared by using a polymer such as Teflon, polyvinylidene fluoride, or polypropylene as a binder and pressure-bonding it on a metal net or applying slurry or pressure-bonding it on a metal foil. .
When the carbonaceous material is a fiber, the electrodes are uniaxially arranged as described above, or formed into a structure such as a woven fabric and bundled or knitted with a conductive fiber such as a metal or a conductive polymer to form an electrode. Created as.

【0018】本発明の電極を用いた二次電池の用途とし
ては、軽量かつ高容量で高エネルギー密度の特徴を利用
して、ビデオカメラ、パソコン、ワープロ、ラジカセ、
携帯電話などの携帯用小型電子機器に広く利用可能であ
る。
The secondary battery using the electrode of the present invention can be used as a video camera, a personal computer, a word processor, a radio-cassette, by utilizing the features of light weight, high capacity and high energy density.
It is widely applicable to portable small electronic devices such as mobile phones.

【0019】[0019]

【実施例】本発明の具体的実施態様を以下に実施例をも
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
EXAMPLES Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0020】実施例1 (1)炭素電極の作成および充放電 市販のピッチコークス”LPC−A”(新日鐵化学
(株)製)の粉末と、テフロン粉末を重量比で90/10 と
なるように混合し、集電極のニッケルメッシュと共に加
圧成型して炭素電極10mgを得た。この電極を作用極
として、対極および参照極に金属リチウム、電解液に1
MLiClO 4 /プロピレンカーボネートを用いてビーカー
型のセルを作成した。
Example 1 (1) Preparation of carbon electrode and charging / discharging A commercially available pitch coke "LPC-A" (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) powder and Teflon powder were mixed in a weight ratio of 90/10. Thus mixed and pressure-molded together with the nickel mesh of the collecting electrode to obtain 10 mg of a carbon electrode. Using this electrode as a working electrode, metallic lithium is used for the counter electrode and the reference electrode, and 1 is used for the electrolytic solution.
A beaker-type cell was made using MLiClO 4 / propylene carbonate.

【0021】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0V(vs. Li+ /Li)ま
でリチウムイオンをドープの後、同様に1.5V(vs.
Li+ /Li)まで脱ドープすることにより充放電を完
了した。
In this cell, 100 mA / weight of carbon
After doping lithium ions to 0 V (vs. Li + / Li) with respect to the reference electrode with a current of g, similarly 1.5 V (vs.
Charge / discharge was completed by dedoping up to Li + / Li).

【0022】(2)正極の作成 市販の炭酸リチウム(Li 2 CO3 ) と塩基性炭酸コバルト
(2CoCO3 ・ 3Co(OH) 2) を、モル比でLi/Co=1/1 となる
ように秤量、ボールミルにて混合後、900 ℃で20時間熱
処理してLiCoO 2 を得た。これをボールミルにて粉砕
し、導電材として人造黒鉛、結着材としてテフロン(PTF
E)を用い、重量比でLiCoO 2 / 人造黒鉛/PTFE =80/15/
5 となるように混合し、集電極のニッケルメッシュと共
に加圧成型して正極20mgを得た。
(2) Preparation of positive electrode Commercially available lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and basic cobalt carbonate
(2CoCO 3 .3Co (OH) 2 ) was weighed so that the molar ratio was Li / Co = 1/1, mixed in a ball mill, and heat-treated at 900 ° C. for 20 hours to obtain LiCoO 2 . This is crushed with a ball mill, artificial graphite is used as the conductive material, and Teflon (PTF) is used as the binding material.
E) and LiCoO 2 / artificial graphite / PTFE = 80/15 /
The mixture was mixed so as to be 5 and pressure-molded together with the nickel mesh of the collecting electrode to obtain 20 mg of a positive electrode.

【0023】(3)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素電極
を負極にし、多孔質ポリプロピレンフィルム(セルガー
ド#2500、ダイセル化学(株)製)のセパレーター
を介して、上記(2)にて作成した正極とを重ね合わせ
て、コイン型二次電池を作成した。電解液は、1M過塩
素酸リチウムを含むプロピレンカーボネートを用いた。
この電池を充放電したところ、クーロン効率は95%で
あった。 比較例1 実施例1において、炭素負極をあらかじめ充放電せず
に、そのほかは全く同様に二次電池を作成した。この二
次電池のクーロン効率は70%で、充放電によりガスの
発生がみられた。
(3) Preparation and Evaluation of Secondary Battery A carbon electrode which was previously charged and discharged in the above (1) was used as a negative electrode, and a porous polypropylene film (Celguard # 2500, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was used as a separator. Then, the positive electrode prepared in (2) above was overlaid to prepare a coin-type secondary battery. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used.
When this battery was charged and discharged, the Coulomb efficiency was 95%. Comparative Example 1 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon negative electrode was not previously charged and discharged. The Coulombic efficiency of this secondary battery was 70%, and gas generation was observed during charging and discharging.

