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JP2011165388A - Electrode for lithium ion secondary battery, electrode group for lithium ion secondary battery using the electrode and lithium ion secondary battery using the electrode group - Google Patents

Electrode for lithium ion secondary battery, electrode group for lithium ion secondary battery using the electrode and lithium ion secondary battery using the electrode group Download PDF

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JP2011165388A
JP2011165388A JP2010024282A JP2010024282A JP2011165388A JP 2011165388 A JP2011165388 A JP 2011165388A JP 2010024282 A JP2010024282 A JP 2010024282A JP 2010024282 A JP2010024282 A JP 2010024282A JP 2011165388 A JP2011165388 A JP 2011165388A
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JP
Japan
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active material
electrode active
positive electrode
electrode
lithium ion
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Application number
JP2010024282A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoshi Hosokawa
尚士 細川
Masatoshi Nagayama
雅敏 永山
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

【課題】電極群の捲回中心からの距離に影響を受けず、電極群全体において電解液の保液性が均一になるようなリチウムイオン二次電池用電極群を提供することを目的とする。
【解決手段】長尺の集電体シートと、集電体シートの表面に形成された電極活物質層とを備え、電極活物質層はリチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質粒子と、導電助剤と、電極活物質粒子及び導電助剤を結着する結着剤とを含有し、電極活物質層の長手方向において、その長手方向の半分側を上流側、他の半分側を下流側とした場合、上流側の空隙率が下流側の空隙率よりも高く、かつ、電極活物質に対する導電助剤の含有比率が下流側よりも上流側の方が高くなるように形成されている。
【選択図】図2
An object of the present invention is to provide an electrode group for a lithium ion secondary battery that is not affected by the distance from the center of winding of the electrode group and in which the liquid retaining property of the electrolyte is uniform throughout the electrode group. .
SOLUTION: A long current collector sheet and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector sheet, the electrode active material layer having electrode active material particles that occlude and release lithium ions, and a conductive material. Contains an auxiliary agent and a binder that binds the electrode active material particles and the conductive auxiliary agent, and in the longitudinal direction of the electrode active material layer, the half side in the longitudinal direction is upstream, and the other half side is downstream. In this case, the porosity on the upstream side is higher than the porosity on the downstream side, and the content ratio of the conductive additive to the electrode active material is higher on the upstream side than on the downstream side.
[Selection] Figure 2

Description

本発明はリチウムイオン二次電池に関する。詳しくは、非水電解液の保液性に優れた捲回型の電極群の製造に用いられる電極の改良に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery. Specifically, the present invention relates to an improvement in an electrode used for manufacturing a wound electrode group excellent in liquid retention of a non-aqueous electrolyte.

携帯用電子機器の小型化及び多機能化に伴い、その電源として用いられるリチウムイオン二次電池には軽量化、大容量化、長寿命化等が求められている。   With the downsizing and multi-functionalization of portable electronic devices, lithium ion secondary batteries used as power sources are required to be lighter, larger in capacity, longer in life, and the like.

一般的なリチウムイオン二次電池は、正極集電体表面に正極活物質層が形成された正極、負極集電体表面に負極活物質層が形成された負極、正極と負極とを隔離するセパレータを電池構成要素として備える。   A general lithium ion secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector, and a separator separating the positive electrode and the negative electrode As a battery component.

正極活物質層は、例えば、コバルト酸リチウム等の正極活物質、導電助剤、及び結着剤等を含有する正極合剤をアルミニウム箔等の正極集電体表面に塗布した後、圧延することにより得られる。負極活物質層も同様に、黒鉛等の負極活物質、導電助剤、及び結着剤等を含有する負極合剤を銅箔等の負極集電体表面にロール型塗工機により塗布した後、圧延することにより得られる。   The positive electrode active material layer is rolled after, for example, applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material such as lithium cobaltate, a conductive additive, and a binder to the surface of the positive electrode current collector such as an aluminum foil. Is obtained. Similarly, the negative electrode active material layer is applied to the surface of the negative electrode current collector such as a copper foil with a roll type coating machine containing a negative electrode active material such as graphite, a conductive additive, and a binder. It is obtained by rolling.

ところで、近年、集電体の表面に活物質層を形成する方法として、上述したロール型塗工機に代えて、印刷分野で用いられる、いわゆるインクジェット方式を用いたインクジェット塗布装置を用いて活物質層を形成する方法が提案されている。   By the way, in recent years, as a method for forming an active material layer on the surface of a current collector, an active material is used by using an ink jet coating apparatus using a so-called ink jet method, which is used in the printing field, instead of the roll type coating machine described above. A method of forming a layer has been proposed.

下記特許文献1は、電極活物質および導電助剤粒径が1μm以下であることを特徴とするインクジェット塗布用電極インクを用いて活物質層を形成する方法を開示している。特許文献1には、このようなインクジェット塗布用電極インクは、時間が経っても活物質の沈殿が起こりにくいために、再現性よく、且つ、精度良く薄膜電極を作成できると記載されている。   Patent Document 1 below discloses a method of forming an active material layer using an electrode ink for ink jet coating, wherein the electrode active material and the conductive auxiliary agent particle size are 1 μm or less. Patent Document 1 describes that such an electrode electrode for ink-jet coating is capable of producing a thin film electrode with good reproducibility and accuracy because precipitation of the active material is unlikely to occur over time.

また、下記特許文献2は、インクジェット塗布装置を用いて、集電体表面に活物質を含む液体を多数の粒子として噴出させて、前記粒子を前記集電体表面に付着させることにより、薄く、かつ、膜厚の均一性が高い電極が得られることを開示している。   Further, the following Patent Document 2 uses an ink jet coating apparatus to eject a liquid containing an active material on the current collector surface as a large number of particles, and attach the particles to the current collector surface, thereby reducing the thickness. And it discloses that an electrode with high uniformity of film thickness can be obtained.

さらに、下記特許文献3は、リチウムイオン電池の内部短絡時の安全性や釘刺し安全性の向上を目的として、正極活物質層または負極活物質層のうち、少なくともいずれかの活物質層上に、多孔質絶縁層の形成領域と非形成領域をインクジェット塗布装置により形成する方法を開示している。   Furthermore, the following Patent Document 3 discloses that on the active material layer of at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer for the purpose of improving safety at the time of internal short-circuiting of the lithium ion battery and nail penetration safety. Discloses a method of forming a porous insulating layer forming region and a non-forming region with an inkjet coating apparatus.

特開2006−172995号公報JP 2006-172959 A 特開2005−11656号公報JP 2005-11656 A 特開2005−174792号公報JP 2005-174792 A

捲回型のリチウムイオン二次電池は、正極板,負極板、正極板及び負極板を隔離するセパレータを備える捲回された電極群が非水電解質とともに電池ケースに封入されて構成されている。   A wound type lithium ion secondary battery is configured such that a wound electrode group including a positive electrode plate, a negative electrode plate, a positive electrode plate, and a separator that separates the negative electrode plate is enclosed in a battery case together with a non-aqueous electrolyte.

捲回された電極群においては、捲回中心に近いほど極板の曲率半径が小さく、捲回中心から遠ざかるほど極板の曲率半径が大きい。リチウムイオン二次電池においては、充放電の際のリチウムイオンの吸蔵または放出に伴い、正極活物質または負極活物質が膨張または収縮する。このような場合において、極板の曲率半径が小さい捲回中心に近い部分では、活物質が膨張または収縮する際の変形に伴う応力を緩和しにくい。従って、極板群の捲回中心に近い部分では活物質の膨張に伴い面圧力が高くなり、逆に捲回中心から遠い部分では面圧力が低くなる。そのために、電極の捲回中心に近い部分では、充放電中に、電解液の保液性が相対的に低くなりやすく、電極の捲回中心から遠い部分では、電解液の保液性が相対的に高くなりやすい。   In the wound electrode group, the radius of curvature of the electrode plate is smaller as it is closer to the center of winding, and the radius of curvature of the electrode plate is larger as it is farther from the center of winding. In a lithium ion secondary battery, the positive electrode active material or the negative electrode active material expands or contracts with the insertion or extraction of lithium ions during charge / discharge. In such a case, in the portion close to the winding center where the radius of curvature of the electrode plate is small, it is difficult to relieve stress associated with deformation when the active material expands or contracts. Accordingly, the surface pressure increases as the active material expands at a portion near the winding center of the electrode plate group, and conversely, the surface pressure decreases at a portion far from the winding center. Therefore, in the portion near the winding center of the electrode, the liquid retaining property of the electrolytic solution tends to be relatively low during charging and discharging, and in the portion far from the winding center of the electrode, the liquid retaining property of the electrolytic solution is relatively low. It tends to be expensive.

本発明は、電極群の捲回中心からの距離の影響を受けず、電極群全体において電解液の保液性が均一になるようなリチウムイオン二次電池用電極群を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide an electrode group for a lithium ion secondary battery that is not affected by the distance from the center of winding of the electrode group and in which the electrolyte solution retainability is uniform throughout the electrode group. To do.

本発明者らは、電池寿命のさらなる向上を図ることを目的として、極板内で均一に充放電反応を起こさせる手段を種々検討した。そして、電極群の捲回中心からの距離により、極板およびセパレータに保液性の差が生じることに着目し、鋭意検討することにより、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have studied various means for causing a charge / discharge reaction uniformly in the electrode plate for the purpose of further improving the battery life. The present invention has been completed by paying close attention to the fact that the difference in liquid retention between the electrode plate and the separator occurs depending on the distance from the winding center of the electrode group.

すなわち、本発明の一局面のリチウムイオン二次電池用電極は、長尺の集電体シートと、集電体シートの表面に形成された電極活物質層とを備え、電極活物質層はリチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質粒子と、導電助剤と、電極活物質粒子及び導電助剤を結着する結着剤とを含有し、電極活物質層の長手方向において、その長手方向の半分側を上流側、他の半分側を下流側とした場合、上流側の空隙率が下流側の空隙率よりも高く、且つ、電極活物質の体積割合に対する導電助剤の含有比率が前記下流側よりも前記上流側の方が高くなるように形成されていることを特徴とする。   That is, an electrode for a lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention includes a long current collector sheet and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector sheet, and the electrode active material layer is a lithium ion battery. An electrode active material particle that occludes and releases ions, a conductive auxiliary agent, and a binder that binds the electrode active material particle and the conductive auxiliary agent, in the longitudinal direction of the electrode active material layer, When the half side is the upstream side and the other half side is the downstream side, the porosity on the upstream side is higher than the porosity on the downstream side, and the content ratio of the conductive additive to the volume ratio of the electrode active material is the downstream side. The upstream side is formed to be higher than the side.

