JP5284933B2 - Lithium secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.
従来、再充電可能な二次電池の分野においては、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。 Conventionally, in the field of rechargeable secondary batteries, aqueous batteries such as lead batteries, nickel-cadmium batteries, and nickel-hydrogen batteries have been mainstream.
一方、地球温暖化や燃料枯渇の問題から、電気モータのみで駆動する電気自動車や駆動の一部を電気モータで補助するハイブリッド電気自動車が着目され、その電源に用いられる電池には、更に容量が大きく、かつ入出力が高い特性が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有するリチウム二次電池が注目されている。 On the other hand, due to the problems of global warming and fuel depletion, electric vehicles that are driven only by electric motors and hybrid electric vehicles that are partly driven by electric motors are attracting attention. Large and high input / output characteristics have been demanded. As a power source that meets such requirements, a lithium secondary battery having a high voltage has attracted attention.
一般に、リチウム二次電池は、リチウムイオンを可逆に吸蔵、放出できるリチウム含有金属酸化物を含む正極活物質合剤、及び炭素材料を含む負極活物質合剤をそれぞれ電極基材の両面に均一に塗工し、これらが短絡しないように微多孔膜などのセパレータを介して積層又は捲回することにより電池として構成されている。 Generally, a lithium secondary battery has a positive electrode active material mixture containing a lithium-containing metal oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions and a negative electrode active material mixture containing a carbon material uniformly on both sides of the electrode substrate. It is configured as a battery by coating and laminating or winding through a separator such as a microporous membrane so that they are not short-circuited.
負極材料としては、負極炭素の層間へのリチウムイオンの吸蔵量(容量)を増加させるための難黒鉛化性炭素材料や、高エネルギー密度に設計することが可能な結晶構造の発達した高結晶性炭素材料である黒鉛類が用いられている。 Negative electrode materials include non-graphitizable carbon materials for increasing the amount of lithium ion occlusion (capacity) between layers of negative electrode carbon, and high crystallinity with developed crystal structures that can be designed to high energy density Graphite, which is a carbon material, is used.
特許文献1には、負極の導電性基材上に黒鉛材料を含む第1の層を設け、第1の層の上に難黒鉛化性炭素材料を含む第2の層を設ける二層化技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a two-layer technology in which a first layer containing a graphite material is provided on a negative electrode conductive substrate, and a second layer containing a non-graphitizable carbon material is provided on the first layer. Is disclosed.
また、特許文献2には、電極の集電体の表面に活物質をドット状に点在させる技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique in which an active material is scattered in the form of dots on the surface of a current collector of an electrode.
本発明の目的は、リチウム二次電池の信頼性を維持するとともに、大容量化を図ることにある。 An object of the present invention is to maintain the reliability of the lithium secondary battery and increase the capacity.
本発明のリチウム二次電池は、リチウムを吸蔵放出する正極と、リチウムを吸蔵放出する負極と、前記正極と前記負極との間に挟まれたセパレータとを軸芯に捲回して形成した電極群を内蔵したリチウム二次電池であって、前記負極は、負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、前記第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成したものであり、前記第2の負極活物質層は、前記第1の負極活物質層に比べて体積変化率が大きいことを特徴とする。 The lithium secondary battery of the present invention is an electrode group formed by winding a positive electrode that occludes and releases lithium, a negative electrode that occludes and releases lithium, and a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode around an axis. In which the first negative electrode active material layer is formed on the surface of the negative electrode current collector, and the second negative electrode active material is formed on the first negative electrode active material layer. A layer is formed, and the second negative electrode active material layer has a larger volume change rate than the first negative electrode active material layer.
本発明によれば、負極の膨張による変形を防止し、信頼性が高く、容量が大きいリチウム二次電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the deformation | transformation by expansion | swelling of a negative electrode can be prevented, and a lithium secondary battery with high reliability and a large capacity can be provided.
本発明は、リチウム二次電池に関し、特に、その負極の構成に関するものである。 The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to the configuration of the negative electrode.
以下、本発明の実施形態であるリチウム二次電池及びこれに用いる負極並びにこれらの製造方法について説明する。 Hereinafter, the lithium secondary battery which is an embodiment of the present invention, a negative electrode used therefor, and a manufacturing method thereof will be described.
