JP4090259B2 - Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Landscapes
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- Secondary Cells (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水電解質二次電池の製造方法に関し、詳しくは非水電解質二次電池の負極の負荷特性を改善する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話やノートパソコン等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その電源としての電池にはさらなる高容量化が要求されている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。
【0003】
ところで、リチウムイオンを吸蔵、放出する炭素質物を負極に使用した非水電解質二次電池では、リチウムが金属状態で存在しないため、樹枝状(デンドライト状)リチウムの析出が抑制され、電池寿命と安全性を向上することができる。
【0004】
一般的に炭素質物を使用した負極は、炭素質物と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)からなる結着剤とを、N−メチルピロリドン(NMP)等の有機溶媒と混合してスラリーとし、負極芯体に塗布した後、乾燥し、その後プレスする方法により作製されるが、スラリー作製時にNMP等の有機溶媒を使用するため、コスト高になるという問題がある。
【0005】
上記の問題を解決するため、最近では、カルボキシメチルセルロース(CMC)やポリエチレンオキシド(PEO)等の親水性化合物を含む結着剤が使用されている。親水性化合物を含む結着剤は、水と混合することによりスラリー化できるので、コストダウンを図ることができる。しかし、CMCやPEOは、PVdFとは結着の仕方が異なり、炭素質物粒子の表面に被膜を形成し、この被膜が炭素質物粒子でのリチウムイオンの脱離・挿入を妨害するため、高負荷放電時に電池容量が低下する。さらに、炭素質物粒子表面に形成された被膜により、炭素質物粒子と他の炭素質物粒子とが密に接するようになり、極板全体として空孔や隙間が少なくなるため、負極への電解液の含液速度が低下し、電池製造時間が長くなる。また、充・放電時にリチウムイオンの脱離・挿入が妨害され、電池特性が低下するという問題もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に鑑みなされたものであって、親水性化合物を含む結着剤を使用した場合においても、負荷特性が向上された負極の製造方法、及びそれを使用し、製造時間が短縮された非水電解質二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、正極と、負極と、非水溶媒と電解質塩とを含む非水電解質と、を有する非水電解質二次電池の製造方法であって、負極活物質と疎水性溶媒とを混合して、前記負極活物質に前記疎水性溶媒を付着させる工程と、前記疎水性溶媒が付着した負極活物質と、親水性化合物を含む結着剤と、溶媒とを混合し、負極活物質スラリーを作製する工程と、前記負極活物質スラリーを負極芯体に塗布する工程と、前記負極活物質スラリーが塗布された負極芯体を乾燥後、プレスして負極を作製する工程とを含むことを特徴とする。
【0008】
上記の構成では、負極作製時、負極活物質に疎水性溶媒を付着させ、疎水性溶媒が付着した負極活物質と親水性化合物を含む結着剤と溶媒とを混合する。ここで、親水性化合物は保存段階や製造段階で水を含有することが常であり、この構成であると、負極活物質表面に付着している疎水性溶媒が、水を含有する親水性化合物を含む結着剤をはじくので、負極活物質表面に結着剤による被膜が形成されにくい。このため、負極活物質表面の結着剤による被膜が形成されない部分ができ、この部分でリチウムイオンの脱挿入が良好に行われる。この結果、負極の負荷特性が向上する。さらに、前記負極活物質表面の被膜量が減少するため、負極内に空孔や隙間が多くなる。この結果、負極に対する非水電解質の含液が容易となるため、製造時間が短縮するとともに、電池特性も向上する。
【0009】
ここで、前記負極活物質を疎水性溶媒と混合する工程において、負極活物質と疎水性溶媒との混合比(負極活物質質量/疎水性溶媒質量)が10未満または18より多いと、十分な負荷特性の向上が得られない。このため、(負極活物質質量/疎水性溶媒質量)は10以上且つ18以下であることが好ましい。
【0010】
疎水性溶媒としては、特に限定されず、公知の疎水性溶媒を用いることができるが、好ましくは脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル類等を用いるとよい。
【0011】
スラリー作製時に使用する溶媒としては、特に限定されず、親水性化合物を含む結着剤と、負極活物質とを混合してスラリーとすることができる溶媒であればよい。特に、水が好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面に基づいて以下に詳細に説明する。本発明は下記実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
【0013】
図1は本発明の製造方法で作成されたラミネート外装体を用いた非水電解質電池の正面図、図2は図1のA−A線矢視断面図、図3は非水電解質電池に用いるラミネート外装体の断面図、図4は非水電解質電池に用いる電極体の斜視図である。
【0014】
図2に示すように、本発明による非水電解質二次電池は電極体1を有しており、この電極体1は収納空間2内に配置されている。この収納空間2は、図1に示すように、ラミネート外装体3の上下端と中央部とをそれぞれ封止部4a・4b・4cで封口することにより形成される。また、収納空間2には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートが混合された混合溶媒に、電解質塩としてLiN(C2F5SO2)2が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液が注入されている。また、図4に示すように、上記電極体1は、正極5と、負極6と、これら両電極を離間するセパレータ(図4においては図示せず)とを偏平渦巻き状に巻回することにより作製される。
【0015】
前記負極は、負極活物質と疎水性溶媒とを混合して、前記負極活物質に前記疎水性溶媒を付着させる工程と、前記疎水性溶媒が付着した負極活物質と、親水性化合物を含む結着剤と、溶媒とを混合し、負極活物質スラリーを作製する工程と、前記負極活物質スラリーを負極芯体に塗布する工程と、前記負極活物質スラリーが塗布された負極芯体を乾燥後、プレスする工程とにより作製されたものである。
