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WO2019239948A1 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池 Download PDF

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WO2019239948A1
WO2019239948A1 PCT/JP2019/022065 JP2019022065W WO2019239948A1 WO 2019239948 A1 WO2019239948 A1 WO 2019239948A1 JP 2019022065 W JP2019022065 W JP 2019022065W WO 2019239948 A1 WO2019239948 A1 WO 2019239948A1
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WO
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negative electrode
graphite particles
active material
electrode active
produced
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PCT/JP2019/022065
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English (en)
French (fr)
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文一 水越
敬光 田下
拓也 四宮
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
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Priority to US15/734,025 priority patent/US11728484B2/en
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Priority to CN202410941955.0A priority patent/CN118888753A/zh
Priority to CN201980039806.2A priority patent/CN112292774B/zh
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries using a carbon material as a negative electrode active material are widely used as high energy density secondary batteries.
  • Patent Document 1 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery using densified carbon having an internal porosity of 5% or less as a carbon material.
  • Patent Document 2 discloses a non-aqueous electrolyte 2 using a carbon material including a carbon material A having an internal porosity of 1% to less than 23% and a carbon material B having an internal porosity of 23% to 40%.
  • a secondary battery is disclosed.
  • the negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery is obtained by applying and drying a slurry containing a carbon material as a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and compressing the obtained coating film (negative electrode active material layer).
  • a negative electrode active material layer having a high packing density cannot be obtained unless the compression is performed a plurality of times. An increase in the number of man-hours in the compression process may lead to a decrease in battery productivity.
  • an object of the present disclosure is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress an increase in the number of man-hours in the compression process in the manufacture of the negative electrode and can suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery which is one embodiment of the present disclosure includes a negative electrode having a negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer includes graphite particles A and graphite particles B as a negative electrode active material, and the graphite particles A
  • the internal porosity of the graphite particles B is 8% to 20%, and the mass ratio of the graphite particles A to the graphite particles B is 70:30 to 90:10. is there.
  • non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress an increase in the number of man-hours in the compression process in negative electrode production and suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view showing a cross section of the graphite particles in the negative electrode active material layer.
  • graphite particles with a low internal porosity suppress the destruction of the graphite particles in the charge / discharge cycle and the accompanying decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte. There exists a tendency for the fall of the charging / discharging cycling characteristics of a battery to be suppressed.
  • the graphite particles having a low internal porosity are not easily crushed by compression, a negative electrode active material layer having a high packing density cannot be obtained unless the above-described compression in the production of the negative electrode is performed a plurality of times.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery which is one embodiment of the present disclosure includes a negative electrode having a negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer includes graphite particles A and graphite particles B as a negative electrode active material, and the graphite particles A
  • the internal porosity of the graphite particles B is 8% to 20%, and the mass ratio of the graphite particles A to the graphite particles B is 70:30 to 90:10. It is characterized by a mass ratio.
  • a negative electrode active material layer containing graphite particles A having an internal porosity of 5% or less and graphite particles B having an internal porosity of 8% to 20% in a mass ratio of 70:30 to 90:10 is produced.
  • the graphite particles B are appropriately crushed and interposed in the gaps between the graphite particles A that are not easily crushed, so that the packing density is high without increasing the number of steps in the compression process. Easy to be. If the ratio of the graphite particles A exceeds the above range, the gap between the graphite particles A does not decrease unless the number of man-hours in the compression process is increased, so that a high packing density cannot be obtained.
  • the presence of the graphite particles A having an internal porosity of 5% or less in the negative electrode active material layer in the above ratio suppresses a decrease in charge / discharge cycle characteristics.
  • the graphite particle B is interposed in the space between the graphite particles A as described above. Therefore, it is considered that one of the causes is that the contact ratio between the graphite particles (A, B) is improved.
  • the graphite particles B having an internal void of 8% to 20% have a high nonaqueous electrolyte retention amount, the presence of the graphite particles B in the negative electrode active material layer results in a certain amount in the negative electrode active material layer.
  • one of the causes is that the nonaqueous electrolyte is retained and a sufficient amount of contact between the graphite particles (A, B) and the nonaqueous electrolyte is ensured.
  • the ratio of the graphite particles B exceeds the above range, the destruction of the graphite particles in the charge / discharge cycle, the accompanying decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte, etc. increase, and the deterioration of the charge / discharge cycle characteristics can be sufficiently suppressed. It becomes difficult.
  • nonaqueous electrolyte secondary battery of this indication is not limited to embodiment described below.
  • the drawings referred to in the description of the embodiments are schematically described.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of an embodiment.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery 10 shown in FIG. 1 includes a wound electrode body 14 in which a positive electrode 11 and a negative electrode 12 are wound via a separator 13, a non-aqueous electrolyte, and an electrode body 14 above and below, respectively. Insulating plates 18 and 19 disposed, and a battery case 15 that accommodates the members are provided.
  • the battery case 15 includes a bottomed cylindrical case body 16 and a sealing body 17 that closes an opening of the case body 16.
  • the wound electrode body 14 other forms of electrode bodies such as a stacked electrode body in which positive and negative electrodes are alternately stacked via separators may be applied.
  • the battery case 15 include a metal outer can such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a button shape, and a pouch outer case formed by laminating a resin sheet and a metal sheet.
  • the case body 16 is, for example, a bottomed cylindrical metal outer can.
  • a gasket 28 is provided between the case main body 16 and the sealing body 17 to ensure the sealing inside the battery.
  • the case main body 16 includes, for example, an overhanging portion 22 that supports the sealing body 17 in which a part of the side surface portion protrudes inward.
  • the overhang portion 22 is preferably formed in an annular shape along the circumferential direction of the case body 16, and supports the sealing body 17 on its upper surface.
  • the sealing body 17 has a structure in which a filter 23, a lower valve body 24, an insulating member 25, an upper valve body 26, and a cap 27 are laminated in this order from the electrode body 14 side.
  • Each member which comprises the sealing body 17 has disk shape or a ring shape, for example, and each member except the insulating member 25 is electrically connected mutually.
  • the lower valve body 24 and the upper valve body 26 are connected to each other at the center, and an insulating member 25 is interposed between the peripheral edges.
  • the lower valve body 24 When the internal pressure of the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 rises due to heat generation due to an internal short circuit or the like, the lower valve body 24 is deformed and broken, for example, so as to push the upper valve body 26 toward the cap 27, so The current path between the bodies 26 is interrupted. When the internal pressure further increases, the upper valve body 26 is broken and the gas is discharged from the opening of the cap 27.
  • the positive electrode lead 20 attached to the positive electrode 11 extends through the through hole of the insulating plate 18 to the sealing body 17 side, and the negative electrode lead 21 attached to the negative electrode 12 is insulated.