また、本発明の他の一局面のリチウムイオン二次電池用電極群は、正極と負極と正極及び負極の間に配置されたセパレータとを捲回させてなるリチウムイオン二次電池用電極群であって、正極または負極の少なくとも一方は、上述した電極を用い、その上流側を捲回中心側に配置したことを特徴とする。   The electrode group for a lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention is an electrode group for a lithium ion secondary battery obtained by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. And at least one of a positive electrode or a negative electrode uses the electrode mentioned above, and has arrange | positioned the upstream side to the winding center side, It is characterized by the above-mentioned.

捲回された電極群の捲回中心に近い部分の活物質層の空隙率を高め、捲回中心から遠い部分の活物質層の空隙率を低くすることにより、捲回中心に近い部分の電解液の保液性を優先的に向上させることができる。従って、活物質の膨張により捲回中心に近い部分が高い面圧を受けた場合でも、捲回中心からの距離に影響を受けず、電極群全体において電解液の保液性が均一になるようなリチウムイオン二次電池用電極群が得られる。一方、空隙率が高い場合、電極活物質粒子間の導電パスが乏しくなるために、大電流の充放電が困難となる。この場合、捲回中心に近い部分において導電助剤の配合比率を高めることにより、電極活物質粒子間の導電パスを充分に確保できる。その結果、このような構成により、捲回中心からの距離に影響を受けず、電極群全体において均一な充放電反応を維持することができる。   By increasing the porosity of the active material layer in the portion near the winding center of the wound electrode group and lowering the porosity of the active material layer in the portion far from the winding center, electrolysis in the portion near the winding center The liquid retention of the liquid can be preferentially improved. Therefore, even when a portion close to the winding center is subjected to a high surface pressure due to the expansion of the active material, it is not affected by the distance from the winding center, and the liquid retention of the electrolyte is uniform throughout the entire electrode group. An electrode group for a lithium ion secondary battery is obtained. On the other hand, when the porosity is high, since the conductive path between the electrode active material particles becomes poor, charging / discharging of a large current becomes difficult. In this case, the conductive path between the electrode active material particles can be sufficiently ensured by increasing the blending ratio of the conductive additive in the portion close to the winding center. As a result, with such a configuration, a uniform charge / discharge reaction can be maintained throughout the electrode group without being affected by the distance from the winding center.

本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面を参照することにより、より明白となる。   The objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent by referring to the following detailed description and attached drawings.

本発明によれば、電極群の捲回中心からの距離に影響を受けず、電極群全体に渡って電解液の保液性が均一なリチウムイオン二次電池用電極群が得られる。このような電極群を備えるリチウムイオン二次電池は、極板内における充放電反応の均一性が高いために長寿命である。   According to the present invention, it is possible to obtain an electrode group for a lithium ion secondary battery that is not affected by the distance from the winding center of the electrode group and in which the electrolyte solution retainability is uniform over the entire electrode group. A lithium ion secondary battery including such an electrode group has a long life because of high uniformity of charge / discharge reaction in the electrode plate.

本実施形態のリチウムイオン二次電池100の模式斜視断面図を示す。A schematic perspective sectional view of a lithium ion secondary battery 100 of the present embodiment is shown. 本実施形態のリチウムイオン二次電池100に収容された電極群10を構成する正極板10aの模式縦断面図を示す。The schematic longitudinal cross-sectional view of the positive electrode plate 10a which comprises the electrode group 10 accommodated in the lithium ion secondary battery 100 of this embodiment is shown. 上流側端部である捲回中心からの距離に対する、電極活物質層中の空隙率、及び正極活物質粒子に対する導電助剤の含有割合の比率を説明するグラフを示す。The graph explaining the ratio of the porosity in an electrode active material layer with respect to the distance from the winding center which is an upstream edge part, and the content rate of the conductive support agent with respect to positive electrode active material particle is shown. リチウムイオン二次電池用極板を製造する方法を説明する模式説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the method to manufacture the electrode plate for lithium ion secondary batteries. 本実施形態の電極群10の部分横断面模式図を示す。The partial cross section schematic diagram of the electrode group 10 of this embodiment is shown.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極、このような電極を備えた電極群及びリチウムイオン二次電池の好ましい実施形態を図面を参照しながら説明する。   Preferred embodiments of an electrode for a lithium ion secondary battery, an electrode group including such an electrode, and a lithium ion secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の一例として、円筒型のリチウムイオン二次電池100の模式斜視断面図を示す。なお、図1においては、説明の便宜上、リチウムイオン二次電池100に収容された電極群10を分解した部分要素分解図を合わせて示している。   FIG. 1 shows a schematic perspective sectional view of a cylindrical lithium ion secondary battery 100 as an example of the lithium ion secondary battery of the present embodiment. For convenience of explanation, FIG. 1 also shows a partial element exploded view in which the electrode group 10 accommodated in the lithium ion secondary battery 100 is exploded.

図1に示すリチウムイオン二次電池100は、電極群10及び図略の非水電解液を電池ケース40に封入してなる。電極群10は、正極板10aと負極板10bとがセパレータ9を介して捲回されて形成されている。そして、正極板10aから正極リード43が引き出されて封口板41に接続され、負極板10bからは負極リード44が引き出されて電池ケース40の底部に接続されている。電極群10の上下部にはそれぞれ図略の絶縁リングが設けられている。そして、非水電解液を注入し、ガスケット42を介して封口板41により電池ケース40が密封されている。   A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 includes an electrode group 10 and a non-aqueous electrolyte (not shown) enclosed in a battery case 40. The electrode group 10 is formed by winding a positive electrode plate 10 a and a negative electrode plate 10 b with a separator 9 interposed therebetween. A positive electrode lead 43 is drawn from the positive electrode plate 10 a and connected to the sealing plate 41, and a negative electrode lead 44 is drawn from the negative electrode plate 10 b and connected to the bottom of the battery case 40. Insulating rings (not shown) are respectively provided on the upper and lower portions of the electrode group 10. Then, the non-aqueous electrolyte is injected, and the battery case 40 is sealed by the sealing plate 41 through the gasket 42.

図2に電極群10を構成する正極板10aの模式縦断面図を示す。   FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the positive electrode plate 10a constituting the electrode group 10.

図2に示すように、正極板10aは、長尺の正極集電体シート1aと正極集電体シート1aの表面に形成された正極活物質層2aとを備える。正極活物質層2aは、正極活物質粒子3a、導電助剤4a、及び結着剤5aを含有する。   As shown in FIG. 2, the positive electrode plate 10a includes a long positive electrode current collector sheet 1a and a positive electrode active material layer 2a formed on the surface of the positive electrode current collector sheet 1a. The positive electrode active material layer 2a contains positive electrode active material particles 3a, a conductive additive 4a, and a binder 5a.

正極活物質粒子3a及び導電助剤4aは少量の結着剤5aがその表面に部分的に付着して互いに結着されている。そして、このように結着された正極活物質粒子3a及び導電助剤4aの間には、電解液が通過するための空隙vが形成されている。   The positive electrode active material particles 3a and the conductive additive 4a are bound to each other with a small amount of the binder 5a partially attached to the surface. And the space | gap v for electrolyte solution to pass through is formed between the positive electrode active material particle 3a and the conductive support agent 4a which were bound in this way.

そして、正極板10aの表面に形成された正極活物質層2aにおいては、その長手方向の半分側を上流側U、他の半分側を下流側Lとした場合、上流側Uの空隙率が下流側Lの空隙率よりも高く、かつ、正極活物質粒子3aに対する導電助剤4aの含有比率が下流側よりも上流側の方が高くなるように形成されている。   In the positive electrode active material layer 2a formed on the surface of the positive electrode plate 10a, when the half side in the longitudinal direction is the upstream side U and the other half side is the downstream side L, the porosity of the upstream side U is downstream. It is formed so that the porosity of the side L is higher and the content ratio of the conductive additive 4a to the positive electrode active material particles 3a is higher on the upstream side than on the downstream side.

一例として、図2においては、電極群10において捲回中心に近い側に配される上流側の端面に近づくにつれて、空隙率が徐々に高くなるとともに、正極活物質粒子3aに対する導電助剤4aの重量比率も徐々に高くなるように正極活物質層2aが形成されている。   As an example, in FIG. 2, the porosity gradually increases as the distance from the upstream end surface arranged on the side closer to the winding center in the electrode group 10 increases, and the conductive auxiliary agent 4 a with respect to the positive electrode active material particles 3 a The positive electrode active material layer 2a is formed so that the weight ratio gradually increases.

正極活物質層2aにおいては、捲回される正極板10aの上流側の空隙率が下流側の空隙率よりも高くなるように形成されている。その結果、充放電に伴い極板にかかる面圧力が高くなることにより電解液の保液性が低くなる捲回中心に近い部分の保液性が向上する。このように空隙率を向上させた部分においては、正極活物質粒子間の導電パスが乏しくなるために、大電流の充放電が困難となるおそれがある。この場合において、上流側の導電助剤の含有比率を高めることにより、正極活物質粒子間の導電パスを充分に確保できる。その結果、大電流を充放電する場合においても、電極群10の全体に渡って保液性を均一化することにより充放電反応速度を均一化することができる。   The positive electrode active material layer 2a is formed such that the upstream porosity of the wound positive electrode plate 10a is higher than the downstream porosity. As a result, the liquid retention in the portion near the winding center where the liquid retention of the electrolytic solution decreases due to the increase in the surface pressure applied to the electrode plate during charging and discharging is improved. Thus, in the part which improved the porosity, since the electroconductive path between positive electrode active material particles becomes scarce, there exists a possibility that charging / discharging of a large current may become difficult. In this case, the conductive path between the positive electrode active material particles can be sufficiently ensured by increasing the content ratio of the conductive additive on the upstream side. As a result, even when charging and discharging a large current, the charge / discharge reaction rate can be made uniform by making the liquid retention property uniform over the entire electrode group 10.

正極活物質層の空隙率は、その上流側の正極活物質層の構成成分の密度を粗にし、下流側の正極活物質層の構成成分の密度を密にすることにより調整することができる。具体的には、例えば、正極活物質層の厚みが均一である場合、上流側の構成成分の充填密度が下流側の充填密度よりも低くなるように、長手方向において構成成分組成を変化させることにより、上流側の空隙率を下流側の空隙率よりも高くすることができる。また、別の方法としては、例えば、正極活物質層を形成する際の圧延時のプレス圧を、上流側のプレス圧よりも下流側のプレス圧を高くすることにより、上流側の充填密度を下流側の充填密度よりも低くすることができる。さらに、上流側の正極活物質層を形成するための塗膜の厚みを薄くし、下流側の塗膜の厚みを薄くして一定のギャップ間隔を維持したロールプレスにより圧延することにより、密度の差をつけることができる。なお、これらの場合においては、正極活物質粒子に対する導電助剤の含有比率は、下流側よりも上流側の方が高くなるような組成が選ばれる。   The porosity of the positive electrode active material layer can be adjusted by increasing the density of the constituent components of the upstream positive electrode active material layer and increasing the density of the constituent components of the downstream positive electrode active material layer. Specifically, for example, when the thickness of the positive electrode active material layer is uniform, the constituent component composition is changed in the longitudinal direction so that the packing density of the upstream constituent component is lower than the downstream packing density. Thus, the porosity on the upstream side can be made higher than the porosity on the downstream side. As another method, for example, by increasing the pressing pressure during rolling when forming the positive electrode active material layer, the pressing pressure on the downstream side is higher than the pressing pressure on the upstream side, thereby increasing the packing density on the upstream side. It can be made lower than the packing density on the downstream side. Furthermore, the thickness of the coating film for forming the upstream positive electrode active material layer is reduced, and the thickness of the coating film on the downstream side is reduced and rolled by a roll press that maintains a constant gap interval. You can make a difference. In these cases, the content ratio of the conductive additive to the positive electrode active material particles is selected such that the upstream side is higher than the downstream side.