【0016】
前記セパレータは、有機溶媒との反応性が低く、安価なオレフィン系樹脂からなる微多孔膜(厚み:0.025mm)から構成されている。
【0017】
更に、上記正極5はアルミニウムから成る正極リード7に、また上記負極6は銅から成る負極リード8にそれぞれ接続され、電池内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
【0018】
尚、図3に示すように、上記ラミネート外装体3の具体的な構造は、アルミニウム層11(厚み:30μm)の両面に、各々、変性ポリプロピレンから成る接着剤層12・12(厚み:5μm)を介してポリプロピレンから成る樹脂層13・13(厚み:30μm)が接着される構造である。
【0019】
負極材料としては、天然黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、あるいはこれらの焼成体等の炭素質物、または該炭素質物と、リチウム、リチウム合金、およびリチウムを吸蔵・放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる1種以上との混合物が使用できる。
【0020】
正極材料としては、LixMO2(但し、MはCo、Ni、Mnの少なくとも1種の金属、0≦x≦1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が単独で、あるいは二種以上混合して用いることができる。具体例では、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiCo0.5Ni0.5O2、Li0.5CoO2等があげられる。
【0021】
また、電解質に使用する有機溶媒としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、アミド類、スルホン系化合物、エステル類、芳香族炭化水素等が単独であるいは2種以上混合して用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチルなどがあげられる。
【0022】
また、電解質塩としては、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiClO4、LiPF6、LiBF4等が単独で、あるいは2種以上混合して使用することができる。また、前期非水溶媒に対する溶解量は0.5〜2.0モル/リットルとすることが好ましい。
【0023】
(実施例)
本発明の実施例にかかる非水電解質二次電池を、次のようにして作製した。
【0024】
(実施例1)
〈正極の作製〉
コバルト酸リチウム(LiCoO2)からなる正極活物質(BET=0.6m2/g)90質量部と、アセチレンブラックからなる導電剤5質量部と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)からなる結着剤5質量部とを混合し、これをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解して活物質スラリーとした。
【0025】
この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み20μmのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが0.17mmになるようにロールプレス機により圧延して正極5を作製した。
【0026】
〈負極の作製〉
まず、黒鉛(d=0.336nm)からなる負極活物質97.5質量部と、疎水性溶媒としてn−ヘキサン6.96質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=14:1)とを混合し、黒鉛粒子表面にn−ヘキサンを付着させた。次に、n−ヘキサンが付着した黒鉛と、スチレンブタジエンゴム(SBR)1.5質量部とカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部とからなる結着剤と、適量の水とを混合して活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み20μmの銅箔からなる負極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった水を除去した。次いで、この極板を厚みが0.14mmになるようにロールプレス機により圧延して負極6を作製した。
【0027】
〈電解液の調製〉
エチレンカーボネート10質量部と、プロピレンカーボネート10質量部と、ジエチルカーボネート80質量部とを混合した混合溶媒に、電解質塩としてLiN(C2F5SO2)2を1M(モル/リットル)となるよう溶解させ、電解液を作製した。この電解液90質量部とポリエチレングリコールジアクリレート10質量部とを混合し、プレゲル溶液を作製した。
【0028】
〈電極体の作成〉
上記のように作製した正極5と負極6に、それぞれ正極リード7あるいは負極リード8を取り付けた後、両極をオレフィン系樹脂からなる微多孔膜(厚み:0.025mm)からなるセパレータを間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻き取り機により巻回し、最外周をテープ止めすることにより偏平渦巻状電極体1を作成した。
【0029】
樹脂層(ポリプロピレン)/接着剤層/アルミニウム合金層/接着剤層/樹脂層(ポリプロピレン)の5層構造から成るシート状のラミネート材を用意した後、アルミラミネート材における端部近傍同士の樹脂層を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶着して封止部4cを形成した。次に、この筒状アルミラミネート材の収納空間2内に電極体1を挿入した。この際、筒状アルミラミネート材の一方の開口部から両リード7,8が突出するように電極体1を配置した。この後、両電極リードが突出している開口部のアルミラミネート材の内側の樹脂層を溶着して封止し、封止部4aを形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装置を用いて行った。
【0030】
もう一方の開口部から上記プレゲル溶液を4.0ml注液した後、当該開口部を同様に加熱溶着して封止部4bを形成し、実施例1に係る本発明電池A1を作製した。
【0031】
(実施例2)
