JP2019160512A - Method for manufacturing lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
【課題】結着剤を含まない電極活物質層を有する電極を用いた場合であっても、電池ケース内に圧力を加える機構を組み込むことなく優れたサイクル特性を発揮することができるリチウムイオン電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層された積層単位に対して少なくとも1回以上の充電操作を行う予備充電工程を含むリチウムイオン電池の製造方法であって、上記負極活物質層は、上記負極活物質粒子の非結着体であり、上記予備充電工程を、上記積層単位に対して、2.5〜10kgf/cm2の荷重を付加した状態で行うことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。【選択図】 なしA lithium ion battery capable of exhibiting excellent cycle characteristics without incorporating a mechanism for applying pressure in a battery case even when an electrode having an electrode active material layer containing no binder is used. A method of manufacturing the same is provided. Preliminary charging in which a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles are charged at least once or more with respect to a laminated unit laminated via a separator. A method for manufacturing a lithium-ion battery including a step, wherein the negative electrode active material layer is a non-binding body of the negative electrode active material particles, and the preliminary charging step is performed in a range of 2.5 to A method for manufacturing a lithium ion battery, which is carried out under a load of 10 kgf/cm 2. [Selection diagram] None
Description
本発明は、リチウムイオン電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion battery.
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池ともいう)に注目が集まっている。 In recent years, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired for environmental protection. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and we are eager to develop secondary batteries for motor drives that hold the key to their practical application. Has been done. As a secondary battery, attention is focused on a lithium ion battery (also referred to as a lithium ion secondary battery) that can achieve high energy density and high output density.
このようなリチウムイオン電池を製造する方法としては、例えば、まず、正極活物質を含む正極活物質層と、負極活物質を含む負極活物質層をセパレータを介して配置した積層体(積層単位ともいう)を準備し、この積層体を電池外装体に収容した後、非水電解液を注液して封止する方法が挙げられる。 As a method for manufacturing such a lithium ion battery, for example, first, a laminate in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material are arranged via a separator (also referred to as a laminate unit). And the laminated body is accommodated in the battery exterior body, and then a nonaqueous electrolytic solution is injected and sealed.
組み立てられたリチウムイオン電池は、まず充放電を数回繰り返すことによって電池特性を安定化させる(予備充電工程又はエージングともいう)。初回充電では、負極活物質の表面で非水電解液の分解に伴ってガスが発生する。このガスを収容体の外に排出すること、及び、内部抵抗を低下させることを目的として、予備充電工程において積層体を加圧する方法が知られている。
例えば特許文献1には、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる扁平な発電要素を外装体の外側から0.49×10−2〜24.5×10−2MPaの圧力で加圧した状態で初回充電を行う方法が開示されている。
また、特許文献2には、電池ケース内にアルゴン等の流体を加圧封入することによって、積層体に静水圧を加える機構を組み込む方法が開示されている。
The assembled lithium ion battery first stabilizes battery characteristics by repeating charging and discharging several times (also referred to as a precharging process or aging). In the first charge, gas is generated on the surface of the negative electrode active material as the non-aqueous electrolyte is decomposed. For the purpose of discharging this gas to the outside of the container and reducing the internal resistance, a method of pressurizing the laminated body in the preliminary charging step is known.
For example, in Patent Document 1, a flat power generation element formed by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween is applied at a pressure of 0.49 × 10 −2 to 24.5 × 10 −2 MPa from the outside of the exterior body. A method of performing initial charge in a pressurized state is disclosed.
Patent Document 2 discloses a method of incorporating a mechanism for applying a hydrostatic pressure to a laminate by pressurizing and sealing a fluid such as argon in a battery case.
特許文献1、2では正極活物質層及び負極活物質層がそれぞれ結着剤で固められている。一方で、電池に応力がかかった場合であっても活物質層に欠陥が生じない電池として、特許文献3には、結着剤を用いないで、正極活物質層及び負極活物質層をそれぞれ活物質粒子の非結着体としたリチウムイオン電池用電極が開示されている。 In Patent Documents 1 and 2, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are each hardened with a binder. On the other hand, as a battery in which a defect does not occur in the active material layer even when stress is applied to the battery, Patent Document 3 discloses a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, respectively, without using a binder. An electrode for a lithium ion battery in which active material particles are not bound is disclosed.
特許文献2に記載された方法のように、積層体に静水圧を加える構成を電池ケース内に組み込んでしまうと、リチウムイオン電池のエネルギー密度(電池ケースあたりの容量)を大きくできないという問題があった。また、特許文献3に記載されたような結着剤を含まない活物質層を有する電極に対して特許文献1に記載された方法を適用すると、充分にエージング処理が行われずにサイクル特性等の電池性能が悪化しやすくなるという問題があった。 If a configuration in which a hydrostatic pressure is applied to the laminate as in the method described in Patent Document 2 is incorporated in the battery case, there is a problem that the energy density (capacity per battery case) of the lithium ion battery cannot be increased. It was. Further, when the method described in Patent Document 1 is applied to an electrode having an active material layer that does not contain a binder as described in Patent Document 3, the aging treatment is not performed sufficiently, and cycle characteristics and the like are not performed. There has been a problem that battery performance tends to deteriorate.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、結着剤を含まない電極活物質層を有する電極を用いた場合であっても、電池ケース内に圧力を加える機構を組み込むことなく優れたサイクル特性を発揮することができるリチウムイオン電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is excellent without incorporating a mechanism for applying pressure into the battery case even when an electrode having an electrode active material layer that does not contain a binder is used. It is an object of the present invention to provide a method for producing a lithium ion battery that can exhibit cycle characteristics.
本発明は、正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層された積層単位に対して少なくとも1回以上の充電操作を行う予備充電工程を含むリチウムイオン電池の製造方法であって、上記負極活物質層は、上記負極活物質粒子の非結着体であり、上記予備充電工程を、上記積層単位に対して、2.5〜10kgf/cm2の荷重を付加した状態で行うことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法に関する。 The present invention relates to precharging in which a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles are subjected to a charging operation at least once for a laminate unit laminated via a separator. The negative electrode active material layer is a non-binding body of the negative electrode active material particles, and the preliminary charging step is performed with respect to the laminated unit from 2.5 to 2.5. The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion battery, which is performed in a state where a load of 10 kgf / cm 2 is applied.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法では、結着剤を含まない電極活物質層を有する電極を用いた場合であっても、電池ケース内に圧力を加える機構を組み込むことなく優れたサイクル特性を発揮することができるリチウムイオン電池の製造方法を提供することができる。 In the method for producing a lithium ion battery of the present invention, even when an electrode having an electrode active material layer that does not contain a binder is used, excellent cycle characteristics can be obtained without incorporating a mechanism for applying pressure in the battery case. A method of manufacturing a lithium ion battery that can be exhibited can be provided.
以下、本発明のリチウムイオン電池の製造方法について具体的に説明する。 Hereafter, the manufacturing method of the lithium ion battery of this invention is demonstrated concretely.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法では、正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層された積層単位に対して、2.5〜10kgf/cm2の荷重を付加した状態で予備充電工程を行う。
この時、負極活物質層は負極活物質粒子の非結着体である。
In the method for producing a lithium ion battery of the present invention, the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material particles and the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material particles are 2.5 the preliminary charging process while adding a load of ~10kgf / cm 2.
At this time, the negative electrode active material layer is a non-binding body of negative electrode active material particles.
負極活物質粒子からなる非結着体である負極活物質層では、負極活物質粒子が負極活物質層中でその位置を固定されておらず、ある程度自由に移動することができる。そのため、初回充電により発生したガスの一部は負極活物質層の構造の変化を伴う排出経路の形成を行いながら排出されるが、ガスの一部は負極活物質粒子の表面に残存することがあると考えられる。
ガス排出に伴う負極活物質層の構造変化は導電パスの消失や不均一化に繋がる場合があり、また負極活物質粒子表面に残存したガスによって負極活物質粒子の表面でのSEI膜の均一な形成を阻害されてサイクル特性が悪化することが推察される。
In the negative electrode active material layer, which is a non-binding body made of negative electrode active material particles, the position of the negative electrode active material particles is not fixed in the negative electrode active material layer, and can move freely to some extent. Therefore, a part of the gas generated by the first charge is discharged while forming a discharge path accompanied by a change in the structure of the negative electrode active material layer, but a part of the gas may remain on the surface of the negative electrode active material particles. It is believed that there is.
The structural change of the negative electrode active material layer due to gas discharge may lead to the disappearance or non-uniformity of the conductive path, and the gas remaining on the surface of the negative electrode active material particles causes the uniform SEI film on the surface of the negative electrode active material particles. It is inferred that the formation is inhibited and the cycle characteristics deteriorate.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法においては、積層単位に2.5〜10kgf/cm2の荷重が付加されるため、正極活物質粒子及び負極活物質粒子(以下、まとめて電極活物質粒子ともいう)の位置が固定され、充電反応で発生したガスによって電極活物質粒子が移動することを抑制でき、導電パスの不均一化が起こらない。また、負極活物質粒子表面に上記ガスが残留することもなくなり、負極活物質粒子の表面に均一なSEI膜が形成されると考えられる。
このSEI膜は、初回の充電操作によって形成された後は、放電操作を行っても完全に失われることなく、負極反応の反応場として機能する。従って、荷重を開放した後であってもサイクル特性が劣化することがない。
In the method for producing a lithium ion battery according to the present invention, a load of 2.5 to 10 kgf / cm 2 is applied to the stack unit, so that positive electrode active material particles and negative electrode active material particles (hereinafter collectively referred to as electrode active material particles). )) Is fixed, and the movement of the electrode active material particles by the gas generated by the charging reaction can be suppressed, and the conductive path does not become non-uniform. Further, it is considered that the gas does not remain on the surface of the negative electrode active material particles, and a uniform SEI film is formed on the surface of the negative electrode active material particles.
After this SEI film is formed by the first charging operation, it is not lost even if the discharging operation is performed, and functions as a reaction field for the negative electrode reaction. Therefore, the cycle characteristics do not deteriorate even after the load is released.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法において、予備充電工程では、積層単位に対して2.5〜10kgf/cm2の荷重を付加した状態で、少なくとも1回以上の充電操作を行う。
予備充電工程における積層単位に対する負荷が2.5kgf/cm2未満であると電極活物質粒子の位置を固定する効果が小さく、導電パスの不均一化を抑制することができない。一方、予備充電工程における積層単位に対する負荷が10kgf/cm2を超えると非結着体である負極活物質層を含んだ積層単位が大きく変形してしまう。
In the method for manufacturing a lithium ion battery of the present invention, in the preliminary charging step, at least one charging operation is performed in a state where a load of 2.5 to 10 kgf / cm 2 is applied to the stack unit.
If the load on the stacked unit in the precharging step is less than 2.5 kgf / cm 2 , the effect of fixing the position of the electrode active material particles is small, and the non-uniformity of the conductive path cannot be suppressed. On the other hand, when the load on the laminated unit in the precharging step exceeds 10 kgf / cm 2 , the laminated unit including the negative electrode active material layer which is a non-binding body is greatly deformed.