正極集電体の具体例としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどからなる箔やシートが挙げられる。正極集電体の厚さは、特に限定されないが、通常、1〜500μmの範囲であることが好ましい。   Specific examples of the positive electrode current collector include foils and sheets made of aluminum, stainless steel, nickel, titanium, and the like. Although the thickness of a positive electrode electrical power collector is not specifically limited, Usually, it is preferable that it is the range of 1-500 micrometers.

また、正極活物質粒子の具体例としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムのようなリチウム含有遷移金属酸化物等が挙げられる。リチウム含有遷移金属酸化物の遷移金属の一部を他元素で置換してもよい。例えばコバルト酸リチウムのコバルトの一部をアルミニウムやマグネシウムで置換した変性体、ニッケル酸リチウムのニッケルの一部をコバルトやマンガンで置換した変性体などを用いてもよい。   Specific examples of the positive electrode active material particles include lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate. A part of the transition metal of the lithium-containing transition metal oxide may be substituted with another element. For example, a modified product obtained by substituting a part of cobalt of lithium cobaltate with aluminum or magnesium, or a modified product obtained by replacing part of nickel of lithium nickelate with cobalt or manganese may be used.

正極活物質の含有割合としては、正極活物質層の構成成分全体に対して、60〜98質量%、さらには70〜98質量%、とくには、80〜98質量%の範囲であることが好ましい。   As a content rate of a positive electrode active material, it is preferable that it is the range of 60-98 mass% with respect to the whole component of a positive electrode active material layer, Furthermore, 70-98 mass%, Especially 80-98 mass%. .

正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定されないが、0.001〜2μm、さらには0.01〜1μmであることが好ましい。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 2 μm, more preferably 0.01 to 1 μm.

また、正極活物質粒子の平均粒子径としては、後述する導電助剤の平均粒径に対して2〜20倍、さらには、5〜10倍であることが、空隙率の調整が容易になる点から好ましい。   Further, the average particle diameter of the positive electrode active material particles is 2 to 20 times, more preferably 5 to 10 times the average particle diameter of the conductive auxiliary agent described later, and the adjustment of the porosity becomes easy. It is preferable from the point.

導電助剤の具体例としては、電池内で化学的に安定な導電性材料であれば特に限定なく用いられる。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛類、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、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカーなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料、フッ化カーボンなどを用いることができる。   As a specific example of the conductive auxiliary agent, any conductive material that is chemically stable in the battery can be used without particular limitation. For example, graphite such as natural graphite (such as flake graphite), artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and conductive such as carbon fiber and metal fiber Conductive fibers, metal powders such as aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide whisker and potassium titanate whisker, conductive metal oxides such as titanium oxide, organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, carbon fluoride, etc. Can be used.

導電助剤の含有割合としては、正極活物質層の構成成分全体に対して、1〜40質量%、さらには1〜30質量%、とくには、1〜20質量%の範囲であることが好ましい。   As a content rate of a conductive support agent, it is preferable that it is 1-40 mass% with respect to the whole component of a positive electrode active material layer, Furthermore, it is 1-30 mass%, Especially, it is preferable that it is the range of 1-20 mass%. .

なお、導電助剤は、その粒子形状や粒子径を選択することにより、後述する活物質層を形成する際の圧延工程において、空隙率の制御に寄与する立体的な障害性を調整することができる。すなわち、導電助剤の粒子形状として、アスペクト比が高いクサビ状、扁平状、りん片状等の非球形の導電性粒子や導電性繊維を用いた場合には、活物質層形成時の圧延工程において、その立体障害により圧延力が合剤層に均一に掛かりにくすることができる。従って、粒子形状を選択することにより、空隙率を調整することができる。   In addition, the conductive auxiliary agent can adjust the steric hindrance that contributes to the control of the porosity in the rolling process when forming the active material layer described later by selecting the particle shape and particle diameter. it can. That is, in the case of using conductive particles or conductive fibers of non-spherical shape such as wedge shape, flat shape, flake shape, etc. with a high aspect ratio as the particle shape of the conductive auxiliary agent, the rolling process at the time of forming the active material layer The rolling force can be applied to the mixture layer uniformly due to the steric hindrance. Therefore, the porosity can be adjusted by selecting the particle shape.

導電助剤の平均粒子径としては、0.001〜1μm、さらには0.01〜0.5μmであることが空隙率が調整しやすい点から好ましい。   The average particle diameter of the conductive assistant is preferably 0.001 to 1 μm, and more preferably 0.01 to 0.5 μm from the viewpoint of easy adjustment of the porosity.

結着材の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、変性ポリアクリル酸系ゴム粒子(日本ゼオン(株)製の「BM−500B(商品名)」など)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。また、PTFEやゴム粒子は、増粘効果のあるカルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド、可溶性変性アクリロニトリルゴム(日本ゼオン(株)製の「BM−720H(商品名)」など)と併用してもよい。   Specific examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), modified polyacrylic acid rubber particles (such as “BM-500B (trade name)” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), and polyvinylidene fluoride (PVDF). Etc. Further, PTFE and rubber particles may be used in combination with carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene oxide, and soluble modified acrylonitrile rubber (such as “BM-720H (trade name)” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) having a thickening effect. Good.

結着剤の含有割合としては、正極活物質100質量部に対して、1〜30質量部、さらには、1〜20質量部、とくには、1〜10質量部の範囲であることが好ましい。   As a content rate of a binder, it is preferable that it is 1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, Furthermore, 1-20 mass parts, Especially it is the range of 1-10 mass parts.

なお、正極活物質層2aにおいては、図3のグラフに示すように、電極群10の捲回中心に近づくにつれて、正極活物質層中の空隙率が高くなり、また、正極活物質粒子に対する導電助剤の含有割合が高くなっている。   In the positive electrode active material layer 2a, as shown in the graph of FIG. 3, the porosity in the positive electrode active material layer increases as it approaches the winding center of the electrode group 10, and the conductivity with respect to the positive electrode active material particles is increased. The content of auxiliary agent is high.

正極活物質層の上流側の空隙率としては、20〜50%、さらには、25〜40%の範囲であることが好ましい。上流側の空隙率が低すぎる場合には、捲回中心に近い部分の保液性が不充分になる傾向がある。また、上流側の空隙率が高すぎる場合には、相対的に正極活物質層の構成成分が少なくなるために、上流側で確保する容量が低下する傾向がある。   The porosity on the upstream side of the positive electrode active material layer is preferably in the range of 20 to 50%, more preferably 25 to 40%. If the upstream porosity is too low, the liquid retention property of the portion near the winding center tends to be insufficient. Further, when the upstream porosity is too high, the constituent components of the positive electrode active material layer are relatively reduced, and thus the capacity secured on the upstream side tends to decrease.

正極活物質層の下流側の空隙率としては、10〜40%、さらには、15〜30%の範囲であることが好ましい。下流側の空隙率が高すぎる場合には、相対的に正極活物質層の構成成分が少なくなるために、下流側で確保する容量が低下する傾向がある。また、下流側の空隙率が低すぎる場合には、捲回中心から遠い部分の保液性が不充分になる傾向がある。   The porosity on the downstream side of the positive electrode active material layer is preferably 10 to 40%, more preferably 15 to 30%. When the porosity on the downstream side is too high, the constituent components of the positive electrode active material layer are relatively reduced, so that the capacity secured on the downstream side tends to decrease. On the other hand, when the downstream porosity is too low, the liquid retention property of the portion far from the winding center tends to be insufficient.

また、正極活物質層の下流側の空隙率と上流側の空隙率との差としては、2〜30%、さらには、5〜20%程度であることが好ましい。   Moreover, as a difference of the porosity of the downstream of a positive electrode active material layer, and the porosity of an upstream, it is preferable that it is about 2 to 30%, Furthermore, it is about 5 to 20%.

なお、空隙率は、水銀ポロシメーター(例えば、島津製作所製 オートポアIII9410等)を用いて水銀圧入法により測定することができる。   The porosity can be measured by a mercury intrusion method using a mercury porosimeter (for example, Autopore III9410 manufactured by Shimadzu Corporation).

導電助剤を高い割合で含有する上流側においては、正極活物質粒子に対する導電助剤の質量比率は、正極活物質粒子:導電助剤=30:1〜1:1、さらには20:1〜3:1であることが好ましい。上流側における導電助剤の含有比率が低すぎる場合には、空隙率が高い場合において正極活物質粒子間の導電パスが乏しくなる傾向がある。また、導電助剤の含有比率が高すぎる場合には、相対的に空隙率や正極活物質粒子の割合が低下するために好ましくない。一方、導電助剤を低い割合で含有する下流側においては、正極活物質粒子に対する導電助剤の質量比率が、正極活物質粒子:導電助剤=200:1〜5:1、さらには100:1〜20:1であることが好ましい。   On the upstream side containing the conductive auxiliary agent in a high ratio, the mass ratio of the conductive auxiliary agent to the positive electrode active material particles is positive electrode active material particles: conductive auxiliary agent = 30: 1 to 1: 1, and further 20: 1 to 1. 3: 1 is preferred. When the content ratio of the conductive additive on the upstream side is too low, the conductive path between the positive electrode active material particles tends to be poor when the porosity is high. Moreover, when the content rate of a conductive support agent is too high, since the porosity and the ratio of positive electrode active material particle fall relatively, it is unpreferable. On the other hand, on the downstream side containing the conductive auxiliary agent at a low ratio, the mass ratio of the conductive auxiliary agent to the positive electrode active material particles is positive electrode active material particles: conductive auxiliary agent = 200: 1 to 5: 1, and further 100: It is preferable that it is 1-20: 1.

上流側においては、正極活物質層の構成成分全体に対する導電助剤の含有割合は、3〜45質量%、さらには5〜30質量%のように比較的高い割合範囲であることが好ましい。一方、下流側においては、0.5〜15質量%、さらには1〜5質量%のように比較的低い割合範囲に設定することが好ましい。   On the upstream side, it is preferable that the content ratio of the conductive assistant with respect to the entire constituent components of the positive electrode active material layer is in a relatively high ratio range such as 3 to 45 mass%, further 5 to 30 mass%. On the other hand, on the downstream side, it is preferable to set a relatively low ratio range such as 0.5 to 15% by mass, and further 1 to 5% by mass.