黒鉛98質量部と、n−ヘキサン7質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=14:1)とを混合し、黒鉛粒子表面にn−ヘキサンを付着させた。次に、n−ヘキサンが付着した黒鉛と、ポリエチレンオキサイド(PEO)2質量部からなる結着剤と、適量の水とを混合して活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み20μmの銅箔からなる負極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった水を除去した。次いで、この極板を厚みが0.14mmになるようにロールプレス機により圧延して負極6を作製したこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2に係る本発明電池A2を作製した。
【0032】
(実施例3)
黒鉛97.5質量部:n−ヘキサン9.75質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=10:1)にしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例3に係る本発明電池A3を作製した。
【0033】
(実施例4)
黒鉛97.5質量部:n−ヘキサン8.13質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=12:1)にしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例4に係る本発明電池A4を作製した。
【0034】
(実施例5)
黒鉛97.5質量部:n−ヘキサン6.10質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=16:1)にしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例5に係る本発明電池A5を作製した。
【0035】
(実施例6)
黒鉛97.5質量部:n−ヘキサン5.42質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=18:1)にしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例6に係る本発明電池A6を作製した。
【0036】
(実施例7)
黒鉛98質量部:n−ヘキサン9.8質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=10:1)にしたこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例7に係る本発明電池A7を作製した。
【0037】
(実施例8)
黒鉛98質量部:n−ヘキサン8.17質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=12:1)にしたこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例8に係る本発明電池A8を作製した。
【0038】
(実施例9)
黒鉛98質量部:n−ヘキサン6.13質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=16:1)にしたこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例9に係る本発明電池A9を作製した。
【0039】
(実施例10)
黒鉛97.5質量部:n−ヘキサン5.44質量部(黒鉛質量:n−ヘキサン質量=18:1)にしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例10に係る本発明電池A10を作製した。
【0040】
(実施例11)
疎水性溶媒として、n−ヘキサンのかわりにn−ヘプタンを用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例11に係る本発明電池A11を作製した。
【0041】
(実施例12)
疎水性溶媒として、n−ヘキサンのかわりに2,2,3−トリメチルブタンを用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例12に係る本発明電池A12を作製した。
【0042】
(実施例13)
疎水性溶媒として、n−ヘキサンのかわりにベンゼンを用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例13に係る本発明電池A13を作製した。
【0043】
(実施例14)
疎水性溶媒として、n−ヘキサンのかわりにエチルプロピルエーテルを用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例14に係る本発明電池A14を作製した。
【0044】
(実施例15)
プレゲル溶液のかわりに、上記実施例1で作製した電解液を4.0ml注液したこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例15に係る本発明電池A15を作製した。
【0045】
(実施例16)
プレゲル溶液のかわりに、上記実施例1で作製した電解液を4.0ml注液したこと以外は、上記実施例2と同様にして、実施例16に係る本発明電池A16を作製した。
【0046】
(比較例1)
黒鉛をn−ヘキサンと混合しないで用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1に係る比較電池X1を作製した。
【0047】
(比較例2)
黒鉛をn−ヘキサンと混合しないで用いたこと以外は、上記実施例2と同様にして、比較例2に係る比較電池X2を作製した。
【0048】
(比較例3)
黒鉛をn−ヘキサンと混合しないで用いたこと以外は、上記実施例15と同様にして、比較例3に係る比較電池X3を作製した。
【0049】
(比較例4)
黒鉛をn−ヘキサンと混合しないで用いたこと以外は、上記実施例16と同様にして、比較例4に係る比較電池X4を作製した。
【0050】
上記のように作製して電池を、以下の条件で充電し、低負荷放電、高負荷放電容量を測定し、負荷特性容量維持率を算出した。
【0051】
充電条件:定電流 500mA、定電圧4.2V、充電時間 3時間、25℃
低負荷放電条件:定電流100mA、終止電圧 2.8V、25℃
高負荷放電条件:定電流1500mA、終止電圧 2.8V、25℃
負荷特性容量維持率(%):(高負荷放電容量/低負荷放電容量)×100
【0052】
本発明電池A1、A2比較電池X1、A2について、電池の主な構成と、負荷放電容量維持率を下記表1に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