  • the case 19 extends to the bottom side of the case body 16 through the outside of the plate 19.
  • the positive electrode lead 20 is connected to the lower surface of the filter 23 which is the bottom plate of the sealing body 17 by welding or the like, and the cap 27 which is the top plate of the sealing body 17 electrically connected to the filter 23 serves as a positive electrode terminal.
  • the negative electrode lead 21 is connected to the bottom inner surface of the case main body 16 by welding or the like, and the case main body 16 serves as a negative electrode terminal.
  • the negative electrode 12 includes a negative electrode current collector made of, for example, a metal foil, and a negative electrode active material layer formed on the current collector.
  • a negative electrode current collector for example, a metal foil that is stable in the potential range of a negative electrode such as copper, a film in which the metal is disposed on the surface layer, or the like is used.
  • the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material containing graphite particles.
  • the negative electrode active material layer preferably contains a binder or the like.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view showing a cross section of the graphite particles in the negative electrode active material layer.
  • the graphite particles 30 are connected to the closed voids 34 (hereinafter referred to as internal voids 34) that are not connected from the inside of the particles to the particle surface and from the inside of the particles to the particle surface in a cross-sectional view of the graphite particles 30.
  • a gap 36 (hereinafter referred to as an external gap 36).
  • the graphite particles 30 in the present embodiment include graphite particles A having an internal porosity of 5% or less and graphite particles B having an internal porosity of 8% to 20%.
  • the internal porosity of the graphite particles A may be 5% or less from the viewpoint of suppressing a decrease in charge / discharge cycle characteristics, but is preferably 1% to 5%, more preferably 3% to 5%. It is.
  • the internal porosity of the graphite particles B may be 8% to 20% in terms of facilitating the compression of the negative electrode active material layer, but is preferably 10% to 18%, more preferably 12%. ⁇ 16%.
  • the internal porosity of the graphite particles is a two-dimensional value obtained from the ratio of the area of the internal voids 34 of the graphite particles to the cross-sectional area of the graphite particles. And the internal porosity of a graphite particle is calculated
  • ⁇ Measurement method of internal porosity> (1) The cross section of the negative electrode active material is exposed. Examples of the method for exposing the cross section include a method in which a part of the negative electrode is cut out and processed with an ion milling device (for example, IM4000PLUS, manufactured by Hitachi High-Tech) to expose the cross section of the negative electrode active material layer. (2) A backscattered electron image of the cross section of the exposed negative electrode active material layer is taken using a scanning electron microscope. The magnification at the time of taking a reflected electron image is 3,000 to 5,000 times.
  • an ion milling device for example, IM4000PLUS, manufactured by Hitachi High-Tech
  • the area of the graphite particle cross section refers to the area of the region surrounded by the outer periphery of the graphite particle, that is, the area of the entire cross section of the graphite particle. Further, among the voids present in the cross section of the graphite particle, the void having a width of 3 ⁇ m or less may be difficult to distinguish between the internal void and the external void in the image analysis. It is good. Then, from the calculated area of the graphite particle cross section and the area of the internal void of the graphite particle cross section, the internal porosity of the graphite particle (area of the internal void of the graphite particle cross section ⁇ 100 / area of the graphite particle cross section) is calculated. The internal porosity of the graphite particles A and B is an average value of 10 graphite particles A and B, respectively.
  • the graphite particles A and B are manufactured as follows, for example. ⁇ Graphite particles A having an internal porosity of 5% or less> For example, coke (precursor) as a main raw material is pulverized to a predetermined size, and in a state where they are aggregated with a binder, fired at a temperature of 2600 ° C. or more, graphitized, and then sieved. Graphite particles A having a desired size are obtained.
  • the internal porosity can be adjusted to 5% or less depending on the particle size of the pulverized precursor, the particle size of the aggregated precursor, and the like.
  • the average particle diameter (median diameter D50) of the pulverized precursor is preferably in the range of 12 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • ⁇ Graphite particles B having an internal porosity of 8% to 20%> coke (precursor) as a main raw material is pulverized to a predetermined size, aggregated with a binder, and further calcined at a temperature of 2600 ° C. or more in a state of being pressure-molded into a block shape, and graphitized.
  • the block-shaped formed body after graphitization is pulverized and sieved to obtain graphite particles B having a desired size.
  • the internal porosity can be adjusted to 8% to 20% depending on the amount of the volatile component added to the block-shaped molded body.
  • the binder can be used as a volatile component.
  • a pitch is illustrated as such a binder.
  • the graphite particles A and B used in the present embodiment are not particularly limited, such as natural graphite and artificial graphite, but artificial graphite is preferable in terms of easy adjustment of the internal porosity.
  • the interplanar spacing (d 002 ) of the (002) plane of the graphite particles A and B used in the present embodiment by the X-ray wide angle diffraction method is preferably, for example, 0.3354 nm or more, and 0.3357 nm or more. Is more preferable, and it is preferably less than 0.340 nm, and more preferably 0.338 nm or less.
  • the crystallite size (Lc (002)) obtained by the X-ray diffraction method of the graphite particles A and B used in the present embodiment is, for example, preferably 5 nm or more, and more preferably 10 nm or more. Moreover, it is preferable that it is 300 nm or less, and it is more preferable that it is 200 nm or less.
  • the interplanar spacing (d 002 ) and the crystallite size (Lc (002)) satisfy the above range, the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery tends to be larger than when the above range is not satisfied.
  • the negative electrode 12 is prepared, for example, by preparing a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material containing graphite particles A and B, a binder, etc., and applying and drying the negative electrode mixture slurry on a negative electrode current collector. After forming a material layer, it can produce by performing the compression process which compresses a negative electrode active material layer with a rolling roller etc.
  • the negative electrode active material contains graphite particles A and graphite particles B in a mass ratio of 70:30 to 90:10. Further, as described above, the negative electrode active material layer in which the mass ratio of the graphite particles A and the graphite particles B is in the above range is likely to have a high packing density due to compression of a rolling roller or the like.
  • the mass ratio of the graphite particles A and the graphite particles B is preferably 70:30 to 85:15 from the viewpoint that a high packing density can be obtained without increasing the number of steps in the compression step in the production of the negative electrode. More preferably, it is 70:30 to 80:20.
  • the packing density of the negative electrode active material layer in terms of such obtain secure and good battery characteristics of the intensity of the negative electrode active material layer is preferably 1.2g / cm 3 ⁇ 1.7g / cm 3, 1. More preferably, it is 5 g / cm 3 to 1.7 g / cm 3 .
  • the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B exceeds 90/10, the packing density in the above range can be increased unless the man-hours in the compression process of the negative electrode active material layer are increased compared to the case of 90/10 or less. It is not possible to obtain a negative electrode active material layer.