本実施形態は、基本的に次のように構成する。 This embodiment is basically configured as follows.
前記リチウム二次電池は、リチウムを吸蔵放出する正極と、リチウムを吸蔵放出する負極と、正極と負極との間に挟まれたセパレータとを軸芯に捲回して形成した電極群を内蔵したリチウム二次電池であって、負極は、負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成したものであり、第2の負極活物質層は、第1の負極活物質層に比べて体積変化率が大きく、電極群の内部にて負極に接触したセパレータと第1の負極活物質層との間には、第2の負極活物質層及び間隙を形成する。 The lithium secondary battery includes a positive electrode that occludes and releases lithium, a negative electrode that occludes and releases lithium, and a lithium electrode that incorporates an electrode group formed by winding a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode around an axis. In the secondary battery, the negative electrode is formed by forming a first negative electrode active material layer on the surface of the negative electrode current collector and forming a second negative electrode active material layer on the first negative electrode active material layer. The second negative electrode active material layer has a larger volume change rate than the first negative electrode active material layer, and is between the separator and the first negative electrode active material layer in contact with the negative electrode inside the electrode group. Forms a second negative electrode active material layer and a gap.
前記リチウム二次電池は、第2の負極活物質層が有する単位体積当たりの放電容量が第1の負極活物質層に比べて大きいことが望ましい。 In the lithium secondary battery, the discharge capacity per unit volume of the second negative electrode active material layer is preferably larger than that of the first negative electrode active material layer.
前記リチウム二次電池は、第1の負極活物質層の体積が第2の負極活物質層に比べて大きいことが望ましい。 In the lithium secondary battery, the volume of the first negative electrode active material layer is preferably larger than that of the second negative electrode active material layer.
前記リチウム二次電池は、第2の負極活物質層がドット状、格子状、縦縞状又は横縞状に形成されていることが望ましい。 In the lithium secondary battery, it is preferable that the second negative electrode active material layer is formed in a dot shape, a lattice shape, a vertical stripe shape, or a horizontal stripe shape.
前記リチウム二次電池は、第1の負極活物質層が有する単位体積当たりの出力が第2の負極活物質層に比べて高いことが望ましい。 The lithium secondary battery preferably has a higher output per unit volume of the first negative electrode active material layer than that of the second negative electrode active material layer.
前記リチウム二次電池は、第1の負極活物質層が難黒鉛化性炭素材料を含むことが望ましい。 In the lithium secondary battery, it is desirable that the first negative electrode active material layer includes a non-graphitizable carbon material.
前記リチウム二次電池は、第2の負極活物質層が高結晶性炭素材料を含むことが望ましい。 In the lithium secondary battery, it is preferable that the second negative electrode active material layer includes a highly crystalline carbon material.
前記負極は、負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成し、第2の負極活物質層は、第1の負極活物質層に比べて塗工面積を狭くする。 In the negative electrode, a first negative electrode active material layer is formed on a surface of a negative electrode current collector, a second negative electrode active material layer is formed on the first negative electrode active material layer, and a second negative electrode active material layer is formed. Reduces the coating area compared to the first negative electrode active material layer.
前記負極は、第1の負極活物質層に対する第2の負極活物質層の塗工面積比率が50〜80%であることが望ましい。 The negative electrode preferably has a coating area ratio of the second negative electrode active material layer to the first negative electrode active material layer of 50 to 80%.
前記負極の他の構成は、前記リチウム二次電池の詳細な構成と同様である。 The other structure of the negative electrode is the same as the detailed structure of the lithium secondary battery.
前記リチウム二次電池の製造方法は、負極を構成する負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成する工程と、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成する工程とを有し、第2の負極活物質層同士の隙間を空けて形成する。 The method for manufacturing a lithium secondary battery includes a step of forming a first negative electrode active material layer on a surface of a negative electrode current collector constituting a negative electrode, and a second negative electrode active material on the first negative electrode active material layer. Forming a layer, and forming a gap between the second negative electrode active material layers.
前記リチウム二次電池の製造方法は、第2の負極活物質層を、スクリーン印刷法、インクジェット法、スプレー法、グラビア印刷法、熱転写法、凸版印刷法、凹版印刷法及びオフセット印刷法のうち、いずれか一種類又は二種類以上を組み合わせて用いることにより形成することが望ましい。 The method for producing the lithium secondary battery includes: a second negative electrode active material layer including a screen printing method, an inkjet method, a spray method, a gravure printing method, a thermal transfer method, a relief printing method, an intaglio printing method, and an offset printing method. It is desirable to form by using any one type or a combination of two or more types.