正極活物質層の厚さは、特に限定されないが、10〜100μm、さらには、20〜70μm程度であることが好ましい。また、上流側の厚さと下流側の厚さは一定であっても、異なっていてもよい。   The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 μm, more preferably about 20 to 70 μm. Further, the thickness on the upstream side and the thickness on the downstream side may be constant or different.

上述したような正極の好ましい製造方法の一例について、図4を参照して詳しく説明する。   An example of a preferable method for manufacturing the positive electrode as described above will be described in detail with reference to FIG.

図4は、それぞれ供給量が独立して制御される複数のインクジェットノズル11a,11b,11cを備えたインクジェット塗布装置20を用いて、正極集電体1aの表面に、正極活物質層を構成する成分を塗布する工程を説明する模式説明図である。インクジェットノズル11aは正極活物質粒子3aを含有する正極活物質インク13を噴射する。インクジェットノズル11bは導電助剤4aを含有する導電助剤インク14を噴射する。インクジェットノズル11cは結着材5aを含有する結着剤インク15を噴射する。インクジェットノズル11a,11b,11cはそれぞれ噴射量が独立して制御されており、その制御に従って正極集電体1aの表面に各成分を供給することにより正極活物質層を構成する各成分を塗布することができる。   In FIG. 4, a positive electrode active material layer is formed on the surface of the positive electrode current collector 1 a by using an inkjet coating apparatus 20 including a plurality of inkjet nozzles 11 a, 11 b, and 11 c whose supply amounts are independently controlled. It is a schematic explanatory drawing explaining the process of apply | coating a component. The inkjet nozzle 11a ejects the positive electrode active material ink 13 containing the positive electrode active material particles 3a. The inkjet nozzle 11b ejects the conductive assistant ink 14 containing the conductive assistant 4a. The inkjet nozzle 11c ejects the binder ink 15 containing the binder 5a. Ink jet nozzles 11a, 11b, and 11c are independently controlled in injection amount, and each component constituting the positive electrode active material layer is applied by supplying each component to the surface of positive electrode current collector 1a according to the control. be able to.

正極活物質層を構成する成分の塗布は、定速で搬送される正極集電体1aの表面に、インクジェットノズル11a,11b,11cから、それぞれ正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15を噴射してインクジェット塗布することによって行われる。   The components constituting the positive electrode active material layer are applied to the surface of the positive electrode current collector 1a conveyed at a constant speed from the inkjet nozzles 11a, 11b, and 11c, respectively, and the positive electrode active material ink 13, the conductive auxiliary ink 14, and This is performed by spraying the binder ink 15 and applying it by inkjet.

インクジェット塗布は、印刷手段として広く用いられているインクジェット塗布装置のノズルからインクを液滴として基材(本実施形態においては正極集電体1a)の表面に塗布する方法である。   Inkjet application is a method in which ink is applied as droplets to the surface of a substrate (in the present embodiment, the positive electrode current collector 1a) from nozzles of an inkjet application apparatus that is widely used as printing means.

インクジェット塗布の方式としては、ピエゾ素子方式、サーマルインクジェット方式、continuance方式のいずれの方法を用いてもよい。これらの中では、特に、ピエゾ素子方式を用いるのが望ましい。ピエゾ素子方式は、電圧を印加することにより変形するピエゾ素子からなるノズルを用いて、インクの噴射量を調整することができる。ピエゾ素子方式は、サーマルインクジェット方式のような加熱を要しないために、熱安定性に優れる点から好ましい。   As a method for inkjet application, any of a piezo element method, a thermal inkjet method, and a continuance method may be used. Among these, it is particularly desirable to use a piezo element method. In the piezo element method, the amount of ink ejected can be adjusted using a nozzle composed of a piezo element that is deformed by applying a voltage. The piezo element method is preferable because it does not require heating unlike the thermal ink jet method, and is excellent in thermal stability.

インクジェット塗布装置20のインクジェットノズル11a,11b,11cには、図4に示すように、それぞれ独立したインクを貯留する液室16a,16b,16cが接続されている。そして、液室16a,16b,16cはインク供給ライン17a,17b,17cを介して、それぞれ独立したインクジェットノズル11a,11b,11cと連通している。そして、インクジェットノズル11a,11b,11cの液体吐出動作を、それぞれ独立に制御することにより、正極集電体1a表面にそれぞれ独立して制御された量の正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15が塗布される。   As shown in FIG. 4, liquid chambers 16a, 16b, and 16c that store independent inks are connected to the inkjet nozzles 11a, 11b, and 11c of the inkjet coating apparatus 20, respectively. The liquid chambers 16a, 16b, and 16c communicate with independent ink jet nozzles 11a, 11b, and 11c via ink supply lines 17a, 17b, and 17c, respectively. Then, by independently controlling the liquid discharge operations of the ink jet nozzles 11a, 11b, and 11c, the positive electrode active material ink 13 and the conductive auxiliary ink 14 are independently controlled on the surface of the positive electrode current collector 1a. , And a binder ink 15 are applied.

インクジェットノズル11a,11b,11cの液体吐出動作を、それぞれ独立して制御する方法は、特に限定されない。具体的には、例えば、中央処理装置(CPU)及びRandom Access Memory(RAM)を備えたコンピュータ21にインクジェット塗布装置20を電気的に接続する。そして、コンピュータ21にインクジェット塗布装置20を制御するプログラムをインストールする。そして、定速で搬送される正極集電体1a表面に、インクジェットノズル11a,11b,11cから正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15をそれぞれの噴射量を独立してプログラム制御しながら噴射する。インクジェット塗布装置を用いて正極活物質層を形成するためのインクの塗布方法は、所望の画像を表現するために、シアン、マゼンタ、イエローの各色を所定の割合で混合することにより広い色空間内の各色を表現する、従来から知られたインクジェットプリンタの技術を応用することができる。   A method for independently controlling the liquid ejection operations of the inkjet nozzles 11a, 11b, and 11c is not particularly limited. Specifically, for example, the inkjet coating apparatus 20 is electrically connected to a computer 21 having a central processing unit (CPU) and a random access memory (RAM). Then, a program for controlling the ink jet coating apparatus 20 is installed in the computer 21. Then, the positive electrode active material ink 13, the conductive auxiliary ink 14, and the binder ink 15 are independently jetted from the inkjet nozzles 11a, 11b, and 11c onto the surface of the positive electrode current collector 1a that is conveyed at a constant speed. Inject with program control. The ink application method for forming the positive electrode active material layer using an ink jet coating apparatus is a mixture of cyan, magenta, and yellow at a predetermined ratio in a wide color space in order to express a desired image. It is possible to apply a conventionally known ink jet printer technology that expresses each of the colors.

次に、本実施形態におけるインクジェット塗布装置20に供給される、正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15について詳しく説明する。   Next, the positive electrode active material ink 13, the conductive additive ink 14, and the binder ink 15 supplied to the ink jet coating apparatus 20 in the present embodiment will be described in detail.

正極活物質インク13は、例えば、正極活物質粒子3a、溶媒(分散媒)、増粘剤等を所定の配合比で混合することにより得られる。   The positive electrode active material ink 13 is obtained, for example, by mixing the positive electrode active material particles 3a, a solvent (dispersion medium), a thickener, and the like at a predetermined blending ratio.

溶媒の具体例としては、例えば、脱イオン水、エタノール、メタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、N−メチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Specific examples of the solvent include deionized water, ethanol, methanol, butanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

混合手段は、正極活物質粒子3aを溶媒中に充分に均一に分散することができる各種の混合方法であれば特に限定なく用いられる。その具体例としては、例えば、ホモジナイザーや攪拌脱泡機などを用いた方法が挙げられる。   The mixing means is not particularly limited as long as it is various mixing methods that can sufficiently uniformly disperse the positive electrode active material particles 3a in a solvent. Specific examples thereof include a method using a homogenizer or a stirring deaerator.

このようにして調整される正極活物質インク13の粘度としては、100cP以下、さらには20cP以下であることが好ましい。正極活物質インク13の粘度が100cPを超えると、インクジェットのノズル詰まりなどが生じるおそれがある。   The viscosity of the positive electrode active material ink 13 adjusted in this way is preferably 100 cP or less, and more preferably 20 cP or less. If the viscosity of the positive electrode active material ink 13 exceeds 100 cP, there is a possibility that an inkjet nozzle clogging may occur.

なお、正極活物質インク13は、単独で用いても、互いに正極活物質粒子の種類の異なるインクジェットノズルから噴射される2種以上の正極活物質インクを組み合わせて用いてもよい。   The positive electrode active material ink 13 may be used alone or in combination of two or more positive electrode active material inks ejected from inkjet nozzles having different types of positive electrode active material particles.

導電助剤4aを含有する導電助剤インク14は、例えば、導電助剤4a及び上述したのと同様の溶媒を所定の配合比で、正極活物質インク13の混合方法と同様の方法で混合することにより得られる。なお、導電助剤インク14は、単独で用いても、互いに導電助剤の種類の異なるインクジェットノズルから噴射される2種以上の導電助剤インクを組み合わせて用いてもよい。   In the conductive auxiliary ink 14 containing the conductive auxiliary 4a, for example, the conductive auxiliary 4a and the same solvent as described above are mixed at a predetermined mixing ratio by the same method as the mixing method of the positive electrode active material ink 13. Can be obtained. The conductive auxiliary ink 14 may be used alone or in combination of two or more types of conductive auxiliary inks ejected from inkjet nozzles having different types of conductive auxiliary agents.

結着剤インク15を含有する導電助剤インク14も、結着材5a及び溶媒等を所定の配合比で正極活物質インク13の混合方法と同様に混合することにより得られる。結着剤インク15も、単独で用いても、互いに結着剤の種類の異なるインクジェットノズルから噴射される2種以上の結着剤インクを組み合わせて用いてもよい。   The conductive assistant ink 14 containing the binder ink 15 is also obtained by mixing the binder 5a, the solvent, and the like at a predetermined blending ratio in the same manner as the mixing method of the positive electrode active material ink 13. The binder ink 15 may be used alone or in combination of two or more binder inks ejected from inkjet nozzles having different types of binder.

正極活物質インク13、導電助剤インク14、結着剤インク15の調整においては、必要に応じて、粘度を調整するための増粘剤、インクの乾燥を抑制するための保湿剤、適正pHを維持するための緩衝剤などを配合してもよい。   In the adjustment of the positive electrode active material ink 13, the conductive auxiliary ink 14, and the binder ink 15, as necessary, a thickener for adjusting the viscosity, a humectant for suppressing drying of the ink, and an appropriate pH. You may mix | blend the buffering agent for maintaining, etc.

増粘材としてはカルボキシメチルセルロース(CMC)、保湿剤としてはエチレングリコール、緩衝材としてはマレイン酸などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the thickener include carboxymethylcellulose (CMC), examples of the humectant include ethylene glycol, and examples of the buffer include maleic acid, but are not limited thereto.