上記条件で予備充電工程を行うことにより、上述したように負極活物質粒子の表面に均一なSEI膜が形成されるため、サイクル特性が劣化しにくい。さらに、負極活物質層が負極活物質粒子の非結着体であるため、荷重を増やしすぎると負極活物質層が破損・剥離するという問題も生じない。
従って、本発明のリチウムイオン電池の製造方法では、結着剤を含まない電極活物質層を有する電極を用いた場合であっても、電池ケース内に圧力を加える機構を組み込むことなく優れたサイクル特性を発揮することができるリチウムイオン電池を提供することができる。
By performing the precharging step under the above conditions, a uniform SEI film is formed on the surface of the negative electrode active material particles as described above, and thus the cycle characteristics are not easily deteriorated. Furthermore, since the negative electrode active material layer is a non-binding body of negative electrode active material particles, there is no problem that the negative electrode active material layer is damaged or peeled off if the load is increased excessively.
Therefore, in the method for producing a lithium ion battery of the present invention, even when an electrode having an electrode active material layer not containing a binder is used, an excellent cycle can be achieved without incorporating a mechanism for applying pressure in the battery case. A lithium ion battery capable of exhibiting characteristics can be provided.
予備充電工程は、正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層された積層単位を集電体の間に配置し、積層単位に上記の荷重を付加した状態で1回以上の充電操作を実施することで行う。
予備充電工程において積層単位に荷重を付加する方法は特に限定されないが、積層単位の積層方向の両面に集電体を配置した状態で、集電体ごと金属やゴム製の治具で挟んで荷重を付加する方法や、集電体の間に配置した積層単位を非水電解液中に浸漬させ、そのまま非水電解液を加圧することで、積層単位を静水圧により加圧する方法が挙げられる。
なお、積層単位に対して直接荷重を付加する必要はなく、例えば、積層単位を集電体で覆った状態や、積層単位を電池外装体内に収容した状態で、集電体や電池外装体を介して積層単位に荷重を付加してもよい。
1回目の充電操作を行った後、積層単位に対する荷重は必要ないので、1回目の充電操作が終わり次第、荷重を開放してもよい。
In the precharging step, a stack unit in which a positive electrode active material layer including positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer including negative electrode active material particles are stacked via a separator is disposed between current collectors, It is performed by carrying out one or more charging operations with the above load applied.
The method of applying a load to the stack unit in the pre-charging process is not particularly limited, but with the current collector disposed on both sides in the stacking direction of the stack unit, the load is sandwiched between the current collector and a metal or rubber jig. And a method of pressurizing the laminated unit by hydrostatic pressure by immersing the laminated unit disposed between the current collectors in a nonaqueous electrolytic solution and pressurizing the nonaqueous electrolytic solution as it is.
In addition, it is not necessary to apply a load directly to the stacked unit. For example, in a state where the stacked unit is covered with a current collector or a stacked unit is accommodated in the battery outer body, A load may be applied to the stacked unit.
After the first charging operation is performed, a load on the stack unit is not necessary, and thus the load may be released as soon as the first charging operation is completed.
予備充電工程において、積層単位の周囲を減圧してもよい。
積層単位の周囲を減圧しながら予備充電工程を行うことで、初回充電により発生したガスを負極活物質粒子の表面から速やかに排出することができる。
上記減圧条件は特に限定されないが、例えば0.01〜0.5atmが好ましい。
In the preliminary charging step, the pressure around the stack unit may be reduced.
By performing the preliminary charging step while reducing the pressure around the stack unit, the gas generated by the initial charging can be quickly discharged from the surface of the negative electrode active material particles.
Although the said pressure reduction conditions are not specifically limited, For example, 0.01-0.5 atm is preferable.
予備充電工程は、積層単位を構成する正極活物質層、負極活物質層及びセパレータに非水電解液が含浸された状態で行う。非水電解液の量は、充電操作が行える程度の量であれば特に限定されないが、積層単位が有する空隙全体が非水電解液で満たされていることが好ましい。 The precharging step is performed in a state in which the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the separator constituting the laminated unit are impregnated with the nonaqueous electrolytic solution. The amount of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it can be charged. However, it is preferable that the entire gap of the laminated unit is filled with the non-aqueous electrolyte.
予備充填工程における充電操作としては、正極の電位が4.2V(vs.Li/Li+)となるまで充電する充電工程を行うことが望ましい。
また予備充電工程における放電操作としては、正極の電位が0.01V(vs.Li/Li+)となるまで放電することが望ましい。
上記充電操作における電流量(Cレート)は特に限定されないが、0.01〜1Cであることが好ましく、0.05〜0.1Cであることがより好ましい。
As the charging operation in the preliminary filling step, it is desirable to perform a charging step of charging until the potential of the positive electrode becomes 4.2 V (vs. Li / Li + ).
Further, as a discharging operation in the preliminary charging step, it is desirable to discharge until the potential of the positive electrode becomes 0.01 V (vs. Li / Li + ).
The amount of current (C rate) in the charging operation is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1C, and more preferably 0.05 to 0.1C.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法は、予備充電工程の前に、正極活物質層、セパレータ及び負極活物質層に非水電解液を含浸させる含浸工程をさらに有していてもよい。
非水電解液の電解質濃度は特に限定されないが、1.2〜4.5mol/Lであることが好ましい。
The method for producing a lithium ion battery of the present invention may further include an impregnation step of impregnating the positive electrode active material layer, the separator, and the negative electrode active material layer with a non-aqueous electrolyte before the precharging step.
The electrolyte concentration of the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 1.2 to 4.5 mol / L.
上記の予備充電工程は、積層単位を電池外装体に収容することなく行ってもよく、積層単位を電池外装体に収容した後に行ってもよい。
電池外装体に積層単位を収容することなく予備充電工程を行う場合には、予備充電工程を行った積層単位を、電池外装体等に収容することにより、リチウムイオン電池を製造することができる。
また、積層単位を電池外装体に収容した状態で予備充電工程を行った場合には、電池外装体を封止することでリチウムイオン電池が得られる。なお、既に電池外装体が封止された状態で予備充電工程を行った場合には、予備充電工程の終了によってリチウムイオン電池が得られる。
The preliminary charging step may be performed without accommodating the stack unit in the battery outer package, or may be performed after the stack unit is stored in the battery outer package.
In the case where the preliminary charging process is performed without accommodating the stack unit in the battery outer package, the lithium ion battery can be manufactured by storing the stacked unit subjected to the precharge process in the battery outer package or the like.
In addition, when the preliminary charging step is performed in a state where the laminated unit is accommodated in the battery outer body, a lithium ion battery can be obtained by sealing the battery outer body. In addition, when the preliminary charging process is performed in a state where the battery outer package is already sealed, a lithium ion battery is obtained by completing the preliminary charging process.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法において、予備充電工程で使用された非水電解液をリチウムイオン電池の非水電解液として使用してもよいし、予備充電工程の終了後に、非水電解液を交換してもよい。 In the method for producing a lithium ion battery of the present invention, the nonaqueous electrolytic solution used in the preliminary charging step may be used as the nonaqueous electrolytic solution of the lithium ion battery. May be replaced.
予備充電工程において充電操作を行う対象となる積層単位について説明する。
積層単位は、正極活物質粒子を含む正極活物質層と、負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層されてなる。
さらに、負極活物質層は、負極活物質粒子の非結着体である。
A description will be given of the stack unit to be charged in the preliminary charging step.
The lamination unit is formed by laminating a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles via a separator.
Furthermore, the negative electrode active material layer is a non-binding body of negative electrode active material particles.
負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合は30〜70体積%であることが好ましい。負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合がこの範囲にあると、初回充電により発生したガスの排出が良好に行えるため好ましい。
負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合は、負極活物質層の外形から計算される体積に対する負極活物質層中に含まれる負極活物質粒子の重量と、負極活物質粒子の真密度から計算される体積の割合として計算することができる。
なお、負極活物質粒子が後述する被覆負極活物質粒子である場合、負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合とは、負極活物質層に含まれる被覆負極活物質粒子の体積割合を意味する。
また、負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合とは、予備充電工程において積層単位への荷重の付加を実施する前の負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合である。
The volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer is preferably 30 to 70% by volume. When the volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer is within this range, it is preferable because the gas generated by the initial charge can be discharged well.
The volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer depends on the weight of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer relative to the volume calculated from the outer shape of the negative electrode active material layer, and the true value of the negative electrode active material particles. It can be calculated as a percentage of the volume calculated from the density.
When the negative electrode active material particles are coated negative electrode active material particles described later, the volume ratio of the negative electrode active material particles included in the negative electrode active material layer is the volume ratio of the coated negative electrode active material particles included in the negative electrode active material layer. Means.
Further, the volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer is the volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer before the load is applied to the lamination unit in the preliminary charging step. is there.
積層単位に対して荷重を付加する前の負極活物質層の厚さは特に限定されないが、エネルギー密度を向上させる観点から200〜750μmであることが好ましい。 Although the thickness of the negative electrode active material layer before applying a load with respect to a lamination | stacking unit is not specifically limited, It is preferable that it is 200-750 micrometers from a viewpoint of improving an energy density.
積層単位を得る方法としては、例えば、正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とを別々に作製し、セパレータを介して積層する方法、及び、正極活物質層又は負極活物質層の上に配置したセパレータの上にさらに対極となる活物質層を形成して積層する方法等が挙げられる。
なお、電極活物質粒子からなる電極活物質層のうち、電極活物質層として正極活物質粒子を用いたものが正極活物質層であり、電極活物質層として負極活物質粒子を用いたものが負極活物質層である。以下、正極活物質層及び負極活物質層をまとめて電極活物質層として説明する。
Examples of a method for obtaining a lamination unit include a method in which a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles are separately produced and laminated via a separator, and a positive electrode active material Examples include a method of forming an active material layer as a counter electrode on a separator disposed on the material layer or the negative electrode active material layer and laminating.
Of the electrode active material layers made of electrode active material particles, those using positive electrode active material particles as electrode active material layers are positive electrode active material layers, and those using negative electrode active material particles as electrode active material layers. It is a negative electrode active material layer. Hereinafter, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer will be collectively described as an electrode active material layer.
電極活物質層を作製する方法としては、電極活物質粒子を含む電極活物質層作製用組成物を基板上に塗布する方法、及び、電極活物質粒子を含む電極活物質層作製用組成物を所望の形状に直接成形する方法が挙げられる。
電極活物質層作製用組成物は、電極活物質粒子及び分散媒を混合したスラリーであってもよく、上記スラリーよりも分散媒の量を減らすことで得られる流動性の低い状態(例えばファニキュラー状態やペンデュラー状態とも呼ばれるおからのような半固体状)であってもよい。電極活物質層作製用組成物には、電極活物質粒子及び分散媒のほかに、必要に応じて導電助剤を添加してもよい。
As a method for producing an electrode active material layer, a method for applying an electrode active material layer preparation composition containing electrode active material particles on a substrate, and an electrode active material layer preparation composition containing electrode active material particles A method of directly forming into a desired shape is mentioned.
The composition for preparing an electrode active material layer may be a slurry in which electrode active material particles and a dispersion medium are mixed, and is in a state of low fluidity obtained by reducing the amount of the dispersion medium as compared to the slurry (for example, funicular) A semi-solid state such as okara which is also called a state or a pendulum state). In addition to the electrode active material particles and the dispersion medium, a conductive additive may be added to the composition for preparing an electrode active material layer as necessary.