前記負極の製造方法は、負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成する工程と、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成する工程とを有し、第2の負極活物質層は、第1の負極活物質層に比べて塗工面積を狭くする。 The negative electrode manufacturing method includes a step of forming a first negative electrode active material layer on a surface of a negative electrode current collector, and a step of forming a second negative electrode active material layer on the first negative electrode active material layer. The second negative electrode active material layer has a coating area narrower than that of the first negative electrode active material layer.
以下、本実施形態のリチウム二次電池について図を用いて説明する。 Hereinafter, the lithium secondary battery of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図2Aは、本実施形態のリチウム二次電池に内蔵された電極群を例示するものである。 FIG. 2A illustrates an electrode group built in the lithium secondary battery of this embodiment.
本図に示すリチウム二次電池は扁平形であり、扁平形の電池容器(図示せず。)に電極群5が収納してある。 The lithium secondary battery shown in this figure is flat, and the electrode group 5 is housed in a flat battery container (not shown).
電極群5は、帯状の負極6と正極8とをセパレータ10a、10bを介して軸芯11に捲回したものである。軸芯11の周りには、絶縁部材のセパレータ10a、負極6、セパレータ10b及び正極8が積層された状態で捲回されている。
The electrode group 5 is obtained by winding a strip-like
正極8には、正極基材箔(正極集電体)の正極リード片9が複数設けられている。また、負極6には、負極基材箔(負極集電体)の負極リード片7が複数設けてある。
The
なお、図中の領域Rは、電極群において積層された負極6及びセパレータ10の部分を示すものである。
In addition, the area | region R in a figure shows the part of the
図2Bは、図2Aの領域Rにおける電極群の微細構造を示す部分拡大断面図であり、積層された負極6及びセパレータ10の部分的な立体形状を示すものである。
FIG. 2B is a partial enlarged cross-sectional view showing the fine structure of the electrode group in the region R of FIG. 2A, and shows a partial three-dimensional shape of the laminated
電極群の内部において、負極6は、セパレータ10に接触している。負極6は、負極集電体20、第1の負極活物質層21及び第2の負極活物質層22を積層した構造を有しており、第2の負極活物質層22の面積は、第1の負極活物質層21の面積に比べて狭くしてある。このため、セパレータ10と第1の負極活物質層21との間には、第2の負極活物質層22及び間隙31が形成される。
Inside the electrode group, the
間隙31が存在することにより、第2の負極活物質層22が体積膨張した際にも、第2の負極活物質層22が間隙31に広がる。すなわち、間隙31は、第2の負極活物質層22の体積膨張を吸収することができる。これにより、負極6の厚さの増加を抑制することができる。
Due to the presence of the
この結果として、電極群の膨張を抑制することができ、負極の膨張による変形を防止することができる。 As a result, expansion of the electrode group can be suppressed, and deformation due to expansion of the negative electrode can be prevented.
以下、正極8及び負極6について詳細に説明する。
Hereinafter, the
(正極)
正極8は、正極集電体の表面に正極活物質層を形成したものである。正極活物質層は、正極活物質及びバインダを含み、必要に応じて、これらに導電剤を混合してもよい。正極活物質層は、正極集電体の表面に正極合剤を塗着(塗布)し、乾燥させることにより形成する。正極合剤は、正極集電体の両面に略均等に(均一な厚さで)塗着する。ここで、塗着及び乾燥を行うことを塗工と呼ぶ。
(Positive electrode)
The
正極合剤は、正極活物質、バインダ及び分散溶媒、さらに、必要に応じて、導電剤を混合して作製する。 The positive electrode mixture is prepared by mixing a positive electrode active material, a binder, a dispersion solvent, and, if necessary, a conductive agent.
本実施形態においては、正極活物質として、リチウム遷移金属酸化物であるマンガン酸リチウムを用いている。正極集電体は、アルミニウム箔である。 In this embodiment, lithium manganate, which is a lithium transition metal oxide, is used as the positive electrode active material. The positive electrode current collector is an aluminum foil.