  • the mass ratio of the graphite particles A / graphite particles B is less than 70/30, compared with the case of 70/30 or more, the number of steps in the compression step of the negative electrode active material layer is not increased, and the above range. Although it is possible to obtain a negative electrode active material layer having a packing density, charge / discharge cycle characteristics are deteriorated.
  • the negative electrode active material may contain other materials capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, such as silicon (Si) and tin (Sn).
  • a metal such as an alloy with lithium, or an alloy containing a metal element such as Si or Sn, an oxide, or the like may be included. If the content of the other material is increased, the effect of suppressing the deterioration of the charge / discharge cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery may not be sufficiently obtained, so the content of the other material is, for example, It is desirable to set it as 10 mass% or less with respect to the mass of a negative electrode active material.
  • binder examples include fluorine resin, PAN, polyimide resin, acrylic resin, polyolefin resin, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC) or a salt thereof, polyacrylic acid (PAA) or Examples thereof include PAA-Na, PAA-K, and the like, and may be partially neutralized salts, polyvinyl alcohol (PVA), and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the positive electrode 11 includes a positive electrode current collector such as a metal foil and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector.
  • a positive electrode current collector such as a metal foil and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector.
  • a metal foil that is stable in the potential range of the positive electrode such as aluminum, a film in which the metal is disposed on the surface layer, or the like can be used.
  • the positive electrode active material layer includes, for example, a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and the like.
  • the positive electrode 11 is formed by, for example, applying a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a binder, a conductive material, etc. on a positive electrode current collector and drying it to form a positive electrode active material layer, and then using a rolling roller or the like. It can produce by performing the compression process which compresses a positive electrode active material layer.
  • Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal oxides containing transition metal elements such as Co, Mn, and Ni.
  • Examples of the lithium transition metal oxide include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , Li x Co y M 1-y O z , Li x Ni 1-1.
  • the positive electrode active materials include Li x NiO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , and Li x Ni 1-y M y O z (wherein the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be increased.
  • M at least one of Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, B, 0 ⁇ x ⁇ 1.2, 0 ⁇ y ⁇ 0 0.9, 2.0 ⁇ z ⁇ 2.3) and the like.
  • Examples of the conductive material include carbon-based particles such as carbon black (CB), acetylene black (AB), ketjen black, and graphite. These may be used alone or in combination of two or more.
  • CB carbon black
  • AB acetylene black
  • ketjen black ketjen black
  • graphite graphite
  • binder examples include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyimide resins, acrylic resins, and polyolefin resins. These may be used alone or in combination of two or more.
  • fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyimide resins, acrylic resins, and polyolefin resins. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the separator 13 for example, a porous sheet having ion permeability and insulating properties is used. Specific examples of the porous sheet include a microporous thin film, a woven fabric, and a nonwoven fabric.
  • olefinic resins such as polyethylene and polypropylene, cellulose and the like are suitable.
  • the separator 13 may be a laminate having a cellulose fiber layer and a thermoplastic resin fiber layer such as an olefin resin.
  • the multilayer separator containing a polyethylene layer and a polypropylene layer may be sufficient, and what applied materials, such as an aramid resin and a ceramic, to the surface of a separator may be used.
  • the non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous electrolyte is not limited to a liquid electrolyte (electrolytic solution), and may be a solid electrolyte using a gel polymer or the like.
  • the non-aqueous solvent for example, esters, ethers, nitriles such as acetonitrile, amides such as dimethylformamide, and a mixed solvent of two or more of these can be used.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product in which at least a part of hydrogen in these solvents is substituted with a halogen atom such as fluorine.
  • esters examples include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl propyl carbonate.
  • Chain carbonates such as ethyl propyl carbonate and methyl isopropyl carbonate
  • cyclic carboxylic acid esters such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate (MP), ethyl propionate, Examples thereof include chain carboxylic acid esters such as ⁇ -butyrolactone.
  • ethers examples include 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,3-dioxane, 1,4 -Cyclic ethers such as dioxane, 1,3,5-trioxane, furan, 2-methylfuran, 1,8-cineol, crown ether, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether , Dihexyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, methyl phenyl ether, ethyl phenyl ether, butyl phenyl ether, pentyl phenyl ether, methoxy toluene, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, diphen
  • a fluorinated cyclic carbonate such as fluoroethylene carbonate (FEC), a fluorinated chain carbonate, a fluorinated chain carboxylate such as methyl fluoropropionate (FMP), or the like.
  • FEC fluoroethylene carbonate
  • FMP fluorinated chain carboxylate
  • FEC fluoroethylene carbonate
  • FMP fluorinated chain carboxylate
  • the electrolyte salt is preferably a lithium salt.
  • the lithium salt LiBF 4, LiClO 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiSCN, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li (P (C 2 O 4) F 4), LiPF 6-x (C n F 2n + 1 ) x (1 ⁇ x ⁇ 6, n is 1 or 2), LiB 10 Cl 10 , LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylate, Li 2 B Borates such as 4 O 7 and Li (B (C 2 O 4 ) F 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (C 1 F 2l + 1 SO 2 ) (C m F 2m + 1 SO 2 ) ⁇ l , M is an integer greater than or equal to 1 ⁇ and the like.
  • lithium salts may be used alone or in combination of two or more.
  • LiPF 6 is preferably used from the viewpoints of ion conductivity, electrochemical stability, and the like.
  • concentration of the lithium salt is preferably 0.8 to 1.8 mol per liter of solvent.
  • Example 1 [Production of positive electrode] The mixture was mixed so that lithium cobaltate as a positive electrode active material was 90 parts by mass, graphite as a conductive material was 5 parts by mass, and polyvinylidene fluoride powder as a binder was 5 parts by mass, and further N-methyl-2-pyrrolidone. An appropriate amount of (NMP) was added to prepare a positive electrode mixture slurry. This slurry was applied to both surfaces of a current collector made of aluminum foil (thickness 15 ⁇ m) by the doctor blade method, and after drying the coating film, the coating film was compressed by a rolling roller, and the positive electrode current collector was coated on both sides of the positive electrode current collector. A positive electrode on which an active material layer was formed was produced.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on both sides was prepared.
  • the internal porosity of the graphite particles A and B in the produced negative electrode was measured, it was 1% and 8%, respectively. Since the measuring method is as described above, it is omitted.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 mol / L in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 10:10:80. did. This was made into the nonaqueous electrolyte.