電極活物質が負極活物質の場合、上記電極活物質層作製用組成物には、公知のリチウムイオン電池に含まれるポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のバインダ(以下、電池用バインダともいう)を添加しない。また、電極活物質が正極活物質の場合、上記電極活物質層作製用組成物には、上記電池用バインダを添加しても添加しなくてもよいが、添加しないことが好ましい。
電極活物質が負極活物質の場合、すなわち負極活物質層を作製する際の分散液に電池用バインダを添加してしまうと、負極活物質層が負極活物質粒子の非結着体とならない。
負極活物質層が結着体であると、初回充電時に発生するガスが充分に排出されないことに起因して、負極活物質粒子の表面に均一なSEI膜が形成されなくなる。他方、正極活物質粒子の表面にはSEI膜は形成されないため、正極活物質層が結着体であったとしても、上述したSEI膜の問題は発生しない。
ただし、負極活物質層だけでなく正極活物質層も非結着体であると、電池が変形した場合にいずれの電極活物質層にも欠陥が生じないため、可撓性が求められる電池に適用することができ好ましい。
When the electrode active material is a negative electrode active material, a binder (hereinafter also referred to as a battery binder) such as polyvinylidene fluoride (PVdF) contained in a known lithium ion battery is added to the composition for preparing an electrode active material layer. do not do. Further, when the electrode active material is a positive electrode active material, the battery active material layer preparation composition may or may not contain the battery binder, but it is preferably not added.
When the electrode active material is a negative electrode active material, that is, when a binder for a battery is added to the dispersion liquid for producing the negative electrode active material layer, the negative electrode active material layer does not become a non-binding body of the negative electrode active material particles.
If the negative electrode active material layer is a binder, the gas generated during the initial charge is not sufficiently discharged, and a uniform SEI film is not formed on the surface of the negative electrode active material particles. On the other hand, since the SEI film is not formed on the surface of the positive electrode active material particles, the above-described problem of the SEI film does not occur even if the positive electrode active material layer is a binder.
However, if not only the negative electrode active material layer but also the positive electrode active material layer is a non-binder, any electrode active material layer will not be defective when the battery is deformed. It can be applied and is preferable.
上記の電池用バインダとは、電極活物質同士及び電極活物質と集電体とを結着固定するために用いられる公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤(デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン及びスチレン−ブタジエン共重合体等)であり、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して電極活物質同士及び電極活物質と集電体とを強固に固定するものを意味する。 The battery binder is a known solvent-drying type binder for lithium ion batteries (starch, polyvinylidene fluoride, used for binding and fixing the electrode active materials to each other and the electrode active material and the current collector). Polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene copolymer, etc.), and by drying and solidifying by volatilizing the solvent component, It means what firmly fixes the electrode active material and the current collector.
電極活物質層作製用組成物を基板上に塗布する方法の場合、例えば、該電極活物質層作製用組成物として、電極活物質粒子及び導電助剤の他に分散媒を含んだ分散液(スラリーともいう)を用いる方法が挙げられる。
分散液を用いる場合、例えば、電極活物質粒子と導電助剤の合計濃度が30〜60重量%となるように、水又は分散媒(好ましくは非水電解液や非水電解液に用いる非水溶媒等)と電極活物質粒子及び導電助剤を混合した分散液を、集電体にバーコーター等の塗工装置で塗布した後、必要に応じて乾燥して水又は溶媒を除去する方法が挙げられる。上記乾燥の後、電極活物質層を必要によりプレス機でプレスしてもよい。
In the case of the method of applying the composition for preparing an electrode active material layer on a substrate, for example, as the composition for preparing an electrode active material layer, a dispersion liquid containing a dispersion medium in addition to the electrode active material particles and the conductive additive ( And a method using a slurry).
When using a dispersion, for example, water or a dispersion medium (preferably a non-aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte used for a non-aqueous electrolyte so that the total concentration of the electrode active material particles and the conductive additive is 30 to 60% by weight. Solvent etc.), electrode active material particles, and a dispersion of a conductive additive are applied to a current collector with a coating device such as a bar coater, and then dried as necessary to remove water or solvent. Can be mentioned. After the drying, the electrode active material layer may be pressed with a press if necessary.
基板としては、集電体及び他の基材(例えば、紙、アラミドセパレータ等)を用いることができる。すなわち、電極活物質層作製用組成物は、集電体上に直接塗布する必要はなく、例えば、他の基材の表面に上記分散液を塗布して基材上に電極活物質層を形成した後、該基材を取り除く方法であってもよい。
また、上記の必要により行う乾燥は、順風式乾燥機等の公知の乾燥機を用いて行うことができ、その乾燥温度は分散液に含まれる分散媒(水又は溶媒)の種類に応じて調整することができる。
As the substrate, a current collector and other base materials (for example, paper, aramid separator, etc.) can be used. That is, the electrode active material layer preparation composition does not need to be applied directly on the current collector. For example, the electrode dispersion layer is applied to the surface of another substrate to form the electrode active material layer on the substrate. Then, a method of removing the substrate may be used.
In addition, the drying performed as necessary can be performed using a known dryer such as a forward air dryer, and the drying temperature is adjusted according to the type of the dispersion medium (water or solvent) contained in the dispersion. can do.
上記乾燥の後に電極活物質層をプレスする場合、その圧力は特に限定されないが、1〜200MPaでプレスすることが好ましい。
なかでも、負極活物質層を作製する場合には、負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合が30〜70体積%となるような圧力でプレスすることが好ましい。
負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合は、負極活物質層の外形から計算される体積に対する負極活物質層中に含まれる負極活物質粒子の重量と真密度から計算される体積の割合として計算することができる。
When the electrode active material layer is pressed after the drying, the pressure is not particularly limited, but it is preferably pressed at 1 to 200 MPa.
Especially, when producing a negative electrode active material layer, it is preferable to press with the pressure that the volume ratio of the negative electrode active material particle contained in a negative electrode active material layer will be 30-70 volume%.
The volume ratio of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer is a volume calculated from the weight and true density of the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer with respect to the volume calculated from the outer shape of the negative electrode active material layer. As a percentage.
なお、電極活物質層作製用組成物を所望の形状に直接成形する方法としては、電極活物質粒子に、必要に応じて導電助剤や、非水電解液又は非水電解液を構成する非水溶媒を添加して得られた電極活物質層作製用組成物(液状であってもよく、おからのような半固体状であってもよい)を公知の方法で成型することによって得ることができる。成形方法としては、例えば、圧縮成形、押出成形及びカレンダー成形等が挙げられる。
ただし、電極活物質が負極活物質である場合、電池用バインダを使用しない。電極活物質が負極活物質である場合に電池用バインダを使用すると、負極活物質同士が電池用バインダにより互いに結着されてしまい、負極活物質粒子の非結着体を得ることができないためである。
In addition, as a method of directly forming the composition for preparing an electrode active material layer into a desired shape, a non-aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte solution is formed on the electrode active material particles as necessary. Obtained by molding a composition for preparing an electrode active material layer (which may be liquid or semi-solid like okara) obtained by adding a water solvent by a known method Can do. Examples of the molding method include compression molding, extrusion molding, and calendar molding.
However, when the electrode active material is a negative electrode active material, a battery binder is not used. If a battery binder is used when the electrode active material is a negative electrode active material, the negative electrode active materials are bound to each other by the battery binder, and a non-binding body of negative electrode active material particles cannot be obtained. is there.
電極活物質層作製用組成物を直接成形する場合、電極活物質層作製用組成物は乾燥体であってもよく、湿潤体であってもよいが、湿潤体であることが好ましい。湿潤体とは、乾燥した上記電極活物質層作製用組成物に少量の液体(非水電解液又は非水電解液を構成する非水溶媒)を添加したものである。電極活物質層作製用組成物が湿潤体の場合、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることが好ましい。 When the composition for preparing an electrode active material layer is directly formed, the composition for preparing an electrode active material layer may be a dry body or a wet body, but is preferably a wet body. The wet body is obtained by adding a small amount of liquid (a nonaqueous electrolytic solution or a nonaqueous solvent constituting the nonaqueous electrolytic solution) to the dried electrode active material layer preparation composition. When the composition for preparing an electrode active material layer is a wet body, it is preferably in a pendular state or a funicular state.
湿潤体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、正極の場合には非水電解液の割合を湿潤体全体の0.5〜15重量%、負極の場合には非水電解液の割合を湿潤体全体の0.5〜25重量%とすることが望ましい。 The ratio of the non-aqueous electrolyte in the wet body is not particularly limited, but in order to obtain a pendular state or a funicular state, in the case of the positive electrode, the ratio of the non-aqueous electrolyte is 0.5 to 15% of the entire wet body. In the case of a negative electrode, the ratio of the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 25% by weight of the entire wet body.
圧縮成形によって電極活物質層を得る方法としては、任意の形状の型に上記電極活物質層作製用組成物を入れて公知の圧縮装置を用いて圧縮する方法が挙げられる。
型の形状は、底面及び側面を有していればよく、その他の形状は特に限定されない。また、側面を構成する型と底面を構成する型とが分離可能に構成されていてもよい。
Examples of a method for obtaining an electrode active material layer by compression molding include a method in which the composition for preparing an electrode active material layer is placed in a mold having an arbitrary shape and compressed using a known compression device.
The shape of the mold only needs to have a bottom surface and side surfaces, and other shapes are not particularly limited. Moreover, the type | mold which comprises a side surface, and the type | mold which comprises a bottom face may be comprised so that isolation | separation is possible.
型を構成する材料としては、金型等に使用される金属等の一般的な材料が挙げられる。
また、型と成形体との間で発生する摩擦を低減するため、型の表面にはフッ素コート等が施されていてもよい。
型内に形成された空間(以下、単に空間ともいう)の形状は、得たい電極活物質層の形状に応じて調整すればよく、圧縮方向における形状変化がないものであることが望ましく、例えば、円柱形、角柱形等であることが望ましい。
空間の形状が円柱形の型を用いた場合には平面視略円形の、空間の形状が角柱状の型を用いた場合には平面視矩形の成形体が得られる。
Examples of the material constituting the mold include general materials such as metals used for molds.
Moreover, in order to reduce the friction generated between the mold and the molded body, the surface of the mold may be coated with fluorine.
The shape of the space formed in the mold (hereinafter also simply referred to as a space) may be adjusted according to the shape of the electrode active material layer desired to be obtained, and it is desirable that the shape does not change in the compression direction. A cylindrical shape, a prismatic shape, or the like is desirable.
A molded body having a substantially circular shape in plan view when a space-shaped mold is used, and a rectangular shape in plan view when a space column-shaped mold is used.
押出成形によって電極活物質層を得る方法としては、公知の押出成形機を用いる方法が挙げられる。
押出成形機としては、例えば、原料(上記電極活物質層作製用組成物)が供給される原料筒と、原料筒の原料吐出側に取り付けられたダイス(モールドともいう)と、原料筒内に配置された原料をダイスの方へ押し出すための回転軸状のスクリュとを有するものが挙げられる。
原料筒に原料を投入し、スクリュの回転により原料筒を移動した原料をダイスから押し出すことにより、筒状の成形体を得る事ができる。成形体の形状は、ダイスの形状、及び、スクリュの回転速度を調整することによって適宜調整することができる。
As a method for obtaining an electrode active material layer by extrusion molding, a method using a known extrusion molding machine can be mentioned.