正極合剤としては、例えば、マンガン酸リチウム100重量部に対して、導電剤である鱗片状黒鉛10重量部及びバインダ(結着剤)であるポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)5重量部を配合したものを用いている。この正極合剤に分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPと略記する。)を混合して粘度調整を行う。粘度を調整した正極合剤を、正極集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔に塗着(塗布)し、乾燥して正極とする。 As the positive electrode mixture, for example, 10 parts by weight of flaky graphite as a conductive agent and polyvinylidene fluoride as a binder (binder) (hereinafter abbreviated as PVDF) 5 with respect to 100 parts by weight of lithium manganate. What mix | blended the weight part is used. This positive electrode mixture is mixed with N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) as a dispersion solvent to adjust the viscosity. The positive electrode mixture with adjusted viscosity is applied (applied) to a 20 μm-thick aluminum foil, which is a positive electrode current collector, and dried to obtain a positive electrode.
この正極は、正極集電体(アルミニウム箔)の長手方向に連続して形成した正極活物質層を塗着していない部分を少なくとも一方の端部に有する。 This positive electrode has at least one end portion where a positive electrode active material layer formed continuously in the longitudinal direction of the positive electrode current collector (aluminum foil) is not applied.
その後、この正極をプレス加工し、正極活物質層を塗着していない部分を数ミリメートル幅で残して矩形状に切り欠いた正極タブ(正極リード片)を作製する。 Thereafter, this positive electrode is pressed to produce a positive electrode tab (positive electrode lead piece) that is cut out in a rectangular shape, leaving a portion not coated with the positive electrode active material layer with a width of several millimeters.
(負極)
負極6は、負極集電体の表面に負極活物質層を形成したものである。負極活物質層は、負極活物質及びバインダを含み、必要に応じて、これらに導電剤を混合してもよい。負極活物質層は、負極集電体の表面に負極合剤を塗着(塗布)し、乾燥させることにより形成する。
(Negative electrode)
The
負極合剤は、負極活物質、バインダ及び分散溶媒、さらに、必要に応じて、導電剤を混合して作製する。 The negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, a dispersion solvent, and, if necessary, a conductive agent.
本実施形態においては、負極活物質層を2層重ねて形成する。 In the present embodiment, two negative electrode active material layers are stacked.
図1は、本発明による実施例のリチウム二次電池用電極を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
本図において、まず、負極集電体20の表面(両面)に第1の負極活物質層21を略均等に塗着して形成し、その上に第2の負極活物質層22をドット状に点在させるように形成する。
In this figure, first, the first negative electrode
第1の負極活物質層21としては、充放電に伴う体積変化率の小さい材料を用い、第2の負極活物質層22としては、充放電に伴う体積変化率の大きい材料を用いる。
As the first negative electrode
この負極6は、負極集電体20の長手方向に連続して形成した負極活物質層を塗着していない部分を少なくとも一方の端部23に有する。
The
その後、この負極をプレス加工し、負極活物質層を塗着していない部分を数ミリメートル幅で残して矩形状に切り欠いた負極タブ(負極リード片)を作製する。 Thereafter, the negative electrode is pressed to produce a negative electrode tab (negative electrode lead piece) that is cut out in a rectangular shape, leaving a portion not coated with the negative electrode active material layer with a width of several millimeters.
第2の負極活物質層22を構成する材料は、第1の負極活物質層21を構成する材料より単位体積当たりの放電容量が大きいことが望ましい。
The material constituting the second negative electrode
第1の負極活物質層21を構成する材料は、第2の負極活物質層22を構成する材料より単位体積当たりの出力が高いことが望ましい。
It is desirable that the material constituting the first negative electrode
第1の負極活物質層21に用いる負極活物質としては、難黒鉛化性炭素材料を用いることが望ましい。難黒鉛化性炭素材料は、不活性雰囲気中で加熱しても黒鉛にならない物質であり、微小な黒鉛の結晶がランダムに配置され、結晶と結晶との間に数ナノメートルの大きさの空孔を有している。この空孔の存在により、リチウムの吸蔵放出による体積変化率が小さい。
As the negative electrode active material used for the first negative electrode
また、第2の負極活物質層22としては、高結晶性炭素材料である黒鉛類を用いることが望ましい。黒鉛類は、比較的大きい結晶粒子を有し、空孔が少ない。このため、リチウムの吸蔵放出による体積変化率は比較的大きい。
The second negative electrode
負極集電体20は、圧延銅箔を用いることが望ましい。
The negative electrode
黒鉛類は、難黒鉛化性炭素材料に比べて単位体積当たりの放電容量が大きい。また、難黒鉛化性炭素材料は、黒鉛類に比べて単位体積当たりの出力が高い。 Graphite has a larger discharge capacity per unit volume than non-graphitizable carbon materials. Moreover, the non-graphitizable carbon material has a higher output per unit volume than graphites.