表1から黒鉛と疎水性溶媒とを混合することにより、負荷特性が向上した電池が得られることがわかる。
【0055】
また、カルボキシメチルセルロース(CMC)とスチレンブタジエンゴム(SBR)との混合系からなる結着剤と、ポリエチレンオキシド(PEO)からなる結着剤とでは、ほとんど同様の負荷特性を見せていることがわかる。
【0056】
このことは、次のように考えられる。疎水性溶媒が黒鉛粒子表面に付着しているため、水を含有するCMCあるいはPEOをはじくようになる。このため、黒鉛粒子表面にCMCあるいはPEOで被覆されない部分が存在するようになり、その部分でリチウムイオンが脱離・挿入しやすくなる。さらに黒鉛粒子表面の被膜量が減少するため、負極内の空孔や隙間が多くなるため、負極への非水電解質の含液性が向上し、リチウムイオンの脱離が良好に行われるようになる。
【0057】
本発明電池A1〜A10、比較電池X1、X2について、電池の主な構成と、負荷放電容量維持率を下記表2に示すとともに、黒鉛質量と疎水性溶媒質量との混合比と、負荷特性の相関を図5に示す。
【0058】
【表2】
【0059】
表2及び図5から、CMCとSBRとの混合系からなる結着剤と、PEOからなる結着剤との両結着剤系において、(黒鉛質量/疎水性溶媒質量)が10以上18以下の時は良好な負荷特性を見せているが、(黒鉛質量/疎水性溶媒質量)の値が14を境にして、より大きいとき、より小さいときともに負荷特性の向上が小さいことがわかる。このことは、黒鉛質量に対する疎水性溶媒質量が多いときには、黒鉛粒子に付着した疎水性溶媒が水を含むCMCあるいはPEOの多くをはじいてしまうため、黒鉛粒子と他の黒鉛粒子との間の空隙が大きくなり、極板内の抵抗が大きくなるためであり、他方、黒鉛質量に対する疎水性溶媒質量が少ないときには、黒鉛粒子表面に十分に疎水性溶媒が付着されなくなり、黒鉛粒子に付着した疎水性溶媒がCMCあるいはPEOをはじく量が減少し、結果としてCMCあるいはPEOの被覆量が十分に減少せず、十分にリチウムイオンの脱離・挿入が向上しなかったためと考えられる。このため、(黒鉛質量/疎水性溶媒質量)は10以上18以下であることが好ましく、12以上16以下であることがさらに好ましい。
【0060】
本発明電池A1、A11〜A14について、電池の主な構成と、負荷放電容量維持率を下記表3に示す。
【0061】
【表3】
【0062】
表3から、本発明に使用する疎水性溶媒としては、n−ヘキサンに限定されるものではなく、その他の直鎖状炭化水素、側鎖を持った脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル類等においても同様に用いることができることがわかる。
【0063】
本発明電池A1、A2、A15、A16、比較電池X1〜X4について、電池の主な構成と、負荷放電容量維持率を下記表4に示す。
【0064】
【表4】
【0065】
表4から、CMCとSBRとの混合系からなる結着剤と、PEOからなる結着剤との両結着剤系において、液状電解質を用いた電池においても、負荷特性の向上は見られるが、ゲル状電解質を用いた電池よりも効果が小さい。従って、本発明に使用する電池は、液状電解質よりもゲル状電解質のほうが好ましいことがわかる。
【0066】
このことは、ゲル状電解質により黒鉛粒子をはじめとする極板内構成物同士が強く固定されているため、極板内の導電抵抗が下がったため、と考えられる。
【0067】
尚、上記実施例ではラミネート外装体を使用したが、円筒状、角形、コイン状、ボタン型等種々の形状にすることができることは当然のことである。
【0068】
尚、上記実施例では親水性化合物を含む結着剤としてCMCとSBRの混合系、PEOを使用したが、その他公知の親水性化合物を含む結着剤においても応用することが可能である。
【0069】
尚、本実施例では、疎水性溶媒に脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル類を用いたが、これらは疎水性溶媒の一例にすぎず、その他公知の疎水性溶媒を用いても同様である。
【0070】
尚、上記の実施の形態ではドクターブレードによりスラリーを塗布したが、ダイコーター、ローラコーティング法により塗布することもできる。また、アルミニウム箔のかわりにアルミニウムメッシュを用いても、同様に作製することができる。
【0071】
尚、上記実施例ではスラリー作製時に使用する溶媒として水を使用したが、特に水に限定されるものではなく、親水性化合物を含む結着剤と、負極活物質とを混合してスラリーとすることができる他の溶媒であってもよい。
【0072】
【発明の効果】
上記の結果から明らかなように、本発明によると、負極活物質と疎水性溶媒とを混合して、前記負極活物質に前記疎水性溶媒を付着させる工程と、前記疎水性溶媒が付着した負極活物質と、親水性化合物を含む結着剤と、溶媒とを混合し、負極活物質スラリーを作製する工程とにより、負荷特性が向上し、製造時間が短縮された非水電解質二次電池の製造方法が提供されるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水電解質二次電池の正面図。
【図2】図1のA−A線矢視断面図。
【図3】本発明に係る非水電解質電池に用いるラミネート外装体の断面図。
【図4】本発明に係る非水電解質二次電池に用いる電極体の斜視図。
【図5】負極活物質と疎水性溶媒との混合比と、負荷特性との相関を表した図面。
【符号の説明】
1 電極体
2 収納空間
3 アルミラミネート外装体
4a、4b、4c 封止部
5 正極
6 負極
7 正極リード
8 負極リード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a method for improving the load characteristics of a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile information terminals such as mobile phones and notebook personal computers have been rapidly reduced in size and weight, and batteries as power sources are required to have higher capacities. A non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density and a high capacity, and is therefore widely used as a driving power source for the mobile information terminal as described above.