  • EC ethylene carbonate
  • PC propylene carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • Example 2 In the preparation of the graphite particles B, the same conditions as in Example 1 were used except that the amount of pitch was larger than that in Example 1.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the graphite particles B were used, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 15%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 3 In the preparation of the graphite particles B, the conditions were the same as in Example 1 except that the amount of pitch was larger than that in Example 2.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the graphite particles B were used, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 20%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 4 Similar to Example 1 except that the graphite particles A and B of Example 1 were used and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was prepared and a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 5 Except that the graphite particles A of Example 1 and the graphite particles B of Example 2 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 15%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 6 Except that the graphite particles A of Example 1 and the graphite particles B of Example 3 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 20%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 7 In the production of the graphite particles A, the conditions were the same as in Example 1 except that the average particle diameter (median diameter D50) of the coke after pulverization was changed to 10 ⁇ m.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this graphite particle A was used, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 15%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 9 A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the graphite particles A of Example 7 and the graphite particles B of Example 3 were used, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 20%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 10 Except that the graphite particles A of Example 7 and the graphite particles B of Example 1 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 11 Except that the graphite particles A of Example 7 and the graphite particles B of Example 2 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 15%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 12 Except that the graphite particles A of Example 7 and the graphite particles B of Example 3 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 90/10 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 5%, and the internal porosity of the graphite particles B was 20%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 1 Using only the graphite particles A produced in Example 1 as the negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1. The packing density of each of the negative electrode active material layers formed on both surfaces of the negative electrode current collector was It did not reach 1.5 g / cm 3 . When a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced using this negative electrode, it did not function as a battery.
  • Comparative Example 1 only the graphite particles A produced in Example 1 were used as the negative electrode active material, and compression with a rolling roller was performed twice. As a result, the packing density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / Since it reached cm 3 , this was used as the negative electrode of Comparative Example 1. That is, the number of man-hours in the compression process for obtaining the packing density increased to two. Further, when the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was measured, it was 1%. Using this negative electrode, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 Using only the graphite particles A produced in Example 7 as the negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1. As a result, the packing density of each of the negative electrode active material layers formed on both surfaces of the negative electrode current collector was It did not reach 1.5 g / cm 3 . When a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced using this negative electrode, it did not function as a battery.
  • Comparative Example 2 when only the graphite particles A produced in Example 7 were used as the negative electrode active material, and compression with a rolling roller was performed twice, the packing density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / Since it reached cm 3 , this was used as the negative electrode of Comparative Example 2. That is, the number of man-hours in the compression process for obtaining the packing density increased to two. Moreover, when the internal porosity of the graphite particle A was measured in the produced negative electrode, it was 5%. Using this negative electrode, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only the graphite particles B produced in Example 1 were used as the negative electrode active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles B in the produced negative electrode was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only the graphite particles B produced in Example 2 were used as the negative electrode active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced. Note that the amount of pitch used for producing the graphite particles B in Example 2 is larger than that in Comparative Example 5.
  • the internal porosity of the graphite particles B in the produced negative electrode was 15%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that only the graphite particles B produced in Example 3 were used as the negative electrode active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles B in the produced negative electrode was 20%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 9 Similar to Example 1 except that the graphite particles A and B of Example 1 were used and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 10/90 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was prepared and a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 13 Similar to Example 1 except that the graphite particles A and B of Example 1 were used and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 30/70 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was prepared and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Example 17 Same as Example 1 except that the graphite particles A and B of Example 1 were used, and a mixture obtained by mixing them so that the mass ratio of graphite particles A / graphite particles B was 50/50 was used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode was prepared and a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.
  • the internal porosity of the graphite particles A in the produced negative electrode was 1%, and the internal porosity of the graphite particles B was 8%.
  • the packing density of each negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector was 1.5 g / cm 3 . That is, the man-hour of the compression process for obtaining the said packing density was 1 time.
  • Table 1 shows the man-hours of the compression process in the negative electrode production of each example and each comparative example, the initial efficiency of the nonaqueous electrolyte secondary battery of each example and each comparative example, the discharge load characteristics, and the capacity retention rate in the charge / discharge cycle. The results were summarized. In addition, it has shown that the fall of the charge / discharge cycle characteristic was suppressed, so that the value of the capacity
  • each of Examples 1 to 12 was a negative electrode active material layer having a high packing density with one man-hour of the compression step in the production of the negative electrode.
  • the capacity retention rate in the charge / discharge cycle was improved as compared with Comparative Examples 3 to 24. Therefore, a negative electrode active material in which graphite particles A having an internal porosity of 5% or less and graphite particles B having an internal porosity of 8% to 20% is mixed, and the mass ratio of the graphite particles A and the graphite particles B is set.
  • nonaqueous electrolyte secondary battery that can suppress an increase in the number of man-hours in the compression step in the production of a negative electrode and can suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics be able to.
  • non-aqueous electrolyte secondary battery 11 positive electrode, 12 negative electrode, 13 separator, 14 electrode body, 15 battery case, 16 case body, 17 sealing body, 18, 19 insulating plate, 20 positive electrode lead, 21 negative electrode lead, 22 overhanging part , 23 filter, 24 lower valve body, 25 insulating member, 26 upper valve body, 27 cap, 28 gasket, 30 graphite particles, 34 internal void, 36 external void.