負極合剤としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料90重量部に対して、バインダであるPVDF10重量部を配合したものを用いている。この負極合剤に分散溶媒としてNMPを混合して粘度調整を行う。粘度を調整した負極合剤を、負極集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に塗着(塗布)し、乾燥する。 As the negative electrode mixture, for example, a mixture of 90 parts by weight of the non-graphitizable carbon material and 10 parts by weight of PVDF as a binder is used. NMP is mixed with this negative electrode mixture as a dispersion solvent to adjust the viscosity. The negative electrode mixture with adjusted viscosity is applied (coated) to a rolled copper foil having a thickness of 10 μm, which is a negative electrode current collector, and dried.
第2の負極活物質層22は、第1の負極活物質層21の上に隙間を設けて点在させるように形成する。第2の負極活物質層22をドット状に点在させた場合、隣り合う第2の負極活物質層22同士が接触しないことが望ましい。また、第2の負極活物質層22の占有面積は、負極集電体20において第1の負極活物質層21を塗布した面積の50〜80%とすることが望ましい。
The second negative electrode
第2の負極活物質層22の占有面積が、第1の負極活物質層21を塗布した面積の80%より大きくなると、第2の負極活物質層22の高さ方向への膨張変形量が大きくなるため、電池のサイクル特性が低下する。また、第2の負極活物質層22の占有面積が、第1の負極活物質層21を塗布した面積の50%より小さくなると、大容量化の効果が低下する。
When the occupied area of the second negative electrode
第1の負極活物質層21の上に第2の活物質層22を形成する方法としては、スクリーン印刷法、インクジェット法、スプレー法、グラビア印刷法、熱転写法、凸版印刷法、凹版印刷法及びオフセット印刷法のうち、いずれか一種類又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
As a method for forming the second
(電池の作製)
上記の方法により作製した正極及び負極を用いて、これらの両極が直接接触しないように、ポリエチレン製セパレータを介して軸芯に捲回し、電極群を作製する。
(Production of battery)
Using the positive electrode and the negative electrode produced by the above method, the electrode group is produced by winding around a shaft core through a polyethylene separator so that these two electrodes do not directly contact each other.
図3は、本実施形態のリチウム二次電池の内部状態を示す正面図である。 FIG. 3 is a front view showing the internal state of the lithium secondary battery of the present embodiment.
本図に示すリチウム二次電池は、アルミニウム製の電池容器1(電池缶)に電極群5が収納してあり、電池容器1を溶接することにより封口してある。 The lithium secondary battery shown in this figure has an electrode group 5 housed in an aluminum battery case 1 (battery can), and is sealed by welding the battery case 1.
電極群5は、絶縁部材のセパレータ10a、負極6、セパレータ10b、正極8及びセパレータ10cが積層された状態で捲回したものである。
The electrode group 5 is wound in a state where the
正極8には、正極基材箔(正極集電体)の正極リード片9が複数設けられている。また、負極6には、負極基材箔(負極集電体)の負極リード片7が複数設けてある。負極リード片7は負極集電板101に接続され、正極リード片9は正極集電板102に接続されている。そして、負極集電板101は負極外部端子103に接続され、正極集電板102は正極外部端子104に接続されている。
The
電池容器1の電池蓋には、注液口(図示せず。)が設けてあり、この注液口から電解液を注入し、注液口を塞いで密封するようになっている。 The battery lid of the battery container 1 is provided with a liquid injection port (not shown). The electrolytic solution is injected from the liquid injection port, and the liquid injection port is closed and sealed.