インクジェット塗布装置20により噴射される正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15の量は、最終的に得られる正極活物質層2aの組成中の正極活物質3a、導電助剤4a、及び結着材5aの割合を考慮して予め決定し、プログラム制御される。   The amount of the positive electrode active material ink 13, the conductive auxiliary ink 14, and the binder ink 15 ejected by the inkjet coating apparatus 20 is the same as that of the positive electrode active material 3 a in the composition of the positive electrode active material layer 2 a finally obtained. The ratio of the auxiliary agent 4a and the binder 5a is determined in advance, and the program is controlled.

そして、正極集電体1a表面に塗布された正極活物質インク13,導電助剤インク14,及び結着剤インク15は乾燥される。乾燥させる手段としては、通常雰囲気、好ましくは減圧雰囲気下、20〜200℃、好ましくは80〜150℃で、1分〜8時間、好ましくは3分〜1時間行えばよい。なお、用いるインク濃度や一回の処理あたりにおけるインク噴射量の制限のために、正極活物質層2aの厚さが目的とする厚さに対して不足する場合がある。また、空隙率を調整するために部分的に厚みを変え必要がある場合もある。このような場合には、予め形成された塗膜表面に、さらにインクジェット塗布装置を用いて塗膜を塗り重ねてもよい。このように塗り重ねることにより、所望の厚さの塗膜を形成することができる。   Then, the positive electrode active material ink 13, the conductive additive ink 14, and the binder ink 15 applied to the surface of the positive electrode current collector 1a are dried. As a means for drying, it may be carried out in a normal atmosphere, preferably a reduced pressure atmosphere, at 20 to 200 ° C., preferably 80 to 150 ° C., for 1 minute to 8 hours, preferably 3 minutes to 1 hour. In addition, the thickness of the positive electrode active material layer 2a may be insufficient with respect to the target thickness due to limitations on the ink concentration to be used and the amount of ink ejected per process. In some cases, it is necessary to partially change the thickness in order to adjust the porosity. In such a case, the coating film may be further coated on the surface of the coating film formed in advance using an inkjet coating apparatus. By coating in this way, a coating film having a desired thickness can be formed.

そして、このように塗布及び乾燥されて形成された正極活物質層2aは、通常、圧延される。圧延により、得られる正極活物質層2aの密度を上げることができる。圧延に用いられる装置および条件は特に制限されないが、従来公知のロールプレス等が適宜用いられうる。   And the positive electrode active material layer 2a formed by applying and drying in this way is usually rolled. The density of the obtained positive electrode active material layer 2a can be increased by rolling. Although the apparatus and conditions used for rolling are not particularly limited, a conventionally known roll press or the like can be appropriately used.

なお、圧延時においても上流側と下流側の正極活物質層を構成する成分の密度を調整することができる。すなわち、同じ厚みの塗膜を形成した場合には、上流側のギャップ間隔を大きくして、下流側のギャップ間隔を小さくすることにより、上流側の空隙率を下流側の空隙率よりも高くすることができる。また、圧延後の厚みを一定にする場合には、上流側の塗膜の厚みよりも下流側の塗膜の厚みよりも薄くして、同じギャップ間隔を有するロールプレスでプレスすることにより、厚みは一定であるが上流側の空隙率が高い正極活物質層が得られる。   In addition, the density of the component which comprises the positive electrode active material layer of an upstream and a downstream can be adjusted also at the time of rolling. That is, when a coating film having the same thickness is formed, the upstream gap is made higher than the downstream porosity by increasing the gap distance on the upstream side and decreasing the gap distance on the downstream side. be able to. In addition, when the thickness after rolling is made constant, the thickness is made thinner than the thickness of the coating film on the downstream side than the thickness of the coating film on the upstream side, and pressed with a roll press having the same gap interval. Is constant, but a positive electrode active material layer having a high upstream porosity is obtained.

以上のような方法により、正極板10aを製造することができる。   The positive electrode plate 10a can be manufactured by the above method.

以上、電極群10を構成する正極板10aの構成および製造方法について詳しく説明したが、電極群10を構成する負極板10bも、集電体の種類や、活物質層の構成成分等が異なる以外は、同様の構成及び製造方法を適用することができる。   As described above, the configuration and the manufacturing method of the positive electrode plate 10a constituting the electrode group 10 have been described in detail. However, the negative electrode plate 10b constituting the electrode group 10 is also different in that the type of the current collector and the constituent components of the active material layer are different. The same configuration and manufacturing method can be applied.

次に、負極板10bの構成及び製造方法について説明するが、説明の重複を避けるために、共通する部分については詳しい説明を省略する。   Next, the configuration and manufacturing method of the negative electrode plate 10b will be described, but detailed description of common parts will be omitted in order to avoid duplication of description.

負極板10bは長尺の負極集電体シートと負極集電体の表面に形成された負極活物質層とを備える。負極活物質層は、負極活物質、導電助剤、及び結着剤を含有する。   The negative electrode plate 10b includes a long negative electrode current collector sheet and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder.

負極集電体シートの具体例としては、例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどからなる箔やシートが挙げられる。負極集電体の厚さは、特に限定されないが、通常、5〜20μmの範囲であることが好ましい。   Specific examples of the negative electrode current collector sheet include foils and sheets made of copper, stainless steel, nickel, titanium, and the like. Although the thickness of a negative electrode collector is not specifically limited, Usually, it is preferable that it is the range of 5-20 micrometers.

負極活物質の具体例としては、例えば、各種天然黒鉛,コークス,黒鉛化途上炭素,炭素繊維,球状炭素,各種人造黒鉛,及び非晶質炭素等の炭素材料;SiOx(0.05<x<1.95),並びに珪素を含む合金,化合物及び固溶体等の珪素化合物;Ni2Sn4,Mg2Sn,SnOy(0<y<2),SnO2,及びSnSiO3等の錫化合物、等が挙げられる。 Specific examples of the negative electrode active material include carbon materials such as various natural graphite, coke, graphitizing carbon, carbon fiber, spherical carbon, various artificial graphite, and amorphous carbon; SiO x (0.05 <x <1.95), and silicon compounds such as alloys, compounds and solid solutions containing silicon; tin compounds such as Ni 2 Sn 4 , Mg 2 Sn, SnO y (0 <y <2), SnO 2 , and SnSiO 3 ; Etc.

負極活物質の平均粒径は、特に限定されないが、0.001〜2μm、さらには0.01〜2μmであることが好ましい。   The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 2 μm, and more preferably 0.01 to 2 μm.

負極活物質の含有割合としては、負極活物質層の構成成分全体に対して、60〜99質量%、さらには80〜99質量%、とくには、90〜99質量%の範囲であることが好ましい。   As a content rate of a negative electrode active material, it is preferable that it is the range of 60-99 mass% with respect to the whole component of a negative electrode active material layer, Furthermore, 80-99 mass%, Especially 90-99 mass%. .

また、負極の導電助剤としては、正極の導電助剤と同様のものが用いられうる。   Further, as the conductive additive for the negative electrode, the same conductive aid as that for the positive electrode can be used.

導電助剤の含有割合としては、負極活物質層の構成成分全体に対して、0.5〜30質量%、さらには0.5〜20質量%、とくには、0.5〜10質量%の範囲であることが好ましい。   As a content rate of a conductive support agent, it is 0.5-30 mass% with respect to the whole component of a negative electrode active material layer, Furthermore, 0.5-20 mass%, Especially 0.5-10 mass% A range is preferable.

負極の結着剤の具体例としては、例えば、PVDFおよびスチレン−ブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。   Specific examples of the negative electrode binder include PVDF and styrene-butadiene rubber (SBR).

結着剤の含有割合は、特に限定されないが、負極活物質層の全体に含有される負極活物質100質量部に対して、0.5〜30質量部、さらには、0.5〜20質量部、とくには、0.5〜10質量部の範囲であることが好ましい。   Although the content rate of a binder is not specifically limited, 0.5-30 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials contained in the whole negative electrode active material layer, Furthermore, 0.5-20 masses Part, particularly in the range of 0.5 to 10 parts by mass.

なお、負極板10bにおいても、上述した正極板10aと同様に、電極群10の捲回中心に近づくにつれて、負極活物質層中の空隙率が高くなり、また、負極活物質粒子に対する導電助剤の含有割合が高くなっている。   In the negative electrode plate 10b as well, as the positive electrode plate 10a described above, the porosity in the negative electrode active material layer increases as it approaches the winding center of the electrode group 10, and the conductive auxiliary agent for the negative electrode active material particles. The content ratio of is high.

負極活物質層の上流側の空隙率としては、20〜50%、さらには、25〜40%の範囲であることが好ましい。上流側の空隙率が低すぎる場合には、捲回中心に近い部分の保液性が不充分になる傾向がある。また、上流側の空隙率が高すぎる場合には、相対的に負極活物質層の構成成分が少なくなるために、上流側で確保する容量が低下する傾向がある。   The porosity on the upstream side of the negative electrode active material layer is preferably in the range of 20 to 50%, more preferably 25 to 40%. If the upstream porosity is too low, the liquid retention property of the portion near the winding center tends to be insufficient. Further, when the upstream porosity is too high, the constituent components of the negative electrode active material layer are relatively reduced, and thus the capacity secured on the upstream side tends to decrease.

負極活物質層の下流側の空隙率としては、10〜40%、さらには、15〜30%の範囲であることが好ましい。下流側の空隙率が高すぎる場合には、相対的に負極活物質層の構成成分が少なくなるために、下流側で確保する容量が低下する傾向がある。また、下流側の空隙率が低すぎる場合には、捲回中心から遠い部分の保液性が不充分になる傾向がある。   The porosity on the downstream side of the negative electrode active material layer is preferably 10 to 40%, more preferably 15 to 30%. When the porosity on the downstream side is too high, since the constituent components of the negative electrode active material layer are relatively reduced, the capacity secured on the downstream side tends to decrease. On the other hand, when the downstream porosity is too low, the liquid retention property of the portion far from the winding center tends to be insufficient.

また、負極活物質層の下流側の空隙率と上流側の空隙率との差としては、2〜30%、さらには、5〜20%程度であることが好ましい。   The difference between the downstream porosity and the upstream porosity of the negative electrode active material layer is preferably 2 to 30%, and more preferably about 5 to 20%.