[0003]
By the way, in the non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions as a negative electrode, lithium does not exist in a metallic state, so that dendritic lithium deposition is suppressed, and battery life and safety are reduced. Can be improved.
[0004]
Generally, a negative electrode using a carbonaceous material is prepared by mixing a carbonaceous material and a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF) with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) to form a slurry. It is produced by a method of applying to the body, drying, and then pressing, but there is a problem that the cost increases because an organic solvent such as NMP is used at the time of slurry production.
[0005]
In order to solve the above problems, recently, binders containing hydrophilic compounds such as carboxymethyl cellulose (CMC) and polyethylene oxide (PEO) have been used. Since the binder containing the hydrophilic compound can be slurried by mixing with water, the cost can be reduced. However, CMC and PEO differ from PVdF in the way of binding, and a film is formed on the surface of the carbonaceous material particles, which interferes with lithium ion desorption / insertion in the carbonaceous material particles. Battery capacity decreases during discharge. Furthermore, the coating formed on the surface of the carbonaceous material particles allows the carbonaceous material particles and the other carbonaceous material particles to come into close contact with each other, and the pores and gaps are reduced as a whole of the electrode plate. The liquid content rate decreases, and the battery manufacturing time becomes longer. In addition, there is a problem that the lithium ion desorption / insertion is disturbed during charging / discharging, and the battery characteristics are deteriorated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when a binder containing a hydrophilic compound is used, a negative electrode manufacturing method with improved load characteristics, and using the same, manufacturing time It aims at providing the manufacturing method of the shortened nonaqueous electrolyte secondary battery.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, the negative electrode active material And a step of adhering the hydrophobic solvent to the negative electrode active material, a negative electrode active material to which the hydrophobic solvent is attached, a binder containing a hydrophilic compound, and a solvent. Mixing, producing a negative electrode active material slurry, applying the negative electrode active material slurry to the negative electrode core, drying the negative electrode core coated with the negative electrode active material slurry, and pressing to produce a negative electrode And a step of performing.
[0008]
In the above configuration, at the time of preparing the negative electrode, a hydrophobic solvent is attached to the negative electrode active material, and the negative electrode active material to which the hydrophobic solvent is attached, a binder containing a hydrophilic compound, and a solvent are mixed. Here, the hydrophilic compound usually contains water in the storage stage or the production stage, and in this configuration, the hydrophobic solvent attached to the negative electrode active material surface is a hydrophilic compound containing water. Therefore, it is difficult to form a film of the binder on the surface of the negative electrode active material. For this reason, the part by which the film by the binder on the negative electrode active material surface is not formed is formed, and lithium ion desorption is favorably performed in this part. As a result, the load characteristics of the negative electrode are improved. Furthermore, since the coating amount on the surface of the negative electrode active material is reduced, the number of voids and gaps increases in the negative electrode. As a result, since the nonaqueous electrolyte can be easily contained in the negative electrode, the manufacturing time is shortened and the battery characteristics are also improved.
[0009]
Here, in the step of mixing the negative electrode active material with the hydrophobic solvent, it is sufficient that the mixing ratio of the negative electrode active material and the hydrophobic solvent (negative electrode active material mass / hydrophobic solvent mass) is less than 10 or more than 18. Improve load characteristics. For this reason, (mass of negative electrode active material / mass of hydrophobic solvent) is preferably 10 or more and 18 or less.
[0010]
The hydrophobic solvent is not particularly limited, and a known hydrophobic solvent can be used, but aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ethers and the like are preferably used.
[0011]
The solvent used at the time of slurry preparation is not particularly limited as long as it is a solvent that can be mixed with a binder containing a hydrophilic compound and a negative electrode active material to form a slurry. In particular, water is preferable.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range that does not change the gist thereof.
[0013]
FIG. 1 is a front view of a nonaqueous electrolyte battery using a laminate outer body produced by the manufacturing method of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is used for a nonaqueous electrolyte battery. FIG. 4 is a perspective view of an electrode body used in a nonaqueous electrolyte battery.