電解液には、EC、DMC、EMCを体積比1:1:1の割合で混合した後、1mol/L(モル/リットル)のLiPF6を溶解した有機電解液(非水電解液)を用いる。 As the electrolytic solution, an organic electrolytic solution (nonaqueous electrolytic solution) in which 1 mol / L (mol / liter) LiPF 6 is dissolved after EC, DMC, and EMC are mixed at a volume ratio of 1: 1: 1 is used. .
次に、上記の方法により作製したリチウム二次電池の実施例について説明する。なお、比較例として作製した従来型のリチウム二次電池についても併記する。以下の実施例及び比較例において、正極及び電池の作製方法については同様であるため、負極の作製方法についてのみ説明する。 Next, examples of the lithium secondary battery produced by the above method will be described. A conventional lithium secondary battery manufactured as a comparative example is also described. In the following examples and comparative examples, the manufacturing method of the positive electrode and the battery is the same, so only the manufacturing method of the negative electrode will be described.
負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成した電極を作製した。第2の負極活物質層の塗布面積は、第1の負極活物質の塗布面積に対して80%とした。第2の負極活物質層の塗工パターンは、ドット状とした。 An electrode in which a first negative electrode active material layer was formed on the surface of the negative electrode current collector and a second negative electrode active material layer was formed on the first negative electrode active material layer was produced. The application area of the second negative electrode active material layer was 80% with respect to the application area of the first negative electrode active material. The coating pattern of the second negative electrode active material layer was dot-shaped.
負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成した電極を作製した。第2の負極活物質層の塗布面積は、第1の負極活物質の塗布面積に対して50%とした。第2の負極活物質層の塗工パターンは、ドット状とした。 An electrode in which a first negative electrode active material layer was formed on the surface of the negative electrode current collector and a second negative electrode active material layer was formed on the first negative electrode active material layer was produced. The application area of the second negative electrode active material layer was 50% with respect to the application area of the first negative electrode active material. The coating pattern of the second negative electrode active material layer was dot-shaped.
(比較例1)
負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成した電極を作製した。第2の負極活物質層は塗工しなかった。
(Comparative Example 1)
An electrode having a first negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector was produced. The second negative electrode active material layer was not coated.
(比較例2)
負極集電体の表面に第1の負極活物質層を形成し、第1の負極活物質層の上に第2の負極活物質層を形成した電極を作製した。第2の負極活物質層の塗布面積は、第1の負極活物質の塗布面積に対して100%とした。
(Comparative Example 2)
An electrode in which a first negative electrode active material layer was formed on the surface of the negative electrode current collector and a second negative electrode active material layer was formed on the first negative electrode active material layer was produced. The application area of the second negative electrode active material layer was 100% with respect to the application area of the first negative electrode active material.
上記の実施例1及び2並びに比較例1及び2のリチウム二次電池を用いて、充放電試験及び放置試験を行った。 Using the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the charge / discharge test and the standing test were performed.
充放電試験は、電流値1Cに設定し、4.2Vまで定電流定電圧充電した後、3.0Vまで放電させる充放電を5サイクル行った。 In the charge / discharge test, the current value was set to 1C, and after charging at constant current and constant voltage to 4.2V, charge / discharge to discharge to 3.0V was performed for 5 cycles.
放置試験は、温度50℃、4.1Vの充電状態で30日間放置した。放置試験前後における電池の厚さを測定した。 In the standing test, the battery was left for 30 days in a charged state at a temperature of 50 ° C. and 4.1 V. The thickness of the battery before and after the standing test was measured.
表1は、充放電試験及び放置試験の結果を示したものである。 Table 1 shows the results of the charge / discharge test and the standing test.
表1から、充放電5サイクル目の放電容量は、実施例1及び2の場合、比較例1に対して、10%以上増加していることがわかる。 From Table 1, it can be seen that the discharge capacity at the fifth charge / discharge cycle increased by 10% or more with respect to Comparative Example 1 in the case of Examples 1 and 2.
なお、実施例1及び2においては、初充電における充放電効率が80%以上であった。一方、比較例1においては、初充電における充放電効率が75%であった。 In Examples 1 and 2, the charge / discharge efficiency in the initial charge was 80% or more. On the other hand, in Comparative Example 1, the charge / discharge efficiency in the initial charge was 75%.