導電助剤を高い割合で含有する上流側においては、負極活物質粒子に対する導電助剤の含有比率は、負極活物質粒子:導電助剤=100:1〜1:1、さらには100:1〜2:1であることが好ましい。上流側における導電助剤の含有割合が低すぎる場合には、空隙率が高い場合において負極活物質粒子間の導電パスが乏しくなる傾向がある。また、導電助剤の含有比率が高すぎる場合には、相対的に空隙率や負極活物質粒子の割合が低下するために好ましくない。一方、導電助剤を低い割合で含有する下流側においては、負極活物質粒子に対する導電助剤の質量比率が、負極活物質粒子:導電助剤=1:0〜5:1、さらには1:0〜20:1であることが好ましい。   On the upstream side containing the conductive auxiliary agent in a high ratio, the content ratio of the conductive auxiliary agent to the negative electrode active material particles is as follows: negative electrode active material particles: conductive auxiliary agent = 100: 1 to 1: 1, and further, 100: 1 to 2: 1 is preferred. When the content ratio of the conductive additive on the upstream side is too low, the conductive path between the negative electrode active material particles tends to be poor when the porosity is high. Moreover, when the content rate of a conductive support agent is too high, since the porosity and the ratio of negative electrode active material particle fall relatively, it is unpreferable. On the other hand, on the downstream side containing the conductive auxiliary agent at a low ratio, the mass ratio of the conductive auxiliary agent to the negative electrode active material particles is negative electrode active material particles: conductive auxiliary agent = 1: 0 to 5: 1, and further 1: It is preferably 0 to 20: 1.

上流側においては、負極活物質層の構成成分全体に対する導電助剤の含有割合は、1〜40質量%、さらには1〜30質量%のように比較的高い割合であることが好ましい。一方、下流側においては、0〜15質量%、さらには0〜5質量%のように比較的低い割合であることが好ましい。   On the upstream side, the content ratio of the conductive assistant to the entire constituent components of the negative electrode active material layer is preferably 1 to 40% by mass, and more preferably 1 to 30% by mass. On the other hand, on the downstream side, a relatively low ratio such as 0 to 15% by mass, and further 0 to 5% by mass is preferable.

負極活物質層の厚さも特に限定されないが、10〜100μm、さらには、20〜80μm程度であることが好ましい。また、上流側の厚さと下流側の厚さは一定であっても、異なっていてもよい。   The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 μm, and more preferably about 20 to 80 μm. Further, the thickness on the upstream side and the thickness on the downstream side may be constant or different.

以上、本実施形態の正極及び負極について説明した。このような本実施形態の正極及び負極は、捲回型の電極群の正極または負極の両方に適用してもよいし、何れか一方のみに適用してもよい。さらに、集電体の両面に活物質層が形成されている場合には、何れかの一面のみに適用してもよい。特に、捲回の巻内側の曲率半径は、巻外側の面の曲率半径よりも小さいために、巻内側に適用することがより好ましい。   In the above, the positive electrode and negative electrode of this embodiment were demonstrated. Such a positive electrode and a negative electrode of this embodiment may be applied to both the positive electrode and the negative electrode of the wound electrode group, or may be applied to only one of them. Furthermore, when the active material layer is formed on both surfaces of the current collector, the current collector may be applied to only one surface. In particular, since the radius of curvature of the winding inner side of the winding is smaller than the curvature radius of the outer surface of the winding, it is more preferable to apply to the inner side of the winding.

すなわち、捲回型の電極群10の正極板10aを例として説明すれば、図5に示すように、捲回された正極板10aの巻内側の面(図5におけるA)のみにおいて、捲回中心に近づくにつれて空隙率及び正極活物質粒子3aに対する導電助剤4aの質量比率が高くなるように形成し、捲回された正極板10aの巻外側の面(図5におけるB)は、全体が均一な組成を有する正極活物質層を形成してもよい。捲回型の極板においては極板の巻内側の面の曲率半径は巻外側の面の曲率半径よりも小さい。そのために、活物質のリチウムの吸蔵放出に伴う体積変化により、極板の巻内側にかかる面圧力が特に大きくなって電解液の保液性が特に低下する。従って、巻内側のみに、捲回中心に近づくにつれて正極活物質層2aの空隙率を高くし、正極活物質粒子3aに対する導電助剤4aの含有比率が高くなるような正極活物質層2aを適用することにより、比較的低コストで、捲回中心に近い側でも電解液の保液性を充分に確保できる正極板が得られる。   That is, when the positive electrode plate 10a of the wound electrode group 10 is described as an example, as shown in FIG. 5, only the inner surface (A in FIG. 5) of the wound positive electrode plate 10a is wound. The surface (B in FIG. 5) of the wound positive electrode plate 10a is formed so that the porosity and the mass ratio of the conductive additive 4a to the positive electrode active material particles 3a increase as approaching the center. A positive electrode active material layer having a uniform composition may be formed. In a wound electrode plate, the radius of curvature of the inner surface of the electrode plate is smaller than the radius of curvature of the outer surface. For this reason, the surface pressure applied to the inner side of the electrode plate is particularly increased due to the volume change accompanying the occlusion / release of lithium as the active material, and the liquid retaining property of the electrolytic solution is particularly lowered. Accordingly, the positive electrode active material layer 2a is applied only to the inner side of the winding so that the porosity of the positive electrode active material layer 2a increases as the winding center is approached, and the content ratio of the conductive additive 4a to the positive electrode active material particles 3a increases. By doing so, a positive electrode plate can be obtained at a relatively low cost and capable of sufficiently ensuring the liquid retention of the electrolytic solution even on the side close to the winding center.

次に、電池100のその他の要素について説明する。   Next, other elements of the battery 100 will be described.

正極リード、負極リード等を構成する材料としては、従来から正極リードの材料として用いられているアルミニウムや、負極リードの材料として用いられているニッケルやアルミニウム等がとくに限定なく用いられる。   As a material constituting the positive electrode lead, the negative electrode lead, and the like, aluminum that has been conventionally used as a material for the positive electrode lead, nickel, aluminum, and the like that have been used as a material for the negative electrode lead are not particularly limited.

電池ケースとしては、例えば、アルミニウム製のケース、内面がニッケルメッキされた鉄製のケース、またはアルミニウムラミネートフィルムからなるケース等を用いることができる。電池ケースの形状は、円筒型、角型など、いずれの形状であってもよい。電極群の横断面は、電池ケースの形状にあわせて、円形、楕円形等の形状が選択される。   As the battery case, for example, an aluminum case, an iron case whose inner surface is nickel-plated, a case made of an aluminum laminate film, or the like can be used. The shape of the battery case may be any shape such as a cylindrical shape or a square shape. As the cross section of the electrode group, a shape such as a circle or an ellipse is selected according to the shape of the battery case.

非水電解液としては、非水溶媒にリチウム塩を溶解したものが好ましく用いられる。非水溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネ−ト(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)などの鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the non-aqueous electrolyte, a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is preferably used. Specific examples of the non-aqueous solvent include, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl Chain carbonates such as methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC), aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc. Lactones, chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE), and ethoxymethoxyethane (EME), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, Dimethylsulfoxy 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl -2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

非水溶媒に溶解するリチウム塩の具体例としては、例えばLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCl、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO22、LiAsF6、LiN(CF3SO22、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、リチウムイミド塩等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。リチウム塩の非水溶媒に対する溶解量は、特に限定されないが、0.2〜2mol/L、さらには、0.5〜1.5mol/Lであることが好ましい。 Specific examples of the lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent include, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCl, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiB 10 Cl 10 , lithium lower aliphatic carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, lithium imide salt and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 2 mol / L, and more preferably 0.5 to 1.5 mol / L.

また、非水電解液には、電池の充放電特性を改良する目的で、種々の添加剤をさらに添加してもよい。このような添加剤の具体例としては、例えばビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フォスファゼンおよびフルオロベンゼン、トリエチルフォスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライム、ピリジン、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、クラウンエーテル類、第四級アンモニウム塩、エチレングリコールジアルキルエーテル等が挙げられる。これらの添加剤は、非水電解液の0.5〜10質量%程度配合されることが好ましい。   In addition, various additives may be further added to the non-aqueous electrolyte for the purpose of improving the charge / discharge characteristics of the battery. Specific examples of such additives include, for example, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, phosphazene and fluorobenzene, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, pyridine, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivatives, Examples include crown ethers, quaternary ammonium salts, ethylene glycol dialkyl ethers, and the like. These additives are preferably blended in an amount of about 0.5 to 10% by mass of the non-aqueous electrolyte.

以上説明した本実施形態の電極群を用いたリチウムイオン二次電池は、多数サイクルの充放電を繰り返した後でも高い容量を維持することができる。このようなリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の電源としての用いられる、全長が長い極板群を備える電池において特に高い効果を発揮する。このような極板群を構成する正極板、負極板、及びセパレータの長さとしては、800〜10000mm、さらには、2000〜8000mmであることが好ましい。   The lithium ion secondary battery using the electrode group of the present embodiment described above can maintain a high capacity even after repeating many cycles of charge / discharge. Such a lithium ion secondary battery exhibits a particularly high effect in a battery including an electrode plate group having a long overall length, which is used as a power source for an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle and the like. The lengths of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator constituting such an electrode plate group are preferably 800 to 10000 mm, and more preferably 2000 to 8000 mm.

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, the scope of the present invention is not limited at all by the following examples.

[実施例1:正極板の作製]
正極活物質として平均粒径0.8μmのLiNi0.85Co0.12Al0.032の組成で表されるリチウム含有複合酸化物を用いた。溶媒(分散媒)であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)100質量部に対し、正極活物質5質量部を添加し、充分に撹拌混合して分散させることにより、正極活物質インクを調製した。
[Example 1: Production of positive electrode plate]
A lithium-containing composite oxide represented by a composition of LiNi 0.85 Co 0.12 Al 0.03 O 2 having an average particle diameter of 0.8 μm was used as the positive electrode active material. A positive electrode active material ink is prepared by adding 5 parts by mass of a positive electrode active material to 100 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a solvent (dispersion medium), and sufficiently stirring and mixing the mixture. did.

一方、結着剤として呉羽化学(株)製のPVDF「#1320(商品名)」(PVDFを12質量%含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液)を用いた。溶媒であるNMP100質量部に対し、PVDF5質量部(固形分)を添加し、充分に撹拌混合して溶解させることにより、正極結着剤インクを調製した。   On the other hand, PVDF “# 1320 (trade name)” (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution containing 12% by mass of PVDF) manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd. was used as a binder. A positive electrode binder ink was prepared by adding 5 parts by mass (solid content) of PVDF to 100 parts by mass of NMP, which is a solvent, and sufficiently stirring and mixing them to dissolve.

また、導電助剤として平均粒径50nmのアセチレンブラックを用いた。溶媒(分散媒)であるNMP100質量部に対し、アセチレンブラック5質量部を充分に撹拌混合して分散させることにより、正極導電助剤インクを調製した。   In addition, acetylene black having an average particle diameter of 50 nm was used as a conductive aid. A positive electrode conductive additive ink was prepared by sufficiently stirring and mixing 5 parts by mass of acetylene black with respect to 100 parts by mass of NMP as a solvent (dispersion medium).