As an extrusion molding machine, for example, a raw material cylinder to which a raw material (the electrode active material layer preparation composition) is supplied, a die (also referred to as a mold) attached to the raw material discharge side of the raw material cylinder, One having a rotating shaft-shaped screw for extruding the arranged raw material toward the die is mentioned.
A cylindrical shaped body can be obtained by charging the raw material into the raw material cylinder and extruding the raw material moved through the raw material cylinder by the rotation of the screw from the die. The shape of the molded body can be adjusted as appropriate by adjusting the shape of the die and the rotational speed of the screw.
ダイスから吐出される筒状の成形体の形状は特に限定されないが、円柱形又は四角柱形であることが好ましい。ダイスから吐出される筒状の成形体を所定の長さで切断することにより、電極活物質層が得られる。 The shape of the cylindrical molded body discharged from the die is not particularly limited, but is preferably a cylindrical shape or a quadrangular prism shape. An electrode active material layer is obtained by cutting a cylindrical molded body discharged from a die with a predetermined length.
カレンダー成形によって電極活物質層を得る方法としては、公知のロールプレス装置を用いる方法が挙げられる。
ニーダー等の連続混合機から上記電極活物質層作製用組成物を投入し、ドクターブレード等によってフィルム等の平滑な面上に一定の厚みに広げた電極活物質層作製用組成物をロールプレス処理することでシート状の成形体を得る事ができる。シート状の成形体を所定の長さで切断することにより、電極活物質層が得られる。
Examples of the method for obtaining the electrode active material layer by calendering include a method using a known roll press apparatus.
The above composition for preparing an electrode active material layer is introduced from a continuous mixer such as a kneader, and the composition for preparing an electrode active material layer, which has been spread to a certain thickness on a smooth surface such as a film by a doctor blade or the like, is roll-pressed. By doing so, a sheet-like molded body can be obtained. An electrode active material layer is obtained by cutting the sheet-like molded body at a predetermined length.
上記の電極活物質層作製用組成物を所望の形状に直接成形する方法において、電極活物質層作製用組成物にかける圧力は特に限定されないが、負極活物質層を作製する場合には負極活物質層に含まれる負極活物質粒子の体積割合が30〜70体積%となる圧力でプレスすることが好ましい。 In the method for directly forming the electrode active material layer preparation composition into a desired shape, the pressure applied to the electrode active material layer preparation composition is not particularly limited. It is preferable to press with the pressure from which the volume ratio of the negative electrode active material particle contained in a material layer will be 30-70 volume%.
正極活物質粒子には公知のリチウムイオン電池用正極活物質粒子を用いることができる。
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiAlMnO4、LiMnO2及びLiMn2O4等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO4、LiNi1−xCoxO2、LiMn1−yCoyO2、LiNi1/3Co1/3Al1/3O2及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O2)及び遷移金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMaM’bM’’cO2(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4及びLiNiPO4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2及びV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2及びTiS2)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ−p−フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
Known positive electrode active material particles for lithium ion batteries can be used as the positive electrode active material particles.
As the positive electrode active material, a composite oxide of lithium and a transition metal (a composite oxide having one kind of transition metal (such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiAlMnO 4 , LiMnO 2, and LiMn 2 O 4 ), a transition metal element is used. Two kinds of complex oxides (for example, LiFeMnO 4 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiMn 1-y Co y O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Al 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) and a composite oxide having three or more transition metal elements [for example, LiM a M ′ b M ″ c O 2 (M, M ′, and M ″ are different transition metals, respectively) an element, satisfy a + b + c = 1. for example LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) , etc.] or the like}, lithium-containing transition metal phosphate (e.g. LiFePO 4, Li OPO 4, LiMnPO 4 and LiNiPO 4), transition metal oxides (e.g., MnO 2 and V 2 O 5), transition metal sulfides (e.g., MoS 2 and TiS 2) and the conductive polymer (such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, Polyacetylene, poly-p-phenylene, and polyvinylcarbazole), and the like may be used in combination.
The lithium-containing transition metal phosphate may be one in which a part of the transition metal site is substituted with another transition metal.
正極活物質粒子の体積平均粒子径は、リチウムイオン電池の電気特性の観点から、0.01〜100μmであることが好ましく、0.1〜35μmであることがより好ましく、1〜30μmであることがさらに好ましい。 The volume average particle diameter of the positive electrode active material particles is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 35 μm, and more preferably 1 to 30 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the lithium ion battery. Is more preferable.
負極活物質粒子としては、珪素系負極活物質粒子及び炭素系負極活物質粒子等の公知のリチウムイオン電池用負極活物質粒子が挙げられ、珪素系負極活物質粒子を含むことが好ましい。
負極活物質粒子として珪素系負極活物質粒子を含む場合、本発明のリチウムイオン電池の製造方法における予備充電工程の効果が顕著に得られるため好ましい。
Examples of the negative electrode active material particles include known negative electrode active material particles for lithium ion batteries such as silicon-based negative electrode active material particles and carbon-based negative electrode active material particles, and preferably include silicon-based negative electrode active material particles.
When silicon-based negative electrode active material particles are included as the negative electrode active material particles, the effect of the precharging step in the method for producing a lithium ion battery of the present invention is remarkably obtained, which is preferable.
珪素系負極活物質粒子としては、珪素及び/又は珪素化合物粒子が挙げられる。
珪素化合物粒子を構成する材料としては、酸化珪素(SiOx)、珪素−炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素−アルミニウム合金、珪素−リチウム合金、珪素−ニッケル合金、珪素−鉄合金、珪素−チタン合金、珪素−マンガン合金、珪素−銅合金及び珪素−スズ合金等)等が挙げられる。
これらの中では酸化珪素が望ましい。
Examples of the silicon-based negative electrode active material particles include silicon and / or silicon compound particles.
Examples of the material constituting the silicon compound particles include silicon oxide (SiO x ), silicon-carbon composite (the surface of the carbon particles covered with silicon and / or silicon carbide, the surface of the silicon particles or silicon oxide particles and carbon And / or silicon carbide and silicon alloys (silicon-aluminum alloy, silicon-lithium alloy, silicon-nickel alloy, silicon-iron alloy, silicon-titanium alloy, silicon-manganese alloy, silicon-copper) Alloys, silicon-tin alloys, etc.).
Of these, silicon oxide is desirable.
珪素粒子としては、公知の二次電池負極用珪素粒子を用いることができ、珪素化合物粒子としては、信越化学工業製KSC−1064[酸化珪素粒子の表面を炭素で被覆したもので、体積平均粒子径が5μm]等の市場から入手できるものを用いてもよく、特開2001−220123号公報及び特開2001−226112号公報等に記載の公知の方法で合成した酸化珪素粒子を用いてもよい。 Known silicon particles for secondary battery negative electrodes can be used as the silicon particles, and the silicon compound particles are KSC-1064 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Those having a diameter of 5 μm] may be used, and silicon oxide particles synthesized by a known method described in JP-A-2001-220123 and JP-A-2001-226112 may be used. .
炭素系負極活物質粒子を構成する材料としては、炭素系材料[例えば黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)、炭化ケイ素及び炭素繊維等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物、リチウム・チタン酸化物及びケイ素酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
上記負極活物質のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め負極活物質の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。
As a material constituting the carbon-based negative electrode active material particles, carbon-based materials [for example, graphite, non-graphitizable carbon, amorphous carbon, resin fired bodies (for example, those obtained by firing and carbonizing phenol resin, furan resin, etc.), Coke (such as pitch coke, needle coke and petroleum coke), silicon carbide and carbon fiber, etc.], conductive polymer (such as polyacetylene and polypyrrole), metal (tin, silicon, aluminum, zirconium, titanium, etc.), metal Oxides (titanium oxide, lithium / titanium oxide, silicon oxide, etc.) and metal alloys (eg, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-aluminum-manganese alloy, etc.) and the like Examples thereof include a mixture with a carbon-based material.
Among the above negative electrode active materials, those that do not contain lithium or lithium ions may be subjected to a pre-doping treatment in which lithium or lithium ions are included in part or all of the negative electrode active material in advance.
負極活物質粒子の体積平均粒子径は、リチウムイオン電池の電気特性の観点から、0.01〜100μmが好ましく、0.1〜40μmであることがより好ましく、2〜35μmであることがさらに好ましい。 The volume average particle diameter of the negative electrode active material particles is preferably from 0.01 to 100 μm, more preferably from 0.1 to 40 μm, and even more preferably from 2 to 35 μm, from the viewpoint of the electrical characteristics of the lithium ion battery. .
本明細書において、電極活物質粒子の体積平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、日機装(株)製のマイクロトラック等を用いることができる。 In the present specification, the volume average particle diameter of the electrode active material particles means a particle diameter (Dv50) at an integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the microtrack method (laser diffraction / scattering method). The microtrack method is a method for obtaining a particle size distribution using scattered light obtained by irradiating particles with laser light. In addition, Nikkiso Co., Ltd. microtrack etc. can be used for the measurement of a volume average particle diameter.
電極活物質層作製用組成物に導電助剤を含む場合、導電助剤は導電性を有する材料から選択される。
具体的には、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの導電助剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性の材料(上記した導電助剤のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
When the composition for preparing an electrode active material layer includes a conductive additive, the conductive additive is selected from materials having conductivity.
Specifically, metals [nickel, aluminum, stainless steel (SUS), silver, copper, titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), etc. , And mixtures thereof, but are not limited thereto.
These conductive assistants may be used alone or in combination of two or more. Further, these alloys or metal oxides may be used. From the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, carbon, silver, copper, titanium and a mixture thereof are preferable, silver, aluminum, stainless steel and carbon are more preferable, and carbon is more preferable. Moreover, as these conductive support agents, what coated the electroconductive material (metal thing among the above-mentioned conductive support agents) by plating etc. around the particulate ceramic material or the resin material may be used.
導電助剤の体積平均粒子径は、特に限定されるものではないが、リチウムイオン電池の電気特性の観点から、0.01〜10μmであることが好ましく、0.02〜5μmであることがより好ましく、0.03〜1μmであることがさらに好ましい。
導電助剤の体積平均粒子径は、マイクロトラック法により測定することができる。
The volume average particle diameter of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm and more preferably 0.02 to 5 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the lithium ion battery. Preferably, it is 0.03 to 1 μm.
The volume average particle diameter of the conductive assistant can be measured by a microtrack method.
導電助剤の形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、カーボンナノチューブ等、いわゆるフィラー系導電性材料として実用化されている形態であってもよい。 The shape (form) of the conductive auxiliary agent is not limited to the particle form, and may be a form other than the particle form, or may be a form put into practical use as a so-called filler-based conductive material such as a carbon nanotube.
導電助剤は、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。
導電性繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。また、グラフェンを練りこんだポリプロピレン樹脂も好ましい。
導電助剤が導電性繊維である場合、その平均繊維径は0.1〜20μmであることが好ましい。
The conductive auxiliary agent may be a conductive fiber having a fibrous shape.
Examples of conductive fibers include carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers obtained by uniformly dispersing highly conductive metal and graphite in synthetic fibers, and metals such as stainless steel. Examples thereof include fiberized metal fibers, conductive fibers in which the surface of organic fiber is coated with metal, and conductive fibers in which the surface of organic fiber is coated with a resin containing a conductive substance. Among these conductive fibers, carbon fibers are preferable. A polypropylene resin in which graphene is kneaded is also preferable.