[0014]
As shown in FIG. 2, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has an
[0015]
The negative electrode includes a step of mixing a negative electrode active material and a hydrophobic solvent to attach the hydrophobic solvent to the negative electrode active material, a negative electrode active material having the hydrophobic solvent attached thereto, and a hydrophilic compound. A step of mixing an adhesive and a solvent to prepare a negative electrode active material slurry, a step of applying the negative electrode active material slurry to the negative electrode core, and a drying of the negative electrode core coated with the negative electrode active material slurry , And the step of pressing.
[0016]
The separator is composed of a microporous film (thickness: 0.025 mm) made of an inexpensive olefin resin that has low reactivity with an organic solvent.
[0017]
Further, the
[0018]
In addition, as shown in FIG. 3, the specific structure of the laminate
[0019]
As the negative electrode material, natural graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a carbonaceous material such as a fired body thereof, or the carbonaceous material and lithium, lithium alloy, and metal oxide capable of inserting and extracting lithium. A mixture with one or more selected from the group consisting of products can be used.
[0020]
As the positive electrode material, a lithium transition metal composite oxide represented by Li x MO 2 (wherein M is at least one metal of Co, Ni, and Mn, 0 ≦ x ≦ 1) is used singly or in combination of two or more. It can be used by mixing. Specific examples include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2 , Li 0.5 CoO 2 and the like.
[0021]
As the organic solvent used for the electrolyte, carbonates, lactones, ethers, ketones, nitriles, amides, sulfone compounds, esters, aromatic hydrocarbons, etc. may be used alone or in combination of two or more. Can be used. Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, anisole, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, Examples include cyclohexanone, acetonitrile, propionitrile, dimethylformamide, sulfolane, methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and ethyl propionate.
[0022]
As the electrolyte salt, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4, etc. may be used alone or in combination of two or more. Can do. In addition, the amount dissolved in the nonaqueous solvent in the previous period is preferably 0.5 to 2.0 mol / liter.
[0023]
(Example)
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to an example of the present invention was manufactured as follows.
[0024]
Example 1
<Preparation of positive electrode>
90 parts by mass of a positive electrode active material (BET = 0.6 m 2 / g) composed of lithium cobaltate (LiCoO 2 ), 5 parts by mass of a conductive agent composed of acetylene black, and a binder composed of polyvinylidene fluoride (PVdF) 5 parts by mass was mixed and dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain an active material slurry.
[0025]
The active material slurry is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode core body made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a dryer to be dried, thereby removing the organic solvent necessary for slurry preparation. Removed. Subsequently, this electrode plate was rolled by a roll press so that the thickness was 0.17 mm, and the
[0026]
<Preparation of negative electrode>
First, 97.5 parts by mass of a negative electrode active material made of graphite (d = 0.336 nm) and 6.96 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 14: 1) as a hydrophobic solvent were mixed. Then, n-hexane was adhered to the surface of the graphite particles. Next, an active material obtained by mixing graphite having n-hexane attached thereto, a binder composed of 1.5 parts by mass of styrene butadiene rubber (SBR) and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose (CMC), and an appropriate amount of water. A slurry was obtained. This active material slurry is uniformly applied to both sides of a negative electrode core made of a copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a dryer to dry, thereby removing water necessary for slurry preparation. did. Next, this electrode plate was rolled by a roll press so that the thickness was 0.14 mm, and a
[0027]
<Preparation of electrolyte>
LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 as an electrolyte salt is 1 M (mol / liter) in a mixed solvent obtained by mixing 10 parts by mass of ethylene carbonate, 10 parts by mass of propylene carbonate, and 80 parts by mass of diethyl carbonate. It was dissolved to prepare an electrolytic solution. 90 parts by mass of the electrolytic solution and 10 parts by mass of polyethylene glycol diacrylate were mixed to prepare a pregel solution.
[0028]
<Creation of electrode body>
After attaching the
[0029]
After preparing a sheet-like laminate material consisting of a five-layer structure of resin layer (polypropylene) / adhesive layer / aluminum alloy layer / adhesive layer / resin layer (polypropylene), resin layers near the edges of the aluminum laminate material The sealing
[0030]
After injecting 4.0 ml of the pregel solution from the other opening, the opening was heated and welded in the same manner to form a sealing
[0031]
(Example 2)
98 parts by mass of graphite and 7 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 14: 1) were mixed, and n-hexane was adhered to the surface of the graphite particles. Next, graphite having n-hexane adhered thereto, a binder composed of 2 parts by mass of polyethylene oxide (PEO), and an appropriate amount of water were mixed to obtain an active material slurry. This active material slurry is uniformly applied to both sides of a negative electrode core made of a copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a dryer to dry, thereby removing water necessary for slurry preparation. did. Next, the battery A2 of the present invention according to Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the
[0032]
(Example 3)
The present invention according to Example 3 is the same as Example 1 except that 97.5 parts by mass of graphite: 9.75 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 10: 1). Battery A3 was produced.