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Abstract

本開示は、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑え、且つ充放電サイクル特性の低下を抑制することができる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。本開示の一態様である非水電解質二次電池は、負極活物質層を有する負極を備え、前記負極活物質層は、負極活物質として黒鉛粒子A及び黒鉛粒子Bを含み、前記黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%以下であり、前記黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%~20%であり、前記黒鉛粒子Aと前記黒鉛粒子Bの質量比は、70:30~90:10である。

Description

非水電解質二次電池
 本開示は、非水電解質二次電池に関する。
 炭素材料を負極活物質として用いる非水電解質二次電池は、高エネルギー密度の二次電池として広く利用されている。
 例えば、特許文献1には、炭素材料に内部空隙率が5%以下の緻密化炭素を用いた非水電解質二次電池が開示されている。
 例えば、特許文献2には、内部空隙率が1%以上23%未満の炭素材Aと、内部空隙率が23%以上40%以下である炭素材Bを含む炭素材料を用いた非水電解質二次電池が開示されている。
特開平9-320600号公報 特開2014-67638号公報
 ところで、非水電解質二次電池の信頼性向上として、充放電サイクル特性の低下を抑制することが求められている。
 また、非水電解質二次電池の負極は、負極活物質としての炭素材料を含むスラリーを負極集電体上に塗布・乾燥し、得られた塗膜(負極活物質層)を圧縮することにより得られるが、炭素材料の内部空隙率によっては、上記圧縮を複数回実施しなければ、高い充填密度の負極活物質層を得ることができないという問題がある。この圧縮工程の工数の増加は、電池の生産性の低下に繋がる虞がある。
 そこで、本開示の目的は、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑え、且つ充放電サイクル特性の低下を抑制することができる非水電解質二次電池を提供することにある。
 本開示の一態様である非水電解質二次電池は、負極活物質層を有する負極を備え、前記負極活物質層は、負極活物質として黒鉛粒子A及び黒鉛粒子Bを含み、前記黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%以下であり、前記黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%~20%であり、前記黒鉛粒子Aと前記黒鉛粒子Bの質量比は、70:30~90:10である。
 本開示の一態様によれば、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑え、充放電サイクル特性の低下を抑制することができる非水電解質二次電池を提供することが可能となる。
図1は、実施形態の一例である非水電解質二次電池の断面図である。 図2は、負極活物質層内の黒鉛粒子の断面を示す模式拡大図である。
(本開示の基礎となった知見)
 内部空隙率の低い黒鉛粒子は、内部空隙率の高い黒鉛粒子と比べて、充放電サイクルにおける黒鉛粒子の破壊や、それに伴う非水電解質の分解反応等が抑制されるため、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性の低下が抑制される傾向にある。しかし、内部空隙率の低い黒鉛粒子は、圧縮に対して潰れ難いため、前述した負極製造における圧縮を複数回実施しなければ、高い充填密度の負極活物質層を得ることができない。そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、内部空隙率の低い黒鉛粒子を用いた上で、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑え、且つ充放電サイクル特性の低下を抑制することができる非水電解質二次電池を提供するためには、内部空隙率の低い黒鉛粒子と内部空隙率の高い黒鉛粒子とを所定の割合で混合することが必要であることを見出し、以下に示す態様の非水電解質二次電池を想到するに至った。
 本開示の一態様である非水電解質二次電池は、負極活物質層を有する負極を備え、前記負極活物質層は、負極活物質として黒鉛粒子A及び黒鉛粒子Bを含み、前記黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%以下であり、前記黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%~20%であり、前記黒鉛粒子Aと前記黒鉛粒子Bの質量比は、70:30~90:10の質量比であることを特徴とする。
 ここで、内部空隙率が5%以下の黒鉛粒子Aと内部空隙率が8%~20%の黒鉛粒子Bとを70:30~90:10の質量比で含む負極活物質層が、製造段階において圧延ローラ等により圧縮されると、例えば黒鉛粒子Bが適度に潰れて、潰れ難い黒鉛粒子A同士の間の空隙に介在するため、圧縮工程の工数を増加させなくても、充填密度が高くなり易い。なお、黒鉛粒子Aの比率が上記範囲より多くなると、圧縮工程の工数を増加しなければ、黒鉛粒子A同士の間の空隙が減少しないため、高い充填密度が得られない。また、内部空隙率が5%以下の黒鉛粒子Aが上記割合で負極活物質層に存在することで、充放電サイクル特性の低下が抑制される。充放電サイクル特性の低下抑制効果は、内部空隙率が5%以下の黒鉛粒子Aの存在だけでなく、前述したように、黒鉛粒子Bが、黒鉛粒子A同士の間の空隙に介在していることにより、黒鉛粒子(A、B)同士の接触率が向上していることも原因の一つであると考えられる。さらには、内部空隙が8%~20%の黒鉛粒子Bは、非水電解質の保持量が高いため、負極活物質層内に黒鉛粒子Bが存在することで、負極活物質層内に一定量の非水電解質が保持され、黒鉛粒子(A,B)と非水電解質との接触量が十分に確保されることも原因の一つであると考えられる。なお、黒鉛粒子Bの比率が上記範囲より多くなると、充放電サイクルにおける黒鉛粒子の破壊や、それに伴う非水電解質の分解反応等が多くなり、充放電サイクル特性の低下を十分に抑制することが困難となる。
 以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示の非水電解質二次電池は、以下で説明する実施形態に限定されない。また、実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものである。
 図1は、実施形態の一例である非水電解質二次電池の断面図である。図1に示す非水電解質二次電池10は、正極11及び負極12がセパレータ13を介して巻回されてなる巻回型の電極体14と、非水電解質と、電極体14の上下にそれぞれ配置された絶縁板18,19と、上記部材を収容する電池ケース15と、を備える。電池ケース15は、有底円筒形状のケース本体16と、ケース本体16の開口部を塞ぐ封口体17とにより構成される。なお、巻回型の電極体14の代わりに、正極及び負極がセパレータを介して交互に積層されてなる積層型の電極体など、他の形態の電極体が適用されてもよい。また、電池ケース15としては、円筒形、角形、コイン形、ボタン形等の金属製外装缶、樹脂シートと金属シートをラミネートして形成されたパウチ外装体などが例示できる。
 ケース本体16は、例えば有底円筒形状の金属製外装缶である。ケース本体16と封口体17との間にはガスケット28が設けられ、電池内部の密閉性が確保される。ケース本体16は、例えば側面部の一部が内側に張出した、封口体17を支持する張り出し部22を有する。張り出し部22は、ケース本体16の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体17を支持する。
 封口体17は、電極体14側から順に、フィルタ23、下弁体24、絶縁部材25、上弁体26、及びキャップ27が積層された構造を有する。封口体17を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材25を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体24と上弁体26は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材25が介在している。内部短絡等による発熱で非水電解質二次電池10の内圧が上昇すると、例えば下弁体24が上弁体26をキャップ27側に押し上げるように変形して破断し、下弁体24と上弁体26の間の電流経路が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体26が破断し、キャップ27の開口部からガスが排出される。
 図1に示す非水電解質二次電池10では、正極11に取り付けられた正極リード20が絶縁板18の貫通孔を通って封口体17側に延び、負極12に取り付けられた負極リード21が絶縁板19の外側を通ってケース本体16の底部側に延びている。正極リード20は封口体17の底板であるフィルタ23の下面に溶接等で接続され、フィルタ23と電気的に接続された封口体17の天板であるキャップ27が正極端子となる。負極リード21はケース本体16の底部内面に溶接等で接続され、ケース本体16が負極端子となる。
 以下、非水電解質二次電池10の各構成要素について詳説する。
 [負極]
 負極12は、例えば金属箔等からなる負極集電体と、当該集電体上に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、例えば、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極活物質層は、黒鉛粒子を含む負極活物質を含む。負極活物質層は、結着材等を含むことが好ましい。
 図2は、負極活物質層内の黒鉛粒子の断面を示す模式拡大図である。図2に示すように、黒鉛粒子30は、黒鉛粒子30の断面視において、粒子内部から粒子表面につながっていない閉じられた空隙34(以下、内部空隙34)と、粒子内部から粒子表面につながっている空隙36(以下、外部空隙36)とを有する。
 本実施形態における黒鉛粒子30は、内部空隙率が5%以下である黒鉛粒子Aと、内部空隙率が8%~20%である黒鉛粒子Bとを含む。黒鉛粒子Aの内部空隙率は、充放電サイクル特性の低下を抑制する等の点で、5%以下であればよいが、好ましくは1%~5%であり、より好ましくは3%~5%である。黒鉛粒子Bの内部空隙率は、負極活物質層の圧縮を容易にする等の点で、8%~20%であればよいが、好ましくは10%~18%であり、より好ましくは12%~16%である。ここで、黒鉛粒子の内部空隙率とは、黒鉛粒子の断面積に対する黒鉛粒子の内部空隙34の面積の割合から求めた2次元値である。そして、黒鉛粒子の内部空隙率は、以下の手順で求められる。