【0024】実施例2 (1)炭素電極の作成および充放電 市販のピッチコークス”LPC−U”(新日鐵化学
(株)製)の粉末を用い、実施例1と同様に炭素電極を
作成した。この電極を参照極を金属リチウム、対極を実
施例1(2)において作成した正極、電解液を1M過塩
素酸リチウムを含むプロピレンカーボネートとしてビー
カー型のセルを作成した。
Example 2 (1) Preparation of carbon electrode and charging / discharging A carbon electrode was prepared in the same manner as in Example 1 using powder of commercially available pitch coke "LPC-U" (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.). did. A beaker type cell was prepared by using this electrode as a reference electrode for metallic lithium, a counter electrode for the positive electrode prepared in Example 1 (2), and an electrolyte for propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate.

【0025】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0V(vs. Li+ /Li)ま
でリチウムイオンをドープの後、同様に1.5V(vs.
Li+ /Li)まで脱ドープすることにより充放電を完
了した。
In this cell, 100 mA / carbon weight
After doping lithium ions to 0 V (vs. Li + / Li) with respect to the reference electrode with a current of g, similarly 1.5 V (vs.
Charge / discharge was completed by dedoping up to Li + / Li).

【0026】(2)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素電極
を負極にし、多孔質ポリプロピレンフィルム(セルガー
ド#2500、ダイセル化学(株)製)のセパレーター
を介して、実施例1(2)にて作成した正極とを重ね合
わせて、コイン型二次電池を作成した。電解液は、1M
過塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネートを用い
た。この電池を充放電したところ、クーロン効率は95
%であった。実施例3 (1)炭素電極の作成および充放電 市販のピッチコークス”M−coke”(日本鉱業
(株)製)の粉末と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)粉末
を重量比で90/10 となるように混合し、N−メチルピロ
リドンを加えてスラリーとした。このスラリーを銅箔に
塗布乾燥してプレスした。この電極を対極を金属リチウ
ム箔、セパレーターを多孔質ポリプロピレンフィルム、
電解液を1M過塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボ
ネートとしてコイン型二次電池を作成した。
(2) Preparation and Evaluation of Secondary Battery A carbon electrode which was previously charged and discharged in the above (1) was used as a negative electrode, and a porous polypropylene film (Celguard # 2500, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was used as a separator. Then, the positive electrode prepared in Example 1 (2) was overlaid to prepare a coin-type secondary battery. The electrolyte is 1M
Propylene carbonate containing lithium perchlorate was used. Coulomb efficiency is 95 when this battery is charged and discharged.
%Met. Example 3 (1) Preparation of carbon electrode and charging / discharging A commercially available pitch coke "M-coke" (manufactured by Nippon Mining Co., Ltd.) powder and polyvinylidene fluoride (PVdF) powder were used in a weight ratio of 90/10. The mixture was mixed and N-methylpyrrolidone was added to obtain a slurry. This slurry was applied to a copper foil, dried, and pressed. The counter electrode is a metallic lithium foil, the separator is a porous polypropylene film,
A coin-type secondary battery was prepared by using propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate as the electrolytic solution.

【0027】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0Vまでリチウムイオンをド
ープの後、同様に1.5Vまで脱ドープすることにより
充放電を完了した。
In this cell, 100 mA / carbon weight
Charge and discharge were completed by doping lithium ions to the reference electrode up to 0 V with a current of g and then undoping to 1.5 V in the same manner.

【0028】(2)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素電極
をコイン型二次電池から取り出し洗浄の後、、多孔質ポ
リプロピレンフィルム(セルガード#2500、ダイセ
ル化学(株)製)のセパレーターを介して、実施例1
(2)にて作成した正極とを重ね合わせて、コイン型二
次電池を再度作成した。電解液は、1M過塩素酸リチウ
ムを含むプロピレンカーボネートを用いた。この電池を
充放電したところ、クーロン効率は95%であった。
(2) Preparation and Evaluation of Secondary Battery The carbon electrode charged and discharged in advance in the above (1) was taken out from the coin type secondary battery and washed, and then a porous polypropylene film (Celguard # 2500, Daicel Chemistry) was used. Example 1 through a separator manufactured by
The positive electrode prepared in (2) was overlaid and a coin-type secondary battery was prepared again. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulomb efficiency was 95%.

【0029】実施例4 市販のPAN系炭素繊維”トレカ”T300(東レ
(株)製)を集電体のNi線で束ね、これを作用極と
し、対極と参照極に金属リチウム、電解液に1MLiClO
4 /プロピレンカーボネートを用いてビーカー型のセル
を作成した。
Example 4 Commercially available PAN-based carbon fiber "Torayca" T300 (manufactured by Toray Industries, Inc.) was bundled with a Ni wire of a current collector, and this was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode, and an electrolyte solution was used. 1M LiClO
A beaker type cell was prepared using 4 / propylene carbonate.