[0033]
Example 4
The present invention according to Example 4 is the same as Example 1 except that 97.5 parts by mass of graphite: 8.13 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 12: 1). Battery A4 was produced.
[0034]
(Example 5)
The present invention according to Example 5 is the same as Example 1 except that 97.5 parts by mass of graphite: 6.10 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 16: 1). Battery A5 was produced.
[0035]
(Example 6)
The present invention according to Example 6 is the same as Example 1 except that 97.5 parts by mass of graphite: 5.42 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 18: 1). Battery A6 was produced.
[0036]
(Example 7)
Inventive battery A7 according to Example 7 in the same manner as in Example 2 except that 98 parts by mass of graphite: 9.8 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 10: 1) Was made.
[0037]
(Example 8)
Inventive battery A8 according to Example 8 in the same manner as in Example 2 except that 98 parts by mass of graphite: 8.17 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 12: 1) Was made.
[0038]
Example 9
Inventive battery A9 according to Example 9 in the same manner as in Example 2 except that 98 parts by mass of graphite: 6.13 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 16: 1) Was made.
[0039]
(Example 10)
The present invention according to Example 10 except that 97.5 parts by mass of graphite: 5.44 parts by mass of n-hexane (graphite mass: n-hexane mass = 18: 1). Battery A10 was produced.
[0040]
(Example 11)
Inventive battery A11 according to Example 11 was produced in the same manner as in Example 1 except that n-heptane was used in place of n-hexane as the hydrophobic solvent.
[0041]
(Example 12)
Inventive battery A12 according to Example 12 was produced in the same manner as in Example 1 except that 2,2,3-trimethylbutane was used in place of n-hexane as the hydrophobic solvent.
[0042]
(Example 13)
Inventive battery A13 according to Example 13 was produced in the same manner as in Example 1 except that benzene was used instead of n-hexane as the hydrophobic solvent.
[0043]
(Example 14)
A battery A14 of the present invention according to Example 14 was produced in the same manner as in Example 1 except that ethylpropyl ether was used instead of n-hexane as the hydrophobic solvent.
[0044]
(Example 15)
Inventive battery A15 according to Example 15 was produced in the same manner as in Example 1 except that 4.0 ml of the electrolyte produced in Example 1 was injected instead of the pregel solution.
[0045]
(Example 16)
A battery A16 of the present invention according to Example 16 was produced in the same manner as in Example 2 except that 4.0 ml of the electrolyte produced in Example 1 was injected instead of the pregel solution.
[0046]
(Comparative Example 1)
A comparative battery X1 according to Comparative Example 1 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that graphite was used without being mixed with n-hexane.
[0047]
(Comparative Example 2)
A comparative battery X2 according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 2 except that graphite was used without being mixed with n-hexane.
[0048]
(Comparative Example 3)
A comparative battery X3 according to Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 15 except that graphite was used without being mixed with n-hexane.
[0049]
(Comparative Example 4)
A comparative battery X4 according to Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 16 except that graphite was used without being mixed with n-hexane.
[0050]
The battery manufactured as described above was charged under the following conditions, the low load discharge and the high load discharge capacity were measured, and the load characteristic capacity retention rate was calculated.
[0051]
Charging conditions: constant current 500 mA, constant voltage 4.2 V, charging
Low load discharge conditions: constant current 100 mA, final voltage 2.8 V, 25 ° C.
High load discharge conditions: constant current 1500 mA, final voltage 2.8 V, 25 ° C.
Load characteristic capacity retention rate (%): (high load discharge capacity / low load discharge capacity) × 100
[0052]
Table 1 below shows the main battery configurations and load discharge capacity retention ratios of the inventive batteries A1 and A2 comparative batteries X1 and A2.
[0053]
[Table 1]
[0054]
It can be seen from Table 1 that a battery with improved load characteristics can be obtained by mixing graphite and a hydrophobic solvent.
[0055]
In addition, it can be seen that a binder composed of a mixture of carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) and a binder composed of polyethylene oxide (PEO) show almost the same load characteristics. .
[0056]
This is considered as follows. Since the hydrophobic solvent adheres to the surface of the graphite particles, it will repel CMC or PEO containing water. For this reason, a portion that is not coated with CMC or PEO exists on the surface of the graphite particles, and lithium ions are easily desorbed and inserted in the portion. Furthermore, since the amount of coating on the surface of the graphite particles decreases, the number of voids and gaps in the negative electrode increases, so that the liquid content of the nonaqueous electrolyte to the negative electrode is improved and lithium ions are desorbed well. Become.
[0057]
Regarding the present invention batteries A1 to A10 and comparative batteries X1 and X2, the main configuration of the battery and the load discharge capacity retention rate are shown in Table 2 below, and the mixing ratio of the graphite mass and the hydrophobic solvent mass and the load characteristics The correlation is shown in FIG.