 <内部空隙率の測定方法>
 (1)負極活物質の断面を露出させる。断面を露出させる方法としては、例えば、負極の一部を切り取り、イオンミリング装置(例えば、日立ハイテク社製、IM4000PLUS)で加工し、負極活物質層の断面を露出させる方法が挙げられる。
 (2)走査型電子顕微鏡を用いて、上記露出させた負極活物質層の断面の反射電子像を撮影する。反射電子像を撮影する際の倍率は、3千倍から5千倍である。
 (3)上記により得られた断面像をコンピュータに取り込み、画像解析ソフト(例えば、アメリカ国立衛生研究所社製、ImageJ)を用いて二値化処理を行い、断面像内の粒子断面を黒色とし、粒子断面に存在する空隙を白色として変換した二値化処理画像を得る。
 (4)二値化処理画像から、粒径5μm~50μmの黒鉛粒子A,Bを選択し、当該黒鉛粒子断面の面積、及び当該黒鉛粒子断面に存在する内部空隙の面積を算出する。ここで、黒鉛粒子断面の面積とは、黒鉛粒子の外周で囲まれた領域の面積、すなわち、黒鉛粒子の断面部分全ての面積を指している。また、黒鉛粒子断面に存在する空隙のうち幅が3μm以下の空隙については、画像解析上、内部空隙か外部空隙かの判別が困難となる場合があるため、幅が3μm以下の空隙は内部空隙としてもよい。そして、算出した黒鉛粒子断面の面積及び黒鉛粒子断面の内部空隙の面積から、黒鉛粒子の内部空隙率(黒鉛粒子断面の内部空隙の面積×100/黒鉛粒子断面の面積)を算出する。黒鉛粒子A,Bの内部空隙率は、黒鉛粒子A,Bそれぞれ10個の平均値とする。
 黒鉛粒子A,Bは、例えば、以下のようにして製造される。
<内部空隙率が5%以下である黒鉛粒子A>
 例えば、主原料となるコークス(前駆体)を所定サイズに粉砕し、それらを結着材で凝集させた状態で、2600℃以上の温度で焼成し、黒鉛化させた後、篩い分けることで、所望のサイズの黒鉛粒子Aを得る。ここで、粉砕後の前駆体の粒径や凝集させた状態の前駆体の粒径等によって、内部空隙率を5%以下に調整することができる。例えば、粉砕後の前駆体の平均粒径(メジアン径D50)は、12μm~20μmの範囲であることが好ましい。また、内部空隙率を5%以下の範囲で小さくする場合は、粉砕後の前駆体の粒径を大きくすることが好ましい。
<内部空隙率が8%~20%である黒鉛粒子B>
 例えば、主原料となるコークス(前駆体)を所定サイズに粉砕し、それらを結着材で凝集した後、さらにブロック状に加圧成形した状態で、2600℃以上の温度で焼成し、黒鉛化させる。黒鉛化後のブロック状の成形体を粉砕し、篩い分けることで、所望のサイズの黒鉛粒子Bを得る。ブロック状の成形体に添加される揮発成分の量によって、内部空隙率を8%~20%に調整することができる。コークス(前駆体)に添加される結着材の一部が焼成時に揮発する場合、結着材を揮発成分として用いることができる。そのような結着材としてピッチが例示される。
 本実施形態に用いられる黒鉛粒子A,Bは、天然黒鉛、人造黒鉛等、特に制限されるものではないが、内部空隙率の調整のし易さ等の点では、人造黒鉛が好ましい。本実施形態に用いられる黒鉛粒子A,BのX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)は、例えば、0.3354nm以上であることが好ましく、0.3357nm以上であることがより好ましく、また、0.340nm未満であることが好ましく、0.338nm以下であることがより好ましい。また、本実施形態に用いられる黒鉛粒子A,BのX線回折法で求めた結晶子サイズ(Lc(002))は、例えば、5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、また、300nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましい。面間隔(d002)及び結晶子サイズ(Lc(002))が上記範囲を満たす場合、上記範囲を満たさない場合と比べて、非水電解質二次電池の電池容量が大きくなる傾向がある。
 負極12は、例えば、黒鉛粒子A及びBを含む負極活物質や結着材等を含む負極合材スラリーを調製し、この負極合材スラリーを負極集電体上に塗布、乾燥して負極活物質層を形成した後、圧延ローラ等により、負極活物質層を圧縮する圧縮工程を行うことにより作製できる。本実施形態では、負極活物質は、黒鉛粒子Aと黒鉛粒子Bとを、70:30~90:10の質量比で含む。そして、黒鉛粒子Aと黒鉛粒子Bとの質量比が上記範囲である負極活物質層は、前述したように、圧延ローラ等の圧縮により充填密度が高くなり易いため、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑えることができる。黒鉛粒子Aと黒鉛粒子Bとの質量比は、負極製造における圧縮工程の工数を増加しなくても、高い充填密度が得られる等の点で、好ましくは70:30~85:15であり、より好ましくは70:30~80:20である。
 負極活物質層の充填密度は、負極活物質層の強度の確保や良好な電池特性を得る等の点で、1.2g/cm~1.7g/cmであることが好ましく、1.5g/cm~1.7g/cmであることがより好ましい。黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10を越える場合、90/10以下の場合と比較して、負極活物質層の圧縮工程の工数を増加しなければ、上記範囲の充填密度を有する負極活物質層を得ることができない。なお、黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が70/30未満の場合、70/30以上の場合と比較して、負極活物質層の圧縮工程の工数を増加しなくても、上記範囲の充填密度を有する負極活物質層を得ることは可能であるが、充放電サイクル特性が低下する。
 負極活物質は、本実施形態に用いられる黒鉛粒子A,B以外に、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できる他の材料を含んでいてもよく、例えば、ケイ素(Si)、錫(Sn)等のリチウムと合金化する金属、又はSi、Sn等の金属元素を含む合金、酸化物等を含んでいてもよい。上記他の材料の含有量が多くなると、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性の低下を抑制する効果が十分に得られない場合があるので、上記他の材料の含有量は、例えば、負極活物質の質量に対して10質量%以下とすることが望ましい。
 結着材としては、例えば、フッ素系樹脂、PAN、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)又はその塩、ポリアクリル酸(PAA)又はその塩(PAA-Na、PAA-K等、また部分中和型の塩であってもよい)、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 [正極]
 正極11は、例えば金属箔等の正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極集電体には、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極活物質層は、例えば、正極活物質、結着材、導電材等を含む。
 正極11は、例えば、正極活物質、結着材、導電材等を含む正極合材スラリーを正極集電体上に塗布、乾燥して正極活物質層を形成した後、圧延ローラ等により、この正極活物質層を圧縮する圧縮工程を行うことにより作製できる。
 正極活物質としては、Co、Mn、Ni等の遷移金属元素を含有するリチウム遷移金属酸化物が例示できる。リチウム遷移金属酸化物は、例えばLiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1-y、LiCo1-y、LiNi1-y、LiMn、LiMn2-y、LiMPO、LiMPOF(M;Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Bのうち少なくとも1種、0<x≦1.2、0<y≦0.9、2.0≦z≦2.3)である。これらは、1種単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。非水電解質二次電池の高容量化を図ることができる点で、正極活物質は、LiNiO、LiCoNi1-y、LiNi1-y(M;Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Bのうち少なくとも1種、0<x≦1.2、0<y≦0.9、2.0≦z≦2.3)等のリチウムニッケル複合酸化物を含むことが好ましい。
 導電材は、例えば、カーボンブラック(CB)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック、黒鉛等のカーボン系粒子などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 結着材は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 [セパレータ]
 セパレータ13には、例えば、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シート等が用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータ13は、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。また、ポリエチレン層及びポリプロピレン層を含む多層セパレータであってもよく、セパレータの表面にアラミド系樹脂、セラミック等の材料が塗布されたものを用いてもよい。
 [非水電解質]
 非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質(電解液)に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、及びこれらの2種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。
 上記エステル類の例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート等の環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステル、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル、γ-ブチロラクトン等の鎖状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