When a conductive support agent is a conductive fiber, it is preferable that the average fiber diameter is 0.1-20 micrometers.
本発明のリチウムイオン電池において、電極活物質粒子は、電極活物質粒子の表面の少なくとも一部が被覆用樹脂からなる被覆用樹脂組成物により被覆された被覆電極活物質粒子であってもよい。
電極活物質粒子として正極活物質粒子を用いた被覆電極活物質粒子を被覆正極活物質粒子ともいい、電極活物質粒子として負極活物質粒子を用いた被覆電極活物質粒子を被覆負極活物質粒子ともいう。
電極活物質粒子の表面の少なくとも一部が被覆用樹脂組成物により被覆されていると、電極活物質粒子の体積膨張によって電極が膨脹することを抑制することができる。
被覆電極活物質粒子を用いると、非水電解液を含んだ被覆用樹脂組成物が膨潤して粘着性を示すため、成形がより簡便な条件で行える。
従って、最初から非水電解液を含んだ電極活物質層を作製しやすくなる。
なお、電極活物質が正極活物質である場合の被覆電極活物質を被覆正極活物質ともいい、電極活物質が負極活物質である場合の被覆電極活物質を被覆負極活物質ともいう。
In the lithium ion battery of the present invention, the electrode active material particles may be coated electrode active material particles in which at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with a coating resin composition made of a coating resin.
Coated electrode active material particles using positive electrode active material particles as electrode active material particles are also referred to as coated positive electrode active material particles, and coated electrode active material particles using negative electrode active material particles as electrode active material particles are also referred to as coated negative electrode active material particles. Say.
When at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with the coating resin composition, it is possible to suppress the electrode from expanding due to the volume expansion of the electrode active material particles.
When the coated electrode active material particles are used, the coating resin composition containing the non-aqueous electrolyte swells and exhibits adhesiveness, so that molding can be performed under simpler conditions.
Therefore, it becomes easy to produce an electrode active material layer containing a non-aqueous electrolyte from the beginning.
The coated electrode active material when the electrode active material is a positive electrode active material is also referred to as a coated positive electrode active material, and the coated electrode active material when the electrode active material is a negative electrode active material is also referred to as a coated negative electrode active material.
被覆電極活物質粒子は、特開2017−054703号公報等に記載された公知の方法で電極活物質粒子の周囲を被覆用樹脂組成物により被覆することができ、例えば、被覆用樹脂及び必要により用いる導電材を含む被覆用樹脂組成物と電極活物質粒子を混合することによって製造することができる。被覆用樹脂組成物が導電材を含む場合には、例えば、被覆用樹脂及び導電材と、電極活物質粒子を混合することによって製造してもよく、被覆用樹脂と導電材とを混合して被覆材を準備したのち、該被覆材と電極活物質粒子とを混合することにより製造してもよい。
上記方法により、被覆用樹脂からなる被覆用樹脂組成物によって電極活物質粒子の表面の少なくとも一部が被覆される。
被覆用樹脂組成物を構成する被覆用樹脂としては、国際公開第2015/5117号及び特開2017−054703号公報等に記載の被覆用樹脂を好ましく用いることができる。
The coated electrode active material particles can be coated with a coating resin composition around the electrode active material particles by a known method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-054703 and the like. It can manufacture by mixing the resin composition for coating | cover containing the electrically conductive material to be used, and electrode active material particle. When the coating resin composition includes a conductive material, for example, the coating resin and the conductive material may be manufactured by mixing the electrode active material particles, and the coating resin and the conductive material may be mixed. After preparing the coating material, it may be produced by mixing the coating material and the electrode active material particles.
By the above method, at least a part of the surface of the electrode active material particles is coated with the coating resin composition made of the coating resin.
As the coating resin constituting the coating resin composition, the coating resins described in International Publication Nos. 2015/5117 and JP-A-2017-0547703 can be preferably used.
被覆電極活物質粒子を構成する被覆用樹脂組成物は、さらに導電材を含んでいてもよい。ただし、電極活物質層を構成する導電助剤と、被覆用樹脂組成物を構成する導電材とは明確に異なるものである。導電材は被覆用樹脂組成物中に含まれているので、電極活物質粒子間の導電パスの形成に寄与しない。
なお、電極活物質層に導電助剤と導電材とが含まれる場合、被覆用樹脂が溶解しない溶媒に電極活物質層を分散させると導電助剤のみが溶媒に抽出されるので、被覆用樹脂組成物に残る導電材と導電助剤とを分離することができる。
The resin composition for coating constituting the coated electrode active material particles may further contain a conductive material. However, the conductive additive constituting the electrode active material layer and the conductive material constituting the coating resin composition are clearly different. Since the conductive material is contained in the coating resin composition, it does not contribute to the formation of a conductive path between the electrode active material particles.
When the electrode active material layer includes a conductive additive and a conductive material, if the electrode active material layer is dispersed in a solvent in which the coating resin does not dissolve, only the conductive auxiliary agent is extracted into the solvent. The conductive material remaining in the composition and the conductive auxiliary agent can be separated.
導電材としては、導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。 As the conductive material, the same materials as the conductive auxiliary agent can be suitably used.
電極活物質層には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性を有する樹脂を意味し、上記電池用バインダとは異なる材料であり、区別される。
また、被覆電極活物質を構成する被覆層が電極活物質の表面に固定されているのに対して、粘着性樹脂は電極活物質の表面同士を可逆的に固定するものである。電極活物質の表面から粘着性樹脂は容易に分離できるが、被覆層は容易に分離できない。従って、上記被覆層と上記粘着性樹脂は異なる材料である。
The electrode active material layer may contain an adhesive resin.
The adhesive resin means a resin having adhesiveness without solidifying even if the solvent component is volatilized and dried, and is a material different from the battery binder and is distinguished.
In addition, the coating layer constituting the coated electrode active material is fixed to the surface of the electrode active material, whereas the adhesive resin reversibly fixes the surfaces of the electrode active material. The adhesive resin can be easily separated from the surface of the electrode active material, but the coating layer cannot be easily separated. Therefore, the coating layer and the adhesive resin are different materials.
粘着性樹脂としては、酢酸ビニル、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ブチルアクリレート及びブチルメタクリレートからなる群から選択された少なくとも1種の低Tgモノマーを必須構成単量体として含み上記低Tgモノマーの合計重量割合が構成単量体の合計重量に基づいて45重量%以上である重合体が挙げられる。
粘着性樹脂を用いる場合、電極活物質の合計重量に対して0.01〜10重量%の粘着性樹脂を用いることが好ましい。
The adhesive resin includes, as an essential constituent monomer, at least one low Tg monomer selected from the group consisting of vinyl acetate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, butyl acrylate, and butyl methacrylate. The polymer whose total weight ratio is 45 weight% or more based on the total weight of a constituent monomer is mentioned.
When the adhesive resin is used, it is preferable to use 0.01 to 10% by weight of the adhesive resin with respect to the total weight of the electrode active material.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法で用いられるセパレータとしては、公知のリチウムイオン電池用セパレータを用いることができ、ポリエチレン又はポリプロピレン製の微多孔フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。 As a separator used in the method for producing a lithium ion battery of the present invention, a known separator for lithium ion battery can be used, a microporous film made of polyethylene or polypropylene, a laminated film of a porous polyethylene film and porous polypropylene. Non-woven fabrics made of synthetic fibers (polyester fibers, aramid fibers, etc.) or glass fibers, and known lithium ion battery separators such as those having ceramic fine particles such as silica, alumina, titania attached to their surfaces. It is done.
上記の予備充電工程は、正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極活物質粒子を含む負極活物質層とがセパレータを介して積層された積層単位を集電体の間に配置して行われるが、集電体としては公知のリチウムイオン電池用集電体を用いることができ、例えば公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体(特開2012−150905号公報等に記載の樹脂集電体等)を用いることができる。 The precharging step is performed by arranging a stack unit in which a positive electrode active material layer including positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer including negative electrode active material particles are stacked via a separator between current collectors. However, as the current collector, a known current collector for lithium ion batteries can be used. For example, a known metal current collector and a resin current collector composed of a conductive material and a resin (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-1998). Resin current collectors described in Japanese Patent No. 150905 and the like can be used.
金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を1種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。 Examples of the metal current collector include copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, alloys containing one or more of these metals, and stainless steel alloys. One or more metal materials selected from These metal materials may be used in the form of a thin plate or a metal foil. Moreover, you may use what formed the said metal material by methods, such as sputtering, electrodeposition, and application | coating, on the base-material surface comprised other than the said metal material as a metal electrical power collector.
樹脂集電体を構成する導電材料は、上述した導電助剤と同様のものを好適に用いることができる。 As the conductive material constituting the resin current collector, the same conductive material as that described above can be suitably used.
樹脂集電体を構成する樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
The resin constituting the resin current collector includes polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), polycycloolefin (PCO), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polytetra Fluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, silicone resin or a mixture thereof Is mentioned.
From the viewpoint of electrical stability, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and polycycloolefin (PCO) are preferable, and polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polymethylpentene are more preferable. (PMP).
本発明のリチウムイオン電池の製造方法は、予備充電工程の前に、正極活物質層、セパレータ及び負極活物質層に対してさらに非水電解液を含浸させる含浸工程を有してもよく、含浸工程で用いる非水電解液の電解質濃度は1.2〜4.5mol/Lであることが好ましい。非水電解液の濃度がこの範囲であると入出力特性等の観点で好ましい。 The method for producing a lithium ion battery of the present invention may further include an impregnation step of impregnating the positive electrode active material layer, the separator and the negative electrode active material layer with a non-aqueous electrolyte before the precharging step. The electrolyte concentration of the non-aqueous electrolyte used in the process is preferably 1.2 to 4.5 mol / L. A concentration of the non-aqueous electrolyte within this range is preferable from the viewpoint of input / output characteristics and the like.
正極活物質層、セパレータ及び負極活物質層に非水電解液を含浸させる方法としては、
積層単位を構成する前の正極活物質層、セパレータ及び負極活物質層のそれぞれに非水電解液を含浸させてから積層単位を構成する方法、及び、非水電解液を含まない正極活物質層、セパレータ及び負極活物質層を積層して積層単位を準備し、この積層単位に対して非水電解液を含浸させる方法があげられる。
As a method of impregnating the positive electrode active material layer, the separator, and the negative electrode active material layer with a non-aqueous electrolyte,
A method of forming a laminated unit after impregnating each of a positive electrode active material layer, a separator, and a negative electrode active material layer before constituting a laminated unit with a non-aqueous electrolyte, and a positive electrode active material layer not containing a non-aqueous electrolyte There is a method in which a separator and a negative electrode active material layer are laminated to prepare a laminated unit, and the laminated unit is impregnated with a non-aqueous electrolyte.
含侵させる非水電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する非水電解液を使用することができる。 As the non-aqueous electrolyte to be impregnated, a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte and a non-aqueous solvent used for the production of a lithium ion battery can be used.