【0030】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0V(vs. Li+ /Li)ま
でリチウムイオンをドープの後、同様に1.5V(vs.
Li+ /Li)まで脱ドープすることにより充放電を完
了した。
In this cell, 100 mA / carbon weight
After doping lithium ions to 0 V (vs. Li + / Li) with respect to the reference electrode with a current of g, similarly 1.5 V (vs.
Charge / discharge was completed by dedoping up to Li + / Li).

【0031】(2)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素繊維
を集電体のNiメッシュの上に並べ、セパレーターを介
して実施例1(2)にて作成した正極と重ね合わせ、コ
イン型セルを作成した。電解液は、1M過塩素酸リチウ
ムを含むプロピレンカーボネートを用いた。この電池を
充放電したところ、クーロン効率は96%であった。
(2) Preparation and Evaluation of Secondary Battery Carbon fibers that had been charged and discharged in the above (1) were arranged on the Ni mesh of the current collector, and in Example 1 (2) through the separator. A coin type cell was prepared by stacking the prepared positive electrode. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulombic efficiency was 96%.

【0032】比較例2 炭素繊維”トレカ”T300をあらかじめ充放電をせず
に集電体のNiメッシュの上に並べ、セパレーターを介
して実施例1(2)にて作成した正極と重ね合わせ、コ
イン型セルを作成した。電解液は、1M過塩素酸リチウ
ムを含むプロピレンカーボネートを用いた。この電池を
充放電したところ、クーロン効率は70%であった。
Comparative Example 2 Carbon fiber "Torayca" T300 was placed on the Ni mesh of the current collector without charging and discharging in advance, and was superposed on the positive electrode prepared in Example 1 (2) through the separator, A coin cell was created. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulomb efficiency was 70%.

【0033】実施例5 市販のPAN系炭素繊維”トレカ”M40(東レ(株)
製)を集電体のNi線で束ね、これを作用極とし、対極
と参照極に金属リチウム、電解液に1MLiClO 4 /プロ
ピレンカーボネートを用いてビーカー型のセルを作成し
た。
Example 5 Commercially available PAN-based carbon fiber "Torayca" M40 (Toray Industries, Inc.)
Was manufactured by bundling it with a Ni wire of a current collector, and using this as a working electrode, metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode, and 1M LiClO 4 / propylene carbonate was used as an electrolytic solution to prepare a beaker type cell.

【0034】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0V(vs. Li+ /Li)ま
でリチウムイオンをドープの後、同様に1.5V(vs.
Li+ /Li)まで脱ドープすることにより充放電を完
了した。
In this cell, 100 mA / carbon weight /
After doping lithium ions to 0 V (vs. Li + / Li) with respect to the reference electrode with a current of g, similarly 1.5 V (vs.
Charge / discharge was completed by dedoping up to Li + / Li).

【0035】(2)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素繊維
を集電体のNiメッシュの上に並べ、セパレーターを介
して実施例1(2)にて作成した正極と重ね合わせ、コ
イン型セルを作成した。電解液は、1M過塩素酸リチウ
ムを含むプロピレンカーボネートを用いた。この電池を
充放電したところ、クーロン効率は96%であった。
(2) Preparation and Evaluation of Secondary Battery The carbon fibers charged and discharged in advance in the above (1) were arranged on the Ni mesh of the current collector, and in Example 1 (2) through the separator. A coin type cell was prepared by stacking the prepared positive electrode. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulombic efficiency was 96%.

【0036】比較例3 炭素繊維”トレカ”M40をあらかじめ充放電をせずに
集電体のNiメッシュの上に並べ、セパレーターを介し
て実施例1(2)にて作成した正極と重ね合わせ、コイ
ン型セルを作成した。電解液は、1M過塩素酸リチウム
を含むプロピレンカーボネートを用いた。この電池を充
放電したところ、クーロン効率は85%であった。
Comparative Example 3 Carbon fiber "Torayca" M40 was placed on the Ni mesh of the current collector without charging and discharging in advance, and was superposed on the positive electrode prepared in Example 1 (2) through the separator, A coin cell was created. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulomb efficiency was 85%.

【0037】実施例5 市販のPAN系炭素繊維”トレカ”T300(東レ
(株)製)とバインダーとしてポリビニルアルコールを
用い、炭素繊維構造体としてマット電極を作成した。こ
れを作用極とし、対極と参照極に金属リチウム、電解液
に1MLiClO 4 /プロピレンカーボネートを用いてビー
カー型のセルを作成した。
Example 5 A commercially available PAN-based carbon fiber "Torayca" T300 (manufactured by Toray Industries, Inc.) and polyvinyl alcohol were used as a binder to prepare a mat electrode as a carbon fiber structure. Using this as a working electrode, lithium metal was used for the counter electrode and the reference electrode, and 1M LiClO 4 / propylene carbonate was used for the electrolytic solution to prepare a beaker type cell.