 上記エーテル類の例としては、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、1,3,5-トリオキサン、フラン、2-メチルフラン、1,8-シネオール、クラウンエーテル等の環状エーテル、1,2-ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、o-ジメトキシベンゼン、1,2-ジエトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、1,1-ジメトキシメタン、1,1-ジエトキシエタン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチル等の鎖状エーテル類などが挙げられる。
 上記ハロゲン置換体としては、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等のフッ素化環状炭酸エステル、フッ素化鎖状炭酸エステル、フルオロプロピオン酸メチル(FMP)等のフッ素化鎖状カルボン酸エステル等を用いることが好ましい。
 電解質塩は、リチウム塩であることが好ましい。リチウム塩の例としては、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiAlCl、LiSCN、LiCFSO、LiCFCO、Li(P(C)F)、LiPF6-x(C2n+1(1<x<6,nは1又は2)、LiB10Cl10、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、Li、Li(B(C)F)等のホウ酸塩類、LiN(SOCF、LiN(C2l+1SO)(C2m+1SO){l,mは1以上の整数}等のイミド塩類などが挙げられる。リチウム塩は、これらを1種単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。これらのうち、イオン伝導性、電気化学的安定性等の観点から、LiPFを用いることが好ましい。リチウム塩の濃度は、溶媒1L当り0.8~1.8molとすることが好ましい。
 以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。
 <実施例1>
 [正極の作製]
 正極活物質としてのコバルト酸リチウムが90質量部、導電材としての黒鉛が5質量部、結着材としてのポリフッ化ビニリデン粉末が5質量部となるよう混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量加えて、正極合材スラリーを調製した。このスラリーをアルミニウム箔(厚さ15μm)からなる集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、塗膜を乾燥した後、圧延ローラにより塗膜を圧縮して、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。
 [黒鉛粒子Aの作製]
 コークスを平均粒径(メジアン径D50)が15μmとなるまで粉砕し、粉砕したコークスに結着材としてのピッチを添加し、コークスを平均粒径(メジアン径D50)が17μmとなるまで凝集させた。この凝集物を2800℃の温度で焼成して黒鉛化した後、250メッシュの篩いを用いて、篩い分けを行い、平均粒径(メジアン径D50)が23μmの黒鉛粒子Aを得た。
 [黒鉛粒子Bの作製]
 コークスを平均粒径(メジアン径D50)が15μmとなるまで粉砕し、粉砕したコークスに結着材としてのピッチを添加して凝集させた後、さらに等方的な圧力で1.6g/cm~1.9g/cmの密度を有するブロック状の成形体とした。このブロック状の成形体を2800℃の温度で焼成して黒鉛化した後、ブロック状の成形体を粉砕し、250メッシュの篩いを用いて、篩い分けを行い、平均粒径(メジアン径D50)が23μmの黒鉛粒子Bを得た。
 [負極の作製]
 黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が70/30となるようにこれらを混合した。この混合物を負極活物質とした。そして、負極活物質:カルボキシメチルセルロース-ナトリウム(CMC-Na):スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)の質量比が、100:1:1となるようにこれらを混合して、負極合材スラリーを調製した。このスラリーを銅箔からなる集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、塗膜を乾燥した後、圧延ローラにより塗膜を所定の厚みになるように1回圧縮して、負極集電体の両面に負極活物質層が形成された負極を作製した。作製した負極において、黒鉛粒子A及びBの内部空隙率を測定したところ、それぞれ1%と8%であった。測定方法は前述した通りであるので省略する。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 [非水電解質の作製]
 エチレンカーボネート(EC)と、プロピレンカーボネート(PC)、エチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比で10:10:80となるように混合した非水溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度で溶解した。これを非水電解質とした。
 [非水電解質二次電池の作製]
(1)上記正極及び負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回した電極体を作製した後、プレスして、扁平巻回型の電極体とした。
(2)ポリプロピレン樹脂層/接着剤層/アルミニウム合金層/接着剤層/ポリプロピレン樹脂層の5層構造からなるシート状のラミネート材を用意した。このラミネート材を折り返して底部を形成し、カップ状の電極体収容空間を形成した。これを電池の外装体として使用した。
(3)アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、上記電極体と上記非水電解質とを、外装体の上記収容空間に収容した後、外装体内部を減圧して、セパレータ内部に非水電解質を含浸させ、外装体の開口部を封止し、高さ62mm、幅35mm、厚み3.6mmの非水電解質二次電池を作製した。
 <実施例2>
 黒鉛粒子Bの作製において、ピッチの量を実施例1より多くしたこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Bを用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例3>
 黒鉛粒子Bの作製において、ピッチの量を実施例2より多くしたこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Bを用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例4>
 実施例1の黒鉛粒子A及びBを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例5>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例6>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例7>
 黒鉛粒子Aの作製において、粉砕後のコークスの平均粒径(メジアン径D50)を10μmに変更したこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Aを用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例8>
 実施例7の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例9>
 実施例7の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例10>
 実施例7の黒鉛粒子A及び実施例1の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例11>
 実施例7の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <実施例12>
 実施例7の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例1>
 実施例1で作製した黒鉛粒子Aのみを負極活物質として用いて、実施例1と同様に負極を作製したところ、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度が、1.5g/cmに達しなかった。なお、この負極を用いて非水電解質二次電池を作製したところ、電池として機能しなかった。
 そこで、比較例1では、実施例1で作製した黒鉛粒子Aのみを負極活物質として用いて、また、圧延ローラによる圧縮を2回行ったところ、負極活物質層の充填密度が1.5g/cmに達したので、これを比較例1の負極とした。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は2回に増加した。また、作製した負極において、黒鉛粒子Aの内部空隙率を測定したところ1%であった。この負極を用いて、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
 <比較例2>
 実施例7で作製した黒鉛粒子Aのみを負極活物質として用いて、実施例1と同様に負極を作製したところ、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度が、1.5g/cmに達しなかった。なお、この負極を用いて非水電解質二次電池を作製したところ、電池として機能しなかった。
 そこで、比較例2では、実施例7で作製した黒鉛粒子Aのみを負極活物質として用いて、また、圧延ローラによる圧縮を2回行ったところ、負極活物質層の充填密度が1.5g/cmに達したので、これを比較例2の負極とした。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は2回に増加した。また、作製した負極において、黒鉛粒子Aの内部空隙率を測定したところ5%であった。この負極を用いて、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
 <比較例3>
 実施例1で作製した黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例4>
 黒鉛粒子Bの作製において、ピッチの量を実施例1より多くしたこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は10%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例5>
 黒鉛粒子Bの作製において、ピッチの量を比較例4より多くしたこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は13%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例6>