そして、得られた正極活物質インク、正極導電助剤インク、及び正極結着剤インクを図5に示すようなインクジェット塗布装置20のそれぞれ独立した液室16a,16b,16cに供給した。そして、インクジェット塗布装置20を用いて、正極集電体である厚さ15μm、幅52mm、長さ800mmの長尺のアルミニウム箔の表面に上記各インクを塗布した。なお、塗布は所定の厚さの正極活物質層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を100℃、1時間の条件で乾燥した。同様にして他の一面にも正極活物質層を形成した。そして、乾燥された塗膜をロールプレス機を用いて圧延処理することにより、片側厚さ40μmの正極活物質層が形成された。なお、形成された正極活物質層においては、結着剤は正極活物質層中に全体に均一に3質量%含有されている。また、導電助剤は、上流側の端部における正極活物質層中の導電助剤が10質量%(正極活物質に対する正極導電助剤の質量比率87:10)になるように制御し、下流側の端部における導電助剤濃度が2質量%(同質量比率95:2)になるように制御し、その間で徐々に正極導電助剤濃度が10〜2質量%の範囲で濃度勾配を有するような組成になるように、正極活物質層組成を制御した。このようにして得られた正極板を正極板A1とする。   Then, the obtained positive electrode active material ink, positive electrode conductive assistant ink, and positive electrode binder ink were supplied to independent liquid chambers 16a, 16b, and 16c of the inkjet coating apparatus 20 as shown in FIG. Then, each ink was applied to the surface of a long aluminum foil having a thickness of 15 μm, a width of 52 mm, and a length of 800 mm, which was a positive electrode current collector, using the ink jet coating apparatus 20. In addition, application | coating was repeated in multiple times in order to form the positive electrode active material layer of predetermined thickness. And the formed coating film was dried on 100 degreeC and the conditions for 1 hour. Similarly, a positive electrode active material layer was formed on the other surface. And the positive electrode active material layer with a one side thickness of 40 micrometers was formed by rolling the dried coating film using a roll press machine. In the formed positive electrode active material layer, the binder is uniformly contained in the positive electrode active material layer in an amount of 3% by mass. Further, the conductive auxiliary agent is controlled so that the conductive auxiliary agent in the positive electrode active material layer at the upstream end is 10% by mass (mass ratio of positive electrode conductive auxiliary agent to positive electrode active material is 87:10), and downstream. The concentration of the conductive auxiliary agent at the end on the side is controlled to be 2% by mass (same mass ratio 95: 2), and the concentration of the positive electrode conductive auxiliary agent gradually has a concentration gradient in the range of 10% to 2% by mass therebetween. The composition of the positive electrode active material layer was controlled so as to obtain such a composition. The positive electrode plate thus obtained is referred to as a positive electrode plate A1.

正極板A1に形成された正極活物質層の上流側の空隙率は平均35%であり、導電剤濃度は平均8%であった。また、下流側の空隙率は平均23%であり、導電剤濃度は平均4%であった。   The average porosity of the positive electrode active material layer formed on the positive electrode plate A1 was 35%, and the conductive agent concentration was 8% on average. Further, the porosity on the downstream side was 23% on average, and the conductive agent concentration was 4% on average.

[実施例2:負極板の作製]
負極活物質として平均粒径1μmの人造黒鉛を用いた。溶媒(分散媒)である脱イオン水100質量部に対し、人造黒鉛5質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより分散させた。そして、カルボキシメチルセルロース(CMC)の1質量%水溶液を適量加えて負極活物質インクを調製した。
[Example 2: Production of negative electrode plate]
Artificial graphite having an average particle diameter of 1 μm was used as the negative electrode active material. 5 parts by mass of artificial graphite was added to 100 parts by mass of deionized water as a solvent (dispersion medium), and the mixture was dispersed by sufficiently stirring and mixing. Then, an appropriate amount of a 1% by mass aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) was added to prepare a negative electrode active material ink.

一方、結着剤としてJSR(株)製のスチレンブタジエンゴム(SBR)(固形分40質量%の水性分散液)を用いた。溶媒である脱イオン水100質量部に対し、SBR1質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより溶解させて結着剤インクを調製した。   On the other hand, styrene butadiene rubber (SBR) (an aqueous dispersion having a solid content of 40% by mass) manufactured by JSR Corporation was used as a binder. A binder ink was prepared by adding 1 part by mass of SBR to 100 parts by mass of deionized water as a solvent and dissolving the mixture by sufficiently stirring and mixing.

また、導電助剤として昭和電工(株)製のVGCF(気相法炭素繊維)を用いた。溶媒(分散媒)である脱イオン水100質量部に対し、VGCF2質量部を充分に撹拌混合して分散させ、カルボキシメチルセルロース(CMC)の1質量%水溶液を適量加えて導電助剤インクを調製した。   Moreover, VGCF (gas phase method carbon fiber) manufactured by Showa Denko KK was used as a conductive additive. To 100 parts by mass of deionized water, which is a solvent (dispersion medium), 2 parts by mass of VGCF was sufficiently stirred and mixed to disperse, and an appropriate amount of a 1% by mass aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) was added to prepare a conductive auxiliary ink. .

そして、得られた負極活物質インク、導電助剤インク、及び結着剤インクを図5に示すようなインクジェット塗布装置20のそれぞれ独立した液室16a,16b,16cに供給した。そして、インクジェット塗布装置20を用いて、負極集電体である厚さ10μm、幅56mm、長さ900mmの銅箔の表面に上記各インクを塗布した。なお、塗布は所定の厚さの負極活物質層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を100℃、1時間の条件で乾燥した。同様にして他の一面にも負極活物質層を形成した。そして、乾燥された塗膜をロールプレス機を用いて圧延処理することにより、片側厚さ50μmの負極活物質層が形成された。なお、形成された負極活物質層においては、負極結着剤は活物質層中に全体に均一に1質量%含有されている。また、形成された負極活物質層においては、上流側の端部における負極活物質層中の導電助剤を5質量%(負極活物質に対する負極導電助剤の質量比率94:5)になるように制御し、下流側の端部における導電助剤濃度を0.5質量%(同質量比率98.5:1)に制御し、その間で徐々に導電助剤濃度が5〜0.5質量%の範囲で濃度勾配を有するような組成になるように、負極活物質層組成を制御した。このようにして得られた負極板を負極板B1とする。   Then, the obtained negative electrode active material ink, conductive additive ink, and binder ink were supplied to independent liquid chambers 16a, 16b, and 16c of the inkjet coating apparatus 20 as shown in FIG. And each said ink was apply | coated to the surface of copper foil of thickness 10 micrometers, width 56mm, and length 900mm which is a negative electrode collector using the inkjet coating device 20. FIG. In addition, application | coating was repeated in multiple times in order to form the negative electrode active material layer of predetermined thickness. And the formed coating film was dried on 100 degreeC and the conditions for 1 hour. Similarly, a negative electrode active material layer was formed on the other surface. And the negative electrode active material layer with a thickness of 50 μm on one side was formed by rolling the dried coating film using a roll press machine. In the formed negative electrode active material layer, the negative electrode binder is uniformly contained in the active material layer in an amount of 1% by mass. In the formed negative electrode active material layer, the conductive auxiliary in the negative electrode active material layer at the upstream end is 5% by mass (mass ratio of negative electrode conductive auxiliary to negative electrode active material 94: 5). The concentration of the conductive auxiliary agent at the downstream end is controlled to 0.5% by mass (same mass ratio 98.5: 1), and the conductive auxiliary agent concentration is gradually reduced to 5 to 0.5% by mass therebetween. The negative electrode active material layer composition was controlled so as to have a composition having a concentration gradient in the above range. The negative electrode plate thus obtained is referred to as a negative electrode plate B1.

負極板B1に形成された負極活物質層の上流側の空隙率は平均36%であり、導電剤濃度は平均4%であった。また、下流側の空隙率は平均24%であり、導電剤濃度は平均2%であった。   The porosity on the upstream side of the negative electrode active material layer formed on the negative electrode plate B1 was an average of 36%, and the conductive agent concentration was an average of 4%. Further, the porosity on the downstream side was 24% on average, and the conductive agent concentration was 2% on average.

[比較例1:正極板A2の製造]
実施例1で用いたものと同様の、リチウム含有複合酸化物1kg、PVDF250g、アセチレンブラック60g、及び適量のNMPを、双腕式練合機にて攪拌することにより正極合剤ペーストを調製した。このペーストを実施例1で用いたものと同様の正極集電体であるアルミニウム箔の両面にダイコーターを用いて均一に塗布し、乾燥後ロールプレスして、厚さ40μmの正極活物質層を形成した。このようにして得られた正極板を正極板A2とする。正極板A2は、正極活物質層の全体に渡って、均一に3質量%の結着剤と6質量%の導電助剤であるアセチレンブラックを含有し、正極活物質層全体としての組成は、正極板A1に形成された正極活物質組成と同様であった。
[Comparative Example 1: Production of positive electrode plate A2]
A positive electrode mixture paste was prepared by stirring 1 kg of lithium-containing composite oxide, 250 g of PVDF, 60 g of acetylene black, and an appropriate amount of NMP, which were the same as those used in Example 1, with a double-arm kneader. This paste was applied uniformly on both sides of an aluminum foil as a positive electrode current collector similar to that used in Example 1, using a die coater, dried and then roll-pressed to form a positive electrode active material layer having a thickness of 40 μm. Formed. The positive electrode plate thus obtained is referred to as a positive electrode plate A2. The positive electrode plate A2 uniformly contains 3% by mass of a binder and 6% by mass of acetylene black, which is a conductive additive, over the entire positive electrode active material layer. The composition of the positive electrode active material formed on the positive electrode plate A1 was the same.

また、正極板A1に形成された正極活物質層の空隙率は上流側と下流側で一定であり、29%であった。   The porosity of the positive electrode active material layer formed on the positive electrode plate A1 was constant on the upstream side and the downstream side, and was 29%.

[比較例2:負極板B2の製造]
実施例2で用いたものと同様の、人造黒鉛1kg、スチレンブタジエンゴム(SBR)25g、VGCF27g、CMC10g、及び適量の脱イオン水を、双腕式練合機にて攪拌することによりペーストを調製した。このペーストを実施例2で用いたものと負極集電体である厚さ10μmの銅箔の両面にダイコーターを用いて均一に塗布し、乾燥した。その後、塗膜をロールプレスして、負極活物質層を形成した。このようにして得られた負極板を負極板B2とする。負極板B2は、負極活物質層の全体に渡って、均一に1質量%の結着剤と2.7質量%の導電助剤であるVGCFを含有し、負極活物質層全体としての組成は、負極板B1に形成された負極活物質組成と同様であった。
[Comparative Example 2: Production of negative electrode plate B2]
A paste was prepared by stirring 1 kg of artificial graphite, 25 g of styrene butadiene rubber (SBR), 27 g of VGCF, 10 g of CMC, and an appropriate amount of deionized water similar to those used in Example 2 in a double-arm kneader. did. This paste was applied uniformly on both sides of the paste used in Example 2 and a copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector using a die coater and dried. Thereafter, the coating film was roll-pressed to form a negative electrode active material layer. The negative electrode plate thus obtained is referred to as a negative electrode plate B2. The negative electrode plate B2 uniformly contains 1% by mass of binder and 2.7% by mass of VGCF, which is a conductive auxiliary agent, throughout the negative electrode active material layer. The composition of the negative electrode active material formed on the negative electrode plate B1 was the same.