【0038】このセルにおいて、炭素重量当たり100mA/
g の電流で、参照極に対し0V(vs. Li+ /Li)ま
でリチウムイオンをドープの後、同様に1.5V(vs.
Li+ /Li)まで脱ドープすることにより充放電を完
了した。
In this cell, 100 mA / carbon weight /
After doping lithium ions to 0 V (vs. Li + / Li) with respect to the reference electrode with a current of g, similarly 1.5 V (vs.
Charge / discharge was completed by dedoping up to Li + / Li).

【0039】(2)二次電池の作成および評価 上記(1)においてあらかじめ充放電を行った炭素繊維
マットを集電体のNiメッシュ上に置き、セパレーター
を介して実施例1(2)にて作成した正極と重ね合わ
せ、コイン型セルを作成した。電解液は、1M過塩素酸
リチウムを含むプロピレンカーボネートを用いた。この
電池を充放電したところ、クーロン効率は96%であっ
た。
(2) Preparation and Evaluation of Secondary Battery The carbon fiber mat that had been charged and discharged in the above (1) was placed on the Ni mesh of the current collector, and in Example 1 (2) through the separator. A coin type cell was prepared by stacking the prepared positive electrode. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulombic efficiency was 96%.

【0040】比較例4 炭素繊維”トレカ”T300からマット電極をあらかじ
め充放電をせずに集電体のNiメッシュ上に置き、セパ
レーターを介して実施例1(2)にて作成した正極と重
ね合わせ、コイン型セルを作成した。電解液は、1M過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネートを用い
た。この電池を充放電したところ、クーロン効率は70
%であった。
Comparative Example 4 A carbon fiber "Torayca" T300 mat electrode was placed on the Ni mesh of the current collector without charging and discharging in advance, and was overlaid with the positive electrode prepared in Example 1 (2) through the separator. Together, a coin cell was created. As the electrolytic solution, propylene carbonate containing 1M lithium perchlorate was used. When this battery was charged and discharged, the Coulomb efficiency was 70.
%Met.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明により、炭素質からなる電極をあ
らかじめ充放電してから二次電池を作成すると、分解ガ
スや副生成物の発生が電池内で起きず、高いクーロン効
率を得られるので、過剰な量の正極を仕込む必要がなく
なり、高エネルギー密度の二次電池が得られた。
According to the present invention, when a carbonaceous electrode is charged and discharged in advance to prepare a secondary battery, decomposition gas and byproducts are not generated in the battery, and high Coulombic efficiency can be obtained. Therefore, it became unnecessary to charge an excessive amount of the positive electrode, and a secondary battery with high energy density was obtained.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一方の電極が炭素質を含む電極
と電解液とより構成される二次電池において、あらかじ
め充放電を行った後に、二次電池として組むことを特徴
とする二次電池の製造方法。
1. A secondary battery in which at least one electrode is composed of an electrode containing carbonaceous material and an electrolytic solution, which is assembled as a secondary battery after charging and discharging in advance. Production method.
【請求項2】炭素質からなる電極が、炭素繊維であるこ
とを特徴とする請求項1記載の二次電池の製造方法。
2. The method for producing a secondary battery according to claim 1, wherein the carbonaceous electrode is carbon fiber.
【請求項3】炭素質からなる電極が、炭素繊維よりなる
構造体であることを特徴とする請求項1記載の二次電池
の製造方法。
3. The method for producing a secondary battery according to claim 1, wherein the carbonaceous electrode is a structure made of carbon fiber.
【請求項4】構造体が、布帛もしくはフェルトであるこ
とを特徴とする請求項3記載の二次電池の製造方法。
4. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 3, wherein the structure is cloth or felt.
【請求項5】該電極を負極として用いた請求項1〜4の
いずれかに記載の二次電池の製造方法。
5. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the electrode is used as a negative electrode.
【請求項6】該電極を正極として用いた請求項1〜5の
いずれかに二次電池の製造方法。
6. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the electrode is used as a positive electrode.
【請求項7】該電解液がリチウム塩を含む非水電解液で
あることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の
二次電池の製造方法。
7. The method for producing a secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution containing a lithium salt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8379368B2 (en) 2010-07-07 2013-02-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method for manufacturing lithium ion capacitor and lithium ion capacitor manufactured using the same
JP2016027562A (en) * 2014-07-04 2016-02-18 株式会社半導体エネルギー研究所 Manufacturing method and manufacturing apparatus of secondary battery

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