電解質としては、公知の非水電解液に用いられているもの等が使用でき、好ましいものとしては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6及びLiClO4等の無機酸のリチウム塩系電解質、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2及びLiN(C2F5SO2)2等のフッ素原子を有するスルホニルイミド系電解質、LiC(CF3SO2)3等のフッ素原子を有するスルホニルメチド系電解質等が挙げられる。これらの内、高濃度時のイオン伝導性及び熱分解温度の観点から好ましいのはフッ素原子を有するスルホニルイミド系電解質であり、LiN(FSO2)2がより好ましい。LiN(FSO2)2は、他の電解質と併用してもよいが、単独で使用することがより好ましい。 As the electrolyte, those used in known non-aqueous electrolytes can be used, and preferable examples thereof include lithium salts of inorganic acids such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 and LiClO 4. Electrolytes, sulfonylimide-based electrolytes having fluorine atoms such as LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , fluorines such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 Examples thereof include sulfonylmethide electrolytes having atoms. Among these, a sulfonylimide-based electrolyte having a fluorine atom is preferable from the viewpoint of ion conductivity at a high concentration and a thermal decomposition temperature, and LiN (FSO 2 ) 2 is more preferable. LiN (FSO 2 ) 2 may be used in combination with other electrolytes, but is more preferably used alone.
非水電解液の電解質濃度は、特に限定されないが、非水電解液の取り扱い性及び電池容量等の観点から1.2〜4.5mol/Lであることが好ましい。 The electrolyte concentration of the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but is preferably 1.2 to 4.5 mol / L from the viewpoints of the handleability of the non-aqueous electrolyte and the battery capacity.
非水溶媒としては、公知の非水電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, those used in known non-aqueous electrolytes can be used, for example, lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphate esters. , Nitrile compounds, amide compounds, sulfones and the like and mixtures thereof.
ラクトン化合物としては、5員環(γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトン等)及び6員環のラクトン化合物(δ−バレロラクトン等)等を挙げることができる。 Examples of the lactone compound include a 5-membered ring (γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc.) and a 6-membered lactone compound (δ-valerolactone, etc.).
環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate, ethylene carbonate and butylene carbonate.
Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate.
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン及び1,4−ジオキサン等が挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び1,2−ジメトキシエタン等が挙げられる。
Examples of chain carboxylic acid esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and methyl propionate.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane and the like.
Examples of the chain ether include dimethoxymethane and 1,2-dimethoxyethane.
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ(トリフルオロメチル)、リン酸トリ(トリクロロメチル)、リン酸トリ(トリフルオロエチル)、リン酸トリ(トリパーフルオロエチル)、2−エトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン、2−トリフルオロエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン及び2−メトキシエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。
アミド化合物としては、N,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMFと記載する)等が挙げられる。
スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等の鎖状スルホン及びスルホラン等の環状スルホン等が挙げられる。
非水溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of phosphate esters include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate, tripropyl phosphate, tributyl phosphate, tri (trifluoromethyl) phosphate, tri (trichloromethyl) phosphate, Tri (trifluoroethyl) phosphate, tri (triperfluoroethyl) phosphate, 2-ethoxy-1,3,2-dioxaphospholan-2-one, 2-trifluoroethoxy-1,3,2- Examples include dioxaphospholan-2-one and 2-methoxyethoxy-1,3,2-dioxaphosphoran-2-one.
Examples of the nitrile compound include acetonitrile.
Examples of the amide compound include N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF).
Examples of the sulfone include chain sulfones such as dimethyl sulfone and diethyl sulfone, and cyclic sulfones such as sulfolane.
A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、ニトリル化合物を含まないことが好ましい。更に好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、特に好ましいのは環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステル並びに環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。最も好ましいのはエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合液、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合液、又は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合液である。 Among the non-aqueous solvents, preferred are lactone compounds, cyclic carbonates, chain carbonates and phosphates from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics, and preferably no nitrile compounds. Further preferred are lactone compounds, cyclic carbonates and chain carbonates, and particularly preferred are cyclic carbonates and chain carbonates and a mixture of cyclic carbonates and chain carbonates. Most preferred is a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC), a mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC), or a mixture of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). It is.
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。 EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples without departing from the gist of the present invention. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “% by weight”.
<製造例1:被覆用樹脂(B1)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、DMF14.3部とメタノール2.9部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸41.7部、メチルメタクリレート16.6部、2−エチルヘキシルメタクリレート41.7部、DMF9.0部およびメタノール1.8部を配合したモノマー配合液と、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.045部をDMF5.9部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.100部をDMF4.5部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂99.8部を得た後、イソプロパノールを232.9部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(被覆用樹脂)(B1)溶液を得た。得られた被覆用樹脂(B1)の分子量を下記条件のGPCにて測定したところ、Mwは210,000であった。
<GPCの測定条件>
装置:AllianceGPCV2000(Waters社製)
溶媒:オルトジクロロベンゼン
標準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel10μm、MIXED−B2本直列(ポリマーラボラトリーズ社製)
カラム温度:135℃
<Production Example 1: Production of coating resin (B1)>
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, dropping funnel and nitrogen gas inlet tube was charged with 14.3 parts of DMF and 2.9 parts of methanol and heated to 68 ° C. Next, a monomer mixture containing 41.7 parts of methacrylic acid, 16.6 parts of methyl methacrylate, 41.7 parts of 2-ethylhexyl methacrylate, 9.0 parts of DMF and 1.8 parts of methanol, and 2,2′-azobis ( 2,4-dimethylvaleronitrile) Initiator solution prepared by dissolving 0.045 parts in DMF 5.9 parts and continuously dropping over 4 hours with stirring in a dropping funnel while blowing nitrogen into a four-necked flask. Then, radical polymerization was performed. After completion of dropping, an initiator solution prepared by dissolving 0.100 part of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) in 4.5 parts of DMF was continuously added using a dropping funnel over 2 hours. Furthermore, the polymerization was continued for 4 hours at the boiling point. After removing the solvent to obtain 99.8 parts of a resin, 232.9 parts of isopropanol was added to obtain a polymer (coating resin) (B1) solution having a resin concentration of 30% by weight. When the molecular weight of the obtained coating resin (B1) was measured by GPC under the following conditions, Mw was 210,000.
<GPC measurement conditions>
Apparatus: Alliance GPCV2000 (manufactured by Waters)
Solvent: Orthodichlorobenzene Standard substance: Polystyrene Sample concentration: 3 mg / ml
Column stationary phase: PLgel 10 μm, 2 MIXED-B in series (manufactured by Polymer Laboratories)
Column temperature: 135 ° C
<製造例2:被覆用樹脂(B2)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、DMF14.3部とメタノール2.9部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、アクリル酸90.0部、メタクリル酸メチル10.0部、DMF9.0部およびメタノール1.8部を配合したモノマー配合液と、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.045部をDMF5.9部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.100部をDMF4.5部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂99.8部を得た後、イソプロパノールを232.9部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(被覆用樹脂)(B2)溶液を得た。得られた被覆用樹脂(B2)の分子量を製造例1と同様の条件のGPCにて測定したところ、Mwは180,000であった。
<Production Example 2: Production of coating resin (B2)>
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, dropping funnel and nitrogen gas inlet tube was charged with 14.3 parts of DMF and 2.9 parts of methanol and heated to 68 ° C. Next, a monomer compounding solution containing 90.0 parts of acrylic acid, 10.0 parts of methyl methacrylate, 9.0 parts of DMF and 1.8 parts of methanol, and 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) The initiator solution obtained by dissolving 0.045 parts in 5.9 parts of DMF was continuously dropped with a dropping funnel over 4 hours with stirring while blowing nitrogen into a four-necked flask to perform radical polymerization. After completion of dropping, an initiator solution prepared by dissolving 0.100 part of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) in 4.5 parts of DMF was continuously added using a dropping funnel over 2 hours. Furthermore, the polymerization was continued for 4 hours at the boiling point. After removing the solvent to obtain 99.8 parts of resin, 232.9 parts of isopropanol was added to obtain a polymer (coating resin) (B2) solution having a resin concentration of 30% by weight. When the molecular weight of the obtained coating resin (B2) was measured by GPC under the same conditions as in Production Example 1, Mw was 180,000.
<製造例3:電解液(E−1)の調製>
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート)の混合溶媒(体積比率でEC:PC=1:1)にLiN(FSO2)2を1.2mol/Lの割合で溶解させ、リチウムイオン電池用電解液(E−1)を調製した。
<Production Example 3: Preparation of Electrolytic Solution (E-1)>
LiN (FSO 2 ) 2 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (volume ratio EC: PC = 1: 1) at a rate of 1.2 mol / L, and an electrolytic solution for a lithium ion battery ( E-1) was prepared.
<製造例4:電解液(E−2)の調製>
LiN(FSO2)2の濃度を4.5mol/Lに変更したほかは、製造例3と同様の手順で、リチウムイオン電池用電解液(E−2)を調製した。
<Production Example 4: Preparation of electrolytic solution (E-2)>
An electrolytic solution for lithium ion battery (E-2) was prepared in the same procedure as in Production Example 3, except that the concentration of LiN (FSO 2 ) 2 was changed to 4.5 mol / L.
<製造例5:電解液(E−3)の調製>
LiN(FSO2)2の濃度を0.8mol/Lに変更したほかは、製造例3と同様の手順で、リチウムイオン電池用電解液(E−3)を調製した。
<Production Example 5: Preparation of electrolyte solution (E-3)>
An electrolyte solution for lithium ion battery (E-3) was prepared in the same procedure as in Production Example 3, except that the concentration of LiN (FSO 2 ) 2 was changed to 0.8 mol / L.
<製造例6:炭素被覆酸化珪素粒子の作製>
酸化珪素粒子[信越化学工業(株)製、一次粒子の体積平均粒子径:5μm]を横型加熱炉中に入れ、横型加熱炉内にメタンガスを通気しながら1100℃/1000Pa、平均滞留時間約2時間の化学蒸着操作を行い、炭素含有量が2重量%で、表面が炭素で被覆された炭素被覆酸化珪素粒子(体積平均粒子径6μm)を得た。
<Production Example 6: Production of carbon-coated silicon oxide particles>
Silicon oxide particles [manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., volume average particle diameter of primary particles: 5 μm] are placed in a horizontal heating furnace, and 1100 ° C./1000 Pa, average residence time of about 2 while venting methane gas into the horizontal heating furnace. A chemical vapor deposition operation for a period of time was performed to obtain carbon-coated silicon oxide particles (volume average particle diameter 6 μm) having a carbon content of 2% by weight and a surface coated with carbon.
<製造例7:被覆負極活物質粒子(X−1)の作製>
被覆用樹脂(B1)溶液を用いたリチウムイオン電池用被覆負極活物質を以下の方法で作製した。
難黒鉛化性炭素粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製 カーボトロン(登録商標)PS(F)、体積平均粒子径18μm]99.0部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、上記被覆用樹脂(B1)溶液(固形分濃度30重量%)3.0部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去し、炭素系被覆負極活物質粒子(X−1)99.9部を得た。炭素系被覆負極活粒子(X−1)の真密度は1.5g/cm3であった。
<Production Example 7: Production of coated negative electrode active material particles (X-1)>
A coated negative electrode active material for a lithium ion battery using the coating resin (B1) solution was produced by the following method.