[0058]
[Table 2]
[0059]
From Table 2 and FIG. 5, in the binder system of the binder composed of a mixed system of CMC and SBR and the binder composed of PEO, (graphite mass / hydrophobic solvent mass) is 10 or more and 18 or less. In the case of (2), good load characteristics are shown, but it can be seen that the improvement in load characteristics is small both when the value of (graphite mass / hydrophobic solvent mass) is greater than 14 and smaller. This is because when the hydrophobic solvent mass relative to the graphite mass is large, the hydrophobic solvent adhering to the graphite particles repels most of CMC or PEO containing water, and therefore, the voids between the graphite particles and other graphite particles. This is because the resistance in the electrode plate is increased, and when the hydrophobic solvent mass is small relative to the graphite mass, the hydrophobic solvent is not sufficiently adhered to the surface of the graphite particles, and the hydrophobicity adhered to the graphite particles. This is probably because the amount of the solvent that repels CMC or PEO was reduced, and as a result, the amount of CMC or PEO was not sufficiently reduced, and the desorption / insertion of lithium ions was not sufficiently improved. For this reason, (graphite mass / hydrophobic solvent mass) is preferably 10 or more and 18 or less, and more preferably 12 or more and 16 or less.
[0060]
Table 3 below shows the main configuration of the battery and the load discharge capacity retention ratio of the present invention batteries A1, A11 to A14.
[0061]
[Table 3]
[0062]
From Table 3, the hydrophobic solvent used in the present invention is not limited to n-hexane, but includes other linear hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons having side chains, aromatic hydrocarbons, ethers. It can be seen that it can also be used in the same manner.
[0063]
Table 4 below shows the main configuration of the battery and the load discharge capacity retention ratio of the batteries A1, A2, A15, A16 of the present invention and the comparative batteries X1 to X4.
[0064]
[Table 4]
[0065]
From Table 4, it can be seen that the load characteristics are improved even in a battery using a liquid electrolyte in both the binder system composed of a mixture of CMC and SBR and the binder composed of PEO. The effect is smaller than that of a battery using a gel electrolyte. Therefore, it can be seen that the battery used in the present invention is preferably a gel electrolyte rather than a liquid electrolyte.
[0066]
This is thought to be because the conductive resistance in the electrode plate decreased because the components in the electrode plate including graphite particles were strongly fixed by the gel electrolyte.
[0067]
In the above embodiment, the laminate outer package is used. However, it is a matter of course that various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a button shape can be used.
[0068]
In the above examples, a mixed system of CMC and SBR and PEO were used as the binder containing a hydrophilic compound, but the present invention can also be applied to binders containing other known hydrophilic compounds.
[0069]
In this example, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, and ethers were used as the hydrophobic solvent. However, these are only examples of the hydrophobic solvent, and other known hydrophobic solvents may be used. It is.
[0070]
In the above embodiment, the slurry is applied by the doctor blade, but can be applied by a die coater or a roller coating method. Moreover, even if it uses an aluminum mesh instead of an aluminum foil, it can produce similarly.
[0071]
In the above examples, water was used as a solvent used in the preparation of the slurry. However, the solvent is not particularly limited to water, and a binder containing a hydrophilic compound and a negative electrode active material are mixed to form a slurry. Other solvents that can be used.
[0072]
【The invention's effect】
As is clear from the above results, according to the present invention, the step of mixing the negative electrode active material and the hydrophobic solvent to adhere the hydrophobic solvent to the negative electrode active material, and the negative electrode to which the hydrophobic solvent is adhered An active material, a binder containing a hydrophilic compound, and a solvent are mixed to produce a negative electrode active material slurry, thereby improving the load characteristics and reducing the manufacturing time of the nonaqueous electrolyte secondary battery. There is an excellent effect that a manufacturing method is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laminate outer package used in the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of an electrode body used in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 5 is a drawing showing a correlation between a mixing ratio of a negative electrode active material and a hydrophobic solvent and load characteristics.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
負極活物質と疎水性溶媒とを混合して、前記負極活物質に前記疎水性溶媒を付着させる工程と、
前記疎水性溶媒が付着した負極活物質と、親水性化合物を含む結着剤と、溶媒とを混合し、負極活物質スラリーを作製する工程と、
前記負極活物質スラリーを負極芯体に塗布する工程と、
前記負極活物質スラリーが塗布された負極芯体を乾燥後、プレスして負極を作製する工程と、
を含むことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt,
Mixing a negative electrode active material and a hydrophobic solvent, and attaching the hydrophobic solvent to the negative electrode active material;
A step of mixing a negative electrode active material to which the hydrophobic solvent is attached, a binder containing a hydrophilic compound, and a solvent to prepare a negative electrode active material slurry;
Applying the negative electrode active material slurry to a negative electrode core;
Drying the negative electrode core coated with the negative electrode active material slurry, and pressing to produce a negative electrode;
The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
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