また、負極板B2に形成された負極活物質層の空隙率は上流側と下流側で一定であり、30%であった。   The porosity of the negative electrode active material layer formed on the negative electrode plate B2 was constant on the upstream side and the downstream side, and was 30%.

[実施例3:電池αの作製及び評価]
(I)電解液の調製
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを、体積比1:3で含む混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度で溶解し、非水電解液を調製した。
(II)電池の組立
正極板A1と負極板B1とを、厚さ20μm、幅60mm、長さ2000mmの微多孔性ポリエチレンシートを介して捲回し、図1に示すような渦巻状の電極群を構成した。
[Example 3: Production and evaluation of battery α]
(I) Preparation of electrolyte solution Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 1: 3, and non-aqueous An electrolyte solution was prepared.
(II) Battery assembly The positive electrode plate A1 and the negative electrode plate B1 are wound through a microporous polyethylene sheet having a thickness of 20 μm, a width of 60 mm, and a length of 2000 mm to form a spiral electrode group as shown in FIG. Configured.

正極板A1と負極板B1には、アルミニウム製の正極リードおよびニッケル製の負極リードをそれぞれ取り付けた。この電極群の上面に上部絶縁板、下面に下部絶縁板を配して、電池ケース内に挿入し、さらに5gの非水電解液を電池ケース内に注液した。その後、周囲にガスケットを配した封口板と、正極リードとを導通させ、電池ケースの開口部を封口板で封口した。こうして、円筒型18650のリチウムイオン二次電池である電池αを完成させた。
(III)電池の評価
電池αについて、下記の方法で電池の寿命特性を評価した。
A positive electrode lead made of aluminum and a negative electrode lead made of nickel were attached to the positive electrode plate A1 and the negative electrode plate B1, respectively. An upper insulating plate was disposed on the upper surface of this electrode group, and a lower insulating plate was disposed on the lower surface. The electrode group was inserted into the battery case, and 5 g of nonaqueous electrolyte was injected into the battery case. Then, the sealing board which arranged the gasket around and the positive electrode lead were made to conduct, and the opening of the battery case was sealed with the sealing board. Thus, a battery α which is a cylindrical 18650 lithium ion secondary battery was completed.
(III) Evaluation of Battery The battery α was evaluated for battery life characteristics by the following method.

下記表1に示す条件で25℃において充放電サイクル試験を500サイクル行い、試験後電池のサイクル試験前の状態に対する容量維持率を評価した。   The charge / discharge cycle test was conducted 500 cycles at 25 ° C. under the conditions shown in Table 1 below, and the capacity retention rate of the post-test battery before the cycle test was evaluated.

Figure 2011165388
Figure 2011165388

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2011165388
Figure 2011165388

[実施例4及び5、比較例1:電池β〜δの作製]
表2に示すように、正極板A1または負極板B1に代えて、上述した正極板A2または負極板B2をそれぞれ用いた以外は実施例3と同様にして電極群を製造し、また、リチウムイオン二次電池を得た。得られたリチウムイオン二次電池をそれぞれ電池β〜δとする。そして、電池β〜δを実施例3の電池αの評価と同様にして評価した。結果を表2に示す。
[Examples 4 and 5, Comparative Example 1: Production of batteries β to δ]
As shown in Table 2, an electrode group was produced in the same manner as in Example 3 except that the positive electrode plate A2 or the negative electrode plate B2 described above was used instead of the positive electrode plate A1 or the negative electrode plate B1, respectively. A secondary battery was obtained. The obtained lithium ion secondary batteries are referred to as batteries β to δ, respectively. Then, the batteries β to δ were evaluated in the same manner as the evaluation of the battery α of Example 3. The results are shown in Table 2.

表2の結果に示したように、正極として実施例1で得られた正極板A1を用い、負極として実施例2で得られた負極板B1を用いた実施例3の電池αは、充放電サイクル500サイクル後の容量維持率が89%であり、寿命特性に優れた電池であった。また、正極として正極板A1を用い、負極として全面に渡って均質な活物質層が形成された負極板B2を用いた実施例4の電池β、及び、負極として負極板B1を用い、正極として全面に渡って均質な活物質層が形成された正極板A2を用いた実施例5の電池γのいずれも、充放電サイクル500サイクル後の容量維持率が高かった。   As shown in the results of Table 2, the battery α of Example 3 using the positive electrode plate A1 obtained in Example 1 as the positive electrode and the negative electrode plate B1 obtained in Example 2 as the negative electrode was charged / discharged. The capacity retention rate after 500 cycles was 89%, and the battery had excellent life characteristics. Further, the positive electrode plate A1 was used as the positive electrode, the negative electrode plate B2 in which the homogeneous active material layer was formed over the entire surface as the negative electrode, the battery β of Example 4, and the negative electrode plate B1 as the negative electrode. All of the batteries γ of Example 5 using the positive electrode plate A2 on which the homogeneous active material layer was formed over the entire surface had a high capacity retention rate after 500 charge / discharge cycles.

一方、導電剤組成が全体に渡って均一な活物質層を有する正極板A2及び負極板B2を用いた電池δは、充放電サイクル500サイクル後の容量維持率が73%であり、電池α〜γに比べて寿命特性が劣っていた。また、サイクル試験後の電池α及び電池δを分解して極板を観察したところ、電池δの極板では、活物質層の色や剥離が活物質層全般に渡って不均一であったが、電池αの極板では比較的均一であった。   On the other hand, the battery δ using the positive electrode plate A2 and the negative electrode plate B2 having a uniform active material layer throughout the conductive agent composition has a capacity retention rate of 73% after 500 charge / discharge cycles, and the battery α˜ The life characteristics were inferior to γ. Further, when the electrode α was observed by disassembling the battery α and the battery δ after the cycle test, the color and peeling of the active material layer were not uniform over the active material layer in general in the electrode plate of the battery δ. The electrode plate of the battery α was relatively uniform.

本発明によれば、多数サイクルの充放電を繰り返した後でも高い容量を維持できるリチウムイオン二次電池を得ることができる。このようなリチウムイオン二次電池は、全長が長い極板群を備える電池においてより高い効果を発揮するために、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の電源としての用いられる大型リチウムイオン二次電池として好ましく用いられる。また、より小型化されて活物質の充填密度および電極群の緊迫率が高い、民生用のリチウムイオン二次電池においても好ましく用いられる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery which can maintain a high capacity | capacitance even after repeating many cycles charging / discharging can be obtained. Such a lithium ion secondary battery is, for example, a large lithium used as a power source for an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, etc., in order to exert a higher effect in a battery including a long electrode plate group. It is preferably used as an ion secondary battery. Further, it is also preferably used in a consumer lithium ion secondary battery that is further downsized and has a high packing density of the active material and a high tension rate of the electrode group.

1a 正極集電体、2a 正極活物質層、3a 正極活物質、4a 導電助剤、5a 結着剤、7 無機粒子、9 セパレータ、10 電極群、10a 正極板、10b 負極板、11a,11b,11c インクジェットノズル、13 正極活物質インク、14 導電助剤インク、15 結着剤インク、16a,16b,16c 液室、17a,17b,17c インク供給ライン、20 インクジェット塗布装置、21 コンピュータ、40 電池ケース、41 封口板、42 ガスケット、43 正極リード、44 負極リード、100 リチウムイオン二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Positive electrode collector, 2a Positive electrode active material layer, 3a Positive electrode active material, 4a Conductive support agent, 5a Binder, 7 Inorganic particle, 9 Separator, 10 Electrode group, 10a Positive electrode plate, 10b Negative electrode plate, 11a, 11b, 11c Inkjet nozzle, 13 Positive electrode active material ink, 14 Conductive auxiliary ink, 15 Binder ink, 16a, 16b, 16c Liquid chamber, 17a, 17b, 17c Ink supply line, 20 Inkjet coating device, 21 Computer, 40 Battery case , 41 Sealing plate, 42 Gasket, 43 Positive electrode lead, 44 Negative electrode lead, 100 Lithium ion secondary battery

Claims (8)

長尺の集電体シートと、前記集電体シートの表面に形成された電極活物質層とを備え、
前記電極活物質層はリチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質粒子と、導電助剤と、前記電極活物質粒子及び前記導電助剤を結着する結着剤とを含有し、
前記電極活物質層の長手方向において、その長手方向の半分側を上流側、他の半分側を下流側とした場合、前記上流側の空隙率が前記下流側の空隙率よりも高く、かつ、前記電極活物質に対する前記導電助剤の含有比率が前記下流側よりも前記上流側の方が高くなるように形成されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極。
A long current collector sheet, and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector sheet,
The electrode active material layer contains electrode active material particles that occlude and release lithium ions, a conductive aid, and a binder that binds the electrode active material particles and the conductive aid,
In the longitudinal direction of the electrode active material layer, when the half side in the longitudinal direction is the upstream side and the other half side is the downstream side, the porosity on the upstream side is higher than the porosity on the downstream side, and An electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the content ratio of the conductive additive to the electrode active material is higher on the upstream side than on the downstream side.
前記集電体シートの下流側の端部から上流側の端部にかけて、前記電極活物質層の空隙率が徐々に高くなり、かつ、前記電極活物質に対する前記導電助剤の含有比率が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   From the downstream end to the upstream end of the current collector sheet, the porosity of the electrode active material layer gradually increases, and the content ratio of the conductive additive to the electrode active material gradually increases. It forms so that it may become high, The electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記導電助剤は非球状または繊維状の形状を有する請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the conductive additive has a non-spherical or fibrous shape. 前記導電助剤が繊維状の形状を有する請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the conductive additive has a fibrous shape. 前記導電助剤がクサビ状、扁平状、りん片状から選ばれる非球状の形状を有する請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the conductive additive has a non-spherical shape selected from a wedge shape, a flat shape, and a flake shape. 前記電極活物質粒子が、前記導電助剤の平均粒子径の2〜20倍の平均粒子径を有する請求項1〜5の何れか1項に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrode active material particles have an average particle diameter of 2 to 20 times the average particle diameter of the conductive additive. 正極と負極と前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレータとを捲回させてなるリチウムイオン二次電池用電極群であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方は、請求項1〜6の何れか1項に記載の電極であり、前記上流側を捲回中心側に配置したことを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極群。
An electrode group for a lithium ion secondary battery obtained by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode,
At least one of the positive electrode or the negative electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the upstream side is disposed on a winding center side, and the electrode for a lithium ion secondary battery group.
電池ケースに、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用電極群と非水電解質を収容してなることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery, wherein the battery case contains the electrode group for a lithium ion secondary battery according to claim 7 and a nonaqueous electrolyte.
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