Non-graphitizable carbon powder [Carbotron (registered trademark) PS (F) manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd., volume average particle size 18 μm] 99.0 parts is mixed into a universal mixer high speed mixer FS25 [Co. ) Made by Earth Technica], and with stirring at room temperature and 720 rpm, 3.0 parts of the above coating resin (B1) solution (solid content concentration 30% by weight) was added dropwise over 2 minutes and stirred for another 5 minutes. . Then, the pressure is reduced to 0.01 MPa while maintaining the stirring, and then the temperature is raised to 140 ° C. while maintaining the stirring and the degree of vacuum, and the volatile matter is distilled off by maintaining the stirring, the pressure and the temperature for 8 hours. Then, 99.9 parts of carbon-based coated negative electrode active material particles (X-1) were obtained. The true density of the carbon-based coated negative electrode active particles (X-1) was 1.5 g / cm 3 .
<製造例8:被覆負極活物質粒子(X−2)の作製>
被覆用樹脂(B2)溶液を用いたリチウムイオン電池用被覆負極活物質を以下の方法で作製した。
製造例6で得た炭素被覆酸化珪素粒子60部を万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、上記被覆用樹脂(B2)溶液(樹脂固形分濃度30重量%)67部を60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[デンカ(株)製]20部を3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆負極活物質粒子(X−2)100部を得た。被覆負極活物質粒子(X−2)の真密度は1.9g/cm3であった。
<Production Example 8: Production of coated negative electrode active material particles (X-2)>
A coated negative electrode active material for a lithium ion battery using the coating resin (B2) solution was produced by the following method.
60 parts of the carbon-coated silicon oxide particles obtained in Production Example 6 were put in a universal mixer and stirred at room temperature and 150 rpm, and 67 parts of the above coating resin (B2) solution (resin solid content concentration: 30% by weight) was added to 60 parts. The mixture was mixed dropwise over a period of 30 minutes and stirred for another 30 minutes.
Next, 20 parts of acetylene black [manufactured by Denka Co., Ltd.] was mixed in three portions while stirring, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring for 30 minutes, and the pressure was reduced to 0.01 MPa and held for 30 minutes. By the above operation, 100 parts of coated negative electrode active material particles (X-2) were obtained. The true density of the coated negative electrode active material particles (X-2) was 1.9 g / cm 3 .
<製造例9:被覆正極活物質粒子の作製>
被覆用樹脂(B1)の溶液を用いたリチウムイオン電池用被覆正極活物質を以下の方法で作製した。
LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉末96部を万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、樹脂溶液(樹脂固形分濃度30重量%)3.3部を60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[デンカ(株)製]3部を3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆正極活物質粒子97部を得た。被覆正極活物質粒子の真密度は4.8g/cm3であった。
<Production Example 9: Production of coated positive electrode active material particles>
A coated positive electrode active material for a lithium ion battery using a solution of the coating resin (B1) was produced by the following method.
In a state where 96 parts of LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 powder was put into a universal mixer and stirred at room temperature and 150 rpm, 3.3 parts of a resin solution (resin solid content concentration of 30% by weight) was added to 60 parts. The mixture was mixed dropwise over a period of 30 minutes and stirred for another 30 minutes.
Next, 3 parts of acetylene black [manufactured by Denka Co., Ltd.] were mixed in three portions while stirring, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring for 30 minutes, and the pressure was reduced to 0.01 MPa and held for 30 minutes. By the above operation, 97 parts of coated positive electrode active material particles were obtained. The true density of the coated positive electrode active material particles was 4.8 g / cm 3 .
<製造例10:正極活物質層(P−1)の作製>
製造例9で得られた被覆正極活物質粒子98部、導電助剤であるカーボンナノファイバー(表1ではCNFと記載)[昭和電工(株)製VGCF(登録商標)、真密度2.1g/cm3](アスペクト比:60、電気抵抗率:40μΩm)2部、及び、電解液(E−1)120部を混合して得られた正極活物質スラリーをアラミドセパレータ上に目付量60.2mg/cm2で塗布し、アラミドセパレータの反対側から吸液することによって、アラミドセパレータ上に正極活物質層(P−1)を作製した。
得られた正極活物質層(P−1)の厚さは235μmであった。使用した被覆正極活物質粒子の真密度から計算される正極活物質層(P−1)に含まれる被覆正極活物質粒子の体積割合は52体積%であった。
<Production Example 10: Production of positive electrode active material layer (P-1)>
98 parts of coated positive electrode active material particles obtained in Production Example 9, carbon nanofibers (described as CNF in Table 1) [VGCF (registered trademark) manufactured by Showa Denko KK, true density 2.1 g / cm 3 ] (aspect ratio: 60, electrical resistivity: 40 μΩm) 2 parts of positive electrode active material slurry obtained by mixing 120 parts of electrolyte (E-1) on an aramid separator is 60.2 mg in weight per unit area The positive electrode active material layer (P-1) was produced on the aramid separator by applying at / cm 2 and absorbing liquid from the opposite side of the aramid separator.
The thickness of the positive electrode active material layer (P-1) obtained was 235 μm. The volume ratio of the coated positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer (P-1) calculated from the true density of the used coated positive electrode active material particles was 52% by volume.
<製造例11:正極活物質層(P−2)の作製>
電解液(E−1)を電解液(E−2)120部に変更し、目付量を147.3mg/cm2に変更したこと以外は製造例10と同様にし、正極活物質層(P−2)を作製した。
得られた正極活物質層(P−2)の厚さは575μmであった。使用した被覆正極活物質粒子の真密度から計算される正極活物質層(P−2)に含まれる被覆正極活物質粒子の体積割合は52体積%であった。
<Production Example 11: Production of positive electrode active material layer (P-2)>
A positive electrode active material layer (P-) was prepared in the same manner as in Production Example 10 except that the electrolytic solution (E-1) was changed to 120 parts of the electrolytic solution (E-2) and the basis weight was changed to 147.3 mg / cm 2. 2) was produced.
The thickness of the positive electrode active material layer (P-2) obtained was 575 μm. The volume ratio of the coated positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer (P-2) calculated from the true density of the used coated positive electrode active material particles was 52% by volume.
<製造例12:正極活物質層(P−3)の作製>
電解液(E−1)を電解液(E−3)120部に変更したこと以外は製造例10と同様にし、正極活物質層(P−3)を作製した。
得られた正極活物質層(P−3)の厚さは235μmであった。使用した被覆正極活物質粒子の真密度から計算される正極活物質層(P−3)に含まれる被覆正極活物質粒子の体積割合は52体積%であった。
<Production Example 12: Production of positive electrode active material layer (P-3)>
A positive electrode active material layer (P-3) was produced in the same manner as in Production Example 10 except that the electrolytic solution (E-1) was changed to 120 parts of the electrolytic solution (E-3).
The thickness of the positive electrode active material layer (P-3) obtained was 235 μm. The volume ratio of the coated positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer (P-3) calculated from the true density of the used coated positive electrode active material particles was 52% by volume.
<製造例13:正極活物質層(P−4)の作製>
製造例10で用いた正極活物質スラリーを製造例10と同様にアラミドセパレータに塗布し、アラミドセパレータの反対側から徐々に厚さが410μmになるまで吸引して厚さが410μmの正極活物質層(P−4)を作製した。使用した被覆正極活物質粒子の真密度から計算される正極活物質層(P−4)に含まれる被覆正極活物質粒子の体積割合は30体積%であった。
<Production Example 13: Production of positive electrode active material layer (P-4)>
The positive electrode active material slurry used in Production Example 10 was applied to an aramid separator in the same manner as in Production Example 10, and suctioned gradually from the opposite side of the aramid separator until the thickness became 410 μm, the positive electrode active material layer having a thickness of 410 μm (P-4) was produced. The volume ratio of the coated positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer (P-4) calculated from the true density of the used coated positive electrode active material particles was 30% by volume.
<製造例14:負極活物質層(N−1)の作製>
製造例7で得られた被覆負極活物質粒子(X−1)98部、カーボンナノファイバー2部及び、電解液(E−1)120部を混合して得られた負極活物質スラリーをアラミドセパレータ上に目付量28.5mg/cm2で塗布し、アラミドセパレータの反対側から吸液することによって、アラミドセパレータ上に負極活物質層(N−1)を作製した。
得られた負極活物質層(N−1)の厚さは300μmであった。使用した被覆負極活物質粒子の真密度から計算される負極活物質層(N−1)に含まれる被覆負極活物質粒子(X−1)の体積割合は62体積%であった。
<Production Example 14: Production of negative electrode active material layer (N-1)>
The anode active material slurry obtained by mixing 98 parts of the coated anode active material particles (X-1) obtained in Production Example 7, 2 parts of carbon nanofibers, and 120 parts of the electrolyte (E-1) was used as an aramid separator. The negative electrode active material layer (N-1) was produced on the aramid separator by apply | coating with the fabric weight of 28.5 mg / cm < 2 > above, and liquid-absorbing from the other side of an aramid separator.
The thickness of the obtained negative electrode active material layer (N-1) was 300 μm. The volume ratio of the coated negative electrode active material particles (X-1) contained in the negative electrode active material layer (N-1) calculated from the true density of the used coated negative electrode active material particles was 62% by volume.
<製造例15:負極活物質層(N−2)の作製>
電解液(E−1)を電解液(E−2)120部に変更し、目付量を70.0mg/cm2に変更したこと以外は製造例14と同様にし、負極活物質層(N−2)を作製した。
得られた負極活物質層(N−2)の厚さは735μmであった。使用した被覆負極活物質粒子の真密度から計算される負極活物質層(N−2)に含まれる被覆負極活物質粒子(X−1)の体積割合は62体積%であった。
<Production Example 15: Production of negative electrode active material layer (N-2)>
The negative electrode active material layer (N−) was changed in the same manner as in Production Example 14 except that the electrolytic solution (E-1) was changed to 120 parts of the electrolytic solution (E-2) and the basis weight was changed to 70.0 mg / cm 2. 2) was produced.
The thickness of the obtained negative electrode active material layer (N-2) was 735 μm. The volume ratio of the coated negative electrode active material particles (X-1) contained in the negative electrode active material layer (N-2) calculated from the true density of the used coated negative electrode active material particles was 62% by volume.
<製造例16:負極活物質層(N−3)の作製>
被覆負極活物質粒子(X−1)75部、被覆負極活物質粒子(X−2)10部、アセチレンブラック10部(デンカ(株)製、デンカブラック、真密度1.8g/cm3)、カーボンナノファイバー5部及び電解液(E−1)120部を混合して得られた負極活物質スラリーをアラミドセパレータ上に目付量24.2mg/cm2で塗布し、アラミドセパレータの反対側から吸液することによって、アラミドセパレータ上に負極活物質層(N−3)を作製した。得られた負極活物質層(N−3)の厚さは250μmであった。使用した被覆負極活物質粒子(X−1)及び(X−2)の真密度から計算される負極活物質層(N−3)に含まれる被覆負極活物質粒子(X−1)及び(X−2)の体積割合の合計値は、53体積%であった。
<Production Example 16: Production of negative electrode active material layer (N-3)>
75 parts of coated negative electrode active material particles (X-1), 10 parts of coated negative electrode active material particles (X-2), 10 parts of acetylene black (Denka Co., Ltd., Denka Black, true density 1.8 g / cm 3 ), A negative electrode active material slurry obtained by mixing 5 parts of carbon nanofibers and 120 parts of electrolytic solution (E-1) was applied onto an aramid separator at a weight per unit area of 24.2 mg / cm 2 and absorbed from the opposite side of the aramid separator. The negative electrode active material layer (N-3) was produced on the aramid separator by liquidating. The thickness of the obtained negative electrode active material layer (N-3) was 250 μm. The coated negative electrode active material particles (X-1) and (X) contained in the negative electrode active material layer (N-3) calculated from the true density of the used coated negative electrode active material particles (X-1) and (X-2) The total volume ratio of -2) was 53% by volume.