また、放置試験後における電池の厚さの増加率は、比較例2においては6.0%であり、実施例1及び2(2.5%以下)に比べて大きい。この結果から、比較例2は、充放電の繰返しにおける信頼性の面で実施例1及び2に劣ると考える。 Further, the rate of increase in the thickness of the battery after the standing test is 6.0% in Comparative Example 2, which is larger than those in Examples 1 and 2 (2.5% or less). From this result, it is considered that Comparative Example 2 is inferior to Examples 1 and 2 in terms of reliability in repeated charge / discharge.
これらの試験結果から、実施例1及び2のリチウム二次電池は、充放電時における電極の膨張を緩和することができる。 From these test results, the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 can alleviate the expansion of the electrodes during charging and discharging.
図4及び5は、表1に示した結果をグラフ化したものである。 4 and 5 are graphs of the results shown in Table 1. FIG.
図4は、電池の厚さの増加率に関するものである。横軸は第1の負極活物質層を塗布した面積に対する第2の負極活物質層を塗布した面積の割合(第1の負極活物質層に対する第2の負極活物質層の塗工面積比率とも呼ぶ。以下、塗工面積比率と呼ぶ。)であり、縦軸は放置試験前後における電池の厚さの増加率である。 FIG. 4 relates to the rate of increase in battery thickness. The horizontal axis represents the ratio of the area where the second negative electrode active material layer is applied to the area where the first negative electrode active material layer is applied (the ratio of the coating area of the second negative electrode active material layer to the first negative electrode active material layer). The vertical axis represents the rate of increase in the thickness of the battery before and after the standing test.
塗工面積比率が80%を超えると、電池の厚さの増加率は急激に大きくなることがわかる。したがって、塗工面積比率は80%以下が望ましい。 It can be seen that when the coating area ratio exceeds 80%, the rate of increase in battery thickness increases rapidly. Therefore, the coating area ratio is desirably 80% or less.
図5は、放電容量に関するものである。横軸は塗工面積比率であり、縦軸は5サイクル目の放電容量を示す比率(放電容量比率と呼ぶ。)。放電容量比率は、塗工面積比率が0%の場合(第2の負極活物質層がない場合)を基準として算出したものである。 FIG. 5 relates to the discharge capacity. The horizontal axis represents the coating area ratio, and the vertical axis represents the discharge capacity at the fifth cycle (referred to as the discharge capacity ratio). The discharge capacity ratio is calculated based on the case where the coating area ratio is 0% (the case where there is no second negative electrode active material layer).
塗工面積比率が50%より小さくなると、放電容量の改善効果が低くなる。したがって、塗工面積比率は50%以上が望ましい。 When the coating area ratio is less than 50%, the effect of improving the discharge capacity is reduced. Therefore, the coating area ratio is desirably 50% or more.
以上の実施例においては、第2の負極活物質層の塗工パターンをドット状としたが、塗工パターンは、これに限定されるものではなく、格子状でも、縦縞状でも横縞状でもよい。第2の負極活物質層の塗工パターンは、隙間を空けて形成されていればよい。ここで、隙間とは、第1の負極活物質層と第2の負極活物質層との接触面の隙間ではなく、第2の負極活物質層同士が隙間を空けて形成されていることをいう。電子及びイオンの移動性の面からも、第1の負極活物質層と第2の負極活物質層との接触面には、隙間がないことが望ましい。 In the above-described embodiments, the coating pattern of the second negative electrode active material layer is a dot shape, but the coating pattern is not limited to this, and may be a lattice shape, a vertical stripe shape, or a horizontal stripe shape. . The coating pattern of the second negative electrode active material layer only needs to be formed with a gap. Here, the gap is not a gap between the contact surfaces of the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material layer, but that the second negative electrode active material layers are formed with a gap between them. Say. From the viewpoint of electron and ion mobility, it is desirable that there is no gap in the contact surface between the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material layer.
1:電池容器、5:電極群、6:負極、7:負極リード片、8:正極、9:正極リード片、10a、10b、10c:セパレータ、11:軸芯、20:負極集電体、21:第1の負極活物質層、22:第2の負極活物質層、31:間隙。 1: battery container, 5: electrode group, 6: negative electrode, 7: negative electrode lead piece, 8: positive electrode, 9: positive electrode lead piece, 10a, 10b, 10c: separator, 11: shaft core, 20: negative electrode current collector, 21: first negative electrode active material layer, 22: second negative electrode active material layer, 31: gap.
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