 実施例2で作製した黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。なお、実施例2で黒鉛粒子Bの作製に用いたピッチの量は比較例5より多い。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例7>
 実施例3で作製した黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例8>
 黒鉛粒子Bの作製において、ピッチの量を比較例7より多くしたこと以外は実施例1と同様の条件とした。この黒鉛粒子Bのみを負極活物質として用いたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Bの内部空隙率は25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例9>
 実施例1の黒鉛粒子A及びBを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が10/90となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例10>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が10/90となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例11>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が10/90となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例12>
 実施例1の黒鉛粒子A及び比較例9の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が10/90となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例13>
 実施例1の黒鉛粒子A及びBを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が30/70となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例14>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が30/70となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例15>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が30/70となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例16>
 実施例1の黒鉛粒子A及び比較例9の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が30/70となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例17>
 実施例1の黒鉛粒子A及びBを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が50/50となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率8%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例18>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例2の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が50/50となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率15%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例19>
 実施例1の黒鉛粒子A及び実施例3の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が50/50となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率20%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例20>
 実施例1の黒鉛粒子A及び比較例9の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が50/50となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例21>
 実施例1の黒鉛粒子A及び比較例9の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が70/30となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例22>
 実施例1の黒鉛粒子A及び比較例8の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は1%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例23>
 実施例7の黒鉛粒子A及び比較例8の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が70/30となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 <比較例24>
 実施例7の黒鉛粒子A及び比較例8の黒鉛粒子Bを用い、これらを黒鉛粒子A/黒鉛粒子Bの質量比が90/10となるように混合した混合物を負極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に負極を作製し、また、非水電解質二次電池を作製した。作製した負極における黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%であり、黒鉛粒子Bの内部空隙率25%であった。また、負極集電体の両面に形成された負極活物質層それぞれの充填密度は、1.5g/cmであった。すなわち、上記充填密度を得るための圧縮工程の工数は1回であった。
 [初期効率]
 環境温度25℃の下、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を、定電流充電(電流1It=800mA、終止電圧4.3V)した後、定電圧充電(電圧4.3V、終止電流16mA)した。その後、電流値800mAで、終止電圧2.75Vまで定電流放電し、更に160mAで追い放電した。そして、以下の式により、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の初期効率を求めた。
 初期効率=(放電容量/充電容量)×100
 [放電負荷特性]
 環境温度25℃の下、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を、800mAで、終止電圧4.3Vまで定電流充電した後、800mAで、終止電圧2.75Vまで定電流放電した。この際の放電容量を1It放電容量とした。また、環境温度25℃の下、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を、800mAで、終止電圧4.3Vまで定電流充電した後、2400mAで、終止電圧2.75Vまで定電流放電した。この際の放電容量を3It放電容量とした。そして、以下の式により、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の放電負荷特性を求めた。
 放電負荷特性=(3It放電容量/1It放電容量)×100
 [充放電サイクルにおける容量維持率の測定]
 環境温度25℃の下、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を、定電流充電(電流1It=800mA、終止電圧4.3V)した後、定電圧充電(電圧4.3V、終止電流16mA)した。その後、電流値800mAで、終止電圧2.75Vまで定電流放電した。この充放電を1サイクルとして、1000サイクル行った。そして、以下の式により、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の充放電サイクルにおける容量維持率を求めた。
 容量維持率=(1000サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
 表1に、各実施例及び各比較例の負極製造における圧縮工程の工数、各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の初期効率、放電負荷特性、及び充放電サイクルにおける容量維持率の結果をまとめた。なお、充放電サイクルにおける容量維持率の値が高いほど、充放電サイクル特性の低下が抑制されたことを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1から分かるように、実施例1~12はいずれも、負極製造における圧縮工程の工数が1回で、高い充填密度を有する負極活物質層となった。また、実施例1~12はいずれも、比較例3~24と比較して、充放電サイクルにおける容量維持率が向上した。したがって、内部空隙率が5%以下である黒鉛粒子Aと内部空隙率が8%~20%である黒鉛粒子Bとを混合した負極活物質を用い、黒鉛粒子Aと黒鉛粒子Bの質量比を、70:30~90:10とすることにより、負極製造における圧縮工程の工数の増加を抑えることができ、且つ充放電サイクル特性の低下を抑制することができる非水電解質二次電池を提供することができる。
 10 非水電解質二次電池、11 正極、12 負極、13 セパレータ、14 電極体、15 電池ケース、16 ケース本体、17 封口体、18,19 絶縁板、20 正極リード、21 負極リード、22 張り出し部、23 フィルタ、24 下弁体、25 絶縁部材、26 上弁体、27 キャップ、28 ガスケット、30 黒鉛粒子、34 内部空隙、36 外部空隙。

Claims (2)

  1.  負極活物質層を有する負極を備え、
     前記負極活物質層は、負極活物質として黒鉛粒子A及び黒鉛粒子Bを含み、
     前記黒鉛粒子Aの内部空隙率は5%以下であり、前記黒鉛粒子Bの内部空隙率は8%~20%であり、
     前記黒鉛粒子Aと前記黒鉛粒子Bの質量比は、70:30~90:10である、非水電解質二次電池。
  2.  前記負極活物質層の充填密度は、1.2g/cm~1.7g/cmである、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
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