<製造例17:負極活物質層(N−4)の作製>
目付量を25.0mg/cm2に変更し、アラミドセパレータの反対側からの吸液を負極活物質層の厚さが430μmとなるまで行ったこと以外は製造例16と同様にしてアラミドセパレータ上に負極活物質層(N−4)を作製した。得られた負極活物質層(N−4)の厚さは430μmであった。使用した被覆負極活物質粒子(X−1)及び(X−2)の真密度から計算される負極活物質層(N−4)に含まれる被覆負極活物質粒子(X−1)及び(X−2)の体積割合の合計値は32体積%であった。
<Production Example 17: Production of negative electrode active material layer (N-4)>
On the aramid separator in the same manner as in Production Example 16, except that the basis weight was changed to 25.0 mg / cm 2 and the liquid absorption from the opposite side of the aramid separator was performed until the thickness of the negative electrode active material layer became 430 μm. A negative electrode active material layer (N-4) was prepared. The thickness of the obtained negative electrode active material layer (N-4) was 430 μm. The coated negative electrode active material particles (X-1) and (X) contained in the negative electrode active material layer (N-4) calculated from the true density of the used coated negative electrode active material particles (X-1) and (X-2) The total volume ratio of -2) was 32% by volume.
<製造例18:負極活物質層(N−5)の作製>
電解液(E−1)を電解液(E−3)120部に変更し、目付量を7.0mg/cm2に変更し、アラミドセパレータの反対側からの吸液を負極活物質層の厚さが180μmとなるまで行ったこと以外は製造例14と同様にしてアラミドセパレータ上に負極活物質層(N−5)を作製した。得られた負極活物質層(N−5)の厚さは180μmであった。使用した被覆負極活物質粒子(X−1)の真密度から計算される負極活物質層(N−5)に含まれる被覆負極活物質粒子(X−1)の体積割合は25体積%であった。
<Production Example 18: Production of negative electrode active material layer (N-5)>
The electrolytic solution (E-1) was changed to 120 parts of the electrolytic solution (E-3), the basis weight was changed to 7.0 mg / cm 2 , and the liquid absorption from the opposite side of the aramid separator was changed to the thickness of the negative electrode active material layer. A negative electrode active material layer (N-5) was produced on the aramid separator in the same manner as in Production Example 14 except that the process was performed until the thickness became 180 μm. The thickness of the obtained negative electrode active material layer (N-5) was 180 μm. The volume ratio of the coated negative electrode active material particles (X-1) contained in the negative electrode active material layer (N-5) calculated from the true density of the used coated negative electrode active material particles (X-1) was 25% by volume. It was.
<実施例1>
[積層単位の作製]
アラミドセパレータを剥がした正極活物質層(P−1)、アラミドセパレータを剥がした負極活物質層(N−1)及びセパレータ[セルガード社製 セルガード(登録商標)3501 PP製]を組み合わせて貼り合わせることにより積層単位を作製した。
この積層単位の正極活物質層(P−1)側に電流取り出し用端子を付けたアルミ箔、負極活物質層(N−1)側に電流取り出し用端子を付けた銅箔をそれぞれ接触させた状態で、電池外装体であるアルミラミネートフィルム内に収容し、評価用電池を作製した。
<Example 1>
[Preparation of lamination unit]
The positive electrode active material layer (P-1) from which the aramid separator has been peeled off, the negative electrode active material layer (N-1) from which the aramid separator has been peeled off, and a separator [Celguard (registered trademark) 3501 PP made by Celgard] are combined and bonded together. Thus, a laminated unit was produced.
An aluminum foil having a current extraction terminal attached to the positive electrode active material layer (P-1) side of the laminated unit and a copper foil having a current extraction terminal attached to the negative electrode active material layer (N-1) side were contacted. In the state, it accommodated in the aluminum laminated film which is a battery exterior body, and produced the battery for evaluation.
[予備充電工程]
評価用電池をステンレス板で挟み、上から2.5kgf/cm2の荷重を付加するように重りを乗せ、電流取り出し用端子を充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]に接続した。
続いて、上記充放電測定装置を用いて、積層単位に対して、0.05Cの電流で正極の電位が0.01V(vs.Li+/Li)となるまで放電して10分休止した後、正極の電位が4.2V(vs.Li+/Li)となるまで充電して予備充電を行うことにより、実施例1に係る評価用リチウムイオン電池を得た。
[Preliminary charging process]
A battery for evaluation is sandwiched between stainless plates, a weight is applied so that a load of 2.5 kgf / cm 2 is applied from above, and a current extraction terminal is a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470 type” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd. ] Connected.
Subsequently, using the above charge / discharge measuring apparatus, after discharging the laminated unit at a current of 0.05 C until the potential of the positive electrode becomes 0.01 V (vs. Li + / Li) and resting for 10 minutes. The lithium ion battery for evaluation according to Example 1 was obtained by performing preliminary charging by charging until the potential of the positive electrode reached 4.2 V (vs. Li + / Li).
[耐久性試験]
予備充電工程後の評価用リチウムイオン電池に対して、さらに、0.05Cの電流で正極の電位が0.01V(vs.Li+/Li)となるまで放電、10分休止、0.05Cの電流で正極の電位が4.2V(vs.Li+/Li)となるまで充電、10分休止、のサイクルを99回繰り返して行い、1回目充電容量に対する100回目充電容量の割合(100サイクル目容量維持率)を求め、以下の基準によりサイクル特性(耐久性)を評価した。結果を表1に示す。
○:100サイクル目容量維持率が80%以上であり、サイクル特性が良好
×:100サイクル目容量維持率が80%未満であり、サイクル特性が不良
[Durability test]
For the lithium ion battery for evaluation after the preliminary charging step, further discharge at a current of 0.05 C until the potential of the positive electrode becomes 0.01 V (vs. Li + / Li), pause for 10 minutes, 0.05 C Charging until the potential of the positive electrode becomes 4.2 V (vs. Li + / Li) by current, repeating the cycle of 10 minutes and resting 99 times, and the ratio of the 100th charge capacity to the first charge capacity (100th cycle) Capacity retention ratio) was determined, and the cycle characteristics (durability) were evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
○: Capacity maintenance rate at 100th cycle is 80% or more, cycle characteristics are good ×: Capacity maintenance rate at 100th cycle is less than 80%, cycle characteristics are poor
[耐振動性試験]
予備充電工程後の評価用リチウムイオン電池に対して、2回目の充電操作を行って2回目の充電容量を測定した後、続いてエスペック(株)製垂直/水平加振複合環境装置を用いて振動を加えた。振動は、積層単位の積層方向に平行な方向に沿って、周期1000Hz、振幅10mmで30分間行った。
その後、3回目の充電試験を行って3回目充電容量を測定し、2回目充電容量からの充電容量の減少率(加振時容量維持率)を算出し、以下の基準により耐振動性を評価した。結果を表1に示す。
◎:加振時容量維持率が95%以上であり、耐振動性に優れる
○:加振時容量維持率が90%以上、95%未満であり、耐振動性が良好
×:加振時容量維持率が90%未満であり、耐振動性が不良
[Vibration resistance test]
For the evaluation lithium ion battery after the preliminary charging step, the second charging operation was performed to measure the second charging capacity, and then the vertical / horizontal vibration combined environmental device manufactured by Espec Co., Ltd. was used. Vibration was applied. The vibration was performed for 30 minutes with a period of 1000 Hz and an amplitude of 10 mm along a direction parallel to the stacking direction of the stacking unit.
After that, the third charge test is performed, the third charge capacity is measured, the reduction rate of the charge capacity from the second charge capacity (capacity maintenance rate during vibration) is calculated, and the vibration resistance is evaluated according to the following criteria did. The results are shown in Table 1.
A: Capacity maintenance rate during vibration is 95% or more and excellent in vibration resistance B: Capacity maintenance ratio during vibration is 90% or more and less than 95%, vibration resistance is good ×: Capacity during vibration Maintenance rate is less than 90% and vibration resistance is poor
<実施例2〜5、比較例1及び2>
積層単位を構成する正極活物質層と積層単位を構成する負極活物質層との組み合わせを表1に記載の組み合わせに変更し、予備充電工程における荷重を表1に記載の加重に変更したこと以外は実施例1と同様にして評価用リチウムイオン電池を作製し、実施例1と同様に耐久性評価と耐振動性評価を行った。結果を表1に示す。
なお、比較例2については荷重によって予備充電工程中に積層単位が変形してしまいリチウムイオン電池を作製することができなかった。そのため、耐久性試験及び耐振動性試験は実施できなかったので、表1には実施できずと記載した。
<Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2>
Other than changing the combination of the positive electrode active material layer constituting the laminated unit and the negative electrode active material layer constituting the laminated unit to the combination shown in Table 1, and changing the load in the precharging step to the weight shown in Table 1 Produced a lithium ion battery for evaluation in the same manner as in Example 1, and evaluated durability and vibration resistance in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
In Comparative Example 2, the laminate unit was deformed during the precharging process by the load, and a lithium ion battery could not be produced. Therefore, since the durability test and the vibration resistance test could not be performed, it was described in Table 1 that it could not be performed.
表1の結果より、本発明のリチウムイオン電池の製造方法により作製されたリチウムイオン電池は、耐久性及び耐振動性のいずれにも優れており、振動を加えた場合であってもサイクル特性が優れていることがわかる。これらは、予備充電工程において積層単位に対して充分な荷重を掛けた状態で充電操作を行うことによって、負極活物質層の表面に均一なSEI膜が形成されたためであると考えられる。 From the results in Table 1, the lithium ion battery produced by the method for producing a lithium ion battery of the present invention is excellent in both durability and vibration resistance, and has cycle characteristics even when vibration is applied. It turns out that it is excellent. These are considered to be because a uniform SEI film was formed on the surface of the negative electrode active material layer by performing the charging operation in a state where a sufficient load was applied to the laminated unit in the preliminary charging step.
本発明のリチウムイオン電池の製造方法により得られるリチウムイオン電池は、特に、携帯電話、パーソナルコンピューター及びハイブリッド自動車、電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池として有用である。 The lithium ion battery obtained by the method for producing a lithium ion battery of the present invention is particularly useful as a lithium ion battery used for mobile phones, personal computers, hybrid vehicles, and electric vehicles.
Claims (4)
前記負極活物質層は、前記負極活物質粒子の非結着体であり、
前記予備充電工程を、前記積層単位に対して、2.5〜10kgf/cm2の荷重を付加した状態で行うことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。 Lithium including a precharging step in which a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a negative electrode active material layer containing negative electrode active material particles are subjected to a charging operation at least once for a laminated unit laminated via a separator. A method for manufacturing an ion battery, comprising:
The negative electrode active material layer is a non-binding body of the negative electrode active material particles,
The method of manufacturing a lithium ion battery, wherein the preliminary charging step is performed in a state where a load of 2.5 to 10 kgf / cm 2 is applied to the stacked unit.
The method for producing a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative electrode active material layer has a thickness of 200 to 750 µm before a load is applied to the stacked unit.
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